Bipolar bağlantı transistörünün temel çalışması

Bir transistörün temel çalışma prensibini anlamak için çok uğraştım. Birçok kitaba atıfta bulundum ve forumlara gittim ama hiçbir zaman inandırıcı bir yanıtım olmadı.

Anlamak istediğim şeyler:

Bir transistör, Tabana voltaj uygulanmadığı sürece ters yönlü bir diyota benzer. Verici-Baz birleşimi öne eğimli olduğundan, elektronların (npn) iletimi olacaktır. O zaman ne olacak? Bazdan gelen bu elektronların Toplayıcı-Baz birleşiminin bariyerini kırdığı ve daha sonra birleşik akımın Vericiye geçtiği doğru mu? (IB + IC = IE)

Ve neden daha güncel hale geliyoruz? Amplifikasyon nerede? Hiçbir şeyden bir şey yaratmak gibi olamaz. Burada önemli bir noktayı kaçırdığımı biliyorum. Birisi bana basit bir ifadeyle net bir şekilde açıklayabilir mi?

Bunu anlamaya çalıştığım bir hafta oldu. :(

Elektronlar, bir transistörün taban verici kavşağı gibi öne eğimli bir diyot bağlantısından aktığında, aslında P tarafındaki deliklerle yeniden birleşmeleri ve nötralize olmaları için sıfır olmayan bir zaman alır.

Bir NPN transistöründe, P-tipi baz bölgesi, bu rekombinasyon meydana gelmeden önce elektronların çoğunun gerçekten içinden geçecek kadar dar olacak şekilde yapılandırılmıştır. Karşılarında güçlü bir elektrik alanına sahip olan ters yönlü taban-toplayıcı bağlantısının tükenme bölgesine ulaştıklarında, hızlı bir şekilde taban bölgesinden tamamen uzaklaştırılarak toplayıcı akımı oluşturulur.

Baz yayıcı bağlantısından geçen toplam akım, kolektör voltajından bağımsız olan baz yayıcı voltajı tarafından kontrol edilir. Bu ünlü Ebers-Moll denklemi ile tanımlanmaktadır . Kollektör açık devre ise, tüm bu akım taban bağlantısından dışarı akar. Ancak, kolektör-taban birleşim noktasında en azından küçük bir pozitif önyargı olduğu sürece, akımın çoğu toplayıcıya yönlendirilir ve tabandan sadece küçük bir fraksiyon akmaya devam eder.

Yüksek kazançlı bir transistörde, elektronların% 1'inden daha azı aslında baz bölgede yeniden birleşir, burada baz verici akım olarak kalırlar, bu da kollektör akımının baz akımı 100 × veya daha fazla olabileceği anlamına gelir. Bu süreç, hem üç bölgenin geometrisinin hem de her birinde kullanılan spesifik doping seviyelerinin dikkatlice kontrol edilmesiyle optimize edilir.

Transistör bu çalışma modunda önyargılı olduğu sürece, baz yayıcı voltajında ​​küçük bir değişiklik (ve baz yayıcı akımında buna bağlı olarak küçük bir değişiklik) toplayıcı yayıcı akımında çok daha büyük bir değişikliğe neden olur. Kolektöre bağlı harici empedansa bağlı olarak, bu kolektör voltajında ​​da büyük bir değişikliğe neden olabilir. Çıkış devresi (ΔV _C × ΔI _C ) giriş gücünden (BV _B × ΔI _B ) çok daha büyük olduğu için genel devre güç kazancı gösterir . Spesifik devre konfigürasyonuna bağlı olarak, bu güç kazancı ya voltaj kazancı, akım kazancı ya da her ikisinin bir kombinasyonu olarak gerçekleştirilebilir.

Esasen aynı şey bir PNP transistöründe olur, ancak şimdi delikleri (bir elektronun olmaması) N tipi tabandan toplayıcıya kadar sürükleyen pozitif bir yükün taşıyıcısı olarak düşünmeniz gerekir.

Dave'in mükemmel cevabını okuyun ve tekrar okuyun.

Sonra olanları zihinsel olarak tersine çevirir ...

Öne eğimli bir temel yayıcı bağlantısına sahipsiniz ve tabana bağlı harici devreler, yayıcı tarafından sağlanan elektronlardan sağlanan bir Ib akımı gerektirir.

Ancak bir elektron ana bölgeye girdiğinde, onu (pozitif) toplayıcıya doğru çeken güçlü bir elektrik alanı ile karşılaşır. Bu elektronların çoğunluğu (büyük ve oldukça iyi tanımlanmış bir oranı) kaybolur (baz akımından) ve Dave'in cevabında çok iyi açıklanan nedenlerden dolayı kolektör akımı olarak ortaya çıkar. Bu nedenle, verimli bir amplifikatör yerine, transistörü, umutsuzca verimsiz bir baz akımı tedarikçisi olarak eşit derecede iyi görebilirsiniz!

Bu bakış açısından, temel devre Ib'yi talep eder ve verici bunu sağlar. Ancak bir yan ürün olarak, çok daha büyük bir akım (Ic = 100Ib) toplayıcıya "kaybedilir". Tabii ki gerçekten istediğimiz şey bu.

EDIT re: comment: Nihayetinde (çoğu,% 99 diyelim) yayıcıdan gelen elektronlar toplayıcı bölgeye girer.

Sonuçta kolektör akımı, besleme yayıcı akımından (biraz) daha küçük olmalıdır.

Her ikisine de hakkı.

Amaç ne?

1) Çok küçük bir taban akımı büyük bir kollektör akımını kontrol eder ve yayıcı akımı bu ikisinin toplamıdır.

2) Ic / Ib oranı (hFE veya akım kazancı) yaklaşık olarak Vce kolektör voltajından bağımsızdır (Vce düşük olana kadar, <1V deyin). Bu, kollektör devresinde uygun bir empedans seçimi için, Ib'deki küçük bir değişikliğin Ic'de büyük bir değişikliğe ve Vce'de büyük bir değişikliğe neden olabileceği anlamına gelir; voltaj kazanımı buradan geliyor.

Bu nedenle, olağan "ortak verici" amplifikatör kolektör devresindeki yüke sahiptir ve hem yüksek akım kazancı hem de yüksek voltaj kazancı vardır.

Ben böyle görüyorum, umarım tartışmaya faydalı bir şey ekler:

YARI İLETKENLER, DİYOTLAR VE TRANSİSTÖRLER

ELEKTRONLAR VE DELİK

Bir masanın üzerinde, çizgiye yerleştirilmiş bir dizi peni düşünelim. Sağ uçtaki kuruşu bir kuruşun genişliğini sağa doğru hareket ettirerek bir boşluk bırakın. Sonra kuruşu boşluğun soluna doğru hareket ettirin. İlerledikçe tüm kuruşlar sağa, boşluk ise sola doğru masanın üzerinden geçti. Şimdi kuruşları elektron olarak hayal edin ve bir yarı iletken boyunca bir yöne hareket eden elektronların deliklerin ters yönde hareket etmesine neden olduğunu görebilirsiniz.

Analojiyi germek için, küçük penn yığınları kullanabiliriz, bu yüzden bir delik sola hareket etmeden önce çok fazla hareket etmeliyiz. Ya da birkaç kuruş ve çok fazla alanımız olabilir, böylece seyrek kuruşlar geniş boşluklar boyunca hareket ettikçe delikler kolayca dolaşır. Bu iki durum, katkılı silikonun iki formunu, çok fazla elektron ekledi ve N tipi, çok sayıda delik var (elektronlar çıkarıldı) ve P tipimiz var. Türler, Silikonun az miktarda diğer metallerle karıştırılması (katılması) ile elde edilir.

Elektronların bir yarı iletken atomları ile mücadele etmesi gerektiğinde, direnci nispeten yüksektir. İlk yarı iletkenler Germanyum kullandı, ancak özel durumlar dışında bugünlerde silikon evrensel bir seçimdir.

Bakır tel, birbirine yakın büyük kuruş elektron yığınlarına sahip olarak görselleştirilebilir, bu nedenle akım, yığınların üstündeki birkaç kuruşun hareketidir, hiç delik üretilmez. Akım için mevcut pek çok şey olduğu için, bildiğimiz gibi direnç düşüktür.

DIODES

En yaygın yarı iletken diyot (başka özel tipler vardır) N tipi ve P tipi arasında bir kavşağa sahiptir. Diyota, N tipi uca pozitif ve diğerine negatif bir voltaj uygulanırsa, elektronların tümü pozitif uca çekilir ve negatif uçta delikler kalır. Ortada neredeyse hiç elektron olmadığında, neredeyse hiç akım akamaz. Diyot "ters çevrilmiş"

Gerilim başka bir şekilde uygulandığında, N tipi uca negatif ve P tipine pozitif olduğunda, elektronlar ortaya çekilir ve P tipindeki delikleri iptal etmek için çaprazlama yapabilir ve bağlantı teli. Diğer tarafta, negatif voltaj, uç, elektronlar, telden taşanlarla değiştirilmek üzere diyotun ortasına itilir, böylece genel olarak bir akım kolayca akabilir: diyot ileriye doğru katlanır.

Bir diyotla olan bağlantılara, diyot ileriye doğru biassed edildiğinde pozitif uç olan "Anot" ve negatif uç olan "Katot" denir. Bunları, akımın akması için anotta yüksek pozitif gerilime ("Yüksek Gerilim" için HT - parmaklarınızı kapalı tutun) ihtiyaç duyan valfler için aynı terimlerle benzer şekilde hatırlıyorum. İleri biassed diyotun polaritesi için iyi bir anımsatıcı PPNN olabilir: "Pozitif, P tipi, N tipi, Negatif".

Bir varaktör diyot, pozitif ve negatif iki ayrı şarj alanının ham bir kapasitör oluşturduğu gerçeğinden yararlanır. Böylece, tersine çevrildiğinde tersine çevrildiğinde bunu kullanmak için özel olarak tasarlanmış diyotlar yapılır. Uygulanan voltaj yükleri ayırır ve kontaklar arasında bir "boşaltma tabakası" oluşturur. Uygulanan ters voltajın arttırılması bu katmanı daha kalın hale getirir, böylece kapasiteyi azaltır ve bunun tersi de geçerlidir. Varaktör diyotlar, vana günlerinde kullanılan vanalı kapasitörlerin yerini alarak frekansı değiştirmek için ayarlanmış devrelerde yaygın olarak kullanılır.

BİPOLAR TRANSİSTÖRLER

İki kutuplu bir transistör, çalışması hem elektronlara hem de deliklere bağlı olan bir transistördür. Ortak bir merkezi katmanı paylaşan arka arkaya iki diyot içerir. Dış terminallerden biri Toplayıcı C ve diğeri Verici E'dir. Merkezi bağlantı B Tabanıdır ve hem CB hem de BE diyotlarının bir parçasıdır. Üç katmanlı bir sandviçimiz var. Normal kullanımda C ve B arasındaki diyot tersine çevrilir, bu nedenle BE diyotunun varlığı ve etkisi olmadan akım akmaz, çünkü tüm elektronlar CB bölümünün bir ucuna kadar çekilir ve delikler diğer uç, bir diyotta olduğu gibi, uygulanan voltaj ile.

BE diyotu ileriye doğru biass edilir, bu nedenle bir akım akabilir ve harici devre bunu oldukça küçük bir değerle sınırlamak için ayarlanır, ancak hala Üs ve Yayıcıdan akan çok fazla delik ve elektron vardır.

Şimdi zekice biraz. Tabandaki CB ve BE diyotlarının ortak bağlantısı çok ince yapılır, bu nedenle BE parçasındaki elektron ve delikler, ters Toplayıcı voltajının çektiği ve bir CB akımında bu akımdan akabilir. ters yönde ve daha sonra ileri biassed BE bağlantısından Vericiye ve dışarıdan dış devreye doğru devam edin.

Sanırım arka arkaya iki diyot lehimleyerek bir transistör yapamayacağınız açıktır, eylem Silikon içindeki ince tabakanın samimi bir şekilde paylaşılmasını gerektirir.

Toplayıcı akımı, bir Baz akımının akmasına bağlıdır ve transistör, BE diyotunda küçük bir akım CB bağlantısında çok daha büyük bir akımın yolunu açacak şekilde tasarlanmıştır. Böylece akım amplifikasyonu var. Harici dirençlerdeki voltaj düşüşlerini kullanarak, bu, voltaj amplifikasyonuna dönüştürülebilir.

Bu transistörlere "bipolar" denir, çünkü etkili bir şekilde iki kavşakları vardır.

CB ve BE diyotlarındaki malzeme tipinden bahsetmekten kaçındım, fikirler her ikisi için de aynıdır ve olası katmanlar olarak NPN veya PNP'ye sahip olabiliriz. Yayıcıda, geleneksel Toplayıcı akımının (elektron akışının tersi) yönünü gösteren semboldeki ok, uygulanan CE voltajının negatif tarafının yönünü gösterir, böylece akım "P'nin dışındadır" veya yayıcıdaki N'ye ".

SAHA ETKİ TRANSİSTÖRLERİ veya FET'ler

FET'in birçok farklı tasarımı var ve bu onların temel ilkelerine çok basit bir bakış.

Terim sıklıkla kullanılmamasına rağmen bunlar "tek kutuplu" transistörlerdir, çünkü operasyonları deliklere değil sadece elektronlara ve elektrik alanlarına bağlıdır.

Burada, yanlarda zıt tipte topaklar veya çevreleyen bir halka olarak tek bir katkılı silikon bloğu, "kanal" var. Yani topaklar veya halka ile kanal arasında G Kapısı adı verilen tek bir diyot kavşağımız var. Kanal, bir uçtan, kaynak S'dan, diğerine Drenaj D'den akan bir direnç gibi davranır. Kapı ve kanal arasındaki bağlantı tersine çevrilir, bu nedenle akım akmaz, ancak bir elektrik alanı kurulur. yükleri, elektronları veya delikleri kanalın kenarlarına çekerek SD akımı için daha az kullanılabilirlik sağlar. Böylece SD akımı kapıdaki voltaj ile kontrol edilir.

Bunun voltaj kontrollü bir cihaz olduğuna dikkat edin, Kapıya giren veya çıkan neredeyse hiç akım akmaz. Ohm yasasını düşünün: Direnç = Volt / Amper ve çok düşük bir akımın çok yüksek bir Direnç anlamına geldiğini görüyoruz, bu nedenle FET'in çok yüksek bir giriş empedansına sahip olduğu söyleniyor - burada, Bi-Polar'a göre ana avantajı, kontrast, akımı tabandan göndermek için çok az voltaj alır, bu da düşük giriş empedansı verir