Tranzistori - elemente de bază, tipuri și moduri de creștere

Introducere în tranzistor:

Mai devreme, componenta critică și importantă a unui dispozitiv electronic era un tub de vid cu care era folosit un tub de electroni controlul curentului electric . Tuburile de vid au funcționat, dar sunt voluminoase, necesită tensiuni de funcționare mai mari, consum mare de energie, randament redus, iar materialele care emit electroni cu catod sunt consumate în funcțiune. Deci, aceasta a ajuns ca o căldură care a scurtat durata de viață a tubului în sine. Pentru a depăși aceste probleme, John Bardeen, Walter Brattain și William Shockley au inventat un tranzistor la Bell Labs în anul 1947. Acest nou dispozitiv a fost o soluție mult mai elegantă pentru a depăși multe dintre limitările fundamentale ale tuburilor de vid.

Tranzistorul este un dispozitiv semiconductor care poate conduce și izola. Un tranzistor poate acționa ca un comutator și ca un amplificator. Convertește undele audio în unde electronice și rezistențe, controlând curentul electronic. Tranzistoarele au o durată de viață foarte lungă, de dimensiuni mai mici, pot funcționa pe surse de tensiune mai mici pentru o siguranță mai mare și nu necesită curent de filament. Primul tranzistor a fost fabricat cu germaniu. Un tranzistor îndeplinește aceeași funcție ca un triod al tubului de vid, dar folosind joncțiuni semiconductoare în loc de electrozi încălziți într-o cameră de vid. Este elementul fundamental al dispozitivelor electronice moderne și se găsește peste tot în sistemele electronice moderne.

Bazele tranzistorului:

Un tranzistor este un dispozitiv cu trei terminale. Și anume,

• Baza: Aceasta este responsabilă pentru activarea tranzistorului.
• Colecționar: Acesta este avantajul pozitiv.
• Emițător: Acesta este avantajul negativ.

Ideea de bază din spatele unui tranzistor este că vă permite să controlați fluxul de curent printr-un canal, variind intensitatea unui curent mult mai mic care curge printr-un al doilea canal.

Tipuri de tranzistoare:

Există două tipuri de tranzistoare prezente, acestea fiind tranzistoare de joncțiune bipolare (BJT), tranzistoare cu efect de câmp (FET). Un curent mic curge între bază și emițător, terminalul de bază poate controla un flux de curent mai mare între colector și terminalele emițătorului. Pentru un tranzistor cu efect de câmp, are și cele trei terminale, acestea sunt poartă, sursă și drenaj, iar o tensiune la poartă poate controla un curent între sursă și drenaj. Diagramele simple ale BJT și FET sunt prezentate în figura de mai jos:

Tranzistor de joncțiune bipolar (BJT)

Tranzistoare cu efect de câmp (FET)

După cum puteți vedea, tranzistoarele vin într-o varietate de dimensiuni și forme diferite. Un lucru pe care toți acești tranzistori îl au în comun este că fiecare are trei conductoare.

• Tranzistor de joncțiune bipolar:

Un tranzistor de joncțiune bipolar (BJT) are trei terminale conectate la trei regiuni semiconductoare dopate. Vine cu două tipuri, P-N-P și N-P-N.

Tranzistor P-N-P, format dintr-un strat de semiconductor dopat N între două straturi de material dopat P. Curentul de bază care intră în colector este amplificat la ieșirea sa.

Atunci tranzistorul PNP este PORNIT atunci când baza sa este scăzută în raport cu emițătorul. Săgețile tranzistorului PNP simbolizează direcția fluxului curent atunci când dispozitivul este în modul de redirecționare activ.

Tranzistor N-P-N format dintr-un strat de semiconductor dopat P între două straturi de material dopat N. Amplificând curentul de bază obținem curentul mare al colectorului și al emițătorului.

Atunci tranzistorul NPN este PORNIT când baza sa este scăzută în raport cu emițătorul. Când tranzistorul este în stare ON, fluxul de curent este între colector și emițătorul tranzistorului. Pe baza purtătorilor minoritari din regiunea de tip P, electronii se deplasează de la emițător la colector. Acesta permite un curent mai mare și o funcționare mai rapidă din acest motiv, majoritatea tranzistoarelor bipolare utilizate astăzi sunt NPN.

• Tranzistor cu efect de câmp (FET):

Tranzistorul cu efect de câmp este un tranzistor unipolar, FET cu canal N sau FET cu canal P sunt utilizate pentru conducere. Cele trei terminale ale FET sunt sursa, poarta și drenajul. FET-urile de bază n-channel și p-channel sunt prezentate mai sus. Pentru un FET cu canal n, dispozitivul este construit din material de tip n. Între sursă și drenaj, materialul de tipul acționează ca un rezistor.

Acest tranzistor controlează purtătorii pozitivi și negativi cu privire la găuri sau electroni. Canalul FET se formează prin deplasarea purtătorilor de sarcină pozitivă și negativă. Canalul FET care este fabricat din siliciu.

Există multe tipuri de FET-uri, MOSFET-uri, JFET-uri etc. Aplicațiile FET-urilor sunt într-un amplificator cu zgomot redus, amplificator tampon și un comutator analogic.

Biasarea tranzistorului de joncțiune bipolară

Tranzistoarele sunt cele mai importante dispozitive active semiconductoare esențiale pentru aproape toate circuitele. Sunt folosite ca întrerupătoare electronice, amplificatoare etc. în circuite. Tranzistoarele pot fi NPN, PNP, FET, JFET etc., care au funcții diferite în circuitele electronice. Pentru funcționarea corectă a circuitului, este necesar să polarizați tranzistorul utilizând rețele de rezistență. Punctul de funcționare este punctul de pe caracteristicile de ieșire care arată tensiunea colector-emițător și curentul colector fără semnal de intrare. Punctul de operare este, de asemenea, cunoscut sub numele de punctul Bias sau Q-Point (punctul de repaus).

Biasing este menționat pentru a oferi rezistențe, condensatori sau tensiune de alimentare, etc. pentru a oferi caracteristici de funcționare adecvate ale tranzistoarelor. Poluarea DC este utilizată pentru a obține curentul colectorului DC la o anumită tensiune a colectorului. Valoarea acestei tensiuni și curent este exprimată în termeni de Q-Point. Într-o configurație amplificator tranzistor, IC (max) este curentul maxim care poate circula prin tranzistor și VCE (max) este tensiunea maximă aplicată pe dispozitiv. Pentru a funcționa tranzistorul ca amplificator, un rezistor de sarcină RC trebuie conectat la colector. Biasing setează tensiunea și curentul de funcționare CC la nivelul corect, astfel încât semnalul de intrare AC să poată fi amplificat corect de tranzistor. Punctul corect de polarizare se află undeva între stările complet pornite sau complet oprite ale tranzistorului. Acest punct central este punctul Q și dacă tranzistorul este corect polarizat, punctul Q va fi punctul central de operare al tranzistorului. Acest lucru ajută curentul de ieșire să crească și să scadă pe măsură ce semnalul de intrare trece prin ciclul complet.

Pentru setarea punctului Q corect al tranzistorului, este utilizat un rezistor colector pentru a seta curentul colectorului la o valoare constantă și constantă, fără niciun semnal în baza sa. Acest punct de funcționare continuu DC este stabilit de valoarea tensiunii de alimentare și de valoarea rezistorului de polarizare de bază. Rezistențele de polarizare de bază sunt utilizate în toate cele trei configurații ale tranzistorului, cum ar fi baza comună, colectorul comun și configurațiile emițătorului comun.

Moduri de polarizare:

Următoarele sunt diferitele moduri de polarizare a bazei tranzistorului:

1. Biasing curent:

Așa cum se arată în Fig.1, două rezistențe RC și RB sunt utilizate pentru a seta polarizarea bazei. Aceste rezistențe stabilesc regiunea de funcționare inițială a tranzistorului cu polarizare fixă ​​a curentului.

Transistorul de polarizare înainte cu o tensiune pozitivă de polarizare de bază prin RB. Căderea de tensiune a emițătorului de bază înainte este de 0,7 volți. Prin urmare, curentul prin RB este I_B= (V_DC- V_FI) / Eu_B

2. Particularizarea feedback-ului:

Fig.2 prezintă polarizarea tranzistorului prin utilizarea unui rezistor de feedback. Biasul de bază se obține din tensiunea colectorului. Feedback-ul colectorului asigură că tranzistorul este întotdeauna părtinitor în regiunea activă. Când curentul colectorului crește, tensiunea la colector scade. Acest lucru reduce unitatea de bază, care la rândul său reduce curentul colectorului. Această configurație de feedback este ideală pentru proiectarea amplificatoarelor cu tranzistoare.

3. Biasing dublu feedback:

Fig.3 arată cum se realizează polarizarea utilizând rezistențe cu feedback dublu.

Prin utilizarea a două rezistențe RB1 și RB2 crește stabilitatea în ceea ce privește variațiile Beta prin creșterea fluxului de curent prin rezistențele de polarizare de bază. În această configurație, curentul din RB1 este egal cu 10% din curentul colectorului.

4. Poluarea împărțirii tensiunii:

Fig.4 prezintă polarizarea divizorului de tensiune în care două rezistențe RB1 și RB2 sunt conectate la baza tranzistorului formând o rețea divizor de tensiune. Tranzistorul primește părtiniri prin căderea de tensiune pe RB2. Acest tip de configurație de polarizare este utilizat pe scară largă în circuitele amplificatorului.

5. Particularizarea bazei duble:

Fig.5 arată feedback dublu pentru stabilizare. Utilizează atât feedback-ul de bază al emițătorului, cât și al colectorului pentru a îmbunătăți stabilizarea prin controlul curentului colectorului. Valorile rezistorului trebuie selectate pentru a seta căderea de tensiune pe rezistorul emițătorului 10% din tensiunea de alimentare și curentul prin RB1, 10% din curentul colectorului.

Avantajele tranzistorului:

1. Sensibilitate mecanică mai mică.
2. Cost mai mic și dimensiuni mai mici, în special în circuitele cu semnal mic.
3. Tensiuni reduse de funcționare pentru siguranță mai mare, costuri mai mici și distanțe mai strânse.
4. Viață extrem de lungă.
5. Fără consum de energie de către un încălzitor cu catod.
6. Comutare rapidă.

Poate sprijini proiectarea circuitelor de simetrie complementară, ceva care nu este posibil cu tuburile de vid. Dacă aveți întrebări cu privire la acest subiect sau electric și proiecte electronice lăsați comentariile de mai jos.