ما هو الترانزستور؟ أساسيات الإلكترونيات للدمى: ما هو الترانزستور وكيف يعمل. كيف يعمل الترانزستور ثنائي القطب؟ تعليمات للدمى

الترانزستورهو جهاز أشباه الموصلات مصمم لتضخيم الإشارات الكهربائية وعكسها وتحويلها ، وكذلك تبديل النبضات الكهربائية في الدوائر الإلكترونية للأجهزة المختلفة. تمييز الترانزستورات ثنائية القطب التي تستخدم البلورات ن-و ص-النوع والحقل (أحادي القطب) مصنوع من بلورة من الجرمانيوم أو السيليكون بنوع واحد من الموصلية.

الترانزستورات ثنائية القطب

العمليات الفيزيائية في الترانزستورات ص-ن-ص-اكتب و ن-ف-ن-الأنواع هي نفسها. الفرق بينهما هو أن التيارات في قواعد الترانزستورات ص-ن-ص-يتم نقل الأنواع بواسطة ناقلات الشحنة الرئيسية - الثقوب وفي الترانزستورات ن ص ن- النوع - الإلكترونات.

كل من تقاطعات الترانزستور باعث ( يكون) وجامع ( قبل الميلاد) إلى الأمام أو الخلف. بناءً على ذلك ، يتم تمييز ثلاثة أوضاع لتشغيل الترانزستور:

• وضع القطع- على حد سواء ص-ن-يتم إغلاق التحولات ، بينما يتدفق تيار صغير نسبيًا عبر الترانزستور أنا 0 بسبب ناقلات الشحن البسيطة ؛
• وضع التشبع- على حد سواء ص-الانتقالات مفتوحة.
• الوضع النشط- واحد من ص- المعابر مفتوحة والآخر مغلق.

في أوضاع القطع والتشبع ، لا يوجد عملياً أي تحكم في الترانزستور. في الوضع النشط ، يؤدي الترانزستور الوظيفة العنصر النشطدوائر كهربائية لتضخيم الإشارات وتوليد التذبذبات والتبديل وما إلى ذلك.

إذا كان الجهد مباشرًا عند تقاطع الباعث وعكس عند تقاطع المجمع ، فإن مثل هذا التبديل للترانزستور يعتبر أمرًا طبيعيًا ، وإذا كانت قطبية الجهد معكوسة ، فإنها معكوسة.

من خلال تطبيق الإمكانات السلبية لمصدر EMF على المجمّع وإيجابية للباعث (الشكل 21) في دائرة التبديل للترانزستور مع باعث مشترك ، فتحنا بذلك تقاطع الباعث ه-بوأغلق المجمع ب-إلى، في حين أن المجمع الحالي أنا K0 =أنا E0 =أنا 0صغير ، يتم تحديده من خلال تركيز ناقلات الأقلية (الإلكترونات في هذه الحالة). إذا تم تطبيق جهد صغير (0.3-0.5 فولت) بين الباعث والقاعدة في الاتجاه الأمامي ص-انتقال ه-ب، ثم يحدث ذلك حقنةثقوبًا من الباعث إلى القاعدة ، وتشكل تيارًا باعثًا - أنا. في القاعدة ، تتحد الثقوب جزئيًا مع الإلكترونات الحرة ، ولكن في نفس الوقت من مصدر جهد خارجي ه ب(ه ب <E R)تدخل الإلكترونات الجديدة إلى القاعدة ، وتشكل تيارًا أساسيًا أنا ب.

الشكل 21 - مخطط التبديل على ترانزستور ثنائي القطب

نظرًا لأن القاعدة في الترانزستور مصنوعة على شكل طبقة رقيقة ، فإن جزءًا صغيرًا فقط من الثقوب يتحد مع إلكترونات القاعدة ، ويصل معظمها إلى تقاطع المجمع. يتم التقاط هذه الثقوب بواسطة المجال الكهربائي لتقاطع المجمع ، والذي يتسارع للفتحات. يتم إغلاق تيار الثقوب من الباعث إلى المجمع من خلال المقاوم آر كومصدر الجهد مع EMF إي ك، وتشكيل تيار جامع أنا كفي الدائرة الخارجية.

نكتب نسبة التيارات في دائرة تبديل الترانزستور (الشكل 21) ، تسمى دائرة التبديل باعث مشترك(عمر الفاروق)

يتم استدعاء نسبة تيار المجمع إلى تيار الباعث نسبة التحويل الحالية

أين التيار الأساسي

دائرة تبديل الترانزستور OE هي الأكثر شيوعًا بسبب انخفاض تيار القاعدة في دائرة الإدخال وتضخيم إشارة الإدخال في كل من الجهد والتيار. يتم تحديد الخصائص الرئيسية للترانزستور من خلال نسبة التيارات والفولتية في دوائره المختلفة وتأثيرها المتبادل على بعضها البعض.

يمكن أن يعمل الترانزستور على تيار مباشر ، وإشارة متناوبة صغيرة ، وإشارة متناوبة كبيرة ، وفي وضع مفتاح (نبضي).

عائلات المدخلات

وعطلات نهاية الأسبوع

يتم عرض الخصائص الثابتة للترانزستور في الدائرة مع OE في الشكل. 22. يمكن الحصول عليها نتيجة التجربة أو الحساب.

الشكل 22 - عائلات الخصائص الثابتة للمدخلات والمخرجات

تسمى عائلات الخصائص التي تربط الفولتية الناتجة والتيارات بإدخال التيارات والفولتية خصائص الإرسالأو خصائص التحكم(الشكل 23).

الشكل 23 - أداء الإرسال

الترانزستورات ثنائية القطب صنف:

• عن طريق تبديد الطاقة (طاقة منخفضة (حتى 0.3 واط) ، طاقة متوسطة (من 0.3 واط إلى 1.5 واط) وقوية (أكثر من 1.5 واط)) ؛
• حسب خصائص التردد (التردد المنخفض (حتى 3 ميجاهرتز) ، التردد المتوسط ​​(3_30 ميجاهرتز) ، التردد العالي (30_300 ميجاهرتز) والتردد الفائق (أكثر من 300 ميجاهرتز)) ؛
• عن طريق التعيين: عالمي ومضخم ومولد وتبديل ونبض.

عند تعليم الترانزستورات ثنائية القطب ، يكتبون أولاً حرفًا أو رقمًا يشير إلى مادة أشباه الموصلات الأصلية: G أو 1 - الجرمانيوم ، K أو 2 - السيليكون ؛ ثم عدد من 1 إلى 9 (1 أو 2 أو 3 - تردد منخفض ، 4 ، 5 أو 6 - تردد عالي ، 7 ، 8 أو 9 - تردد عالي جدًا ، على التوالي ، في كل مجموعة ذات طاقة منخفضة أو متوسطة أو عالية ). الرقمان التاليان من 01 إلى 99 هما الرقم التسلسلي للتطوير ، وفي النهاية يشير الحرف (من A وما فوق) إلى المجموعة البارامترية للجهاز ، على سبيل المثال ، جهد إمداد الترانزستور ، إلخ.

على سبيل المثال ، الترانزستور GT109G: الجرمانيوم منخفض التردد ، الطاقة المنخفضة مع معامل النقل الحالي ح 21ه= 100_250, المملكة المتحدة= 6 فولت ، أنا ك= 20 مللي أمبير (تيار ثابت).

حقل التأثير الترانزستور

حقل التأثير الترانزستورهو جهاز أشباه الموصلات حيث تيار التصريف ( من) من خلال قناة أشباه الموصلات P-أو صيتم التحكم في النوع عن طريق مجال كهربائي يحدث عندما يتم تطبيق جهد بين البوابة ( ض) والمصدر ( و).

تصنع ترانزستورات التأثير الميداني:

- مع بوابة تحكم تقاطع pnللاستخدام في أجهزة المحولات عالية التردد (حتى 12_18 جيجاهرتز). يظهر تعيينهم التقليدي في المخططات في الشكل. 24 ، أ, ب;

- مع معزول(طبقة عازلة) مصراعللاستخدام في الأجهزة التي تعمل بترددات تصل إلى 1_2 جيجاهرتز. أنها مصنوعة إما من قناة مدمجةفي شكل MIS_structure (انظر رمزهم في الشكل 24 ، فيو جي)، أو مع قناة المستحثةفي شكل بنية MOS (انظر رمزها في الشكل 24 ، د, ه).

الشكل 24 أنواع الترانزستورات ذات التأثير الميداني

تبديل الدائرة لترانزستور تأثير المجال بنوع البوابة ص-ن-الانتقال والقناة ن-النوع وعائلتها من خصائص الإخراج أنا ج= F(جامعة كاليفورنيا), U W = constوخصائص الصرف أنا ج= F(نحن), يو سي= مقدار ثابتهو مبين في الشكل. 25.

الشكل 25 - مخطط للتبديل على ترانزستور تأثير المجال وخصائص استنزافه

عند توصيل منافذ التصريف منوالمصدر ولإمداد الطاقة الأمم المتحدةعن طريق القناة ن- نوع التيار المتدفق أنا ج، لان ص-ن-لا يتداخل الانتقال مع قسم القناة (الشكل 25 ، أ).

في هذه الحالة ، يسمى القطب الذي تدخل منه حاملات الشحن إلى القناة مصدر، ويسمى القطب الذي من خلاله تغادر حاملات الشحنة الرئيسية القناة جريان المياه.

يسمى القطب المستخدم لتنظيم المقطع العرضي للقناة مصراع. مع زيادة الجهد العكسي يو دبليوينخفض ​​المقطع العرضي للقناة ، وتزداد مقاومته ، ويقل تيار التصريف أنا ج.

لذلك ، استنزاف التحكم الحالي أنا جيحدث عندما يتم تطبيق جهد عكسي على ص- انتقال مصراع الكاميرا ض. نظرًا للتيارات العكسية المنخفضة في دائرة مصدر البوابة ، فإن الطاقة المطلوبة لقيادة تيار التصريف لا تكاد تذكر.

في الجهد -U Z = -U ZO، اتصل قطع التيار الكهربائي، المقطع العرضي للقناة مغطى بالكامل بطبقة الحاجز المستنفدة في حاملات الشحنة ، وتيار التصريف أنا شركة(تيار القطع) يتم تحديده بواسطة ناقلات شحن الأقلية ص-الانتقال (انظر الشكل 25 ، ب).

الهيكل التخطيطي لترانزستور تأثير المجال مع المستحث n-القناة مبينة في الشكل 26. عندما يكون جهد البوابة بالنسبة للمصدر صفراً ، وفي وجود الجهد عند الصرف ، فإن تيار التصريف يكون ضئيلاً. يظهر تيار التصريف الملحوظ فقط عندما يتم تطبيق جهد قطبية موجبة بالنسبة للمصدر على البوابة ، أكثر مما يسمى عتبة الجهد U ZPOR.

الشكل 26 - هيكل تخطيطي لقناة n المستحثة

في هذه الحالة ، نتيجة لاختراق المجال الكهربائي من خلال الطبقة العازلة في أشباه الموصلات عند جهد البوابة أكبر من يو ZPOR، تظهر طبقة عكسية بالقرب من سطح أشباه الموصلات أسفل البوابة ، وهي القناة التي تربط المصدر بالمصرف.

يتغير سمك القناة والمقطع العرضي لها مع جهد البوابة ، وسيتغير تيار التصريف وفقًا لذلك. هذه هي الطريقة التي يتم بها التحكم في تيار التصريف في ترانزستور تأثير مجال البوابة المستحث. الميزة الأكثر أهمية للترانزستورات ذات التأثير الميداني هي مقاومة المدخلات العالية (بترتيب عدة ميغا أوم) وانخفاض تيار الإدخال. واحدة من المعلمات الرئيسية للترانزستورات ذات التأثير الميداني هي منحدر S.خاصية البوابة (انظر الشكل 25 ، في). على سبيل المثال ، بالنسبة لترانزستور تأثير الحقل ، اكتب KP103Zh س= (3 ... 5) مللي أمبير / ف.

يتكون أي جهاز إلكتروني من عناصر لاسلكية. يمكن أن تكون سلبية ، ولا تتطلب مصدر طاقة ، وتكون نشطة ، ولا يمكن تشغيلها إلا عند تطبيق الجهد. تسمى أشباه الموصلات بالعناصر النشطة. الترانزستور هو أحد أهم أجهزة أشباه الموصلات. استبدل عنصر الراديو هذا أجهزة المصباح وغير دائرة الأجهزة تمامًا. تعتمد جميع الإلكترونيات الدقيقة وتشغيل أي دائرة كهربائية عليها.

يأتي اسم "الترانزستور" من اندماج كلمتين إنجليزيتين: نقل - محمول ، ومقاوم - مقاومة. في المفهوم المقبول عمومًا ، يعد هذا عنصرًا من أشباه الموصلات بثلاثة أطراف. في ذلك ، يعتمد حجم التيار عند محطتين على الثالث ، عندما يتغير التيار أو الجهد حيث يتم التحكم في القيمة الحالية لدائرة الخرج. يتم التحكم في الأجهزة ثنائية القطب من خلال التباين الحالي ، ويتم التحكم في الأجهزة الميدانية بواسطة الجهد.

بدأت التطورات الأولى في الترانزستور في القرن العشرين. في ألمانيا ، وصف العالم يوليوس إدغار ليلينفيلد مبدأ الترانزستور ، وفي عام 1934 قام الفيزيائي أوسكار هيل بتسجيل جهاز يسمى فيما بعد الترانزستور. مثل هذا الجهاز يعمل على تأثير المجال الكهربائي.

صنع الفيزيائيان ويليام شوكلي ، والتر براتين ، مع العالم جون باردين ، النموذج الأول من الترانزستور النقطي في أواخر الأربعينيات. مع اكتشاف تقاطع np ، توقف إنتاج نقطة الترانزستور ، وبدلاً من ذلك ، بدأ تطوير الأجهزة المستوية من الجرمانيوم. تم تقديم نموذج العمل الأولي للترانزستور رسميًا في ديسمبر 1947. في هذا اليوم ، ظهر أول ترانزستور ثنائي القطب. في صيف عام 1948 ، بدأ بيع الأجهزة المصنوعة على أساس الترانزستور. منذ تلك اللحظة فصاعدًا ، بدأت الأنابيب المفرغة (الصمامات الثلاثية) الشائعة في ذلك الوقت تصبح شيئًا من الماضي.

في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي ، تم إنتاج أول ترانزستور مفرق بواسطة شركة Texas Instruments ، واستخدم السيليكون كمواد لتصنيعه. في ذلك الوقت ، في إنتاج العنصر المشع ، ظهر الكثير من الزواج ، لكن هذا لم يمنع التطور التكنولوجي للجهاز. في عام 1953 ، تم عمل دائرة كهربائية تستخدم في أجهزة السمع على الترانزستورات ، وبعد عام حصل الفيزيائيون الأمريكيون على جائزة نوبل لاكتشافهم.

تميز مارس 1959 بإنشاء أول جهاز مستوٍ من السيليكون ، وكان مطوره الفيزيائي من سويسرا ، جان إرني. تم وضع زوج من الترانزستورات بنجاح على شريحة سيليكون واحدة. منذ تلك اللحظة ، بدأ تطوير الدوائر المتكاملة. يوجد اليوم أكثر من مليار ترانزستور في شريحة واحدة. على سبيل المثال ، في معالج الكمبيوتر الشهير ثماني النواة Core i7-5960X ، يبلغ عددهم 2.6 مليار.

بالتوازي مع التحسينات في الترانزستور ثنائي القطب ، في الستينيات ، بدأ تطوير جهاز يعتمد على اتصال المعدن بأشباه الموصلات. كان يسمى هذا العنصر الراديوي ترانزستور MOS (أكسيد فلز أشباه الموصلات) ، والمعروف اليوم بشكل أفضل تحت التسمية "mosfet".

في البداية ، أشار مفهوم "الترانزستور" إلى المقاومة ، التي يتم التحكم في قيمتها بواسطة الجهد ، حيث يمكن اعتبار الترانزستور نوعًا من المقاوم الذي يتم تنظيمه بواسطة الجهد المطبق في طرف واحد. بالنسبة للترانزستورات ذات التأثير الميداني ، المقارنة مع أيهما أكثر صحة ، فهي الإمكانية عند البوابة ، وبالنسبة للترانزستورات ثنائية القطب ، الإمكانية عند القاعدة أو تيار القاعدة.

أساس تشغيل الجهاز هو قدرة الوصلة n-p على تمرير التيار في اتجاه واحد. عندما يتم تطبيق جهد عند تقاطع واحد ، يحدث انخفاضه المباشر ، وفي الآخر ، ينعكس. تتميز منطقة الانتقال ذات الجهد الأمامي بمقاومة منخفضة ، ولها مقاومة عالية مع الجهد العكسي. يتدفق تيار تحكم صغير بين القاعدة والباعث. تغير قيمة هذا التيار المقاومة بين المجمع والباعث. هناك نوعان من الجهاز ثنائي القطب:

• ص ن ص;
• ن ص ن.

يكمن الاختلاف فقط في ناقلات الشحنة الرئيسية ، أي اتجاه التيار.

إذا قمت بتوصيل نوعين من أشباه الموصلات من نوعين مختلفين ببعضهما البعض ، فستظهر منطقة أو ، كما يطلق عليه عادة ، تقاطع p-n ، عند حدود الاتصال. يعتمد نوع الموصلية على التركيب الذري للمادة ، أي مدى قوة الروابط في المادة. الذرات في أشباه الموصلات مرتبة في شبكة ، وهذه المادة في حد ذاتها ليست موصلة. ولكن إذا تمت إضافة ذرات مادة أخرى إلى الشبكة ، فإن الخصائص الفيزيائية لأشباه الموصلات تتغير. تتشكل الذرات الممزوجة ، اعتمادًا على طبيعتها ، الإلكترونات الحرة أو الثقوب.

تشكل الإلكترونات الحرة المتكونة شحنة سالبة ، وتشكل الثقوب شحنة موجبة. هناك عائق محتمل في المنطقة الانتقالية. يتكون من فرق جهد التلامس ، ولا يتجاوز ارتفاعه أعشار فولت ، مما يمنع حاملات الشحنة من التدفق في عمق المادة. إذا كان الانتقال تحت الجهد المباشر ، فإن قيمة الحاجز المحتمل تنخفض ، وتزداد قيمة التيار الذي يمر عبره. عندما يتم تطبيق جهد عكسي ، يزداد حجم الحاجز وتزداد مقاومة الحاجز لمرور التيار. من خلال فهم عمل الوصلة p-n ، يمكنك معرفة كيفية عمل الترانزستور.

بادئ ذي بدء ، تنقسم هذه الأجهزة إلى مفردة ومركبة. هناك أيضًا ما يسمى بالعناصر المشعة المعقدة. لديهم ثلاثة استنتاجات ويتم إجراؤها ككل. تحتوي هذه التجميعات على نفس النوع والترانزستورات من أنواع مختلفة. يحدث التقسيم الرئيسي للأجهزة وفقًا للميزات التالية:

يمكن صياغة التعريف العام لعنصر الراديو على النحو التالي: الترانزستور هو عنصر شبه موصل مصمم لتحويل الكميات الكهربائية. تطبيقه الرئيسي هو تضخيم الإشارة أو العمل في الوضع الرئيسي.

من السهل وصف مبدأ تشغيل الترانزستور في "إبريق الشاي" عن طريق القياس مع أنبوب الماء. يمكن تمثيل العنصر نفسه كصمام. يسمح لك الصنبور ذو الدوران الخفيف بضبط تدفق المياه (القوة الحالية). إذا قمت بإدارة المقبض قليلاً ، فسوف يتدفق الماء عبر الأنبوب (الموصل) ، وإذا فتحت الصنبور أكثر ، سيزداد تدفق المياه أيضًا. وبالتالي ، فإن إخراج تيار من الماء يتناسب مع مدخلاته ، مضروبًا في قيمة معينة. هذه القيمة تسمى الكسب.

يحتوي الترانزستور ثنائي القطب على ثلاثة أطراف: باعث ، قاعدة ، جامع. الباعث والمجمع لهما نفس النوع من الموصلية ، والتي تختلف عن القاعدة. تتكون الترانزستورات من النوع الثقوب من منطقتين من الموصلية من النوع p وواحدة من النوع n. النوع الإلكتروني هو عكس ذلك. كل منطقة لها ناتجها الخاص.

عندما يتم تطبيق إشارة الموصلية المطلوبة على الباعث ، يزداد التيار في منطقة القاعدة. تنتقل حاملات الشحنة الرئيسية إلى منطقة القاعدة ، مما يؤدي إلى زيادة التيار في منطقة التوصيل العكسي. هناك شحنة كبيرة. يبدأ المجال الكهربائي في رسم ناقلات علامة مختلفة في منطقة الاتصال العكسي. في القاعدة ، يحدث إعادة تركيب جزئي (تدمير) لشحنات الإشارة المعاكسة ، والتي ينشأ بسببها تيار القاعدة.

الباعث هو منطقة الجهاز التي تعمل على نقل ناقلات الشحن إلى القاعدة. المجمع هو منطقة مصممة لاستخراج ناقلات الشحن من القاعدة. والقاعدة هي مساحة الباعث لنقل المقدار المعاكس من الشحنة. السمة الرئيسية للجهاز هي خاصية الجهد الحالي ، والتي تصف وظيفتها العلاقة بين التيار والجهد.

في الرسم التخطيطي ، تم توقيع الجهاز بأحرف لاتينية VT أو Q. ويبدو وكأنه دائرة بها سهم بداخلها ، حيث يشير السهم إلى اتجاه التدفق الحالي. بالنسبة لـ PNP (التوصيل الأمامي) ، يكون السهم للداخل ، وبالنسبة لـ NPN (التوصيل العكسي) يكون السهم للخارج. من أجل صنع الترانزستور ، يتم استخدام الجرمانيوم أو السيليكون. تختلف هذه المواد في منطقة العمل لجهد انتقال القاعدة. بالنسبة للجرمانيوم ، فهو يقع في نطاق 0.1-0.4 فولت ، وبالنسبة للسيليكون ، من 0.4 إلى 1.2 فولت ، عادةً ما يستخدم السيليكون.

الفرق بين ترانزستور تأثير المجال والثنائي القطب هو أن قيمة الجهد المطبقة على جهة الاتصال الخاضعة للرقابة مسؤولة عن مرور التيار.

يرتبط الغرض الرئيسي من mosfets بسرعته التحويلية الجيدة مع القليل من الطاقة المطبقة على دبوس التحكم. يحتوي العنصر الميداني على ثلاثة مخرجات: البوابة ، الصرف ، المصدر. عند تشغيل mosfet مع تقاطع تحكم n-p ، تكون الإمكانية عند البوابة إما صفر (الجهاز مفتوح) أو لها قيمة معينة أكبر من الصفر (الجهاز مغلق). عندما يصل الجهد العكسي إلى مستوى معين ، تفتح طبقة الحاجز ويدخل الجهاز في وضع القطع.

في mosfet مع تقاطع p-n ، يكون قطب التحكم (البوابة) عبارة عن طبقة أشباه موصلات ذات موصلية من النوع p وقناة من النوع n ذات الموصلية المعاكسة.

تشبه صورته على الرسم البياني جهاز ثنائي القطب ، فقط جميع الخطوط مستقيمة ، ويؤكد السهم الموجود بالداخل على نوع الجهاز. يعتمد مبدأ تشغيل أجهزة MOS على تأثير التغيير في موصلية أشباه الموصلات عند حدود منطقة بها عازل عند تعرضها لمجال كهربائي. يمكن أن تكون الأجهزة الميدانية ، اعتمادًا على تقاطع p-n المتحكم فيه:

يمكن أن يكون لكل نوع موصلية من النوع p و n. بشكل عام ، لا يعتمد مبدأ التشغيل على الموصلية ، فقط قطبية مصدر الجهد تتغير.

الترانزستور هو جهاز معقد ، حيث يصعب على هواة الراديو المبتدئين (الدمى) فهم العمليات الفيزيائية التي تحدث. يمكن تفسير كيفية عمل الترانزستور على النحو التالي: الترانزستور هو مفتاح إلكتروني ، وتعتمد درجة فتحه على مستوى التيار أو الجهد المطبق على خرجه المتحكم فيه (القاعدة أو البوابة).

يمكن وصف سبب الحاجة إلى الترانزستور بشكل عام. على سبيل المثال ، قاعدة (مصراع) الجهاز عبارة عن باب. يتم فتحه بتأثير خارجي ، أي بجهد من نفس قطبية المجمع (المصدر). كلما زاد الجهد ، زاد فتح الباب. يوجد طابور من الأشخاص (حاملات الشحن) أمام الباب الذين يريدون المرور من خلاله (المجمع - الباعث أو المصدر - الصرف). كلما زاد التأثير على الباب ، زاد انفتاحه ، مما يعني مرور المزيد من الأشخاص.

لذلك ، عند تمثيل الباب في شكل مقاومة انتقالية ، يمكننا أن نستنتج: كلما زاد التأثير على القاعدة (البوابة) ، انخفضت مقاومة ناقلات الشحن الرئيسية (الأشخاص) في حالة القطبية المباشرة. إذا تغيرت القطبية (الباب مغلق) ، فلن تكون هناك حركة للشحنات (الأشخاص).

الترانزستور ، الذي يُطلق عليه خلاف ذلك الصمام الثلاثي أشباه الموصلات ، هو جهاز إلكتروني يعتمد على مواد أشباه الموصلات. الغرض الرئيسي من الجهاز هو القدرة ، عن طريق تغيير التيار المنخفض في دائرة التحكم ، على الحصول على إشارة مضخمة عند الخرج. يعد الصمام الثلاثي أشباه الموصلات أحد المكونات الرئيسية لدوائر العديد من الأجهزة الإلكترونية ، من مستقبل الراديو إلى الكمبيوتر.

يرتبط تعريف "الترانزستور" ارتباطًا وثيقًا بأصل هذه الكلمة. يتكون من كلمتين إنجليزيتين: نقل (نقل) ومقاوم (مقاومة). في الواقع ، يرتبط مبدأ تشغيل الجهاز بنقل (تغيير) المقاومة في الدائرة الكهربائية.

• ثنائي القطب؛
• مجال (أحادي القطب).

كل فئة بدورها مقسمة إلى عدة أصناف.

ثنائي القطب:

يمكن استخدام كلا النوعين من الصمامات الثلاثية في نفس الدائرة الإلكترونية. لذلك ، من أجل عدم الخلط بين الجزء الذي يجب استخدامه في مكان معين في الدائرة ، تختلف صور الصمامات الثلاثية p-n-p و n-p-n عن بعضها البعض.

مجال:

• أحادي القطب مع تقاطع pn ؛
• ترانزستورات MIS مع بوابة معزولة.

مبدأ تشغيل الجهاز

في الإلكترونيات ، يتم استخدام أشباه الموصلات ذات الموصلية الإلكترونية (n) أو الثقب (p). تشير هذه التعيينات إلى أنه في الحالة الأولى ، تسود الإلكترونات سالبة الشحنة في أشباه الموصلات ، وفي الحالة الثانية ، تكون الثقوب موجبة الشحنة.

دعونا نفكر في كيفية ترتيب الترانزستور باستخدام مثال الصمام الثنائي القطب أشباه الموصلات. خارجيًا ، يبدو الجهاز وكأنه جزء صغير في علبة معدنية أو بلاستيكية بثلاثة أسلاك. الداخل - نوع من شطيرة من ثلاث طبقات من أشباه الموصلات. إذا كانت الطبقة المركزية من النوع p ، فإن الطبقات المحيطة تكون من النوع n. اتضح أن الصمام الثلاثي n-p-n. إذا كان المركز ، الذي يُطلق عليه أيضًا القاعدة ، من النوع n ، فإن الألواح تكون مصنوعة من أشباه الموصلات مع توصيل الثقب ، ويكون هيكل الجهاز هو p-n-p. تسمى إحدى الطبقات الخارجية بالباعث ، والأخرى بالمجمع. كل جزء من هذه الأجزاء الثلاثة من الجهاز متصل بالاستنتاج المقابل.

شرح موجز لكيفية عمل الترانزستور ، من أجل "الدمى" يبدو هكذا. خذ على سبيل المثال ترانزستور n-p-n ، حيث يكون الباعث والمجمع طبقات ذات موصلية إلكترونية في الغالب ، والقاعدة بها ثقب.

نقوم بتوصيل الباعث بالطرف السالب للبطارية الكهربائية ، والقاعدة والمجمع بالطرف الموجب. لعشاق الإلكترونيات المبتدئين ، يمكنك تخيل ذلك يتكون الصمام الثلاثي من اثنين من الثنائيات.علاوة على ذلك ، يتم تشغيل الصمام الثنائي للقاعدة الباعثة في الاتجاه الأمامي ، ويتدفق التيار من خلاله ، ويتم تشغيل الصمام الثنائي لمجمع القاعدة في الاتجاه المعاكس ، ولا يوجد تيار.

لنفترض أننا قمنا بتضمين مقاوم متغير في الدائرة الأساسية ، يمكننا بواسطته تنظيم الجهد المزود للقاعدة. ما هو التأثير الذي سنحصل عليه عندما ينخفض ​​الجهد إلى الصفر؟ سيتوقف التيار في دائرة قاعدة الباعث عن التدفق. دعونا نزيد الجهد قليلا. ستندفع الإلكترونات من منطقة n - الباعث إلى القاعدة المتصلة بالبطارية الإضافية.

تفاصيل مهمة - القاعدة رقيقة قدر الإمكان. لذلك ، تمر كتلة الإلكترونات عبر هذه الطبقة وتنتهي في المجمع تحت تأثير القطب الموجب للبطارية الذي تنجذب إليه. وهكذا ، يبدأ التيار بالمرور ليس فقط بين الباعث والقاعدة ، ولكن أيضًا بين الباعث والمجمع. في هذه الحالة ، يكون تيار المجمع أكبر بكثير من تيار القاعدة.

ظرف مهم آخر: يؤدي تغيير بسيط في تيار القاعدة إلى تغيير أكبر بكثير في تيار المجمع. وبالتالي ، يعمل الصمام الثلاثي أشباه الموصلات على تضخيم الإشارات المختلفة. عادة ، يتم استخدام الصمام الثنائي القطب بشكل أكثر شيوعًا في التكنولوجيا التناظرية.

FETs

يختلف هذا النوع من الصمامات الثلاثية عن الصمام الثنائي القطب ليس في الخصائص أو الوظائف ، ولكن في مبدأ التشغيل. في الصمام الثلاثي المجال ، يتدفق التيار من محطة تسمى المصدر إلى محطة تسمى الصرف من خلال أشباه الموصلات من نوع واحد من الموصلية ، على سبيل المثال ، p. ويتم التحكم في قوة هذا التيار عن طريق تغيير الجهد عند المخرج الثالث - البوابة.

يلبي هذا الهيكل بشكل أكثر دقة متطلبات التكنولوجيا الرقمية الحديثة ، حيث يتم استخدام الصمامات الثلاثية الميدانية بشكل أساسي. تجعل القدرات التكنولوجية الحالية من الممكن وضع عدة مليارات من عناصر MIS مع بوابة معزولة على بلورة شبه موصلة بمساحة 1-2 سم مربع. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء وحدات المعالجة المركزية لأجهزة الكمبيوتر الشخصية.

آفاق تطوير الأجهزة

تكمن الآفاق ، أولاً وقبل كل شيء ، في مجال المزيد من تصغير الأجهزة. لذلك ، يقوم العلماء الأمريكيون اليوم بتطوير ما يسمى الترانزستور أحادي الجزيء. العنصر الرئيسي لمثل هذا الجهاز هو جزيء البنزين ، الذي يتم توصيل ثلاثة أقطاب كهربائية به.

إذا كانت الفكرة تبرر نفسها ، فسيكون من الممكن إنشاء أنظمة حوسبة فائقة القوة. بعد كل شيء ، حجم الجزيء أصغر بكثير من حجم ثلاثي MOS اليوم على رقاقة السيليكون.

عنصر إلكتروني راديوي مصنوع من مادة شبه موصلة ، باستخدام إشارة دخل ، يخلق نبضات في الدوائر والأنظمة المتكاملة ويضخمها ويغيرها لتخزين المعلومات ومعالجتها ونقلها. الترانزستور هو مقاومة يتم تنظيم وظائفها بواسطة الجهد الكهربي بين الباعث والقاعدة أو المصدر والبوابة ، اعتمادًا على نوع الوحدة.

أنواع الترانزستورات

تُستخدم المحولات على نطاق واسع في إنتاج الدوائر الدقيقة الرقمية والتناظرية من أجل التخلص من تيار المستهلك الثابت والحصول على خطية محسنة. تختلف أنواع الترانزستورات في أن بعضها يتحكم فيه تغيير الجهد ، ويتم تنظيم هذا الأخير من خلال الانحراف الحالي.

تعمل الوحدات الميدانية بمقاومة متزايدة للتيار المستمر ، ولا يؤدي تحويل التردد العالي إلى زيادة تكاليف الطاقة. إذا قلنا ما هو الترانزستور بعبارات بسيطة ، فهذه وحدة ذات هامش ربح مرتفع. هذه الخاصية هي أكبر في الأنواع الميدانية منها في الأنواع ثنائية القطب. السابق ليس لديه ارتشاف لحاملات الشحن ، مما يسرع العمل.

تُستخدم أشباه الموصلات الميدانية في كثير من الأحيان بسبب مزاياها على الأنواع ثنائية القطب:

• مقاومة قوية عند الإدخال بالتيار المستمر والتردد العالي ، مما يقلل من فقد الطاقة للتحكم ؛
• عدم تراكم الإلكترونات الصغيرة ، مما يسرع من عمل الترانزستور ؛
• نقل الجسيمات المتحركة
• الاستقرار مع انحرافات درجة الحرارة ؛
• ضوضاء صغيرة بسبب نقص الحقن ؛
• انخفاض استهلاك الطاقة أثناء التشغيل.

تحدد أنواع الترانزستورات وخصائصها الغرض. يؤدي تسخين محول النوع ثنائي القطب إلى زيادة التيار على طول المسار من المجمع إلى الباعث. لديهم معامل مقاومة سلبي ، وتتدفق الحاملات المتنقلة إلى جهاز التجميع من الباعث. يتم فصل القاعدة الرقيقة بواسطة تقاطعات p-n ، ولا ينشأ التيار إلا عندما تتراكم الجسيمات المتحركة ويتم حقنها في القاعدة. يتم التقاط بعض ناقلات الشحنة بواسطة تقاطع pn المجاور وتسريعها ، هكذا يتم حساب معلمات الترانزستورات.

تتمتع FETs بنوع آخر من المزايا التي يجب ذكرها للدمى. إنها متصلة بالتوازي دون معادلة المقاومة. لا يتم استخدام المقاومات لهذا الغرض ، لأن المؤشر يزيد تلقائيًا عندما يتغير الحمل. للحصول على قيمة عالية لتيار التبديل ، يتم تجنيد مجموعة من الوحدات النمطية ، والتي تُستخدم في العاكسات أو الأجهزة الأخرى.

من المستحيل توصيل ترانزستور ثنائي القطب بالتوازي ، يؤدي تحديد المعلمات الوظيفية إلى حقيقة أنه تم اكتشاف انهيار حراري لطبيعة لا رجعة فيها. ترتبط هذه الخصائص بالصفات التقنية لقنوات pn البسيطة. يتم توصيل الوحدات بالتوازي باستخدام مقاومات لمعادلة التيار في دوائر الباعث. اعتمادًا على الميزات الوظيفية والخصائص الفردية ، يتم تمييز أنواع القطبين والحقل في تصنيف الترانزستورات.

الترانزستورات ثنائية القطب

يتم إنتاج التصميمات ثنائية القطب كأجهزة أشباه الموصلات بثلاثة موصلات. يتم توفير طبقات ذات الموصلية p للفتحة أو التوصيلية n للشوائب في كل من الأقطاب الكهربائية. يحدد اختيار مجموعة كاملة من الطبقات تحرير أنواع الأجهزة p-n-p أو n-p-n. في اللحظة التي يتم فيها تشغيل الجهاز ، يتم نقل أنواع مختلفة من الشحنات في وقت واحد عن طريق الثقوب والإلكترونات ، ويشارك نوعان من الجسيمات.

تتحرك الناقلات بسبب آلية الانتشار. تخترق ذرات وجزيئات مادة ما في الشبكة الجزيئية لمادة مجاورة ، وبعد ذلك تنخفض مستويات تركيزها في جميع أنحاء الحجم. يحدث النقل من مناطق الضغط العالي إلى مناطق المحتوى المنخفض.

تنتشر الإلكترونات أيضًا تحت تأثير مجال القوة حول الجسيمات مع تضمين غير متساوٍ لمضافات السبائك في الكتلة الأساسية. لتسريع تشغيل الجهاز ، يتم جعل القطب الكهربائي المتصل بالطبقة الوسطى رفيعًا. تسمى الموصلات الخارجية الباعث والمجمع. خاصية الجهد العكسي للانتقال غير مهمة.

FETs

يتحكم ترانزستور تأثير المجال في المقاومة باستخدام مجال عرضي كهربائي ينشأ من الجهد المطبق. يُطلق على المكان الذي تنتقل منه الإلكترونات إلى القناة اسم المصدر ، ويبدو الصرف كنقطة نهاية دخول الشحنات. يمر جهد التحكم عبر موصل يسمى البوابة. تنقسم الأجهزة إلى نوعين:

• مع التحكم p-n-junction ؛
• ترانزستورات MIS مع بوابة معزولة.

تحتوي الأجهزة من النوع الأول على رقاقة شبه موصلة في التصميم ، وهي متصلة بالدائرة المتحكم فيها باستخدام أقطاب كهربائية على الجانبين المتقابلين (الصرف والمصدر). يحدث مكان بنوع مختلف من الموصلية بعد توصيل اللوحة بالبوابة. ينتج مصدر التحيز الثابت الذي يتم إدخاله في دائرة الإدخال جهدًا مانعًا عند التقاطع.

يقع مصدر النبض المضخم أيضًا في دائرة الإدخال. بعد تغيير الجهد عند الإدخال ، يتم تحويل المؤشر المقابل عند تقاطع pn. يتم تعديل سماكة الطبقة ومنطقة المقطع العرضي لتقاطع القناة في البلورة ، والتي تنقل تدفق الإلكترونات المشحونة. يعتمد عرض القناة على المسافة بين منطقة النضوب (أسفل البوابة) والركيزة. يتم التحكم في تيار التحكم في نقاط البداية والنهاية عن طريق تغيير عرض منطقة النضوب.

يتميز ترانزستور MIS بحقيقة أن بوابته مفصولة عن طريق العزل من طبقة القناة. في بلورة أشباه الموصلات ، تسمى الركيزة ، يتم إنشاء مواقع مخدرة مع الإشارة المعاكسة. يتم تثبيت الموصلات عليها - استنزاف ومصدر ، يوجد بينهما عازل كهربائي على مسافة أقل من ميكرون. يوجد على العازل قطب كهربائي معدني - مصراع. نظرًا للهيكل الناتج الذي يحتوي على معدن وطبقة عازلة وأشباه موصلات ، تُعطى الترانزستورات الاختصار MIS.

الجهاز ومبدأ التشغيل للمبتدئين

لا تعمل التقنيات بشحن الكهرباء فحسب ، بل تعمل أيضًا بالمجال المغناطيسي والكميات الضوئية والفوتونات. يكمن مبدأ تشغيل الترانزستور في الحالات التي يتبدل بينها الجهاز. مقابل الإشارة الصغيرة والكبيرة ، الحالة المفتوحة والمغلقة - هذا هو العمل المزدوج للأجهزة.

جنبا إلى جنب مع مادة أشباه الموصلات في التركيبة ، المستخدمة في شكل بلورة واحدة مخدرة في بعض الأماكن ، فإن الترانزستور في تصميمه:

• استنتاجات من المعدن
• عوازل كهربائية
• علبة ترانزستورات مصنوعة من الزجاج والمعدن والبلاستيك والسيرمت.

قبل اختراع الأجهزة ثنائية القطب أو الأجهزة القطبية ، تم استخدام الأنابيب المفرغة الإلكترونية كعناصر نشطة. الدوائر المطورة لهم ، بعد التعديل ، تستخدم في إنتاج أجهزة أشباه الموصلات. يمكن توصيلها كترانزستور واستخدامها ، نظرًا لأن العديد من الخصائص الوظيفية للمصابيح مناسبة لوصف تشغيل الأنواع الميدانية.

مزايا وعيوب استبدال المصابيح بالترانزستورات

يعد اختراع الترانزستورات عاملاً محفزًا لإدخال التقنيات المبتكرة في مجال الإلكترونيات. تستخدم الشبكة عناصر أشباه موصلات حديثة ، بالمقارنة مع دوائر المصابيح القديمة ، فهذه التطورات لها مزايا:

• أبعاد صغيرة ووزن منخفض ، وهو أمر مهم للإلكترونيات المصغرة ؛
• القدرة على تطبيق العمليات الآلية في إنتاج الأجهزة ومراحل المجموعة مما يقلل التكلفة ؛
• استخدام مصادر تيار صغيرة الحجم بسبب الحاجة إلى الجهد المنخفض ؛
• التشغيل الفوري ، تسخين الكاثود غير مطلوب ؛
• زيادة كفاءة الطاقة بسبب انخفاض تبديد الطاقة ؛
• القوة والموثوقية
• تفاعل جيد التنسيق مع عناصر إضافية في الشبكة ؛
• مقاومة الاهتزازات والصدمات.

تظهر المساوئ في الأحكام التالية:

• لا تعمل ترانزستورات السيليكون بجهد أكبر من 1 كيلو وات ، وتكون المصابيح فعالة بمعدلات تزيد عن 1-2 كيلو واط ؛
• عند استخدام الترانزستورات في شبكات البث عالية الطاقة أو أجهزة الإرسال بالموجات الدقيقة ، يلزم مطابقة مضخمات الطاقة المنخفضة المتصلة بالتوازي ؛
• ضعف عناصر أشباه الموصلات لتأثيرات الإشارة الكهرومغناطيسية ؛
• رد فعل حساس للأشعة الكونية والإشعاع ، مما يتطلب تطوير دوائر دقيقة مقاومة للإشعاع في هذا الصدد.

مخططات التحويل

للعمل في دائرة واحدة ، يتطلب الترانزستور ناتجين عند المدخلات والمخرجات. تحتوي جميع أنواع أجهزة أشباه الموصلات تقريبًا على 3 نقاط اتصال فقط. للخروج من موقف صعب ، يتم تعيين أحد الغايات كواحد مشترك. هذا يؤدي إلى 3 مخططات اتصال مشتركة:

• للترانزستور ثنائي القطب.
• جهاز قطبي
• مع مصرف مفتوح (جامع).

الوحدة ثنائية القطب متصلة بباعث مشترك لتضخيم الجهد والتيار (MA). في حالات أخرى ، تتطابق مع دبابيس الشريحة الرقمية عندما يكون هناك جهد كبير بين الدائرة الخارجية وخطة التوصيل الداخلية. هذه هي الطريقة التي يعمل بها اتصال المجمع المشترك ، ويلاحظ فقط زيادة في التيار (موافق). إذا كنت بحاجة إلى زيادة الجهد ، فسيتم إدخال العنصر بقاعدة مشتركة (OB). يعمل الخيار جيدًا في الدوائر المتتالية المركبة ، ولكن نادرًا ما يتم تعيينه في مشاريع الترانزستور الأحادي.

يتم تضمين أجهزة أشباه الموصلات الميدانية من أصناف MIS واستخدام تقاطع pn في الدائرة:

• مع باعث مشترك (CI) - اتصال مشابه لـ OE لوحدة نمطية ثنائية القطب
• بمخرج واحد (OS) - خطة من نوع OK ؛
• مع مصراع مشترك (OZ) - وصف مشابه لـ OB.

في خطط الصرف المفتوح ، يتم تشغيل الترانزستور بباعث مشترك كجزء من الدائرة الدقيقة. خرج المجمع غير متصل بأجزاء أخرى من الوحدة ، والحمل يذهب إلى الموصل الخارجي. يتم اختيار شدة الجهد وقوة تيار المجمع بعد تركيب المشروع. تعمل أجهزة الصرف المفتوح في دوائر ذات مراحل إخراج قوية ، ومحركات حافلات ، ودوائر منطقية TTL.

ما هي الترانزستورات؟

يتم تحديد النطاق اعتمادًا على نوع الجهاز - وحدة ثنائية القطب أو حقل واحد. لماذا هناك حاجة إلى الترانزستورات؟ إذا كانت هناك حاجة إلى تيار منخفض ، على سبيل المثال ، في الخطط الرقمية ، يتم استخدام طرق العرض الميدانية. تحقق الدوائر التناظرية كسبًا خطيًا عاليًا عبر مجموعة من الفولتية والمخرجات.

مناطق تركيب الترانزستورات ثنائية القطب هي مكبرات الصوت ومجموعاتها وكواشفها ومعدلاتها ودوائر لوجستية ترانزستور ومحولات من النوع المنطقي.

تعتمد أماكن تطبيق الترانزستورات على خصائصها. يعملون في وضعين:

• بطريقة تضخمية ، تغيير نبضة الخرج مع انحرافات صغيرة لإشارة التحكم ؛
• في التنظيم الرئيسي ، التحكم في إمداد الطاقة للأحمال بتيار إدخال ضعيف ، يكون الترانزستور مغلقًا أو مفتوحًا تمامًا.

لا يغير نوع وحدة أشباه الموصلات من ظروف تشغيلها. المصدر متصل بالحمل ، على سبيل المثال ، مفتاح ، مضخم ، جهاز إضاءة ، يمكن أن يكون مستشعرًا إلكترونيًا أو ترانزستورًا قويًا مجاورًا. بمساعدة التيار ، يبدأ تشغيل جهاز التحميل ، ويتم توصيل الترانزستور بالدائرة بين التثبيت والمصدر. تحد وحدة أشباه الموصلات من كمية الطاقة التي يتم توفيرها للوحدة.

يتم تحويل المقاومة عند خرج الترانزستور اعتمادًا على الجهد في موصل التحكم. يتغير التيار والجهد في بداية ونهاية الدائرة ويزيدان أو ينقصان ويعتمدان على نوع الترانزستور وكيفية توصيله. يؤدي التحكم في مصدر طاقة متحكم فيه إلى زيادة التيار أو نبضة الطاقة أو زيادة الجهد.

يتم استخدام الترانزستورات من كلا النوعين في الحالات التالية:

1. في التنظيم الرقمي. تم تطوير تصميمات تجريبية لدارات التضخيم الرقمية القائمة على المحولات الرقمية إلى التناظرية (DAC).
2. في مولدات النبض. اعتمادًا على نوع التجميع ، يعمل الترانزستور بترتيب مفتاحي أو خطي لإعادة إنتاج إشارات مربعة أو عشوائية ، على التوالي.
3. في الأجهزة الإلكترونية. لحماية المعلومات والبرامج من السرقة والقرصنة والاستخدام غير القانونيين. يتم العمل في الوضع الرئيسي ، ويتم التحكم في القوة الحالية في شكل تناظري ويتم تنظيمها باستخدام عرض النبضة. توضع الترانزستورات في محركات المحركات الكهربائية ، وتبديل مثبتات الجهد.

تعمل أشباه الموصلات أحادية البلورية والوحدات النمطية المفتوحة والمغلقة على زيادة الطاقة ، ولكنها تعمل فقط كمفاتيح. في الأجهزة الرقمية ، تُستخدم الترانزستورات من النوع الميداني كوحدات اقتصادية. توفر تقنيات التصنيع في مفهوم التجارب المتكاملة إنتاج ترانزستورات على شريحة سيليكون واحدة.

يؤدي تصغير البلورات إلى أجهزة كمبيوتر أسرع وطاقة أقل وحرارة أقل.

الترانزستورات هي مكونات نشطة وتستخدم في جميع الدوائر الإلكترونية كمضخمات وأجهزة تبديل (مفاتيح الترانزستور). كأجهزة تضخيم ، يتم استخدامها في الأجهزة ذات التردد العالي والمنخفض ، ومولدات الإشارة ، والمعدِّلات ، والكاشفات ، والعديد من الدوائر الأخرى. في الدوائر الرقمية ، في تبديل إمدادات الطاقة والمحركات الكهربائية التي يتم التحكم فيها ، فإنها تعمل كمفاتيح.

الترانزستورات ثنائية القطب

هذا هو اسم أكثر أنواع الترانزستور شيوعًا. وهي مقسمة إلى أنواع npn و pnp. غالبًا ما تكون المادة الخاصة بهم هي السيليكون أو الجرمانيوم. في البداية ، كانت الترانزستورات مصنوعة من الجرمانيوم ، لكنها كانت حساسة جدًا لدرجة الحرارة. أجهزة السيليكون أكثر مقاومة لتقلباتها وأرخص في التصنيع.

يتم عرض ترانزستورات ثنائية القطب مختلفة في الصورة أدناه.

توجد الأجهزة منخفضة الطاقة في علب بلاستيكية صغيرة مستطيلة أو معدنية أسطوانية. لديهم ثلاثة مخرجات: للقاعدة (B) ، والباعث (E) والمجمع (K). كل واحدة منها متصلة بإحدى طبقات السيليكون الثلاث مع الموصلية n (يتكون التيار من الإلكترونات الحرة) أو من النوع p (يتكون التيار من ما يسمى "الثقوب" الموجبة الشحنة) التي تتكون منها هيكل الترانزستور.

كيف يتم ترتيب الترانزستور ثنائي القطب؟

يجب دراسة مبادئ تشغيل الترانزستور ، بدءًا من أجهزته. ضع في اعتبارك هيكل الترانزستور npn ، والذي يظهر في الشكل أدناه.

كما ترون ، تحتوي على ثلاث طبقات: طبقتان ذات موصلية من النوع n وواحدة من النوع p. يتم تحديد نوع التوصيل للطبقات من خلال درجة تعاطي المنشطات مع الشوائب الخاصة لأجزاء مختلفة من بلورة السيليكون. إن الباعث من النوع n مخدر بشدة من أجل الحصول على الكثير من الإلكترونات الحرة كحاملات التيار الرئيسية. القاعدة الرقيقة جدًا من النوع p مخدرة قليلاً بالشوائب ولها مقاومة عالية ، في حين أن المجمع من النوع n مخدر بشدة لمنحه مقاومة منخفضة.

كيف يعمل الترانزستور

أفضل طريقة للتعرف عليهم هي عن طريق التجريب. يوجد أدناه رسم تخطيطي لدائرة بسيطة.

يستخدم ترانزستور الطاقة للتحكم في المصباح الكهربائي. ستحتاج أيضًا إلى بطارية ، ومصباح يدوي صغير يبلغ حوالي 4.5 فولت / 0.3 أمبير ، ومقياس جهد مقاوم متغير (5 كيلو) ومقاوم 470 أوم. يجب توصيل هذه المكونات كما هو موضح في الشكل على يمين الرسم التخطيطي.

أدر منزلق مقياس الجهد إلى أدنى موضع. سيؤدي ذلك إلى خفض الجهد الأساسي (بين القاعدة والأرض) إلى صفر فولت (U BE = 0). المصباح لا يتوهج ، مما يعني عدم وجود تيار من خلال الترانزستور.

إذا قمت الآن بإدارة المقبض من موضعه السفلي ، فستزيد U BE تدريجيًا. عندما يصل إلى 0.6 فولت ، يبدأ التيار بالتدفق إلى قاعدة الترانزستور ، ويبدأ المصباح في التوهج. عندما يتحرك المقبض أكثر ، يظل الجهد U BE عند 0.6 فولت ، لكن تيار القاعدة يزداد وهذا يزيد التيار عبر دائرة المجمع-الباعث. إذا تم نقل المقبض إلى الوضع العلوي ، سيزداد الجهد عند القاعدة قليلاً إلى 0.75 فولت ، لكن التيار سيزداد بشكل كبير وسيتوهج المصباح بشكل ساطع.

وإذا قمت بقياس تيارات الترانزستور؟

إذا قمنا بتضمين مقياس التيار بين المجمع (C) والمصباح (لقياس IC) ، ومقياس التيار الكهربائي الآخر بين القاعدة (B) ومقياس الجهد (لقياس I B) ، ومقياس الفولتميتر بين السلك المشترك والقاعدة وكرر التجربة بأكملها ، يمكننا الحصول على بعض البيانات الشيقة. عندما يكون مقبض مقياس الجهد في أدنى موضع له ، فإن U BE تساوي 0 V ، وكذلك التيارات I C و I B. عندما يتم تحريك المقبض ، تزداد هذه القيم حتى يبدأ الضوء في التوهج ، عندما تكون متساوية: U BE = 0.6 V ، I B = 0.8 mA و I C = 36 mA.

نتيجة لذلك ، نحصل على المبادئ التالية لتشغيل الترانزستور من هذه التجربة: في حالة عدم وجود جهد تحيز موجب (لنوع npn) على القاعدة ، تكون التيارات عبر أطرافها صفرًا ، وفي وجود جهد القاعدة و الحالية ، تؤثر تغييراتهم على التيار في دائرة المجمع-الباعث.

ماذا يحدث عند تشغيل الترانزستور

أثناء التشغيل العادي ، يتم توزيع الجهد المطبق على تقاطع القاعدة-الباعث بحيث تكون إمكانات القاعدة (النوع p) أعلى بحوالي 0.6 فولت من تلك الخاصة بالباعث (النوع n). في الوقت نفسه ، يتم تطبيق جهد أمامي على هذا التقاطع ، وهو منحاز للأمام ومفتوح لتدفق التيار من القاعدة إلى الباعث.

يتم تطبيق جهد أعلى بكثير عبر تقاطع جامع القاعدة ، مع احتمال أن يكون المجمع (النوع n) أعلى من الجهد الأساسي (النوع p). لذلك يتم تطبيق جهد عكسي على التقاطع ويكون منحازًا عكسيًا. ينتج عن هذا طبقة سميكة إلى حد ما مستنفدة للإلكترون في المجمع بالقرب من القاعدة عندما يتم تطبيق جهد إمداد عبر الترانزستور. نتيجة لذلك ، لا يتدفق أي تيار عبر دائرة المجمع-الباعث. يظهر توزيع الرسوم في المناطق الانتقالية للترانزستور npn في الشكل أدناه.

ما هو دور قاعدة التيار؟

كيف نجعل أجهزتنا الإلكترونية تعمل؟ مبدأ تشغيل الترانزستور هو التأثير على تيار القاعدة في حالة تقاطع مجمع القاعدة المغلق. عندما يكون تقاطع القاعدة-الباعث متحيزًا للأمام ، سيتدفق تيار صغير إلى القاعدة. هنا ، حاملاته عبارة عن ثقوب موجبة الشحنة. تتحد مع الإلكترونات القادمة من الباعث لتوفير التيار I BE. ومع ذلك ، نظرًا لحقيقة أن الباعث مخدر بشدة ، فإن العديد من الإلكترونات تتدفق منه إلى القاعدة أكثر مما يمكن أن تتحد مع الثقوب. هذا يعني أن هناك تركيزًا عاليًا من الإلكترونات في القاعدة ، ومعظمها يعبرها ويدخل إلى طبقة المجمع المستنفد للإلكترون. هنا ، يقعون تحت تأثير مجال كهربائي قوي مطبق على تقاطع جامع القاعدة ، ويمرون عبر الطبقة المستنفدة للإلكترون والحجم الرئيسي للمجمع إلى ناتجه.

تؤثر التغييرات في التيار المتدفق إلى القاعدة على عدد الإلكترونات المنجذبة من الباعث. وبالتالي ، يمكن استكمال مبادئ تشغيل الترانزستور بالبيان التالي: تؤدي التغييرات الصغيرة جدًا في تيار القاعدة إلى تغييرات كبيرة جدًا في التيار المتدفق من الباعث إلى المجمع ، أي يحدث التضخيم الحالي.

أنواع FETs

في اللغة الإنجليزية ، تم تصنيفها على أنها FETs - ترانزستورات تأثير المجال ، والتي يمكن ترجمتها على أنها "ترانزستورات ذات تأثير ميداني." على الرغم من وجود الكثير من الالتباس حول الأسماء الخاصة بهم ، إلا أن هناك نوعين رئيسيين منهم:

1. مع تقاطع تحكم pn. في الأدب الإنجليزي ، يشار إليها باسم JFET أو Junction FET ، والتي يمكن ترجمتها على أنها "ترانزستور تأثير مجال الوصلة". وإلا يطلق عليهم JUGFET أو Junction Unipolar Gate FET.

2. مع بوابة معزولة (خلاف ذلك MOS أو الترانزستورات MIS). في اللغة الإنجليزية ، تم تعيينهم IGFET أو Insulated Gate FET.

ظاهريًا ، فهي تشبه إلى حد كبير القطبين ثنائي القطب ، وهو ما تؤكده الصورة أدناه.

جهاز FET

يمكن تسمية جميع الترانزستورات ذات التأثير الميداني بأجهزة UNIPOLE ، لأن حاملات الشحن التي تشكل التيار من خلالها هي من النوع الوحيد لترانزستور معين - إما إلكترونات أو "ثقوب" ، ولكن ليس كلاهما في نفس الوقت. هذا يميز مبدأ تشغيل الترانزستور ذو التأثير الميداني عن الترانزستور ثنائي القطب ، حيث يتم توليد التيار في وقت واحد بواسطة كلا النوعين من الموجات الحاملة.

تتدفق الموجات الحاملة الحالية في FETs مع تقاطع تحكم pn على طول طبقة من السيليكون بدون تقاطعات pn ، تسمى قناة ، مع توصيل إما من النوع n أو p بين طرفين ، يطلق عليهما "المصدر" و "الصرف" - نظائر الباعث و جامع أو بتعبير أدق ، الكاثود والأنود في الصمام الثلاثي الفراغي. الإخراج الثالث - بوابة (مماثلة لشبكة الصمام الثلاثي) - متصل بطبقة سيليكون بنوع مختلف من الموصلية عن تلك الخاصة بقناة استنزاف المصدر. يظهر هيكل هذا الجهاز في الشكل أدناه.

كيف يعمل ترانزستور تأثير المجال؟ مبدأ عملها هو التحكم في المقطع العرضي للقناة عن طريق تطبيق الجهد على تقاطع قناة البوابة. إنه دائمًا منحازًا عكسيًا ، لذلك لا يسحب الترانزستور أي تيار تقريبًا من خلال دائرة البوابة ، بينما يحتاج الجهاز ثنائي القطب إلى قدر معين من التيار الأساسي للعمل. عندما يتغير جهد الدخل ، يمكن أن تتوسع منطقة البوابة ، مما يسد قناة تصريف المصدر حتى يتم إغلاقها تمامًا ، وبالتالي التحكم في تيار التصريف.