Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Содержание
  1. Что такое транзистор и как он функционирует?
  2. Что такое транзистор?
  3. Виды транзисторов
  4. Как работает биполярный транзистор? Инструкция для чайников
  5. Транзистор: виды, использование и рабочие принципы
  6. Рабочий принцип прибора
  7. Виды транзисторов
  8. Использование транзисторов в жизни
  9. Литература по электронике
  10. Транзисторы: рабочий принцип,? схема подсоединения, отличие биполярного от полевого
  11. Что такое транзистор
  12. Рабочий принцип
  13. Биполярный транзистор
  14. Полевой транзистор
  15. Важные характеристики
  16. Типы подключений
  17. Виды транзисторов
  18. Основы электроники для чайников: Что такое транзистор и как он функционирует
  19. Что такое транзистор?
  20. Как работает транзистор?
  21. Физические процессы в транзисторе
  22. Как работает транзистор и где применяется?
  23. Виды транзисторов

Что такое транзистор и как он функционирует?

Содержание:

Принцип полупроводникового управления электротоком был известен ещё перед началом 20 века. Не обращая внимания на то, что инженеры, работающие в регионах радиоэлектроники, знали как работает транзистор, они продолжали конструировать устройства на основе вакуумных ламп.

Основой такого недоверия к полупроводниковым триодам было несовершенство первых точечных транзисторов. Семейство германиевых транзисторов не отличались стабильностью параметров и сильно зависели от режимов температур.
Большую конкуренцию электронным лампам составили монолитные кремниевые транзисторы только в конце 50-х годов.

С данного периода времени электронная промышленность начала бурно формироваться, а небольшие полупроводниковые триоды активно вытесняли энергоёмкие лампы со схем электронных приборов. С возникновением интегральных микросхем, где кол-во транзисторов достигает миллиардов штук, полупроводниковая электроника одержала убедительную победу в борьбе за миниатюризацию устройств.

Что такое транзистор?

В сегодняшнем значении транзистором именуют полупроводниковый радиоэлемент, который предназначен для изменения показателей электротока и управления им. У простого полупроводникового триода есть три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Есть также составные транзисторы высокой мощности.

Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные детали, применяемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, которые предназначены для энергетических установок и оборудования которое применяется в промышленности. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.

Устройство

Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и прочих элементов химии.

Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов определенные виды полимерных материалов, и даже углеродных нанотрубок. По всей видимости в скором времени мы выясним о новых свойствах графеновых полевых транзисторов.

До недавнего времени кристаллы полупроводника расположились в железных корпусах в виде шляпок с тремя ножками. Эта конструкция была специфична для точечных транзисторов.
Сегодня конструкции большинства плоских, в т. ч. кремниевых полупроводниковых приборов сделаны на основе легированного в конкретных частях монокристалла.

Они впрессованы в пластмассовые, металлостеклянные или металлокерамические корпуса. У конкретных из них имеются выступающие пластины из металла для отвода тепла, которые закрепляются на отопительные приборы.

Электроды современных транзисторов размещены в один ряд. Подобное размещение ножек комфортно для автоматической сборки плат.

Выводы не маркируются на корпусах. Вид электрода определяется по справочникам или путём измерений.

Для транзисторов применяют кристаллы полупроводников с различными структурами, типа p-n-p либо n-p-n.

Они выделяются полярностью напряжения на электродах.

Схематически строение транзистора можно представить в виде 2-ух полупроводниковых диодов, поделённых добавочным слоем. (Смотри рисунок 1).

Собственно наличие данного слоя дает возможность управлять проводимостью полупроводникового триода.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Рис.

1. Строение транзисторов
На рисунке 1 схематически нарисовано строение биполярных триодов.

Есть ещё класс полевых транзисторов, о которых поговорим дальше.

Базовый рабочий принцип

В состоянии покоя между коллектором и эмиттером биполярного триода ток не течет. Переменному току препятствует сопротивление эмиттерного перехода, которое появляется в результате взаимные действия слоёв.

Для включения транзистора требуется подать небольшое напряжение на его базу.
На рисунке 2 показана схема, объясняющая рабочий принцип триода.

Управляя токами базы можно включать и выключить устройство. Если на базу подать аналоговый сигнал, то он изменит амплитуду выходных токов.

При этом выходной сигнал точно повторит частоту колебаний на базовом электроде. Иначе говоря случится усиление поступившего на вход электрического сигнала.

Подобным образом, полупроводниковые триоды как правило будут работать в режиме аппаратных ключей или в режиме усиления входных сигналов.
Работу устройства в режиме аппаратного ключа можно догадаться из рисунка 3.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Рис.

3. Триод в режиме ключа

Обозначение на схемах

Общепризнанное обозначение: «VT» или «Q», после которых указывается позиционный индекс. К примеру, VT 3. На более первых схемах можно повстречать вышедшие из употребления определения: «Т», «ПП» или «ПТ». Транзистор изображается в виде символических линий обозначающих подходящие электроды, обведённые кружком либо же без такового.

Направление тока в эмиттере указывает стрелка.
На рисунке 4 показана схема УНЧ, на которой транзисторы обозначены современным способом, а на рисунке 5 – схематические изображения различных типов полевых транзисторов.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Рис. 4. Пример схемы УНЧ на триодах

Виды транзисторов

По принципу действия и зданию отличают полупроводниковые триоды:
Эти транзисторы выполняют одинаковые функции, впрочем существуют различия как правило их работы.

Полевые

Этот вид триодов ещё именуют униполярным, из-за электрических параметров – у них течет ток лишь одной полярности. По зданию и типу управления данные устройства делятся на 3 вида:

  1. Транзисторы с руководящим p-n переходом (рис. 6).
  2. С изолированным затвором (бывают с вмонтированным либо с индуцированным каналом).
  3. МДП, со структурой: металл-диэлектрик-проводник.

Характерная черта изолированного затвора – наличие диэлектрика между ним и каналом.
Детали очень восприимчивы к электричеству возникающему в результате трения.
Схемы полевых триодов показано на рисунке 5.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Рис. 5. Полевые транзисторы

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Рис. 6. Фото настоящего полевого триода

Внимание свое обратите на наименование электродов: слив, исток и затвор.
Полевые транзисторы потребляют довольно мало энергии.

Они как правило будут работать более года от маленькой батарейки или аккумулятора. По этой причине они нашли повсеместное использование в современных электронных устройствах, например как пульты дистанционного управления, мобильные девайсы и т.п.

Биполярные

Про этот вид транзисторов много сказано в подразделе «Базовый рабочий принцип». Отметим только, что наименование «Биполярный» устройство получило из-за способности пропускать заряды разных знаков через один канал.

Их спецификой считается невысокое выходное сопротивление.
Транзисторы увеличивают сигналы, работают как коммутационные устройства. В цепь коллектора можно включать достаточно мощную нагрузку.

Благодаря большому току коллектора можно уменьшить сопротивление нагрузки.
Намного подробнее о строении и рабочем принципе ниже рассмотрим.

Комбинированные

С целью достижения конкретных электрических показателей от использования одного дискретного элемента разработчики транзисторов изобретают комбинированные конструкции. Среди них можно отметить:

  • биполярные транзисторы с внедрёнными и их схему резисторами;
  • конфигурации из 2-ух триодов (похожих или различных структур) в одном корпусе;
  • лямбда-диоды – комбинирование 2-ух полевых триодов, образующих участок с негативным сопротивлением;
  • конструкции, в которых полевой триод с изолированным затвором управляет биполярным триодом (используются для управления электрическими моторами).

Комбинированные транзисторы – это, по существу, простая микросхема в одном корпусе.

Как работает биполярный транзистор? Инструкция для чайников

Работа биполярных транзисторов основывается на свойствах полупроводников и их сочетаний. Чтобы понимать рабочий принцип триодов, разберёмся с поведением полупроводников в электроцепях.
Полупроводники.

Некоторые кристаллы, например кремний, германий и др., являются диэлектриками. Но есть у них одна характерность – если добавить конкретные примеси, то они становятся проводниками с специальными качествами.
Одни добавки (доноры) приводят к возникновению свободных электронов, а иные (акцепторы) – образовывают «отверстия».

Если, к примеру, кремний легировать фосфором (донор), то получаем полупроводник с избытком электронов (структура n-Si). При добавлении бора (акцептор) легированный кремний станет полупроводником с дырочной проводимостью (p-Si), другими словами в его структуре будут доминировать благоприятно заряженные ионы.
Односторонняя проводимость.

Проведём мысленный эксперимент: соединим два разного типа полупроводника с источником питания и подведём ток к нашей конструкции. Случится нечто спонтанное. Если объединить негативный кабель с кристаллом n-типа, то цепь замкнётся.

Однако, когда мы поменяем полярность, то электричества в цепи не будет. Почему так происходит?

В результате соединения кристаллов с различными типами проводимости, между ними образуется область с p-n переходом. Часть электронов (носителей зарядов) из кристалла n-типа перетечёт в кристалл с дырочной проводимостью и рекомбинирует отверстия в зоне контакта.
В результате появляются некомпенсированные заряды: в области n-типа – из негативных ионов, а в области p-типа из позитивных.

Разница потенциалов может достигать величины от 0,3 до 0,6 В.
Связь между напряжением и концентрацией примесей можно выразить формулой:

VT величина термодинамического напряжения, Nn и Np концентрация исходя из этого электронов и дырок, а ni означает свою концентрацию.
При подсоединении плюса к p-проводнику, а минуса к полупроводнику n-типа, электрические заряды преодолеют барьер, так как их движение будет направлено против электрического поля в середине p-n перехода. В таком случае переход открыт.

Однако если полюса заменить местами, то переход закроется. Поэтому делаем вывод: p-n переход образовывает одностороннюю проводимость. Данное свойство применяется в конструкции диодов.

От диода к транзистору.
Усложним эксперимент. Добавим ещё одну прослойку между 2-мя полупроводниками с одноимёнными структурами.

К примеру, между кремниевыми пластинами p-типа вставим прослойку проводимости (n-Si). Легко догадаться, что случится в зонах соприкасания.

По аналогичности с описанным выше процессом появляются области с p-n переходами, которые заблокируют движение электрозарядов между эмиттером и коллектором, причём независимо от полярности тока.
Наиболее интересное случится тогда, когда мы приложим небольшое напряжение к прослойке (базе).

В нашем случае, подадим ток с негативным знаком. Как и в случае с диодом, образуется цепь эмиттер-база, по которой потечёт ток.

Одновременно прослойка начнёт насыщаться дырками, что приведёт к дырочной проводимости между эмиттером и коллектором.
Посмотрите на рисунок 7. На нём видно, что позитивные ионы заполнили все пространство нашей условной конструкции и теперь ничто не мешает проводимости тока. Мы получили наглядную модель биполярного транзистора структуры p-n-p.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Рис. 7. Рабочий принцип триода
При обесточивании базы транзистор достаточно стремительно приходит в первое состояние и коллекторный переход закрывается.

Устройство способна работать и в усилительном режиме.
Ток коллектора связан прямой пропорциональностью с током базы: Iк = ?*IБ, где ? показатель усиления по току, IБ ток базы.

Если скорректировать величину управляющего тока, то изменится интенсивность образования дырок на базе, что повлечёт за собой пропорциональное изменение амплитуды анодного напряжения, со сбережением частоты сигнала. Такой принцип применяют для усиления сигналов.
Подавая на базу слабые импульсы, на выходе мы приобретаем аналогичную частоту усиления, но со намного большей амплитудой (задаётся величиной напряжения, приложенного к цепочке коллектор эмиттер).

Подобным образом работают npn транзисторы. Меняется только полярность стрессов. Устройства со структурой n-p-n обладают прямой проводимостью.

Обратную проводимость имеют транзисторы p-n-p типа.

Необходимо добавить, что полупроводниковый кристалл таким образом откликается на ультрафиолетовый спектр света.

Включая и отключая поток фотонов, или регулируя его интенсивность, можно управлять работой триода или менять сопротивление полупроводникового резистора.

Схемы включения биполярного транзистора

Схемотехники применяют следующие схемы подсоединения: с общей базой, общими электродами эмиттера и включение с общим коллектором (Рис. 8).

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Рис.

8. Схемы подсоединения биполярных транзисторов
Для усилителей с общей базой отличительно:

  • невысокое входное сопротивление, которое не будет больше 100 Ом;
  • хорошие температурные свойства и частотные критерии триода;
  • высокое допустимое напряжение;
  • требуется два различных источника для питания.

Схемы с общим эмиттером обладают:

  • большими коэффициентами усиления по току и напряжению;
  • невысокие критерии усиления по мощности;
  • инверсией анодного напряжения относительно входного.

При подобном подключении хватит одного источника питания.
Схема подсоединения по принципу «общий коллектор» обеспечивает:

  • большое входное и небольшое выходное сопротивление;
  • невысокий показатель напряжения по усилению (
    Для чего нужен транзистор в электрической цепи

    Рисунок 9. Полевой транзистор с p-n переходом

Точно также работают полевые триоды с вмонтированным и индуцированным каналом. Их схемы вы видели на рисунке 5.

Схемы включения полевого транзистора

На самом деле используют схемы подключений по аналогичности с биполярным триодом:

  • с общим истоком – выдаёт большое усиление тока и мощности;
  • схемы с общим затвором обеспечивающие невысокое входное сопротивление, и небольшое усиление (имеет небольшое использование);
  • с общим сливом, работающие также, как и схемы с общим эмиттером.

На рисунке 10 показаны разные схемы включения.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Рис.

10. Изображение схем подсоединения полевых триодов

Фактически каждая схема может работать при экстремально низких входных напряжениях.

Транзистор: виды, использование и рабочие принципы

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Что такое транзистор? Наверное любой человек хоть раз в жизни слышал данное слово.

Впрочем вовсе не каждый знаком с его значением, а тем более с устройством и назначением транзистора. Это понятие детально изучают студенты технических Институтов.

При этом очень часто технические знания пригождаются в жизни людям, не имеющим ничего общего с инженерной работой. В данной публикации мы будем рассматривать в каких областях они используются.

Рабочий принцип прибора

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Транзистор — полупроводниковый прибор, который предназначен для усиления электрического сигнала. Благодаря особенному зданию кристаллических решёток и полупроводниковым особенностям, данный прибор способен повышать амплитуду протекающего тока.

Полупроводники — вещества, которые могут проводить ток, а еще мешать его прохождению. Очень яркими их представителями являются кремний и германий. Есть несколько видов полупроводников:

В полупроводниках переменный ток появляется из-за минуса или переизбытка свободных электронов. К примеру, кристаллическая решётка атома состоит из трёх электронов.

Но если ввести в это вещество атом, который состоит из четырёх электронов, один будет ненужным. Он считается свободным электроном.

Исходя из этого, чем больше подобных электронов, тем ближе это вещество по собственным особенностям к металлу. А это означает, и проводимость тока больше.

Такие полупроводники называются электронными.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Теперь побеседуем о дырочных.

Для их создания в вещество вводятся атомы иного вещества, кристаллическая решётка которого содержит больше атомов. Исходя из этого, в нашем полупроводнике становится меньше электронов.

Появляются вакантные места для электронов. Валентные связи будут разрушаться, так как электроны будут стремиться занять эти вакантные места.

Дальше, мы будем именовать их дырками.
Электроны регулярно стремятся занять дырку и, начиная движение, образовывают новую дырку.

Таким поведением обладают полностью все электроны. В полупроводнике происходит их движение, а это означает, начинает проводиться ток.

Такие полупроводники называются дырочными.
Подобным образом, вводя минус или излишек электронов в кремний или германий, мы способствуем их движению. Выходит ток.

Транзисторы состоят из соединений данных полупроводников по определённому принципу. При их помощи можно управлять протекающими токами и остальными параметрами электрических сигналов.

Виды транзисторов

Есть несколько типов транзисторов. Их около четырёх. Впрочем важные из них это:

Другие виды собираются из полевых и биполярных. Будем детально рассматривать каждый вид.

Полевые

Суть данного прибора состоит в управлении параметрами электрического сигнала при помощи электрического поля. Оно возникает при подаче напряжения к какому-то из выводов:

  1. Затвор необходим для регулирования показателей сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
  2. Слив — вывод, через который из канала уходят носители заряда (отверстия и электроны).
  3. Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и отверстия.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Такой транзистор состоит из полупроводника с конкретной проводимостью и 2-ух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими 2-мя областями возникает пространство, через которое течет ток. Это пространство именуется каналом.

Ширина этого канала изменяется напряжением, которое мы подаём на затвор. Исходя из этого, можно повышать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

Теперь побеседуем о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом варианте этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения.

Металлический затвор в подобных транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление намного больше.

Есть несколько видов приборов с изолированным затвором:

  • С вмонтированным каналом.
  • С индуцированным каналом.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Встроенный канал позволяет протекать переменному току с конкретной амплитудой. При подаче напряжения с конкретной амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость.

Этот канал встраивается в транзисторы на производственных фирмах.
Индуцированный канал возникает между 2-мя областями, о которых мы выше упоминали, исключительно при подаче напряжения конкретной полярности на затвор. Другими словами, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не течет.

Все разновидности полевых транзисторов друг от друга отличаются по таким показателям:

  1. Входное сопротивление.
  2. Амплитуда напряжения, которое следует подать на затвор.
  3. Полярность.

Любой из таких видов полевых транзисторов нужен для сборки конкретных электрических и логических схем. Так как для реализации 2-ух различных устройств нужно различные электрические параметры.

Биполярные

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Слово «биполярные» значит две полярности. Другими словами, эти приборы имеют две полярности, благодаря свойствам собственного сооружения.

Характерность их сооружения состоит в том, что они состоят из трёх полупроводниковых областей. Типы проводимости бывают следующими:

  1. Электронная, дальше n.
  2. Дырочная, дальше p.

Исходя из этого, делаем вывод, что есть несколько видов биполярных транзисторов:
Разница между ними состоит в том, что для правильной работы нужно подавать напряжение различной полярности.

К каждой из трёх полупроводниковых областей подключено по одному выводу. Всего их три:

  1. База — основной слой. Он считается самым тонким. На выводе базы находится управляющий ток с маленькой амплитудой.
  2. Коллектор — один из крайних слоёв. Он считается очень широким. На него подаётся ток с большой амплитудой.
  3. Эмиттер — вывод, на который подаётся ток с коллектора. На его выходе амплитуда тока чуть больше, чем при входе.

Есть три схемы подсоединения биполярных транзисторов:

  1. С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора.
  2. С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера.
  3. С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора.

Благодаря нескольким электронно-дырочным переходам, образующимся в биполярном транзисторе, можно управлять параметрами электрического сигнала. Полярность и амплитуда подаваемого напряжения зависят от типа биполярного транзистора.

Использование транзисторов в жизни

Транзисторы используются в очень многих технических устройствах. Самые яркие варианты:

  1. Усилительные схемы.
  2. Резервные электростанции сигналов.
  3. Аппаратные ключи.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Во всех устройствах связи усиление сигнала нужно. Во-первых, электрические сигналы имеют природное затухание. Второе, довольно часто бывает, что амплитуды одного из показателей сигнала недостаточно для правильной работы устройства.

Информация передаётся при помощи электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам нужно усиливать сигналы.

Транзисторы могут действовать не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от необходимой формы генерируемого сигнала в генераторе будет поставлен подходящий вид полупроводникового прибора.

Аппаратные ключи необходимы для управления силой тока в цепи. В состав данных ключей входит много транзисторов. Аппаратные ключи считаются одним из важнейших компонентов схем.

На их основе работают компьютеры, телевизоры и прочие электроприборы, без которых в сегодняшней жизни вряд ли можно обойтись.

Литература по электронике

Наука, которая изучает транзисторы и прочие приборы, именуется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам.

Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по данной тематике:

  1. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
  2. Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
  3. Силовая электроника для поклонников и профессионалов — Б. Ю. Семенов .

В данных книгах описываются разные средства программируемой электроники. Разумеется, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря данным книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и умения, которые, возможно, принесут вам доход.

Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они используются в жизни. Если вам примечательна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс на месте не стоит, и все технические устройства улучшаются. В данном деле крайне важно идти в ногу со временем.

Успехов вам!

Транзисторы: рабочий принцип,? схема подсоединения, отличие биполярного от полевого

В свое время за открытие транзистора его создатели удостоились Нобелевской премии. Этот маленький прибор изменил человечество насовсем: начав с обычных радиоприемников и завершая процессорами, в которых их число может достигать нескольких миллиардов.

Между тем, чтобы выяснить, как он функционирует, не надо быть золотым медалистом или лауреатом «нобелевки».

Что такое транзистор

Транзистор – это прибор, сделанный из полупроводниковых материалов. Смотрится как небольшая железная пластинка с тремя контактами. Назначений у него два: усиливать поступающий сигнал и принимать участие в управлении элементами электрических приборов.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Рабочий принцип

Полупроводники занимают переходное состояние между проводниками и диэлектриками. В нормальном состоянии они не проводят переменный ток, однако их сопротивление падает с ростом температуры.

Чем она больше, тем больше энергии, которую получает вещество.
В атомах полупроводника электроны отрываются от «родительского» атома и улетают к иному, чтобы заполнить там «дырку», которую оставил аналогичный электрон.

Выходит, что в середине подобного материала одновременно происходят два процесса: полет электронов (n-проводимость, от слова negative – негативный), и образование «дырок» (p-проводимость от слова positive – позитивный). В традиционном куске кремния данные процессы уравновешены: кол-во дырок равно количеству свободных электронов.

Впрочем при помощи специализированных веществ можно нарушить это равновесие, добавив «лишние» электроны (вещества – доноры) или «лишние» «отверстия» (вещества акцепторы).

Подобным образом можно получить кристалл полупроводника с доминирующей n-проводимостью, либо p-проводимостью.

Если два подобных материала приложить друг к другу, то в месте их соприкасания образуется говоря иначе p-n переход. Отверстия и электроны проходят через него, насыщая соседа.

Другими словами там, где был излишек дырок, идет их заполнение электронами и наоборот.
В определенный момент в месте соприкасания не останется свободных носителей заряда и наступит равновесие.

Это как бы барьер, который нереально одолеть, этакая пустыня. Данный слой называют обедненным слоем.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Теперь, если приложить к подобному материалу напряжение, то оно поведет себя интересным образом: при прямой его направленности обедненный слой истончится и через него пойдёт электроток, а при обратном – наоборот, увеличиться.

Как говорят, если для чайников, то p-n переход обладает способностью пропускать ток только в одном направлении. Это как бы «клапан обратный» для электросети. На этом их свойстве основана работа всех полупроводниковых приборов.

Существует две главные разновидности транзисторов: полевые (иногда их именуют униполярными) и биполярными. Отличаются они по устройству и принципу действия.

Биполярный транзистор

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Биполярный транзистор обладает 2-мя переходами: p-n-p или n-p-n.

Значительное отличие между ними – направление направления тока.
Коллектор и эмиттер, обладающие одинаковой проводимостью (в n-p-n транзисторе n-проводимостью), разделены базой, которая обладает p-проводимостью. Если даже эмиттер подключен к источнику питания, ему не пробиться напрямую в коллектор.

Для этого следует подать ток на базу.
В этом случае электроны из эмиттера наполняют «отверстия» последней. Но так как база слабо легирована, то и дырок в ней мало.

По этой причине подавляющая часть электронов переходит в коллектор и они начинают собственное движение по цепи. Ток коллектора фактически равён току эмиттера, ведь на базу приходится очень небольшое его значение.
Чтобы нагляднее себе это представить, воспользуйтесь аналогией с водопроводной трубой.

Для управления количеством воды необходим вентиль (транзистор). Если приложить к нему маленькое усилие, он повысит собственное проходное трубное сечение и через него начнет проходить больше воды.

Полевой транзистор

Если в биполярном транзисторе управление случалось при помощи тока, то в полевом – при помощи напряжения. Состоит он из пластинки полупроводника, которую именуют каналом.

С одной стороны к ней подключен исток – через него в канал входят носители электротока, а со второй слив – через него они покидают канал.
Сам канал как бы «зажат» между затвором, обладающий обратной проводимостью, другими словами если канал имеет n-проводимость, то затвор – p-проводимость. Затвор электрически отделяется от канала.

Меняя напряжение на затворе, можно настраивать территорию p-n перехода. Чем она выше, тем меньше электроэнергии идет через канал.

Есть значение напряжения, при котором затвор полностью перекроет канал и ток между истоком и сливом закончится.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Наиболее наглядная картинка в данном варианте – садовый шланг, проходящий через камеру маленького колеса.

В этом случае, даже когда в него подается маленькое давление воздуха (напряжение затвор-исток), оно сильно возрастает в размерах и начинает пережимать шланг, перекрывается просвет шланга и заканчивается водоподача (возрастает территория p-n перехода и через канал перестает идти электроток).

Вышеописанный вид полупроводникового прибора считается традиционным и именуется транзистором с руководящим p-n переходом. Часто можно повстречать аббревиатуру JFET – Junction FET, что просто перевод русского названия на британский.

Другой вид полевого триода имеет незначительное отличие в конструкции затвора. На слое кремния при помощи окисления образуется слой диэлектрика оксида кремния. Уже на него методом напыления металла наносят затвор.

Получаются чередующиеся слои Металл -Диэлектрик – Полупроводник или МДП-затвор.
Такой полевой транзистор с изолированным затвором отмечается латиницей MOSFET.

Есть несколько видов МДП-затвора:

  1. МДП-затвор с индуцированным (или инверсным) каналом в нормальном состоянии закрыт, другими словами при отсутствии напряжения на затворе электроток через канал не проходит. Для того, чтобы открыть его, к затвору следует приложить напряжение.
  2. МДП-затвор с вмонтированным (или своим) каналом в нормальном состоянии открыт, другими словами при отсутствии напряжения на затворе электроток через канал проходит. Для того, чтобы закрыть его, к затвору следует приложить напряжение.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Важные характеристики

Главная спецификой всех видов транзисторов считается способность управлять мощным током при помощи маленького по силе. Их отношение показывает насколько продуктивен полупроводниковый прибор.
В биполярных транзисторах данный показатель именуется статическим показателем передачи тока базы.

Он определяет, во сколько раз ключевой коллекторный ток больше вызвавшего его тока базы. Такой параметр имеет довольно широкое значение и достигает 800.

Хотя может показаться на первый взгляд, что тут важен принцип «если больше, то лучше», но на самом деле это не так. Скорее, здесь применимо изречение «лучше меньше, да лучше».

В среднем биполярные транзисторы имеют показатель передачи тока базы в границах 10 – 50.

Для полевых транзисторов похожий по типу параметр именуется крутизной входной характеристики или проводимостью прямой передачи тока. Если кратко, он показывает, на сколько изменится напряжение, проходящее через канал, если скорректировать напряжение затвора на 1 В.

Если на транзистор подать сигнал с конкретной частотой, то он неоднократно усилит его. Данное свойство полупроводниковых приборов используется в радиоэлектронике.

Но все таки есть предел усиления частоты, за которым триод уже не в состоянии улучшить сигнал.

По этой причине идеальным считается самая большая рабочая частота сигнала, в 10-20 раз ниже предельного усиления частоты транзистора.

Еще одной показательной характеристикой транзистора считается самая большая допустимая рассеиваемая мощность. А дело все в том, что во время работы любого электроприбора вырабатывается тепло. Оно тем больше, чем выше значения силы тока и напряжения в цепи.

Отводится оно несколькими вариантами: при помощи специализированных отопительных приборов, принудительного обдува воздухом и остальными. Подобным образом, есть некий предел количества теплоты для любого триода (для любого он различный), который он может рассеять в пространство.

По этой причине при подборе прибора исходят из параметров электрической цепи, на который предстоит установить транзистор.

Типы подключений

Главная задача транзистора – усиливать поступающий сигнал. Сложность в том, что у любого триода имеются только три контакта, тогда как сам усилитель имеет 4-ре полюса – два для входящего сигнала и два для выходящего, другими словами усиленного.

Выход из положения – применять один из контактов транзистора два раза: и как вход, и как выход.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

По данному принципу отличают 3 вида подсоединения. Необходимо выделить, что не имеет существенной разницы, какой вид прибора применяется – полевой или биполярный.

  1. Подключение с общим эмиттером (ОЭ) или общим истоком (ОИ). Эта схема подсоединения имеет самые большие значения усиления мощности по току и напряжению. Однако благодаря эффекту Миллера его частотные характеристики существенно хуже. Борются с этим отрицательным событием несколькими вариантами: применяют подключение с общей базой, используют каскодное подключение 2-ух транзисторов (подключённому по общему эмиттеру добавляется второй, подключенный по единой базе).
  2. Подключение с общей базой (ОБ) или общим затвором (ОЗ). Тут полностью исключается влияние эффекта Миллера. Но за это приходиться оплачивать: в данной схеме усиления тока почти не происходит, зато есть большой диапазон для изменения частоты сигнала.
  3. Подключение с общим коллектором (ОК) или общим сливом (ОС). Подобный тип подсоединения иногда называют эмиттерным или истоковым повторителем. Это «золотая середина» между 2-мя предыдущими видами схем: частотные характеристики и мощность усиления по току и напряжению находятся где нибудь в середине между 2-мя первыми.

Все три вышеописанных типа подсоединения применяются в зависимости от того, какие цели преследуют конструктора.

Виды транзисторов

В первые транзисторах применялся германий, который работал не очень стабильно. В течении определенного времени от него отказалось в пользу прочих материалов: кремния (самый популярный) и арсенида галлия.

Но это все классические полупроводники.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Сейчас начинают набирать востребовательность триоды на основе органических материалов и даже веществ биологического происхождения: протеинов, пептидов, молекул хлорофилла и целых вирусов.

Биотранзисторы применяются в медицине и биотехнике.
Иные спецификации транзисторов:

  1. По мощности делятся на маломощные (до 0,1 Вт), средней мощности (от 0,1 до 1 Вт) и просто мощные (более 1 Вт).
  2. Также делятся по материалу корпуса (металл или пластмасса), типу выполнения (в корпусе, бескорпусные, в составе интегральных схем).
  3. Очень часто их соединяют воедино между собой с целью улучшения параметров. Такие транзисторы называются составными или комбинированными и как правило состоят из 2-ух и более полупроводниковых приборов. Строение и у них обычное: эмиттер первого считается базой для второго и так дальше до нужного количества триодов. Бывает нескольких типов: Дарлинга (все составляющие с одинаковым типом проводимости), Шиклаи (вид проводимости различный), каскодный усилитель (два прибора, работающие как один с подключением по схеме с общим эмиттером).
  4. К составным относится также и IGBT-транзистор, собой представляет биполярный, который управляется с помощью полярного триода с изолированным затвором. Подобный тип полупроводниковых приборов используется в основном там, где необходимо управлять высоким током (инверторные аппараты, городские электрической сети) или электромеханическими приводами (электротранспорт).
  5. В качестве управления может использоваться не ток, а другое электромагнитное влияние. Например, в фототранзисторах в качестве базы применяется нежный фотоэлемент, а в магнитотранзисторах – материал, индуцирующий ток при влиянии на него магнитного поля.

Технологичный предел для транзисторов еще не достигнут. Их размеры становятся меньше с каждым голом, а разные научно-исследовательские институты ведут поиск материалов нового поколения для применения в качестве полупроводника.

Можно сказать, что эти полупроводниковые приборы еще не сказали миру собственного окончательного слова.

Основы электроники для чайников: Что такое транзистор и как он функционирует

Не хватает времени писать иную работу ?
Доверь это кандидату наук!

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Электроника окружает нас повсюду.

Но фактически никто не думает про то, как вся эта штука работает. В действительности все очень легко. Собственно это мы и попытаемся сегодня показать.

А начинаем с такого значимого элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что выполняет, и как работает транзистор.

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый прибор, который предназначен для управления электротоком.

Где используются транзисторы? Да везде!

Без транзисторов не может обойтись фактически ни одна современная электросхема. Они широко применяются при изготовлении вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.

Времена, когда советские микросхемы были очень большими в мире, прошли, и размер современных транзисторов чрезвычайно мал. Так, очень маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!

Приставка нано- означает величину порядка десять в минус девятой степени.
Однако есть и огромные экземпляры, применяющиеся преимущественно в регионах энергетики и промышленности.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Транзисторы
Есть различные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Все таки, в основе работы данных приборов лежит один и аналогичный принцип.

Транзистор – прибор полупроводниковый. Как всем известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или отверстия.

Область с избытком электронов отмечается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью – p (positive).

Как работает транзистор?

Чтобы все было максимально ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (наиболее распространенный вид).
Биполярный транзистор (дальше – просто транзистор) собой представляет кристалл полупроводника (очень часто применяется кремний или германий), разделенный на три зоны с различной электропроводностью.

Зоны называются исходя из этого коллектором, базой и эмиттером. Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Биполярный транзистор
Делят транзисторы прямой и обратной проводимости.

Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Транзисторы

Теперь о том, какие существует два рабочего режима транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу смесителя или вентиля. Исключительно в качестве воды – переменный ток.

Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).
Что это означает? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток.

В открытом состоянии, когда на базу подается небольшой управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.

Физические процессы в транзисторе

А теперь детальнее о том, почему все происходит только так, другими словами почему транзистор открывается и закрывается. Возьмём биполярный транзистор. Пускай это будет n-p-n транзистор.

Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, впрочем тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Транзистор закрыт

Если же подключить еще один хороший источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (подавляющая часть) направится к коллектору.
Подобным образом, транзистор выходит открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор.

Если напряжение на базе расширить, становится больше и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения встречается существенный рост тока через коллектор-эмиттер.

Собственно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Транзистор открыт
Вот кратко и вся смысл работы транзисторов.

Следует рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже совсем неопытному новичку, если воспользоваться помощью профессиональных мастеров нашего студенческого обслуживания.
Не бойтесь обращаться за профессиональной помощью в подобных важных вопросах, как учеба!

А теперь, когда у вас есть уже представление о транзисторах, рекомендуем расслабиться и увидеть видеоклип группы Korn “Twisted transistor”! Предположим, вы решили приобрести отчет по практике, обращайтесь в Заочник.

Как работает транзистор и где применяется?

Радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала при помощи входного сигнала создаёт, увеличивает, изменяет импульсы в интегральных микросхемах и системах для хранения, обработки и передачи информации. Транзистор — это сопротивление, функции которого регулируются напряжением между эмиттером и базой или истоком и затвором в зависимости от типа модуля.

Для чего нужен транзистор в электрической цепи

Виды транзисторов

Преобразователи широко используются в производстве цифровых и аналоговых микросхем для обнуления статического потребительского тока и получения усовершенствованной линейности. Типы транзисторов отличаются тем, что одни управляются изменением напряжения, вторые регулируются отклонением тока.

Полевые модули работают при очень высоком сопротивлении постоянного тока, трансформация на большой частоте не повышает энергетические расходы. Если говорить, Что такое транзистор обычными словами, то это модуль с высокой границей усиления.

Эта характеристика у полевых видов больше, чем у биполярных типов. У первых нет рассасывания носителей заряда , что делает работу намного быстрее.

Полевые полупроводники используются чаще из-за положительных качеств перед биполярными видами:

  • мощного сопротивления при входе при регулярном токе и большой частоте, это делает меньше потери энергии на управление;
  • отсутствия накопления неосновных электронов, благодаря чему убыстряется работа транзистора;
  • переноса подвижных частиц;
  • стабильности при отклонениях температуры;
  • маленьких шумов из-за отсутствия инжекции;
  • использования небольшой мощности во время работы.

Виды транзисторов и их свойства формируют назначение. Нагревание преобразователя биполярного типа повышает ток по пути от коллектора к эмиттеру.

У них показатель сопротивления негативный, а двигающиеся носители текут к собирающему устройству от эмиттера. Тонкая база отгорожена p-n-переходами, а ток появляется исключительно при накоплении подвижных частиц и их инжекции в базу.

Некоторые носители заряда захватываются соседним p-n-переходом и ускоряются, так рассчитаны параметры транзисторов.
Полевые транзисторы имеют очередной вид плюсы, о котором необходимо отметить для чайников. Их объединяют параллельно без выравнивания сопротивления.

Резисторы для данной цели не используются, так как критерий растет автоматично при изменении нагрузки. Для получения большого значения коммутационного тока набирается комплекс модулей, что применяется в преобразователях напряжения или других устройствах.
Нельзя объединять параллельно биполярный транзистор, обозначение практичных показателей ведет к тому, что выявляется тепловой пробой необратимого характера.

Данные показатели связаны с техническими качествами обычных p-n каналов. Модули соединяются параллельно с использованием резисторов для выравнивания тока в эмиттерных цепях.

В зависимости от практичных черт и индивидуальной особенности в спецификации транзисторов выделяют биполярные и полевые виды.

Как конопатить дом
Вопросы о ремонте
0 0
Как выбрать банную печь
Вопросы о ремонте
0 0
Как клеить пенопластовую плитку на потолок
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

5 × пять =