מהו טרנזיסטור דו קוטבי ומה התכונה שלו
המילה "טרנזיסטור" מורכבת מהמילים TRANSfer ו- resISTOR - ממיר התנגדות. הוא החליף מנורות בראשית שנות החמישים. זהו מכשיר בעל שלושה פינים המשמש להגברה ומיתוג במעגלים אלקטרוניים. שם התואר "דו קוטבי" (טרנזיסטור צומת דו קוטבי) משמש להבחנה בין טרנזיסטורים לאפקט שדה (FET - טרנזיסטור אפקט שדה). עקרון הפעולה של טרנזיסטור דו קוטבי הוא להשתמש בשני צמתים p-n היוצרים שכבת מחסום, המאפשרת לשלוט בזרם קטןבערךעם הזרם הגבוה ביותר. הטרנזיסטור הדו קוטבי משמש הן כעמידות מבוקרת והן כמפתח. טרנזיסטורים הם משני סוגים: pnp ו- npn.
צומת P-N
גרמניום (Ge) וסיליקון (Si) הם מוליכים למחצה. כעת משתמשים בעיקר בסיליקון. הערכיות של Si ו- Ge היא ארבע. לכן, אם נוסיף ארסן מחומש לסריג הגביש של הסיליקון (As), נקבל אלקטרון "נוסף", ואם נוסיף בורון טריפלנטי (B), נקבל מקום פנוי לאלקטרון. במקרה הראשון הם מדברים על חומר "תורם" שנותן אלקטרונים, במקרה השני הם מדברים על חומר "מקבל" המקבל אלקטרונים. כמו כן, סוג החומר הראשון נקרא N (שלילי), והשני - P (חיובי).
אם מביאים חומרים מסוג P ו- N במגע, יווצר ביניהם זרם ויוקם שיווי משקל דינמי עם איזון מדולדל, בו ריכוז נשאי המטען - אלקטרונים ואתרים פנויים ("חורים") הוא קטן. לשכבה זו מוליכות חד צדדית והיא משמשת בסיס למכשיר הנקרא דיודה. מגע ישיר של חומרים לא יצור מעבר איכותי; יש צורך בסגסוגת (דיפוזיה) או "סתימת" יוני סמים לקריסטל בוואקום.
טרנזיסטור PNP
לראשונה נוצר טרנזיסטור דו קוטבי על ידי התכת טיפות אינדיום לגביש גרמניום (חומר מסוג n). אינדיום (In) הוא חומר טריפלנטי, מסוג p. לכן טרנזיסטור כזה נקרא דיפוז (סגסוגת) בעל מבנה p-n-p (או pnp). הטרנזיסטור הדו קוטבי באיור שלמטה יוצר בשנת 1965. גופו נחתך לצורך הבהירות.
גביש הגרמניום במרכז נקרא הבסיס, וטיפות האינדיום שנמסו לתוכו נקראות הפולט והאספן. אפשר לראות במעברים EB (פולט) ו- KB (אספן) כדיודות רגילות, אך למעבר לספירה (פולט אספן) יש תכונה מיוחדת. לכן אי אפשר לייצר טרנזיסטור דו קוטבי משתי דיודות נפרדות.
אם מופעל מתח של מספר וולט בין האספן (-) לפולט (+) בטרנזיסטור מסוג pnp, יזרום במעגל זרם חלש מאוד, מעט מיקרו-אמפר. אם אז מופעל מתח קטן (פתיחה) בין הבסיס (-) לפולט (+) - עבור גרמניום הוא בערך 0.3 וולט (ולסיליקון 0.6 וולט) - אז זרם בסדר גודל מסוים יזרום מהפולט לבסיס.אך מכיוון שהבסיס עשוי דק מאוד, הוא יתמלא במהירות בחורים (הוא "מאבד" את עודף האלקטרונים שייעבור לפולט). מכיוון שהפולט מסומם בכבדות בהולכת חור, והשילוב של אלקטרונים בבסיס המסומם חלש מתעכב מעט, אזבערךרוב הזרם יזרום מהפולט לאספן. האספן עשוי גדול יותר מהפולט ומעט מסומם, מה שמאפשר לובערךמתח פירוק נמוך יותר (Uמדגם CE> Uמדגם EB) כמו כן, מכיוון שרוב החורים מתחברים מחדש לאספן, הוא מתחמם חזק יותר משאר האלקטרודות של המכשיר.
בין זרם האספן והפולט יש יחס:
בדרך כלל, α נמצאת בטווח של 0.85-0.999 ותלויה הפוכה בעובי הבסיס. ערך זה נקרא מקדם ההעברה הנוכחי של הפולט. בפועל משתמשים לעתים קרובות בהדדיות (נקרא גם על ידי h21e):
זהו מקדם ההעברה הנוכחי של הבסיס, אחד הפרמטרים החשובים ביותר של טרנזיסטור דו קוטבי. זה קובע לעתים קרובות יותר את המאפיינים המשפרים בפועל.
הטרנזיסטור PNP נקרא טרנזיסטור המוליך קדימה. אבל יש סוג אחר של טרנזיסטור, שהמבנה שלו משלים בצורה מושלמת את ה- pnp במעגלים.
טרנזיסטור NPN
לטרנזיסטור הדו קוטבי עשוי להיות אספן עם פולט מחומר מסוג N. ואז הבסיס עשוי מחומר מסוג P. ובמקרה זה, הטרנזיסטור npn עובד בדיוק כמו pnp, למעט הקוטביות - זהו טרנזיסטור מוליכות הפוכה.
טרנזיסטורים מבוססי סיליקון מדכאים עם מספרם את כל הסוגים האחרים של טרנזיסטורים דו קוטביים. כחומר תורם לאספן ולפולט יכול לשמש כ- As, עם אלקטרון "נוסף". הטכנולוגיה לייצור טרנזיסטורים השתנתה גם היא. כעת הם מישוריים, מה שמאפשר להשתמש בליטוגרפיה ולהפיק מעגלים משולבים. בתמונה למטה נראה טרנזיסטור דו-קוטבי מישורי (כחלק ממעגל משולב בהגדלה גבוהה). על פי הטכנולוגיה המישורית, טרנזיסטורים pnp וגם npn מיוצרים, כולל אלה חזקים. הסגסוגת כבר הופסקה.
הטרנזיסטור הדו קוטבי המישורי בהקשר של התמונה הבאה (תרשים מפושט).
התמונה מראה עד כמה טוב מסודרים העיצוב של הטרנזיסטור המישורי - האספן מקורר ביעילות על ידי מצע הקריסטל. מיוצר גם טרנזיסטור pnp מישורי.
בתמונה הבאה מופיעים ציורים גרפיים קונבנציונליים של טרנזיסטור דו קוטבי.
UGOs אלה הם בינלאומיים, ותוקפים גם בהתאם ל- GOST 2.730-73.
מעגלי מיתוג טרנזיסטור
בדרך כלל משתמשים תמיד בטרנזיסטור דו קוטבי בחיבור ישיר - הקוטביות ההפוכה בצומת FE לא נותנת שום דבר מעניין. עבור סכימה של חיבור ישיר, קיימות שלוש ערכות חיבור: פולט נפוץ (OE), אספן משותף (OK) ובסיס משותף (OB). כל שלושת התכלילים מוצגים להלן. הם מסבירים רק את עקרון הפעולה עצמו - בהנחה שנקודת ההפעלה מותקנת איכשהו באמצעות מקור כוח נוסף או מעגל עזר. כדי לפתוח טרנזיסטור סיליקון (Si), יש צורך בפוטנציאל של ~ 0.6 וולט בין הפולט לבסיס, ועבור גרמניום זה מספיק ~ 0.3 V.
פולט נפוץ
המתח U1 גורם לזרם Ib, זרם האספן Ik שווה לזרם הבסיס כפול β. במקרה זה, המתח + E צריך להיות גדול מספיק: 5 V-15 V. מעגל זה מגביר היטב את הזרם והמתח, ולכן, את ההספק. אות הפלט מנוגד בשלב לכניסה (הפוך). זה משמש בטכנולוגיה דיגיטלית כפונקציה של NOT.
אם הטרנזיסטור אינו פועל במצב המקש, אלא כמגבר של אותות קטנים (במצב פעיל או ליניארי), אז בעזרת הבחירה של זרם הבסיס, מתח U מוגדר2 שווה ל- E / 2 כך שאות הפלט לא מעוות. יישום כזה משמש, למשל, בהגברת אותות שמע במגברים מתקדמים עם עיוות נמוך וכתוצאה מכך, יעילות נמוכה.
אספן נפוץ
מבחינת מתח, מעגל ה- OK אינו מגביר, כאן הרווח הוא α ~ 1.לכן מעגל זה נקרא חסיד פולט. הזרם במעגל הפולט גדול פי 1+ מאשר במעגל הבסיס. מעגל זה מגביר את הבאר הנוכחי ובעל תפוקה נמוכה ועכבת כניסה גבוהה מאוד. (זה הזמן לזכור שהטרנזיסטור נקרא שנאי התנגדות.)
לעוקב הפולט יש תכונות ופרמטרי פעולה המתאימים מאוד לבדיקות אוסצילוסקופ. הוא משתמש בה עכבת הקלט העצומה ובתפוקה הנמוכה, אשר מתאים להתאמה עם כבל עכבה נמוך.
בסיס משותף
מעגל זה מאופיין בהתנגדות הקלט הנמוכה ביותר, אך הרווח הנוכחי שלו שווה ל α. מעגל בסיס משותף מגביר היטב מתח, אך לא בעוצמה. התכונה שלו היא ביטול השפעת המשוב על קיבול (eff. מילר). מפלים עם OB מתאימים באופן אידיאלי כשלבי קלט של מגברים בנתיבי תדרי רדיו המתאימים בהתנגדות נמוכה של 50 ו 75 אוהם.
מפלים עם בסיס משותף נמצאים בשימוש נרחב בטכנולוגיית מיקרוגל והשימוש בהם באלקטרוניקה רדיו עם מפל של חסידי פולט נפוץ מאוד.
שני מצבי הפעלה עיקריים
הבחין בין מצבי פעולה באמצעות האות "קטן" ו"גדול ". במקרה הראשון, הטרנזיסטור הדו קוטבי פועל על שטח קטן של מאפייניו וזה משמש בטכנולוגיה אנלוגית. במקרים כאלה חשובה הקוויות של הגברת האות ורעש נמוך. זהו מצב לינארי.
במקרה השני (מצב מקשים), הטרנזיסטור הדו קוטבי פועל בטווח המלא - מרוויה לניתוק, כמו מפתח. המשמעות היא שאם מסתכלים על מאפייני ה- I - V של צומת ה- pn, עליכם להחיל מתח הפוך קטן בין הבסיס לפולט כדי לנעול לחלוטין את הטרנזיסטור, וכדי לפתוח במלואו כאשר הטרנזיסטור יעבור למצב רוויה, הגדל מעט את זרם הבסיס, בהשוואה למצב האות הנמוך. ואז הטרנזיסטור עובד כמו מתג דופק. מצב זה משמש למכשירי מיתוג וכוח, הוא משמש להחלפת ספקי כוח. במקרים כאלה, הם מנסים להשיג זמן מיתוג קצר של הטרנזיסטורים.
ההיגיון הדיגיטלי מאופיין במיקום ביניים בין האותות "גדולים" ו"קטנים ". רמת היגיון נמוכה מוגבלת על ידי 10% ממתח האספקה, וגובהה ב 90%. עיכובים בזמן ומיתוג מנסים לצמצם עד קצה גבול היכולת. אופן פעולה זה הוא המפתח, אך הם מבקשים למזער את הכוח כאן. כל אלמנט לוגי הוא מפתח.
סוגים אחרים של טרנזיסטורים
הסוגים העיקריים של טרנזיסטורים שכבר תוארו אינם מגבילים את הסידור שלהם. מיוצרים טרנזיסטורים מורכבים (מעגל דארלינגטון). ה- B שלהם גדול מאוד ושווה לתוצר של מקדמי שני הטרנזיסטורים, ולכן הם נקראים גם טרנזיסטורים "סופרבט".
הנדסת חשמל כבר שלטה על IGBTs (טרנזיסטור דו-קוטבי שער מבודד), עם שער מבודד. השער של טרנזיסטור אפקט השדה אכן מבודד מערוצו. נכון, יש שאלה לטעון את קיבול הקלט שלה במהלך המעבר, כך שללא זרם זה לא יכול לעשות כאן.
טרנזיסטורים כאלה משמשים במתגי כוח עוצמתיים: ממירי דופק, ממירים וכו '. IGBTs הקלט רגישים מאוד בגלל העמידות הגבוהה בשער של טרנזיסטורי אפקט השדה. ביציאה - הם נותנים את ההזדמנות לקבל זרמי ענק וניתנים לייצור למתח גבוה. לדוגמא, בארצות הברית ישנה תחנת כוח סולארית חדשה, בה טרנזיסטורים כאלה במעגל גשר עמוסי שנאים עוצמתיים שמעבירים אנרגיה לרשת תעשייתית.
לסיכום, נציין כי טרנזיסטורים, במילים פשוטות, הם "סוס העבודה" של כל האלקטרוניקה המודרנית. הם משמשים בכל מקום: מקטר חשמלי לטלפונים ניידים. כל מחשב מודרני מורכב כמעט מכל הטרנזיסטורים. היסודות הפיזיים להפעלת טרנזיסטורים מובנים היטב ומבטיחים הישגים חדשים רבים נוספים.
חומרים קשורים:
טוען ...
