Zariadenie a princíp činnosti tranzistora

Praktický význam bipolárneho tranzistora pre modernú elektroniku a elektrotechniku ​​nemožno preceňovať. Bipolárne tranzistory sa dnes používajú všade: na generovanie a zosilňovanie signálov, v elektrických konvertoroch, v prijímačoch a vysielačoch a na mnohých iných miestach, to môže byť uvedené na veľmi dlhú dobu.

Preto sa v rámci tohto článku nedotkneme všetkých možných oblastí použitia bipolárnych tranzistorov, ale zvážime iba zariadenie a všeobecný princíp činnosti tohto nádherného polovodičového zariadenia, ktoré od 50. rokov minulého storočia otočilo celý elektronický priemysel a od 70. rokov 20. storočia výrazne prispela k zrýchleniu technického pokroku.

Bipolárny tranzistor je trojelektródové polovodičové zariadenie, ktoré ako základ obsahuje tri bázy s premenlivou vodivosťou. Tranzistory sú teda typu NPN a PNP. Polovodičové materiály, z ktorých sa vyrábajú tranzistory sú najmä: kremík, germánium, arzenid gália a iné.

Kremík, germánium a ďalšie látky sú spočiatku dielektriká, no ak k nim pridáte nečistoty, stanú sa z nich polovodiče. Prídavky ku kremíku, ako je fosfor (donor elektrónov), urobia z kremíka polovodič typu N, a ak sa do kremíka pridá bór (akceptor elektrónov), potom sa kremík stane polovodičom typu P.

Výsledkom je, že polovodiče typu N majú elektrónovú vodivosť a polovodiče typu P majú dierovú vodivosť. Ako viete, vodivosť je určená typom aktívnych nosičov náboja.

Takže trojvrstvový koláč polovodičov typu P a N je v podstate bipolárny tranzistor. Ku každej vrstve sú pripojené svorky nazývané: Emitter, Collector a Base.

Základom je elektróda na kontrolu vodivosti. Emitor je zdrojom prúdových nosičov v obvode. Kolektor je miesto, v ktorom sa prúdové nosiče ponáhľajú pod pôsobením EMF aplikovaného na zariadenie.

Symboly pre bipolárne tranzistory NPN a PNP sú v diagramoch odlišné. Tieto označenia odrážajú iba zariadenie a princíp činnosti tranzistora v elektrickom obvode. Šípka je vždy nakreslená medzi vysielačom a základňou. Smer šípky je smer riadiaceho prúdu, ktorý sa privádza do obvodu základného emitora.

Takže v NPN tranzistore šípka ukazuje od základne k žiariču, čo znamená, že v aktívnom režime sa elektróny z žiariča ponáhľajú do kolektora, zatiaľ čo riadiaci prúd musí smerovať zo základne do žiariča.

V PNP tranzistore je to presne naopak: šípka smeruje od emitora k základni, čo znamená, že v aktívnom režime sa otvory z emitora rútia do kolektora, zatiaľ čo riadiaci prúd musí smerovať z emitora do základňu.

Pozrime sa, prečo sa to deje. Keď sa na bázu tranzistora NPN (v oblasti 0,7 voltu) aplikuje konštantné kladné napätie vzhľadom na jeho emitor, pn prechod báza-emitor tohto NPN tranzistora (pozri obrázok) je predpätý a potenciálna bariéra medzi kolektorový prechod -báza a základný žiarič sa zmenšujú, teraz sa ním môžu elektróny pohybovať pôsobením EMF v obvode kolektor-emitor.

Pri dostatočnom prúde bázy vznikne v tomto obvode prúd kolektor-emitor a zhromažďuje sa s prúdom báza-emitor. Tranzistor NPN sa zapne.

Vzťah medzi kolektorovým prúdom a riadiacim prúdom (bázou) sa nazýva prúdové zosilnenie tranzistora. Tento parameter je uvedený v dokumentácii k tranzistoru a môže sa líšiť od jednotiek po niekoľko stoviek.

Keď sa na bázu tranzistora PNP aplikuje konštantné záporné napätie (v oblasti -0,7 voltu) vzhľadom na jeho emitor, spojenie báza-emitor np tohto PNP tranzistora je predpäté a potenciálna bariéra medzi kolektorom- spojenie základne a základne - emitor sa znižuje, teraz sa cez ňu môžu pohybovať otvory pod pôsobením EMF v obvode kolektor-emitor.

Dbajte na polaritu napájania kolektorového okruhu. Pri dostatočnom prúde bázy vznikne v tomto obvode prúd kolektor-emitor a zhromažďuje sa s prúdom báza-emitor. Tranzistor PNP sa zapne.

Bipolárne tranzistory sa bežne používajú v rôznych zariadeniach v zosilňovačoch, bariérach alebo spínačoch.

V režime boost základný prúd nikdy neklesne pod prídržný prúd, čo udržuje tranzistor neustále v otvorenom vodivom stave. V tomto režime nízke oscilácie základného prúdu iniciujú zodpovedajúce oscilácie pri oveľa vyššom kolektorovom prúde.

V režime kľúča sa tranzistor prepne zo zatvoreného do otvoreného stavu, pričom funguje ako vysokorýchlostný elektronický spínač. V bariérovom režime sa zmenou základného prúdu riadi zaťažovací prúd zahrnutý v kolektorovom obvode.

Pozri tiež:Tranzistorový elektronický spínač - princíp činnosti a schéma