Jak funguje tranzistor a kde se používá?

Radioelektronický prvek vyrobený z polovodičového materiálu pomocí vstupního signálu vytváří, zesiluje, mění impulsy v integrovaných obvodech a systémech pro ukládání, zpracování a přenos informací. Tranzistor je odpor, jehož funkce jsou regulovány napětím mezi emitorem a bází nebo zdrojem a hradlem, v závislosti na typu modulu.

Typy tranzistorů

Převodníky jsou široce používány při výrobě digitálních a analogových mikroobvodů pro nulování statického proudu spotřebičů a získání zlepšené linearity. Typy tranzistorů se liší tím, že některé jsou řízeny změnou napětí, ty druhé jsou regulovány odchylkou proudu.

Polní moduly pracují se zvýšeným stejnosměrným odporem, vysokofrekvenční transformace nezvyšuje náklady na energii.Pokud zjednodušeně řekneme, co je tranzistor, pak se jedná o modul s vysokou ziskovou rezervou. Tato charakteristika je větší u polních druhů než u bipolárních typů. První z nich nemají resorpci nosiče náboje, což urychluje provoz.

Polní polovodiče se používají častěji kvůli jejich výhodám oproti bipolárním typům:

• silný odpor na vstupu při stejnosměrném proudu a vysoké frekvenci, to snižuje energetické ztráty pro řízení;
• nedostatek akumulace menších elektronů, což urychluje činnost tranzistoru;
• transport pohybujících se částic;
• stabilita s teplotními odchylkami;
• malý hluk kvůli nedostatku vstřikování;
• nízká spotřeba energie během provozu.

Typy tranzistorů a jejich vlastnosti určují účel. Zahřívání bipolárního měniče zvyšuje proud podél cesty od kolektoru k emitoru. Mají záporný odporový koeficient a mobilní nosiče proudí do sběrného zařízení z emitoru. Tenká základna je oddělena p-n přechody a proud vzniká pouze tehdy, když se pohybující částice hromadí a jsou vstřikovány do základny. Některé nosiče náboje jsou zachyceny sousedním p-n přechodem a urychleny, takto se počítají parametry tranzistorů.

FET mají další výhodu, kterou je třeba zmínit u figurín. Jsou zapojeny paralelně bez vyrovnání odporu. Rezistory se pro tento účel nepoužívají, protože indikátor se automaticky zvyšuje při změně zatížení. Pro získání vysoké hodnoty spínacího proudu je rekrutován komplex modulů, který se používá ve střídačích nebo jiných zařízeních.

Paralelně nelze zapojit bipolární tranzistor, stanovení funkčních parametrů vede k tomu, že je detekován tepelný průraz nevratného charakteru. Tyto vlastnosti souvisí s technickými kvalitami jednoduchých p-n kanálů. Moduly jsou zapojeny paralelně pomocí rezistorů pro vyrovnání proudu v obvodech emitoru. Podle funkčních vlastností a jednotlivých specifik se v klasifikaci tranzistorů rozlišují bipolární a polní typy.

Bipolární tranzistory

Bipolární provedení jsou vyráběna jako polovodičová zařízení se třemi vodiči. V každé z elektrod jsou umístěny vrstvy s p-vodivostí otvoru nebo nečistotou n-vodivostí. Volba kompletní sady vrstev určuje vydání zařízení typu p-n-p nebo n-p-n. V okamžiku zapnutí zařízení se současně přenášejí různé typy nábojů dírami a elektrony, jedná se o 2 typy částic.

Nosiče se pohybují díky mechanismu difúze. Atomy a molekuly látky pronikají do mezimolekulární mřížky sousedního materiálu, poté se jejich koncentrace v celém objemu vyrovná. Transport probíhá z oblastí s vysokým zhutněním do oblastí s nízkým obsahem.

Elektrony se také šíří působením silového pole kolem částic s nerovnoměrným začleněním legujících přísad do základní hmoty. Pro urychlení provozu zařízení je elektroda připojená ke střední vrstvě vyrobena tenká. Nejvzdálenější vodiče se nazývají emitor a kolektor. Zpětná napěťová charakteristika přechodu není důležitá.

FET

Tranzistor s efektem pole řídí odpor pomocí elektrického příčného pole vznikajícího z přiloženého napětí. Místo, odkud se elektrony pohybují do kanálu, se nazývá zdroj a odtok vypadá jako koncový bod vstupu nábojů. Řídicí napětí prochází vodičem zvaným hradlo. Zařízení se dělí na 2 typy:

• s ovládacím p-n-přechodem;
• MIS tranzistory s izolovaným hradlem.

Zařízení prvního typu obsahují v provedení polovodičový wafer, který je připojen k řízenému obvodu pomocí elektrod na opačných stranách (odtok a zdroj). Po připojení desky k bráně vzniká místo s jiným typem vodivosti. Zdroj konstantního předpětí vložený do vstupního obvodu vytváří na přechodu blokovací napětí.

Ve vstupním obvodu je umístěn i zdroj zesíleného impulsu. Po změně napětí na vstupu se transformuje odpovídající indikátor na p-n přechodu. Je upravena tloušťka vrstvy a plocha průřezu kanálového přechodu v krystalu, který přenáší tok nabitých elektronů. Šířka kanálu závisí na prostoru mezi oblastí vyčerpání (pod bránou) a substrátem. Řídicí proud v počátečním a koncovém bodě je řízen změnou šířky oblasti vyčerpání.

Tranzistor MIS se vyznačuje tím, že jeho hradlo je odděleno izolací od kanálové vrstvy. V polovodičovém krystalu, nazývaném substrát, se vytvářejí dotovaná místa s opačným znaménkem. Na nich jsou instalovány vodiče - odtok a zdroj, mezi nimiž je dielektrikum umístěno ve vzdálenosti menší než mikron. Na izolátoru je kovová elektroda - závěrka.Kvůli výsledné struktuře obsahující kov, dielektrickou vrstvu a polovodič jsou tranzistory označovány zkratkou MIS.

Zařízení a princip činnosti pro začátečníky

Technologie operují nejen s nábojem elektřiny, ale také s magnetickým polem, světelnými kvanty a fotony. Princip činnosti tranzistoru spočívá ve stavech, mezi kterými zařízení přepíná. Opačný malý a velký signál, otevřený a zavřený stav - to je dvojitá práce zařízení.

Spolu s polovodičovým materiálem ve složení, použitým ve formě monokrystalu, dopovaného na některých místech, má tranzistor ve své konstrukci:

• závěry z kovu;
• dielektrické izolátory;
• pouzdro tranzistorů ze skla, kovu, plastu, cermetu.

Před vynálezem bipolárních nebo polárních zařízení se jako aktivní prvky používaly elektronky. Pro ně vyvinuté obvody se po úpravě používají při výrobě polovodičových součástek. Mohly by být zapojeny jako tranzistor a použity, protože mnoho funkčních charakteristik lamp je vhodných pro popis provozu polních druhů.

Výhody a nevýhody výměny žárovek za tranzistory

Vynález tranzistorů je stimulačním faktorem pro zavádění inovativních technologií v elektronice. Síť využívá moderní polovodičové prvky, ve srovnání se starými obvody lamp má tento vývoj výhody:

• malé rozměry a nízká hmotnost, což je důležité pro miniaturní elektroniku;
• schopnost aplikovat automatizované procesy při výrobě zařízení a seskupovat fáze, což snižuje náklady;
• použití malých zdrojů proudu kvůli potřebě nízkého napětí;
• okamžité zapnutí, ohřev katody není nutný;
• zvýšená energetická účinnost díky sníženému ztrátovému výkonu;
• síla a spolehlivost;
• dobře koordinovaná interakce s dalšími prvky v síti;
• odolnost proti vibracím a nárazům.

Nevýhody se objevují v následujících ustanoveních:

• křemíkové tranzistory nefungují při napětí větším než 1 kW, žárovky jsou účinné při rychlostech nad 1-2 kW;
• při použití tranzistorů ve vysokovýkonových vysílacích sítích nebo mikrovlnných vysílačích je vyžadováno přizpůsobení nízkovýkonových zesilovačů zapojených paralelně;
• zranitelnost polovodičových prvků vůči účinkům elektromagnetického signálu;
• citlivá reakce na kosmické záření a záření, vyžadující v tomto ohledu vývoj odolných radiačních mikroobvodů.

Spínací schémata

Aby tranzistor fungoval v jednom obvodu, vyžaduje 2 výstupy na vstupu a výstupu. Téměř všechny typy polovodičových součástek mají pouze 3 připojovací body. Abychom se dostali z obtížné situace, je jeden z konců přiřazen jako společný. To vede ke 3 běžným schématům připojení:

• pro bipolární tranzistor;
• polární zařízení;
• s otevřeným odtokem (kolektorem).

Bipolární modul je spojen se společným emitorem pro napěťové i proudové (MA) zesílení. V ostatních případech se shoduje s kolíky digitálního čipu, když je mezi vnějším obvodem a vnitřním schématem zapojení velké napětí.Takto funguje společné zapojení kolektoru a pozoruje se pouze zvýšení proudu (OK). Pokud potřebujete zvýšit napětí, pak je prvek zaveden se společnou základnou (OB). Tato možnost funguje dobře ve složených kaskádových obvodech, ale zřídka se nastavuje v projektech s jedním tranzistorem.

V obvodu jsou zahrnuta polní polovodičová zařízení odrůd MIS a využívající p-n přechod:

• se společným emitorem (CI) - zapojení podobné OE modulu bipolárního typu
• s jedním výstupem (OS) - plán typu OK;
• se společným uzávěrem (OZ) - obdobný popis OB.

V plánech s otevřeným odběrem je tranzistor spínán se společným emitorem jako součást mikroobvodu. Výstup kolektoru není připojen k ostatním částem modulu a zátěž jde na externí konektor. Volba intenzity napětí a intenzity kolektorového proudu se provádí po instalaci projektu. Zařízení s otevřeným odběrem pracují v obvodech s výkonnými koncovými stupni, budiče sběrnice, logické obvody TTL.

K čemu jsou tranzistory?

Rozsah je vymezen v závislosti na typu zařízení - bipolární modul nebo pole. Proč jsou potřeba tranzistory? Pokud je potřeba nízký proud, například v digitálních plánech, používají se terénní pohledy. Analogové obvody dosahují vysoké linearity zisku v celém rozsahu napájecích napětí a výstupů.

Oblastí instalace bipolárních tranzistorů jsou zesilovače, jejich kombinace, detektory, modulátory, tranzistorové logistické obvody a invertory logického typu.

Místa použití tranzistorů závisí na jejich vlastnostech. Pracují ve 2 režimech:

• zesilovacím způsobem mění výstupní impuls s malými odchylkami řídicího signálu;
• v klíčové regulaci, ovládající napájení zátěží se slabým vstupním proudem, je tranzistor zcela uzavřený nebo otevřený.

Typ polovodičového modulu nemění podmínky jeho provozu. Zdroj je připojen k zátěži, například spínač, zesilovač, osvětlovací zařízení, může to být elektronický snímač nebo výkonný sousední tranzistor. Pomocí proudu začíná provoz zátěžového zařízení a tranzistor je připojen k obvodu mezi instalací a zdrojem. Polovodičový modul omezuje sílu energie dodávané do jednotky.

Odpor na výstupu tranzistoru se transformuje v závislosti na napětí na řídicím vodiči. Síla proudu a napětí na začátku a na konci obvodu se mění a zvyšují nebo snižují a závisí na typu tranzistoru a způsobu jeho zapojení. Řízení řízeného napájecího zdroje vede ke zvýšení proudu, výkonovému impulsu nebo zvýšení napětí.

Tranzistory obou typů se používají v následujících případech:

1. V digitální regulaci. Byly vyvinuty experimentální návrhy digitálních zesilovacích obvodů založených na digitálně-analogových převodnících (DAC).
2. v pulzních generátorech. V závislosti na typu sestavy tranzistor pracuje v klíčovém nebo lineárním pořadí, aby reprodukoval čtvercové nebo libovolné signály.
3. V elektronických hardwarových zařízeních. K ochraně informací a programů před krádeží, nelegálním hackováním a používáním. Obsluha probíhá v režimu klíče, síla proudu je řízena analogově a je regulována pomocí šířky impulzu.Tranzistory jsou umístěny v pohonech elektromotorů, spínané stabilizátory napětí.

Monokrystalické polovodiče a otevřené a zavírací moduly zvyšují výkon, ale fungují pouze jako spínače. V digitálních zařízeních se jako ekonomické moduly používají polní tranzistory. Výrobní technologie v pojetí integrovaných experimentů zajišťují výrobu tranzistorů na jediném křemíkovém čipu.

Miniaturizace krystalů vede k rychlejším počítačům, méně energie a méně tepla.

Podobné články: