Βασικά στοιχεία ηλεκτρονικών για ανδρείκελα: τι είναι ένα τρανζίστορ και πώς λειτουργεί. Τρανζίστορ. Διπολικό τρανζίστορ. Πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ; Ένα διάγραμμα που δείχνει την αρχή λειτουργίας ενός τρανζίστορ. Σύνδεση τρανζίστορ σε ηλεκτρικό κύκλωμα Πώς λειτουργούν τα τρανζίστορ σε ένα κύκλωμα

Το αρχικό όνομα του στοιχείου ραδιοφώνου είναι triode, με βάση τον αριθμό των επαφών. Αυτό το ραδιοστοιχείο είναι ικανό να ελέγχει το ρεύμα σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα υπό την επίδραση ενός εξωτερικού σήματος. Μοναδικές ιδιότητες χρησιμοποιούνται σε ενισχυτές, ταλαντωτές και άλλες παρόμοιες λύσεις κυκλωμάτων.

Ονομασία τρανζίστορ στο διάγραμμα

Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι τριόδους σωλήνων βασίλευαν στα ραδιοηλεκτρονικά. Μέσα σε μια σφραγισμένη φιάλη, σε ειδικό περιβάλλον αερίου ή κενού, τοποθετήθηκαν τρία κύρια εξαρτήματα της τριόδου:

• Κάθοδος
• Καθαρά

Όταν εφαρμόστηκε σήμα ελέγχου χαμηλής ισχύος στο δίκτυο, ήταν δυνατό να περάσει ασύγκριτα μεγάλες αξίες. Το ρεύμα λειτουργίας της τριόδου είναι πολλές φορές υψηλότερο από το ρεύμα ελέγχου. Είναι αυτή η ιδιότητα που επιτρέπει στο ραδιοστοιχείο να λειτουργεί ως ενισχυτής.

Οι τρίοδοι που βασίζονται σε ραδιοσωλήνες λειτουργούν αρκετά αποτελεσματικά, ειδικά σε υψηλή ισχύ. Ωστόσο, οι διαστάσεις τους δεν επιτρέπουν τη χρήση τους σε σύγχρονες συμπαγείς συσκευές.

Φαντάζομαι κινητό τηλέφωνοή ένα player τσέπης φτιαγμένο σε τέτοια στοιχεία.

Το δεύτερο πρόβλημα είναι η εστίαση. Για κανονική λειτουργία, η κάθοδος πρέπει να είναι πολύ ζεστή για να ξεκινήσει η εκπομπή ηλεκτρονίων. Η θέρμανση του πηνίου απαιτεί πολλή ηλεκτρική ενέργεια. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο προσπαθούσαν πάντα να δημιουργήσουν μια πιο συμπαγή συσκευή με τις ίδιες ιδιότητες.

Τα πρώτα δείγματα εμφανίστηκαν το 1928 και στα μέσα του περασμένου αιώνα παρουσιάστηκε ένα λειτουργικό τρίοδο ημιαγωγών κατασκευασμένο με διπολική τεχνολογία. Το όνομα "τρανζίστορ" του αποδόθηκε.

Τι είναι ένα τρανζίστορ;

Ένα τρανζίστορ είναι μια ηλεκτρική συσκευή ημιαγωγών με ή χωρίς περίβλημα, η οποία έχει τρεις επαφές για λειτουργία και έλεγχο.

Η κύρια ιδιότητα είναι η ίδια με αυτή ενός τριόδου - αλλάζοντας τις παραμέτρους ρεύματος μεταξύ των ηλεκτροδίων εργασίας χρησιμοποιώντας ένα σήμα ελέγχου.

Λόγω της ανεξαρτησίας τους από το περιβάλλον λειτουργίας, οι κρύσταλλοι ημιαγωγών μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο σε ξεχωριστή συσκευασία όσο και σε μικροκυκλώματα. Ολοκληρωμένα με άλλα ραδιοστοιχεία, τα τρανζίστορ αναπτύσσονται απευθείας σε έναν μόνο κρύσταλλο.

Οι εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες των ημιαγωγών έχουν βρει εφαρμογή σε κινητές και φορητές συσκευές. Τα τρανζίστορ δεν είναι ευαίσθητα σε κραδασμούς και απότομους κραδασμούς. Έχουν καλή αντοχή στη θερμοκρασία (τα θερμαντικά σώματα ψύξης χρησιμοποιούνται κάτω από μεγάλα φορτία).

Σε αυτή τη σειρά άρθρων θα προσπαθήσουμε να μιλήσουμε απλά και ξεκάθαρα για πολύπλοκα εξαρτήματα όπως τα τρανζίστορ.

Σήμερα αυτό το στοιχείο ημιαγωγών βρίσκεται σχεδόν σε όλα πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων, σε οποιαδήποτε ηλεκτρονική συσκευή (σε κινητά τηλέφωνα, σε ραδιόφωνα, υπολογιστές και άλλα ηλεκτρονικά είδη). Τα τρανζίστορ είναι η βάση για την κατασκευή λογικών τσιπ, μνήμης, μικροεπεξεργαστών... Ας δούμε λοιπόν τι είναι αυτό το θαύμα, πώς λειτουργεί και τι προκαλεί ένα τόσο ευρύ φάσμα εφαρμογών του.

Ένα τρανζίστορ είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα κατασκευασμένο από υλικό ημιαγωγών, συνήθως με τρεις ακροδέκτες, που επιτρέπει σε ένα σήμα εισόδου να ελέγχει το ρεύμα.

Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι ένα τρανζίστορ ενισχύει το σήμα εισόδου. Σπεύδω να σας απογοητεύσω - από μόνα τους, χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας, τα τρανζίστορ δεν θα ενισχύσουν τίποτα (ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας δεν έχει ακόμη ακυρωθεί). Μπορείτε να κατασκευάσετε έναν ενισχυτή χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ, αλλά αυτή είναι μόνο μία από τις εφαρμογές του και για να αποκτήσετε ένα ενισχυμένο σήμα χρειάζεστε ένα ειδικό κύκλωμα, το οποίο σχεδιάζεται και υπολογίζεται υπό ορισμένες συνθήκες, καθώς και μια πηγή ενέργειας.

Από μόνο του, το τρανζίστορ μπορεί να ελέγξει μόνο το ρεύμα.

Ποιο είναι το πιο σημαντικό πράγμα που πρέπει να γνωρίζετε; Τα τρανζίστορ διαιρούνται με 2 μεγάλες ομάδες: διπολικό και πεδίο. Αυτές οι 2 ομάδες διαφέρουν ως προς τη δομή και την αρχή λειτουργίας, επομένως θα μιλήσουμε για καθεμία από αυτές τις ομάδες ξεχωριστά.

Η πρώτη ομάδα λοιπόν είναι διπολικά τρανζίστορ.

Αυτά τα τρανζίστορ αποτελούνται από τρία στρώματα ημιαγωγών και χωρίζονται ανάλογα με τη δομή τους σε 2 τύπους: pnpΚαι npn. Ο πρώτος τύπος (pnp) ονομάζεται μερικές φορές μπροστινά τρανζίστορ και ο δεύτερος τύπος (npn) ονομάζονται αντίστροφα τρανζίστορ.

Τι σημαίνουν αυτά τα γράμματα; Πώς διαφέρουν αυτά τα τρανζίστορ; Και γιατί ακριβώς δύο αγωγιμότητες; Ως συνήθως, η αλήθεια είναι κάπου εκεί έξω. Κάθε έξυπνο είναι απλό. N - αρνητικό (Αγγλικά) - αρνητικό. P - θετικό (Αγγλικά) - θετικό. Αυτός είναι ένας χαρακτηρισμός των τύπων αγωγιμότητας των στρωμάτων ημιαγωγών από τα οποία αποτελείται το τρανζίστορ. "Θετικό" είναι ένα στρώμα ημιαγωγού με αγωγιμότητα "οπής" (στο οποίο οι κύριοι φορείς φορτίου έχουν θετικό πρόσημο), "αρνητικό" είναι ένα στρώμα ημιαγωγού με "ηλεκτρονική" αγωγιμότητα (στο οποίο οι κύριοι φορείς φορτίου έχουν
αρνητικό πρόσημο).

Η δομή και ο χαρακτηρισμός των διπολικών τρανζίστορ στα διαγράμματα φαίνεται στο σχήμα στα δεξιά. Κάθε έξοδος έχει το δικό της όνομα. E - πομπός, K - συλλέκτης, B - βάση. Πώς να μάθετε τη βασική έξοδο στο διάγραμμα; Εύκολα. Υποδεικνύεται από την πλατφόρμα στην οποία στηρίζονται ο συλλέκτης και ο πομπός. Πώς μπορείτε να μάθετε τον πομπό; Είναι επίσης εύκολο - αυτή είναι η έξοδος με ένα βέλος. Η ακίδα που απομένει είναι ο συλλέκτης. Το βέλος στον πομπό δείχνει πάντα την κατεύθυνση του ρεύματος. Κατά συνέπεια, για τα τρανζίστορ npn, το ρεύμα ρέει μέσω του συλλέκτη και της βάσης και ρέει έξω από τον πομπό, αντίθετα, το ρεύμα ρέει μέσω του πομπού και ρέει έξω μέσω του συλλέκτη και της βάσης.

Ας βουτήξουμε βαθύτερα στη θεωρία... Τρία στρώματα ημιαγωγών σχηματίζουν δύο συνδέσεις pn στο τρανζίστορ. Το ένα είναι μεταξύ του πομπού και της βάσης, συνήθως ονομάζεται εκπομπός, το δεύτερο είναι μεταξύ του συλλέκτη και της βάσης, συνήθως ονομάζεται συλλέκτης.

Σε καθεμία από τις δύο συνδέσεις pn μπορεί να υπάρχει πόλωση προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, επομένως, στη λειτουργία του τρανζίστορ υπάρχουν τέσσερις κύριοι τρόποι λειτουργίας, ανάλογα με την προκατάληψη των συνδέσεων pn (θυμηθείτε ναι, εάν βρίσκεται στην πλευρά με αγωγιμότητα τύπου p η τάση είναι μεγαλύτερη από ό,τι στην πλευρά με αγωγιμότητα τύπου n, τότε αυτή είναι μια άμεση προκατάληψη της διασταύρωσης pn, αν είναι το αντίστροφο, τότε το αντίθετο). Παρακάτω, στα σχήματα που απεικονίζουν κάθε λειτουργία, τα βέλη δείχνουν την κατεύθυνση από την υψηλότερη τάση προς τη χαμηλότερη (αυτή δεν είναι η κατεύθυνση του ρεύματος!). Αυτό διευκολύνει την πλοήγηση: εάν το βέλος κατευθύνεται από το "p" στο "n", αυτή είναι μια πόλωση προς τα εμπρός της διασταύρωσης pn, εάν από το "n" στο "p", αυτή είναι μια αντίστροφη πόλωση.

Τρόποι λειτουργίας ενός διπολικού τρανζίστορ:

1) Εάν η διασταύρωση εκπομπού pn είναι πολωμένη προς τα εμπρός και η σύνδεση συλλέκτη είναι αντίστροφη πόλωση, τότε το τρανζίστορ βρίσκεται σε κανονικός ενεργή λειτουργία (μερικές φορές λένε απλώς "ενεργή λειτουργία", παραλείποντας τη λέξη κανονική). Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, το ρεύμα συλλέκτη εξαρτάται από το ρεύμα βάσης και σχετίζεται με αυτό με την ακόλουθη σχέση: Ik=Ib*β. Η ενεργή λειτουργία χρησιμοποιείται κατά την κατασκευή ενισχυτών τρανζίστορ.

2) Εάν και οι δύο διασταυρώσεις έχουν πόλωση προς τα εμπρός, το τρανζίστορ είναι μέσα λειτουργία κορεσμού. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα συλλέκτη παύει να εξαρτάται από το ρεύμα βάσης σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο (στον οποίο υπήρχε συντελεστής β), σταματά να αυξάνεται, ακόμη και αν το ρεύμα βάσης συνεχίσει να αυξάνεται. Σε αυτή την περίπτωση, το τρανζίστορ λέγεται ότι είναι πλήρως ανοιχτό ή απλά ανοιχτό. Όσο βαθύτερα πηγαίνουμε στην περιοχή κορεσμού, τόσο περισσότερο διασπάται η εξάρτηση Ik=Ib*β. Εξωτερικά, φαίνεται σαν να μειώνεται ο συντελεστής β. Θα πω επίσης ότι υπάρχει κάτι τέτοιο ως συντελεστής κορεσμού. Ορίζεται ως ο λόγος του πραγματικού ρεύματος βάσης (αυτό που έχετε αυτήν τη στιγμή) προς το ρεύμα βάσης στην οριακή κατάσταση μεταξύ ενεργού και κορεσμού.

3) Αν έχουμε αντίστροφη πόλωση και στις δύο διασταυρώσεις, το τρανζίστορ είναι μέσα λειτουργία αποκοπής. Ταυτόχρονα, δεν διαρρέει ρεύμα (με εξαίρεση τα πολύ μικρά ρεύματα διαρροής - αντίστροφα ρεύματα μέσω κόμβων pn). Σε αυτή την περίπτωση, το τρανζίστορ λέγεται ότι είναι τελείως απενεργοποιημένο ή απλά απενεργοποιημένο. Κατά την κατασκευή διακοπτών τρανζίστορ χρησιμοποιούνται τρόποι κορεσμού και αποκοπής.

4) Εάν η διασταύρωση εκπομπού έχει αντίστροφη πόλωση και η διασταύρωση συλλέκτη είναι πολωμένη προς τα εμπρός, τότε το τρανζίστορ πέφτει σε αντίστροφη ενεργή λειτουργία. Αυτή η λειτουργία είναι αρκετά εξωτική και χρησιμοποιείται σπάνια. Παρά το γεγονός ότι στα σχέδιά μας ο πομπός δεν διαφέρει από τον συλλέκτη και στην πραγματικότητα θα πρέπει να είναι ισοδύναμοι (κοιτάξτε ξανά το κορυφαίο σχέδιο - με την πρώτη ματιά, τίποτα δεν θα αλλάξει αν αλλάξετε τον συλλέκτη και τον πομπό), στην πραγματικότητα έχουν Υπάρχουν σχεδιαστικές διαφορές (για παράδειγμα σε μέγεθος) και δεν είναι ισοδύναμες. Εξαιτίας αυτής της διαφοράς υπάρχει μια διαίρεση σε «κανονική ενεργή λειτουργία» και «αντίστροφη ενεργή λειτουργία».

Μερικές φορές εντοπίζεται και ένα πέμπτο, το λεγόμενο «καθεστώς φραγμού». Σε αυτή την περίπτωση, η βάση του τρανζίστορ βραχυκυκλώνεται στον συλλέκτη. Στην πραγματικότητα, θα ήταν πιο σωστό να μην μιλήσουμε για κάποια ειδική λειτουργία, αλλά για έναν ειδικό τρόπο ενεργοποίησης. Η λειτουργία εδώ είναι αρκετά φυσιολογική - κοντά στην οριακή κατάσταση μεταξύ της ενεργής λειτουργίας και του κορεσμού. Μπορεί να επιτευχθεί όχι μόνο με βραχυκύκλωμα της βάσης με τον συλλέκτη. Σε αυτό συγκεκριμένη περίπτωσηΤο όλο κόλπο είναι ότι με αυτήν τη μέθοδο ενεργοποίησης, ανεξάρτητα από το πώς αλλάξουμε την τάση τροφοδοσίας ή το φορτίο, το τρανζίστορ θα παραμείνει σε αυτήν την πολύ οριακή λειτουργία. Δηλαδή, το τρανζίστορ σε αυτή την περίπτωση θα είναι ισοδύναμο με δίοδο.

Το διπολικό τρανζίστορ ελέγχεται από ρεύμα. Δηλαδή, για να ρέει ρεύμα μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού (με άλλα λόγια, για να ανοίξει το τρανζίστορ), πρέπει να ρέει ρεύμα μεταξύ του πομπού και της βάσης (ή μεταξύ του συλλέκτη και της βάσης - για αντίστροφη λειτουργία). Επιπλέον, το μέγεθος του ρεύματος βάσης και το μέγιστο δυνατό ρεύμα μέσω του συλλέκτη (σε ένα τέτοιο ρεύμα βάσης) σχετίζονται με έναν σταθερό συντελεστή β (συντελεστής μεταφοράς ρεύματος βάσης): I B * β = I K .

Εκτός από την παράμετρο β, χρησιμοποιείται ένας άλλος συντελεστής: ο συντελεστής μεταφοράς ρεύματος εκπομπού (α). Είναι ίσος με τον λόγο του ρεύματος συλλέκτη προς το ρεύμα εκπομπού: α=Iк/Iе. Η τιμή αυτού του συντελεστή είναι συνήθως κοντά στο ένα (όσο πιο κοντά στο ένα, τόσο το καλύτερο). Οι συντελεστές α και β σχετίζονται μεταξύ τους με την ακόλουθη σχέση: β=α/(1-α).

Στα εγχώρια βιβλία αναφοράς, αντί για τον συντελεστή β, αναφέρεται συχνά ο συντελεστής h 21E (κέρδος ρεύματος σε κύκλωμα με κοινό εκπομπό), μερικές φορές αντί για β μπορείτε να βρείτε h FE. Δεν πειράζει, συνήθως μπορούμε να υποθέσουμε ότι όλοι αυτοί οι συντελεστές είναι ίσοι και συχνά ονομάζονται απλώς "κέρδος τρανζίστορ".

Τι μας δίνει αυτό και γιατί το χρειαζόμαστε; Το σχήμα στα αριστερά δείχνει τα πιο απλά κυκλώματα. Είναι ισοδύναμα, αλλά κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας τρανζίστορ διαφορετικής αγωγιμότητας. Επίσης υπάρχει: ένα φορτίο με τη μορφή λαμπτήρα πυρακτώσεως, μια μεταβλητή αντίσταση και μια σταθερή αντίσταση.

Ας δούμε το αριστερό διάγραμμα. Τι συμβαίνει εκεί; Ας φανταστούμε ότι το ρυθμιστικό μεταβλητής αντίστασης βρίσκεται στην επάνω θέση. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση στη βάση του τρανζίστορ είναι ίση με την τάση στον πομπό, το ρεύμα βάσης είναι μηδέν, επομένως το ρεύμα του συλλέκτη είναι επίσης μηδέν (I K = β*I B) - το τρανζίστορ είναι κλειστό, η λάμπα κάνει όχι ελαφρύ. Αρχίζουμε να κατεβάζουμε το ρυθμιστικό προς τα κάτω
- η τάση σε αυτό αρχίζει να πέφτει χαμηλότερα από τον πομπό - εμφανίζεται ένα ρεύμα από τον πομπό στη βάση (ρεύμα βάσης) και ταυτόχρονα - ένα ρεύμα από τον πομπό στον συλλέκτη (το τρανζίστορ θα αρχίσει να ανοίγει). Η λάμπα αρχίζει να ανάβει, αλλά όχι σε πλήρη ένταση. Όσο χαμηλότερα μετακινούμε το ρυθμιστικό της μεταβλητής αντίστασης, τόσο πιο φωτεινό θα καίει η λάμπα.

Και μετά, προσοχή! Εάν αρχίσουμε να μετακινούμε το ρυθμιστικό της μεταβλητής αντίστασης προς τα πάνω, το τρανζίστορ θα αρχίσει να κλείνει και τα ρεύματα από τον πομπό προς τη βάση και από τον πομπό προς τον συλλέκτη θα αρχίσουν να μειώνονται. Στο σωστό διάγραμμα όλα είναι ίδια, μόνο με τρανζίστορ διαφορετικής αγωγιμότητας.

Ο εξεταζόμενος τρόπος λειτουργίας του τρανζίστορ είναι ενεργός. Τι νόημα έχει; Το ρεύμα ελέγχει το ρεύμα; Ακριβώς, αλλά το κόλπο είναι ότι ο συντελεστής β μπορεί να μετρηθεί σε δεκάδες και
ακόμη και εκατοντάδες. Δηλαδή, για να αλλάξουμε πολύ το ρεύμα που ρέει από τον πομπό στον συλλέκτη, χρειάζεται μόνο να αλλάξουμε ελαφρώς το ρεύμα που ρέει από τον πομπό στη βάση.

Στην ενεργή λειτουργία, το τρανζίστορ (με την κατάλληλη καλωδίωση) χρησιμοποιείται ως ενισχυτής.

Κουραστήκαμε... ας ξεκουραστούμε λίγο...

Και πάλι μπροστά!

Τώρα ας δούμε πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ ως διακόπτης. Ας δούμε το αριστερό διάγραμμα. Αφήστε τον διακόπτη S να είναι κλειστός στη θέση 1. Σε αυτή την περίπτωση, η βάση του τρανζίστορ μέσω της αντίστασης R έλκεται στο θετικό ρεύμα, οπότε δεν υπάρχει ρεύμα μεταξύ του πομπού και της βάσης και το τρανζίστορ είναι κλειστό. Ας φανταστούμε ότι έχουμε μετακινήσει τον διακόπτη S στη θέση 2. Η τάση στη βάση γίνεται μικρότερη από τον πομπό - εμφανίζεται ένα ρεύμα μεταξύ του πομπού και της βάσης (η τιμή του καθορίζεται από την αντίσταση R). Αμέσως προκύπτει ένα ρεύμα FE. Το τρανζίστορ ανοίγει και η λυχνία ανάβει. Εάν επαναφέρουμε το διακόπτη S στη θέση 1, το τρανζίστορ θα κλείσει και η λάμπα θα σβήσει. (στο δεξιό διάγραμμα όλα είναι ίδια, μόνο το τρανζίστορ έχει διαφορετική αγωγιμότητα)

Σε αυτή την περίπτωση, το τρανζίστορ λέγεται ότι λειτουργεί ως διακόπτης. Τι νόημα έχει; Το τρανζίστορ αλλάζει μεταξύ δύο καταστάσεων - ανοικτής και κλειστής. Συνήθως, όταν χρησιμοποιούν ένα τρανζίστορ ως διακόπτη, προσπαθούν να διασφαλίσουν ότι σε ανοιχτή κατάσταση το τρανζίστορ είναι κοντά στον κορεσμό (ταυτόχρονα, η πτώση τάσης μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού, και επομένως οι απώλειες στο τρανζίστορ, είναι ελάχιστο). Συνήθως αποφεύγονται καταστάσεις βαθέως κορεσμού και βαθιάς αποκοπής, γιατί σε αυτή την περίπτωση αυξάνεται ο χρόνος αλλαγής του κλειδιού από τη μια κατάσταση στην άλλη.

Ένα μικρό παράδειγμα υπολογισμών. Ας φανταστούμε ότι ελέγχουμε μια λάμπα πυρακτώσεως 12V, 50mA μέσω ενός τρανζίστορ. Το τρανζίστορ μας λειτουργεί ως διακόπτης, οπότε σε ανοιχτή κατάσταση θα πρέπει να είναι κοντά στον κορεσμό. Δεν θα λάβουμε υπόψη την πτώση τάσης μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού, καθώς για τη λειτουργία κορεσμού είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερη από την τάση τροφοδοσίας. Δεδομένου ότι ένα ρεύμα 50 mA ρέει μέσα από τη λάμπα, πρέπει να επιλέξουμε ένα τρανζίστορ με μέγιστο ρεύμα EC τουλάχιστον 62,5 mA (συνήθως συνιστάται η χρήση εξαρτημάτων στο 75% των μέγιστων παραμέτρων τους, αυτό είναι ένα είδος αποθέματος) . Ανοίξτε τον κατάλογο και αναζητήστε τον κατάλληλο τρανζίστορ pnp. Για παράδειγμα KT361. Στην περίπτωσή μας, από άποψη ρεύματος, είναι κατάλληλα με τους δείκτες γράμματος “a, b, c, d”, αφού η μέγιστη τάση του EC είναι 20V, αλλά στο πρόβλημά μας είναι μόνο 12V.

Ας υποθέσουμε ότι θα χρησιμοποιήσουμε KT361A, με κέρδος από 20 έως 90. Εφόσον χρειαζόμαστε εγγυημένο άνοιγμα του τρανζίστορ, θα χρησιμοποιήσουμε το ελάχιστο Kus = 20 στον υπολογισμό. Τώρα σκεφτόμαστε. Ποιο ελάχιστο ρεύμα πρέπει να ρέει μεταξύ του πομπού και της βάσης για να παρέχει ρεύμα 50 mA μέσω του EC;

50 mA / 20 φορές = 2,5 mA

Ποια αντίσταση περιορισμού ρεύματος θα πρέπει να εγκατασταθεί για να περάσει ρεύμα 2,5 mA μέσω του BE;

Όλα είναι απλά εδώ. Νόμος του Ohm: I=U/R. Επομένως R = (τροφοδοσία 12 V - απώλεια 0,65 V στη διασταύρωση pn BE) / 0,0025 A = 4540 Ohm. Δεδομένου ότι τα 2,5 mA είναι το ελάχιστο ρεύμα που στην περίπτωσή μας πρέπει να ρέει από τον πομπό στη βάση, πρέπει να επιλέξουμε τυπική σειράη πλησιέστερη αντίσταση χαμηλότερης αντίστασης. Για παράδειγμα, με απόκλιση 5% θα ήταν μια αντίσταση 4,3 kOhm.

Τώρα για το ρεύμα. Για να ανάψουμε μια λάμπα με ονομαστικό ρεύμα 50 mA, πρέπει να αλλάξουμε ρεύμα μόνο 2,5 mA. Και αυτό συμβαίνει όταν χρησιμοποιείτε ένα καταναλωτικό αγαθό, φθηνό τρανζίστορ, με χαμηλό Kus, που αναπτύχθηκε πριν από 40 χρόνια. Νιώθεις τη διαφορά; Πόσο μπορούν να μειωθούν οι διαστάσεις των διακοπτών (και άρα το κόστος τους) κατά τη χρήση τρανζίστορ.

Ας επιστρέψουμε ξανά στη θεωρία.

Στα παραδείγματα που συζητήθηκαν παραπάνω, χρησιμοποιήσαμε μόνο ένα από τα κυκλώματα μεταγωγής τρανζίστορ. Συνολικά, ανάλογα με το πού εφαρμόζουμε το σήμα ελέγχου και από πού παίρνουμε το σήμα εξόδου (σε ποιο ηλεκτρόδιο είναι κοινό για αυτά τα σήματα), υπάρχουν 3 κύρια κυκλώματα για την ενεργοποίηση διπολικών τρανζίστορ (καλά, λογικό, σωστά; - το τρανζίστορ έχει 3 εξόδους, Αυτό σημαίνει ότι αν διαιρέσετε τα κυκλώματα σύμφωνα με την αρχή ότι ένας από τους ακροδέκτες είναι κοινός, τότε μπορεί να υπάρχουν 3 κυκλώματα συνολικά):

1) Κοινό κύκλωμα εκπομπού.

Αν υποθέσουμε ότι το ρεύμα εισόδου είναι το ρεύμα βάσης, η τάση εισόδου είναι η τάση στη διασταύρωση BE, το ρεύμα εξόδου είναι το ρεύμα συλλέκτη και η τάση εξόδου είναι η τάση μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού, τότε μπορούμε να γράψουμε ότι: Iout/Iin=Iк/Ib= β, Rin=Ube/Ib.

Επιπλέον, δεδομένου ότι Uout=Epit-Ik*R, είναι σαφές ότι, πρώτον, η τάση εξόδου μπορεί εύκολα να γίνει πολύ μεγαλύτερη από την είσοδο και, δεύτερον, ότι η τάση εξόδου είναι ανεστραμμένη σε σχέση με την είσοδο (όταν Ube= Το Uin αυξάνεται και το ρεύμα εισόδου αυξάνεται - το ρεύμα εξόδου αυξάνεται επίσης, αλλά το Uke = Uout μειώνεται).

Αυτό το σχήμα σύνδεσης (για συντομία ονομάζεται OE) είναι το πιο συνηθισμένο, καθώς σας επιτρέπει να ενισχύσετε τόσο το ρεύμα όσο και την τάση, δηλαδή σας επιτρέπει να αποκτήσετε μέγιστη ενίσχυση ισχύος. Σημειώνω ότι αυτή η πρόσθετη ισχύς από το ενισχυμένο σήμα λαμβάνεται όχι από τον αέρα και όχι από το ίδιο το τρανζίστορ, αλλά από την πηγή ισχύος (Epit), χωρίς την οποία το τρανζίστορ δεν θα μπορεί να ενισχύσει τίποτα και δεν θα υπάρχει ρεύμα στο κύκλωμα εξόδου καθόλου. (Νομίζω - θα γράψουμε λεπτομερέστερα αργότερα, σε ξεχωριστό άρθρο, για το πώς ακριβώς λειτουργούν οι ενισχυτές τρανζίστορ και πώς να τους υπολογίσουμε).

2) Σχέδιο με κοινή βάση.

Εδώ, το ρεύμα εισόδου είναι το ρεύμα εκπομπού, η τάση εισόδου είναι η τάση στη διασταύρωση BE, το ρεύμα εξόδου είναι το ρεύμα συλλέκτη και η τάση εξόδου είναι η τάση στο φορτίο που είναι συνδεδεμένο στο κύκλωμα συλλέκτη. Για αυτό το κύκλωμα: Iout≈Iin, επειδή Ik≈Ie, Rin=Ube/Ie.

Ένα τέτοιο κύκλωμα (OB) ενισχύει μόνο την τάση και δεν ενισχύει το ρεύμα. Σήμα εισόδου σε αυτή την περίπτωσηδεν αλλάζει φάση.

3) Κοινό κύκλωμα συλλέκτη(οπαδός εκπομπών).

Εδώ, το ρεύμα εισόδου είναι το ρεύμα βάσης και η τάση εισόδου συνδέεται στη διασταύρωση του τρανζίστορ BE και του φορτίου, το ρεύμα εξόδου είναι το ρεύμα εκπομπού και η τάση εξόδου είναι η τάση σε όλο το φορτίο που συνδέεται με το κύκλωμα εκπομπού . Για αυτό το κύκλωμα: Iout/Iin=Ie/Ib=(I K +I B)/I B =β+1, επειδή Συνήθως ο συντελεστής β είναι αρκετά μεγάλος, αλλά μερικές φορές λαμβάνεται υπόψη το Iout/Iin≈β. Rin=Ube/Ib+R. Uout/Uin=(Ube+Uout)/Uout≈1.

Όπως μπορείτε να δείτε, ένα τέτοιο κύκλωμα (ΟΚ) ενισχύει το ρεύμα και δεν ενισχύει την τάση. Το σήμα σε αυτή την περίπτωση δεν αλλάζει φάση. Επιπλέον, αυτό το κύκλωμα έχει την υψηλότερη αντίσταση εισόδου.

Τα πορτοκαλί βέλη στα παραπάνω διαγράμματα δείχνουν τα κυκλώματα ροής ρεύματος που δημιουργούνται από την πηγή ισχύος του κυκλώματος εξόδου (Epit) και το ίδιο το σήμα εισόδου (Uin). Όπως μπορείτε να δείτε, σε ένα κύκλωμα με OB, το ρεύμα που δημιουργείται από το Epit ρέει όχι μόνο μέσω του τρανζίστορ, αλλά και μέσω της πηγής του ενισχυμένου σήματος, και σε ένα κύκλωμα με ΟΚ, αντίθετα, το ρεύμα που δημιουργείται από το σήμα εισόδου ρέει όχι μόνο μέσω του τρανζίστορ, αλλά και μέσω του φορτίου (χρησιμοποιώντας αυτά τα σήματα μπορείτε εύκολα να διακρίνετε ένα σχήμα σύνδεσης από το άλλο).

Και τέλος, ας μιλήσουμε για το πώς να ελέγξετε ένα διπολικό τρανζίστορ για δυνατότητα συντήρησης. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η υγεία του τρανζίστορ μπορεί να κριθεί από την κατάσταση των συνδέσεων pn. Εάν θεωρήσουμε αυτές τις συνδέσεις pn ανεξάρτητα η μία από την άλλη, τότε το τρανζίστορ μπορεί να αναπαρασταθεί ως συνδυασμός δύο διόδων (όπως στο σχήμα στα αριστερά). Γενικά, η αμοιβαία επιρροή των συνδέσεων pn είναι αυτή που κάνει ένα τρανζίστορ τρανζίστορ, αλλά κατά τον έλεγχο, αυτή η αμοιβαία επίδραση μπορεί να αγνοηθεί, αφού εφαρμόζουμε τάση στους ακροδέκτες του τρανζίστορ σε ζεύγη (σε δύο ακροδέκτες από τους τρεις). Κατά συνέπεια, μπορείτε να ελέγξετε αυτές τις διασταυρώσεις pn με ένα κανονικό πολύμετρο στη λειτουργία δοκιμής διόδου. Όταν συνδέσετε τον κόκκινο αισθητήρα (+) στην κάθοδο της διόδου και τον μαύρο με την άνοδο, η διασταύρωση pn θα κλείσει (το πολύμετρο δείχνει μια απείρως υψηλή αντίσταση), εάν αλλάξετε τους ανιχνευτές, η σύνδεση pn θα να είναι ανοιχτό (το πολύμετρο δείχνει την πτώση τάσης στην ανοικτή διασταύρωση pn, συνήθως 0,6-0,8 V). Κατά τη σύνδεση των ανιχνευτών μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού, το πολύμετρο θα δείξει απείρως υψηλή αντίσταση, ανεξάρτητα από το ποιος αισθητήρας είναι συνδεδεμένος στον συλλέκτη και ποιος στον πομπό.

Συνεχίζεται…

Ένα τρανζίστορ είναι μια συσκευή που λειτουργεί σε ημιαγωγούς με ηλεκτρονική πλήρωση. Έχει σχεδιαστεί για να μετασχηματίζει και να ενισχύει ηλεκτρικά σήματα. Υπάρχουν δύο τύποι συσκευών: ένα μονοπολικό τρανζίστορ ή ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου.

Εάν δύο τύποι φορέων φορτίου λειτουργούν ταυτόχρονα σε ένα τρανζίστορ - οπές και ηλεκτρόνια, τότε ονομάζεται διπολικό. Εάν μόνο ένας τύπος φορτίου λειτουργεί σε ένα τρανζίστορ, τότε αυτό είναι μονοπολικό.

Φανταστείτε τη λειτουργία μιας συνηθισμένης βρύσης. Γυρίστε τη βαλβίδα - η ροή του νερού αυξήθηκε, γυρίστε την από την άλλη πλευρά - η ροή μειώθηκε ή σταμάτησε. Στην πράξη, αυτή είναι η αρχή λειτουργίας ενός τρανζίστορ. Μόνο που αντί για νερό, ένα ρεύμα ηλεκτρονίων ρέει μέσα από αυτό. Η αρχή λειτουργίας ενός τρανζίστορ διπολικού τύπου χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι μέσω αυτού ηλεκτρονική συσκευήΥπάρχουν δύο τύποι ρεύματος. Χωρίζονται σε μεγάλα, ή κύρια, και μικρά, ή διαχειριστικά. Επιπλέον, η ισχύς του ρεύματος ελέγχου επηρεάζει την ισχύ του κύριου. Ας θεωρήσουμε ότι η αρχή της λειτουργίας του είναι διαφορετική από άλλες. Μόνο ένας περνά από αυτό, το οποίο εξαρτάται από το περιβάλλον

Ένα διπολικό τρανζίστορ είναι κατασκευασμένο από 3 στρώματα ημιαγωγών, και επίσης, το πιο σημαντικό, από δύο διασταυρώσεις PN. Είναι απαραίτητο να γίνει διάκριση μεταξύ των συνδέσεων PNP και NPN και, επομένως, των τρανζίστορ. Αυτοί οι ημιαγωγοί εναλλάσσονται μεταξύ ηλεκτρονίων και αγωγιμότητας οπών.

Ένα διπολικό τρανζίστορ έχει τρεις επαφές. Αυτή είναι η βάση, η επαφή που βγαίνει από το κεντρικό στρώμα και δύο ηλεκτρόδια στα άκρα - ο πομπός και ο συλλέκτης. Σε σύγκριση με αυτά τα εξωτερικά ηλεκτρόδια, το στρώμα βάσης είναι πολύ λεπτό. Στα άκρα του τρανζίστορ, η περιοχή του ημιαγωγού δεν είναι συμμετρική. Για τη σωστή λειτουργία αυτής της συσκευής, το στρώμα ημιαγωγού που βρίσκεται στην πλευρά του συλλέκτη πρέπει να είναι ελαφρώς, αλλά πιο παχύ σε σύγκριση με την πλευρά του εκπομπού.

Οι αρχές λειτουργίας ενός τρανζίστορ βασίζονται σε φυσικές διεργασίες. Ας δουλέψουμε με το μοντέλο PNP. Η λειτουργία του μοντέλου NPN θα είναι παρόμοια, εκτός από την πολικότητα τάσης μεταξύ των βασικών στοιχείων όπως ο συλλέκτης και ο πομπός. Θα κατευθυνθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Μια ουσία τύπου Ρ περιέχει οπές ή θετικά φορτισμένα ιόντα. Η ουσία τύπου Ν αποτελείται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Στο τρανζίστορ που εξετάζουμε, ο αριθμός των οπών στην περιοχή P είναι πολύ μεγαλύτερος από τον αριθμό των ηλεκτρονίων στην περιοχή Ν.

Όταν μια πηγή τάσης συνδέεται μεταξύ εξαρτημάτων όπως ο πομπός και ο συλλέκτης, οι αρχές λειτουργίας του τρανζίστορ βασίζονται στο γεγονός ότι οι οπές αρχίζουν να έλκονται στον πόλο και συγκεντρώνονται κοντά στον πομπό. Αλλά το ρεύμα δεν ρέει. Ηλεκτρικό πεδίοαπό την πηγή τάσης δεν φτάνει στον συλλέκτη λόγω του παχύ στρώματος του ημιαγωγού εκπομπού και του στρώματος ημιαγωγού βάσης.
Στη συνέχεια θα συνδέσουμε την πηγή τάσης με διαφορετικό συνδυασμό στοιχείων, δηλαδή μεταξύ βάσης και πομπού. Τώρα οι οπές κατευθύνονται προς τη βάση και αρχίζουν να αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρόνια. Το κεντρικό τμήμα της βάσης είναι κορεσμένο με τρύπες. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται δύο ρεύματα. Μεγάλο - από πομπό σε συλλέκτη, μικρό - από βάση σε εκπομπό.

Καθώς αυξάνεται η τάση στη βάση, θα υπάρχουν ακόμη περισσότερες οπές στο στρώμα Ν, το ρεύμα βάσης θα αυξηθεί και το ρεύμα εκπομπού θα αυξηθεί ελαφρώς. Αυτό σημαίνει ότι με μια μικρή αλλαγή στο ρεύμα βάσης, το ρεύμα εκπομπού αυξάνεται αρκετά σοβαρά. Ως αποτέλεσμα, έχουμε αύξηση του σήματος στο διπολικό τρανζίστορ.

Ας εξετάσουμε τις αρχές λειτουργίας ενός τρανζίστορ ανάλογα με τους τρόπους λειτουργίας του. Υπάρχουν η κανονική ενεργή λειτουργία, η αντίστροφη ενεργή λειτουργία κορεσμού και η λειτουργία αποκοπής.
Όταν ο τρόπος λειτουργίας είναι ενεργός, η διασταύρωση εκπομπού είναι ανοιχτή και η διασταύρωση συλλέκτη είναι κλειστή. Στη λειτουργία αντιστροφής, όλα συμβαίνουν αντίστροφα.

Τα τρανζίστορ είναι ενεργά εξαρτήματα και χρησιμοποιούνται σε όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα ως ενισχυτές και συσκευές μεταγωγής (διακόπτες τρανζίστορ). Ως συσκευές ενίσχυσης, χρησιμοποιούνται σε συσκευές υψηλής και χαμηλής συχνότητας, γεννήτριες σημάτων, διαμορφωτές, ανιχνευτές και πολλά άλλα κυκλώματα. Σε ψηφιακά κυκλώματα, τροφοδοτικά μεταγωγής και ελεγχόμενους ηλεκτρικούς δίσκους, χρησιμεύουν ως διακόπτες.

Διπολικά τρανζίστορ

Αυτό είναι το όνομα του πιο συνηθισμένου τύπου τρανζίστορ. Χωρίζονται σε τύπους npn και pnp. Το υλικό που χρησιμοποιείται συχνότερα για αυτά είναι το πυρίτιο ή το γερμάνιο. Στην αρχή, τα τρανζίστορ κατασκευάζονταν από γερμάνιο, αλλά ήταν πολύ ευαίσθητα στη θερμοκρασία. Οι συσκευές πυριτίου είναι πολύ πιο ανθεκτικές στις διακυμάνσεις του και είναι φθηνότερες στην παραγωγή.

Στην παρακάτω φωτογραφία φαίνονται διάφορα διπολικά τρανζίστορ.

Οι συσκευές χαμηλής κατανάλωσης βρίσκονται σε μικρές πλαστικές ορθογώνιες ή μεταλλικές κυλινδρικές θήκες. Έχουν τρεις ακροδέκτες: για τη βάση (Β), τον πομπό (Ε) και τον συλλέκτη (Κ). Κάθε ένα από αυτά συνδέεται με ένα από τα τρία στρώματα πυριτίου με αγωγιμότητα είτε τύπου n (το ρεύμα παράγεται από ελεύθερα ηλεκτρόνια) είτε τύπου p (το ρεύμα δημιουργείται από τις λεγόμενες θετικά φορτισμένες «τρύπες»), οι οποίες συνθέτουν τη δομή του τρανζίστορ.

Πώς λειτουργεί ένα διπολικό τρανζίστορ;

Οι αρχές λειτουργίας ενός τρανζίστορ πρέπει να μελετηθούν, ξεκινώντας από το σχεδιασμό του. Εξετάστε τη δομή ενός τρανζίστορ NPN, η οποία φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Όπως μπορείτε να δείτε, περιέχει τρία στρώματα: δύο με αγωγιμότητα τύπου n και μία με αγωγιμότητα τύπου p. Ο τύπος αγωγιμότητας των στρωμάτων καθορίζεται από τον βαθμό ντόπινγκ διαφόρων τμημάτων του κρυστάλλου πυριτίου με ειδικές ακαθαρσίες. Ο πομπός τύπου n είναι πολύ εμποτισμένος για να παρέχει πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια ως τους κύριους φορείς ρεύματος. Η πολύ λεπτή βάση τύπου p είναι ελαφρώς ντοπαρισμένη με ακαθαρσίες και έχει υψηλή αντοχή, και ο συλλέκτης τύπου n είναι πολύ ντοπαρισμένος για να του δώσει χαμηλή αντίσταση.

Αρχές λειτουργίας τρανζίστορ

Ο καλύτερος τρόπος για να τα γνωρίσετε είναι μέσω του πειραματισμού. Παρακάτω είναι ένα διάγραμμα ενός απλού κυκλώματος.

Χρησιμοποιεί ένα τρανζίστορ ισχύος για τον έλεγχο της λάμπας. Θα χρειαστείτε επίσης μια μπαταρία, έναν μικρό λαμπτήρα φακού περίπου 4,5 V/0,3 A, ένα ποτενσιόμετρο μεταβλητής αντίστασης (5K) και μια αντίσταση 470 ohm. Αυτά τα εξαρτήματα πρέπει να συνδεθούν όπως φαίνεται στο σχήμα στα δεξιά του διαγράμματος.

Γυρίστε το ρυθμιστικό του ποτενσιόμετρου στη χαμηλότερη θέση του. Αυτό θα μειώσει την τάση βάσης (μεταξύ βάσης και γείωσης) σε μηδέν βολτ (U BE = 0). Η λάμπα δεν ανάβει, πράγμα που σημαίνει ότι δεν ρέει ρεύμα μέσω του τρανζίστορ.

Εάν τώρα γυρίσετε τη λαβή από την κάτω θέση της, τότε το UBE αυξάνεται σταδιακά. Όταν φτάσει τα 0,6 V, το ρεύμα αρχίζει να ρέει στη βάση του τρανζίστορ και η λάμπα αρχίζει να λάμπει. Όταν η λαβή μετακινηθεί περαιτέρω, η τάση U BE παραμένει στα 0,6 V, αλλά το ρεύμα βάσης αυξάνεται και αυτό αυξάνει το ρεύμα μέσω του κυκλώματος συλλέκτη-εκπομπού. Εάν το πόμολο μετακινηθεί στην επάνω θέση, η τάση στη βάση θα αυξηθεί ελαφρώς στα 0,75 V, αλλά το ρεύμα θα αυξηθεί σημαντικά και η λάμπα θα λάμπει έντονα.

Τι γίνεται αν μετρήσετε τα ρεύματα του τρανζίστορ;

Αν συνδέσουμε ένα αμπερόμετρο μεταξύ του συλλέκτη (C) και της λάμπας (για τη μέτρηση I C), ένα άλλο αμπερόμετρο μεταξύ της βάσης (B) και του ποτενσιόμετρου (για τη μέτρηση I B) και ένα βολτόμετρο μεταξύ της κοινής και της βάσης και επαναλάβουμε ολόκληρο το πείραμα, μπορούμε να πάρουμε μερικά ενδιαφέροντα δεδομένα. Όταν το κουμπί του ποτενσιόμετρου βρίσκεται στη χαμηλότερη θέση του, το U BE είναι 0 V, όπως και τα ρεύματα IC και I B. Όταν μετακινείται η λαβή, αυτές οι τιμές αυξάνονται μέχρι να αρχίσει να λάμπει ο λαμπτήρας, όταν είναι ίσες: U BE = 0,6 V, I B = 0,8 mA και I C = 36 mA.

Ως αποτέλεσμα, λαμβάνουμε από αυτό το πείραμα τις ακόλουθες αρχές λειτουργίας τρανζίστορ: ελλείψει μιας θετικής τάσης πόλωσης (για τύπου npn) στη βάση, τα ρεύματα μέσω των ακροδεκτών του είναι μηδενικά, και παρουσία τάσης βάσης και ρεύμα, οι αλλαγές τους επηρεάζουν το ρεύμα στο κύκλωμα συλλέκτη-εκπομπού.

Τι συμβαίνει όταν ενεργοποιείτε την ισχύ ενός τρανζίστορ

Κατά την διάρκεια κανονική λειτουργία, η τάση που εφαρμόζεται στη διασταύρωση βάσης-εκπομπού κατανέμεται έτσι ώστε το δυναμικό της βάσης (τύπου p) να είναι περίπου 0,6 V υψηλότερο από αυτό του πομπού (n-type). Σε αυτή την περίπτωση, εφαρμόζεται μια τάση προς τα εμπρός σε αυτή τη διασταύρωση, πολώνεται προς την εμπρός κατεύθυνση και είναι ανοιχτή στη ροή του ρεύματος από τη βάση προς τον πομπό.

Πολύ περισσότερο υψηλή τάσηεφαρμόζεται στη διασταύρωση βάσης-συλλέκτη και το δυναμικό του συλλέκτη (τύπου n) αποδεικνύεται υψηλότερο από αυτό της βάσης (τύπου p). Άρα εφαρμόζεται αντίστροφη τάση στη διασταύρωση και έχει αντίστροφη πόλωση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός αρκετά παχύ στρώματος χωρίς ηλεκτρόνια στον συλλέκτη κοντά στη βάση όταν εφαρμόζεται τάση τροφοδοσίας στο τρανζίστορ. Ως αποτέλεσμα, δεν διέρχεται ρεύμα από το κύκλωμα συλλέκτη-εκπομπού. Η κατανομή των φορτίων στις ζώνες σύνδεσης ενός τρανζίστορ npn φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Ποιος είναι ο ρόλος του ρεύματος βάσης;

Πώς μπορούμε να κάνουμε την ηλεκτρονική μας συσκευή να λειτουργεί; Η αρχή λειτουργίας του τρανζίστορ είναι η επίδραση του ρεύματος βάσης στην κατάσταση της κλειστής διασταύρωσης βάσης-συλλέκτη. Όταν η διασταύρωση βάσης-εκπομπού είναι πολωμένη προς τα εμπρός, ένα μικρό ρεύμα θα ρέει στη βάση. Εδώ οι φορείς του είναι θετικά φορτισμένες τρύπες. Αυτά συνδυάζονται με ηλεκτρόνια που προέρχονται από τον πομπό για να παράγουν ένα ρεύμα I BE. Ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι ο πομπός είναι πολύ ντοπαρισμένος, πολλά περισσότερα ηλεκτρόνια ρέουν από αυτόν στη βάση από όσα μπορούν να συνδυαστούν με οπές. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση ηλεκτρονίων στη βάση, και τα περισσότερα από αυτά τη διασχίζουν και εισέρχονται στο στρώμα συλλέκτη που έχει εξαντληθεί από ηλεκτρόνια. Εδώ έρχονται υπό την επιρροή ενός ισχυρού ηλεκτρικό πεδίο, που εφαρμόζεται στη διασταύρωση βάσης-συλλέκτη, περάστε μέσα από το στρώμα που έχει εξαντληθεί τα ηλεκτρόνια και τον κύριο όγκο του συλλέκτη στην έξοδο του.

Οι αλλαγές στο ρεύμα που ρέει στη βάση επηρεάζουν τον αριθμό των ηλεκτρονίων που έλκονται από τον πομπό. Έτσι, οι αρχές λειτουργίας του τρανζίστορ μπορούν να συμπληρωθούν με την ακόλουθη δήλωση: πολύ μικρές αλλαγές στο ρεύμα βάσης προκαλούν πολύ μεγάλες αλλαγές στο ρεύμα που ρέει από τον πομπό στον συλλέκτη, δηλ. το ρεύμα αυξάνεται.

Τύποι τρανζίστορ εφέ πεδίου

Στα αγγλικά ονομάζονται FETs - Τρανζίστορ εφέ πεδίου, τα οποία μπορούν να μεταφραστούν ως «τρανζίστορ εφέ πεδίου». Αν και υπάρχει μεγάλη σύγχυση στα ονόματα για αυτά, υπάρχουν κυρίως δύο κύριοι τύποι:

1. Με διασταύρωση pn ελέγχου. Στην αγγλόφωνη βιβλιογραφία ονομάζονται JFET ή Junction FET, το οποίο μπορεί να μεταφραστεί ως «τρανζίστορ πεδίου διασταύρωσης». Διαφορετικά ονομάζονται JUGFET ή Junction Unipolar Gate FET.

2. Με μονωμένη πύλη (αλλιώς τρανζίστορ MOS ή MOS). Στα αγγλικά ονομάζονται IGFET ή Insulated Gate FET.

Εξωτερικά, μοιάζουν πολύ με τα διπολικά, όπως επιβεβαιώνεται από την παρακάτω φωτογραφία.

Συσκευή τρανζίστορ εφέ πεδίου

Όλα τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου μπορούν να ονομαστούν συσκευές UNIPOLAR, επειδή οι φορείς φόρτισης που σχηματίζουν το ρεύμα μέσω αυτών είναι ενός μόνο τύπου για ένα δεδομένο τρανζίστορ - είτε ηλεκτρόνια είτε «οπές», αλλά όχι και τα δύο ταυτόχρονα. Αυτό διακρίνει την αρχή της λειτουργίας ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου από ένα διπολικό, στο οποίο το ρεύμα παράγεται ταυτόχρονα και από τους δύο αυτούς τύπους φορέων.

Οι φορείς ρεύματος ρέουν σε τρανζίστορ φαινομένου πεδίου διακλάδωσης μέσω ενός στρώματος πυριτίου χωρίς διασταυρώσεις, που ονομάζεται κανάλι, με αγωγιμότητα είτε τύπου n είτε p μεταξύ δύο ακροδεκτών που ονομάζονται "πηγή" και "αποχέτευση" - ανάλογα του εκπομπού και του συλλέκτη ή, πιο συγκεκριμένα , η κάθοδος και η άνοδος μιας τριόδου κενού. Ο τρίτος ακροδέκτης - η πύλη (ανάλογο του πλέγματος τριόδου) - συνδέεται με ένα στρώμα πυριτίου με διαφορετικό τύπο αγωγιμότητας από αυτό του καναλιού πηγής-αποχέτευσης. Η δομή μιας τέτοιας συσκευής φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου; Η αρχή λειτουργίας του είναι να ελέγχει τη διατομή του καναλιού εφαρμόζοντας τάση στη διασταύρωση πύλης-καναλιού. Έχει πάντα αντίστροφη πόλωση, επομένως το τρανζίστορ δεν καταναλώνει ουσιαστικά ρεύμα στο κύκλωμα πύλης, ενώ μια διπολική συσκευή απαιτεί ένα συγκεκριμένο ρεύμα βάσης για να λειτουργήσει. Καθώς η τάση εισόδου αλλάζει, η περιοχή της πύλης μπορεί να επεκταθεί, εμποδίζοντας το κανάλι πηγής-αποχέτευσης μέχρι να κλείσει τελείως, ελέγχοντας έτσι το ρεύμα αποστράγγισης.