Hoe werkt een transistor en waar wordt hij gebruikt?

Een radio-elektronisch element van halfgeleidermateriaal creëert, versterkt en wijzigt pulsen in geïntegreerde schakelingen en systemen voor het opslaan, verwerken en overbrengen van informatie met behulp van een ingangssignaal. Een transistor is een weerstand waarvan de functie wordt geregeld door de spanning tussen emitter en basis of bron en gate, afhankelijk van het type module.

Soorten transistors

Transistors worden veel gebruikt bij de vervaardiging van digitale en analoge schakelingen om de statische verbruikerstroom nul te stellen en een betere lineariteit te verkrijgen. Soorten transistors verschillen in die zin dat sommige worden aangestuurd door een verandering in spanning, terwijl andere worden aangestuurd door een verandering in stroomsterkte.

Veld-effect-transistoren werken bij een hogere gelijkstroomweerstand, transformeren bij een hoge frequentie verhoogt de energiekost niet. Eenvoudig gezegd, wat een transistor is, het is een module met een hoge versterkingsrand. Dit kenmerk is groter voor veldtypes dan voor bipolaire types. De eerste hebben geen dissipatie van ladingsdragers, wat de werking versnelt.

Veldhalfgeleiders worden vaker gebruikt vanwege de voordelen ten opzichte van de bipolaire types:

• Sterke ingangsimpedantie bij gelijkstroom en hoge frequentie, dit vermindert het vermogensverlies voor de regeling;
• Geen ophoping van niet-essentiële elektronen, wat de werking van de transistor versnelt;
• transport van mobiele deeltjes;
• stabiliteit bij temperatuurschommelingen;
• Weinig geluid door gebrek aan injectie;
• Laag stroomverbruik tijdens bedrijf.

Soorten transistors en hun eigenschappen bepalen het doel. De verwarming van een bipolaire transistor verhoogt de stroom op het pad van de collector naar de emitter. Zij hebben een negatieve weerstandscoëfficiënt en de bewegende dragers stromen van de emitter naar de collector. De dunne basis is gescheiden door p-n juncties en er ontstaat alleen stroom wanneer bewegende deeltjes zich ophopen en in de basis injecteren. Een deel van de ladingsdragers wordt door de naburige p-n-overgang opgevangen en versneld, zo zijn transistors ontworpen.

Veldeffecttransistors hebben een ander soort voordeel dat voor dummies moet worden vermeld. Zij worden parallel geschakeld zonder enige weerstandsvereffening. Weerstanden worden voor dit doel niet gebruikt, omdat de waarde automatisch stijgt naarmate de belasting verandert. Om een hoge schakelstroomwaarde te verkrijgen, wordt een complex van modules gerekruteerd, dat wordt gebruikt in omvormers of andere apparaten.

Een bipolaire transistor mag niet parallel worden geschakeld, de bepaling van de functionele parameters leidt tot de opsporing van een thermische storing van onomkeerbare aard. Deze eigenschappen houden verband met de technische kwaliteiten van eenvoudige p-n-kanalen. De modules worden parallel geschakeld met behulp van weerstanden om de stroom in de emittercircuits gelijk te maken. Afhankelijk van de functionele kenmerken en individuele bijzonderheden, wordt een classificatie van transistors gemaakt van bipolaire en veld-effect types.

Bipolaire transistors

Bipolaire ontwerpen worden vervaardigd als halfgeleiderelementen met drie geleiders. In elk van de elektroden bevinden zich lagen met een p-geleidbaarheid van gaten of een n-geleidbaarheid van onzuiverheden. De keuze van de laagindeling is bepalend voor het vrijkomen van p-n-p of n-p-n typen apparaten. Wanneer het toestel wordt ingeschakeld, worden verschillende soorten ladingen tegelijkertijd door gaten en elektronen gedragen, het gaat om 2 soorten deeltjes.

De dragers worden vervoerd via een diffusiemechanisme. Atomen en moleculen van een stof dringen door het intermoleculaire rooster van het aangrenzende materiaal en hun concentratie nivelleert zich over het gehele volume. De overdracht vindt plaats van gebieden met een hoge dichtheid naar gebieden met een lage dichtheid.

Ook wanneer de legeringsadditieven ongelijkmatig in de basismassa zijn opgenomen, planten de elektronen zich voort onder invloed van het krachtveld rond de deeltjes. Om de werking van het apparaat te versnellen, wordt de elektrode die met de middelste laag is verbonden, dun gemaakt. De randgeleiders worden de emitter en de collector genoemd. De sperspanningskarakteristiek van de junctie is onbelangrijk.

Veld-effect transistors

Een veldeffecttransistor regelt een weerstand door middel van een elektrisch transversaal veld dat ontstaat door een toegepaste spanning. De plaats van waaruit de elektronen het kanaal binnenkomen wordt de bron genoemd en de afvoer lijkt het laatste punt waar de ladingen het kanaal binnenkomen. De stuurspanning loopt door een geleider die de gate wordt genoemd. De toestellen zijn onderverdeeld in 2 types:

• p-n junctie;
• TIR transistors met geïsoleerde poort.

Het eerste type bevat een halfgeleiderwafeltje dat met de gecontroleerde schakeling is verbonden door elektroden aan tegenover elkaar liggende zijden (drain en source). Een ander soort geleiding treedt op nadat de plaat met de poort is verbonden. Een gelijkstroombron in het ingangscircuit produceert een vergrendelingsspanning op het knooppunt.

De bron van de versterkte puls zit ook in het ingangscircuit. Nadat de ingangsspanning verandert, wordt het overeenkomstige getal aan de p-n-overgang getransformeerd. De laagdikte en de dwarsdoorsnede van de kanaalverbinding in het kristal die de stroom van geladen elektronen mogelijk maakt, worden gewijzigd. De kanaalbreedte is afhankelijk van de ruimte tussen het depletiegebied (onder de gate) en het substraat. De stuurstroom aan het begin- en eindpunt wordt geregeld door de breedte van het depletiegebied te veranderen.

Kenmerkend voor de TIR-transistor is dat de gate door een isolator van de kanaallaag is gescheiden. In het halfgeleiderkristal, het substraat genoemd, worden gedoteerde plaatsen met tegengesteld teken gecreëerd. De geleiders - de drain en de source - zijn erop gemonteerd, met een diëlektricum ertussen op een afstand van minder dan een micron. Een metalen elektrode - de gate - wordt op de isolator geplaatst. Vanwege de resulterende structuur met metaal, diëlektrische laag en halfgeleider, krijgen transistors de afkorting TIR.

Ontwerp en bediening voor beginners

De technologie werkt niet alleen met een lading elektriciteit, maar ook met een magnetisch veld, lichtquanta en fotonen. Het werkingsprincipe van een transistor ligt in de toestanden waartussen het apparaat schakelt. Tegenovergesteld klein en groot signaal, open en gesloten toestand - dit is de dubbele werking van de apparaten.

Samen met het halfgeleidermateriaal in zijn samenstelling, gebruikt in de vorm van een enkel kristal dat op sommige plaatsen gedoteerd is, heeft de transistor in zijn constructie

• metalen kabels;
• diëlektrische isolatoren;
• Transistorbehuizing van glas, metaal, kunststof, metaalkeramiek.

Vóór de uitvinding van bipolaire of polaire toestellen werden elektronische vacuümbuizen gebruikt als actieve elementen. De voor hen ontwikkelde circuits worden, na aanpassing, gebruikt bij de vervaardiging van halfgeleiderelementen. Zij kunnen worden aangesloten als een transistor en worden toegepast, omdat veel functionele kenmerken van vacuümbuizen geschikt zijn om de werking van veldapparatuur te beschrijven.

Voor- en nadelen van het vervangen van buizen door transistors

De uitvinding van transistors is de drijvende kracht achter de invoering van innovatieve technologie in de elektronica. In het netwerk worden moderne halfgeleiderelementen gebruikt en in vergelijking met oudere buizencircuits bieden dergelijke ontwikkelingen voordelen:

• Klein formaat en laag gewicht, wat belangrijk is voor miniatuurelektronica;
• de mogelijkheid om bij de productie van hulpmiddelen geautomatiseerde processen toe te passen en de stappen te groeperen, waardoor de productiekosten dalen;
• Gebruik van kleine stroombronnen wegens de lage spanningseis;
• onmiddellijke activering, geen noodzaak om de kathode op te warmen;
• Verhoogde energie-efficiëntie door lagere vermogensdissipatie;
• robuustheid en betrouwbaarheid;
• soepele interactie met andere elementen in het netwerk;
• trillings- en schokbestendigheid.

De nadelen komen tot uiting in de volgende bepalingen:

• Siliciumtransistors werken niet bij spanningen van meer dan 1 kW; lampen zijn doeltreffend bij spanningen van meer dan 1 tot 2 kW;
• Bij gebruik van transistors in omroep- of UHF-zenders met een hoog vermogen moeten parallel geschakelde versterkers met een laag vermogen op elkaar worden afgestemd;
• Kwetsbaarheid van halfgeleiderelementen voor elektromagnetische signalen;
• Gevoelige reactie op kosmische stralen en straling, waardoor de ontwikkeling van stralingsbestendige microschakelingen in dit verband noodzakelijk is.

Schakelschema's

Om in een enkele schakeling te kunnen werken, heeft een transistor 2 ingangs- en uitgangsaansluitingen nodig. Bijna alle halfgeleiderelementen hebben slechts 3 aansluitpunten. Om uit deze benarde situatie te geraken, wordt één van de uiteinden als gemeenschappelijk aangeduid. Er zijn dus 3 gemeenschappelijke aansluitschema's:

• voor een bipolaire transistor;
• polair apparaat;
• met open drain (collector).

Een bipolaire eenheid is verbonden met een gemeenschappelijke emitter voor zowel spannings- als stroomversterking (OE). In andere gevallen harmoniseert het de pennen van een digitale chip wanneer er een hoge spanning is tussen het externe circuit en het interne verbindingsschema. Zo werkt de gemeenschappelijke collectorverbinding, en er is alleen een toename van de stroom (OK). Indien een spanningsverhoging nodig is, wordt het element ingevoerd met een gemeenschappelijke basis (CB). Deze optie werkt goed in samengestelde cascade-schakelingen, maar wordt zelden gebruikt in ontwerpen met één transistor.

De schakeling omvat veldhalfgeleiderelementen van de TIR- en p-n-overgangsvariëteiten:

• gemeenschappelijke emitter (JE) - een aansluiting vergelijkbaar met de JE van een bipolaire module
• met gemeenschappelijke uitgang (OC) - een aansluiting van het type OC
• met gedeelde poort (SW) - vergelijkbaar met OE.

In open-drain schema's is de transistor opgenomen met een gemeenschappelijke emitter als onderdeel van de chip. De collector-pen is niet verbonden met andere delen van de module en de belasting gaat naar de buitenste connector. De keuze van de spanningen en collectorstromen wordt gemaakt nadat het project in elkaar is gezet. Open-drain apparaten werken in circuits met krachtige eindtrappen, busdrivers, en TTL-logische circuits.

Waar zijn transistors voor?

De toepassing wordt gedifferentieerd naargelang het gaat om een bipolaire module of een veldeffecttransistor. Waarom zijn transistors nodig? Indien lage stromen vereist zijn, b.v. in digitale plannen, worden de veldtypes gebruikt. Analoge schakelingen bereiken een hoge lineariteit van de versterking over een breed bereik van voedingsspanningen en uitgangsparameters.

Toepassingen voor bipolaire transistoren zijn onder meer versterkers, combinaties, detectoren, modulatoren, transistor-logische circuits en logische inverters.

De toepassingsgebieden van transistors zijn afhankelijk van hun kenmerken. Ze werken in 2 modi:

• In versterker regeling, het veranderen van de uitgangspuls met kleine afwijkingen in het stuursignaal;
• In keying-volgorde, waarbij de stroom naar de belastingen wordt geregeld wanneer de ingangsstroom laag is, is de transistor volledig gesloten of volledig open.

Het type halfgeleidermodule verandert de bedrijfsomstandigheden niet. De bron is verbonden met een belasting, b.v. een schakelaar, een geluidsversterker, een verlichtingsarmatuur. De stroom brengt de werking van de belastingseenheid op gang en de transistor wordt aangesloten in het circuit tussen de eenheid en de bron. De halfgeleidermodule beperkt de stroomtoevoer naar het toestel.

De weerstand aan de uitgang van de transistor wordt getransformeerd volgens de spanningen op de stuurgeleider. De stroom en de spanning aan het begin en het einde van de schakeling veranderen en nemen toe of af en zijn afhankelijk van het type transistor en de wijze waarop deze is aangesloten. Het regelen van de gestuurde voeding leidt tot een verhoging van de stroom, een stroompuls of een verhoging van de spanning.

Beide soorten transistors worden gebruikt in de volgende toepassingen:

1. In digitale regulatie. Er zijn experimentele ontwerpen ontwikkeld voor digitale versterkerschakelingen op basis van digitaal-naar-analoog-converters (DAC's).
2. In pulsgeneratoren. Afhankelijk van het type eenheid werkt de transistor in gesleutelde of lineaire volgorde om respectievelijk rechthoekige of willekeurige signalen weer te geven.
3. In elektronische hardware apparaten. Informatie en programma's beschermen tegen diefstal, illegale manipulatie en gebruik. De werking is in key mode, de stroom wordt analoog gestuurd en geregeld door de pulsbreedte. Transistors worden gebruikt in elektrische motoraandrijvingen, pulsvoltage regelaars.

Monokristallijne halfgeleiders en modules voor het openen en sluiten van circuits verhogen het vermogen, maar functioneren alleen als schakelaars. Veld-effect transistors worden in digitale apparaten gebruikt als kosteneffectieve modules. Bij de fabricagetechnieken in het concept van geïntegreerde experimenten worden transistors op een enkele siliciumchip vervaardigd.

Miniaturisatie van kristallen leidt tot snellere computers, minder energie en minder warmteontwikkeling.

Verwante artikelen: