Podíl ve společnosti. sítě:


Polovodičové přístroje. Tranzistory




Tranzistor je polovodičové zařízení určené k zesilování, invertování , přeměně elektrických signálů a také k přepínání elektrických impulzů v elektronických obvodech různých zařízení. Existují bipolární tranzistory, které používají krystaly n- a p- typu a polní (unipolární) tranzistory vyrobené na germánovém nebo křemíkovém krystalu s jedním typem vodivosti.

Bipolární tranzistory

Bipolární tranzistory jsou polovodičová zařízení vyrobená na krystalech s typem pnp ( a ) nebo npn ( b ) se třemi vodiči připojenými ke třech vrstvám (oblasti): kolektor ( K ), základna ( B ) a emitor ( E ) (Obr. 20).

Obrázek 20 - Bipolární tranzistory: a) struktura typu pnp ; b) struktura typu npn

Základna B je střední tenká vrstva, která slouží k překonání přechodů emitorů a kolektorů. Tloušťka základny musí být menší než střední volná dráha nosičů náboje. Emitter E - vnější vrstva, zdroj nosičů náboje s vysokou koncentrací nosičů, mnohem větší než v bázi. Druhá vnější vrstva K , která přijímá nosiče náboje, se nazývá kolektor .

Proud v takovém tranzistoru je určen pohybem nábojů dvou typů: elektrony a otvory. Proto jeho jméno - bipolární tranzistor .

Fyzické procesy tranzistorů typu pnp a npn jsou stejné. Jejich rozdíl spočívá v tom, že proudy v základně tranzistorů typu pnp jsou neseny hlavními nosiči nábojů - dírami a tranzistory typu npn - elektrony.

Každá z přechodů tranzistoru - emitoru ( B-E ) a kolektoru ( B-K ) může být zahrnuta buď dopředu nebo v opačném směru. V závislosti na tom jsou tři režimy provozu tranzistoru:

  • vypínací režim - oba pn junkce jsou uzavřené, zatímco poměrně malý proud I0 proudí tranzistorem kvůli menším nosičům náboje;
  • režim saturace - obě pn křižovatky jsou otevřené;
  • aktivní režim - jeden z pn spojení je otevřený a druhý uzavřen.

V režimech cut-off a saturace prakticky chybí ovládání tranzistoru. V aktivním režimu tranzistor provádí funkci aktivní součásti elektrických obvodů, zesilujících signály, generující kmity, přepínání atd.

Je-li přípojné napětí emitoru přímé, a na kolektoru naopak, začlenění tranzistoru je považováno za normální, s opačnou polaritou napětí - inverzní.

Přivedením negativního potenciálu zdrojového napětí do kolektoru a kladného na emitor (obr. 21) v spínacím obvodu tranzistoru se společným emitorem jsme otevřeli emitorový spoj E - B a uzavřeli kolektor G - K , zatímco proud kolektoru I K0 = I E0 = I0 je malý, je určen koncentrací menšinových nosičů (v tomto případě elektrony). Pokud je mezi vysílačem a základnou (0,3-0,5 V) malé napětí v dopředném směru pn spojení E - B , potom se do základu vysouvají otvory, které tvoří emitorový proud - I. V základně se díry částečně rekombinují volnými elektrony, ale zároveň přicházejí k základně z elektrického zdroje externího zdroje E B ( E B < E R ) nové elektrony, které tvoří základní proud I B.




Obrázek 21 - Obvod bipolárního tranzistoru

Vzhledem k tomu, že základna v tranzistoru je ve formě tenké vrstvy, pouze nevýznamná část otvorů se rekombinuje se základními elektrony a jejich hlavní část dosáhne spojení kolektoru. Tyto otvory jsou zachyceny elektrickým polem kolektoru, což je urychlovací otvor. Proud jamek, které padly z emitoru do kolektoru, je uzavřen přes rezistor R K a zdroj napětí s EMF E K , tvořící kolektorový proud I K ve vnějším obvodu.

Zaznamenáváme poměr proudů ve spínacím obvodu tranzistoru (obr. 21), který se nazývá spínací obvod společným emitorem (OE)

Poměr kolektorového proudu k proudu emitoru se nazývá proudový přenosový poměr

kde je základní proud

Spínací obvod tranzistoru s OE je nejčastější způsobený malým základním proudem ve vstupním obvodu a zesílením vstupního signálu jak v napětí, tak v proudu. Základní vlastnosti tranzistoru jsou určeny poměry proudů a napětí v různých obvodech a jejich vzájemný vliv na sebe.

Tranzistor může pracovat na stejnosměrném proudu, na malém střídavém signálu, na velkém střídavém signálu a na tlačítkovém (pulzním) režimu.



Vstupní rodiny

a víkend

Statické vlastnosti tranzistoru v obvodu s OE jsou uvedeny na obr. 22. Mohou být získány v důsledku experimentu nebo výpočtu.

Obrázek 22 - Rodiny vstupních a výstupních statických vlastností

Skupiny charakteristik, které se týkají napětí a proudů na výstupu na proudy a napětí na vstupu, se nazývají charakteristiky přenosu nebo řídicí charakteristiky (obr. 23).

Obrázek 23 Charakteristiky přenosu

Bipolární tranzistory jsou klasifikovány:

  • ztrátový výkon (nízký výkon (až 0,3 W), průměrný výkon (od 0,3 W do 1,5 W) a výkonný (nad 1,5 W);
  • na frekvenčních vlastnostech (nízké frekvence (až 3 MHz), střední frekvence (3-30 MHz), vysoké (30-300 MHz) a ultra vysoké frekvence (více než 300 MHz);
  • do cíle: univerzální, zesilující, generování, spínání a impulsy.

Při označování bipolárních tranzistorů nejprve zapíše písmeno nebo číslo označující zdrojový polovodičový materiál: Г nebo 1 - germanium, К nebo 2 - křemík; pak číslo 1 až 9 (1, 2 nebo 3 - nízké frekvence, 4, 5 nebo 6 - vysokofrekvenční, 7, 8 nebo 9 - ultra vysoké frekvence, resp. v každé skupině s nízkým, středním nebo vysokým výkonem). Další dvě číslice od 01 do 99 jsou pořadové číslo vývoje a na konci písmeno (od A a výše) označuje parametrickou skupinu zařízení, například napájecí napětí tranzistoru atd.

Například tranzistor GT109G: nízkofrekvenční germanium, nízký výkon s koeficientem přenosu proudu h 21 O = 100_250, U K = 6 V, I K = 20 mA (konstantní proud).

Tranzistor s efektem pole

Polarizační tranzistor je polovodičové zařízení, v němž je vypouštěcí proud ( C ) přes polovodičový kanál typu n nebo p řízen elektrickým polem vzniklým aplikací napětí mezi branou ( W ) a zdrojem ( I ).

Tranzistory s polním efektem jsou:

- s řídicí brankou typu pn-junction pro použití ve vysokofrekvenčních (do 12-18 GHz) převodních zařízeních. Jejich podmíněné označení v diagramu je znázorněno na obr. 24, a , b ;

- s izolovanou (dielektrickou) vrstvou pro použití v zařízeních pracujících s frekvencí do 1-2 GHz. Jsou vyrobeny buď se zabudovaným kanálem ve tvaru MDP_structure (viz jejich symbol na obr. 24, c a d ), nebo s indukovaným kanálem ve tvaru MOP_structure (viz jejich symbol na obr. 24, e , f ).

Obrázek 24 - Typy tranzistorů s efektem pole

Spínací obvod tranzistoru s efektem pole s bránou typu pn- junkce a kanálem typu n , jeho řada výstupních charakteristik I C = f ( U C ), U C = const a charakteristika odezvy zásobníku I C = f ( U C ), U C = const jsou znázorněny na obrázku . 25

Obrázek 25 - Schéma zapojení tranzistoru s efektem pole a jeho charakteristika odezvy zásob

Při připojení odtokových výstupů C a zdroje I k napájecímu zdroji Un protéká proudem I C kanálem typu n , jelikož pn- křižovatka nepřekrývá průřez kanálu (obr. 25a ).

V tomto případě elektroda, ze které vstupují nosiče náboje do kanálu, se nazývá zdroj a elektroda, přes kterou hlavní nosiče náboje opouští kanál, se nazývá odtok .

Elektroda používaná k regulaci průřezu kanálu se nazývá brána . Se zvyšujícím se zpětným napětím U C se průřez kanálu snižuje, jeho odpor se zvyšuje a odtokový proud I C se snižuje.

Řízení proudového proudu I C tak nastává, když se zpětné napětí přivede na pn spojení brány 3 . Vzhledem k malému rozsahu zpětných proudů v obvodu brány-zdroj je výkon potřebný pro řízení odtokového proudu zanedbatelný.

Při napětí -U 3 = -U 3O , nazývaném mezní napětí , kanálový úsek zcela překrývá bariérovou vrstvu vyčerpanou z nosičů náboje a odtokový proud I C0 (oddělovací proud) je určen menšími nosiči náboje pn spojení (viz obr. 25b ).

Schématická struktura tranzistorů s indukovaným n- kanálem je zobrazena na obr. 26. U napájecího napětí ve vztahu k zdroji, která je rovna nule a za přítomnosti napětí na odtoku, je vypouštěcí proud zanedbatelný. Znatelný odtokový proud se objeví pouze tehdy, když se na bránu aplikuje napětí kladné polarity vzhledem k zdroji, což je více než takzvané prahové napětí U SPD .

Obrázek 26 - Schematické uspořádání tranzistorů s indukovaným polním efektem n-kanálů

V tomto případě v důsledku průniku elektrického pole přes dielektrickou vrstvu do polovodiče při napětí na bráně větší než U ZPOR se na povrchu polovodiče pod branou objeví inverzní vrstva, což je kanál, který propojuje zdroj s odtokem.

Tloušťka a průřez kanálu se mění s napětím na bráně a odtokový proud se změní. Takto je vypouštěcí proud řízen v tranzistoru s efektem pole s indukovanou brankou. Nejdůležitější vlastností tranzistorů s efektem pole je vysoký vstupní odpor (řada megaohmů) a malý vstupní proud. Jedním z hlavních parametrů tranzistorů s efektem pole je strmost S charakteristiky proudu (viz obr. 25, c ). Například pro pole s tranzistorem typu KP103Zh S = (3 ... 5) mA / V.

Přečtěte si také o: