Enheten och driften av den bipolära transistorn

En transistor är en aktiv halvledaranordning, med hjälp av vilken förstärkning, omvandling och generering av elektriska svängningar utförs. En sådan tillämpning av transistorn kan observeras i analog teknik. Annat än så transistorer De används också i digital teknik, där de används i nyckelläge. Men i digital utrustning är nästan alla transistorer "dolda" inuti integrerade kretsar, och i enorma mängder och i mikroskopiska dimensioner.

Här kommer vi inte att tänka för mycket på de elektroner, hål och atomer, som redan beskrivits i de tidigare delarna av artikeln, men en del av detta, om nödvändigt, kommer fortfarande att komma ihåg.

Halvledardioden består av en p-n-övergång, vars egenskaper beskrivs i den föregående delen av artikeln. Transistorn, som ni vet, består därför av två övergångar halvledardiode kan betraktas som föregångaren till transistorn, eller dess halva.

Om p-n-övergången är i vila fördelas hålen och elektronerna, som visas i figur 1, och bildar en potentiell barriär. Vi kommer att försöka att inte glömma konventionerna om elektroner, hål och joner som visas i denna figur.

Figur 1

Hur är en bipolär transistor

anordning bipolär transistor enkelt vid första anblicken. För att göra detta räcker det att skapa två pn-korsningar på en halvledarplatta, kallad basen. Vissa metoder för att skapa en pn-korsning har beskrivits. i tidigare delar av artikelndärför kommer vi inte att upprepa här.

Om basledningsförmågan är av typ p, kommer den resulterande transistorn att ha strukturen n-p-n (uttalas "en-pe-en"). Och när en platta av n-typ används som bas, så får vi en transistor med p-n-p-strukturen (pe-en-pe).

Så snart det kom till basen bör du vara uppmärksam på den här saken: halvledarskivan som används som bas är mycket tunn, mycket tunnare än emittern och samlaren. Detta uttalande bör komma ihåg, eftersom det kommer att behövas i processen för att förklara transistorns funktion.

För att ansluta till "omvärlden" från varje region p och n kommer naturligtvis trådutgång. Var och en av dem har namnet på det område som den är ansluten till: emitter, bas, samlare. En sådan transistor kallas en bipolär transistor, eftersom den använder två typer av laddningsbärare - hål och elektroner. Den schematiska strukturen för transistorer av båda typerna visas i figur 2.

Figur 2

För närvarande används kiseltransistorer i större utsträckning. Germanium-transistorer är nästan helt föråldrade och ersätts av kisel, så den ytterligare historien kommer att handla om dem, även om germanium ibland kommer att nämnas. De flesta kiseltransistorer har en n-p-n-struktur, eftersom denna struktur är mer tekniskt avancerad i produktionen.

Kompletterande par transistorer

För Germanium-transistorer var uppenbarligen p-n-p-strukturen mer tekniskt avancerad, därför hade Germanium-transistorer för det mesta just denna struktur. Även om, som en del av komplementära par (transistorer stängs i parametrar, som endast skilde sig i typ av konduktivitet), så producerades också germaniumtransistorer med olika konduktivitet, till exempel GT402 (p-n-p) och GT404 (n-p-n).

Ett sådant par användes som utgångstransistorer i ULF för olika radioutrustningar. Och om icke-moderna germanium-transistorer har minskat i historien, produceras fortfarande komplementära par av kiseltransistorer, allt från transistorer i SMD-paket och upp till kraftfulla transistorer för ULF-utgångssteg.

Förresten, ljudförstärkare på germanium transistorer uppfattades av musikälskare nästan som rör. Tja, kanske lite värre, men mycket bättre än kiseltransistorförstärkare. Detta är bara för referens.

Hur fungerar en transistor

För att förstå hur transistorn fungerar måste vi återvända till världen av elektroner, hål, givare och acceptorer. Det är sant att det nu blir något enklare och ännu mer intressant än i de tidigare delarna av artikeln. En sådan kommentar måste göras för att inte skrämma läsaren och låta läsa allt detta till slutet.

Fig. 3 ovan visar den villkorade grafiska beteckningen av transistorer på elektriska kretsar, och under p-n-övergångar av transistorer presenteras i form av halvledardioder, som också är inkluderade i motsatt riktning. Denna representation är mycket bekväm när man kontrollerar transistorn med en multimeter.

Figur 3

Och figur 4 visar transistorns inre struktur.

I den här siffran måste du dröja lite för att överväga det mer detaljerat.

Figur 4

Så kommer den nuvarande passera eller inte?

Här visas hur kraftkällan är ansluten till transistorn i n-p-n-strukturen, och den är i en sådan polaritet att den är ansluten till verkliga transistorer i verkliga enheter. Men om du tittar närmare på visar det sig att strömmen inte kommer att passera genom två p-n-korsningar, genom två potentiella barriärer: oavsett hur du ändrar spänningens polaritet, kommer en av korsningarna nödvändigtvis att vara i ett låst, icke ledande tillstånd. Så för nu låt oss lämna allt som visas i figuren och se vad som händer där.

Okontrollerad ström

När du slår på den aktuella källan, som visas på figuren, är överföringen av emitter-bas (n-p) i öppet tillstånd och passerar lätt elektroner i riktningen från vänster till höger. Därefter kommer elektronerna att kollidera med en sluten övergångsbasemitter (p-n), vilket kommer att stoppa denna rörelse, stängs vägen för elektroner.

Men som alltid och överallt finns det undantag från alla regler: vissa mycket fina elektroner kommer att kunna övervinna denna barriär under temperaturpåverkan. Därför, även om en obetydlig ström med en sådan inkludering fortfarande kommer att vara. Denna mindre ström kallas initialström eller mättningsström. Det senare namnet beror på det faktum att alla fria elektroner som kan övervinna den potentiella barriären vid en given temperatur deltar i bildandet av denna ström.

Den initiala strömmen är okontrollerbar, den är tillgänglig för alla transistor, men samtidigt är den lite beroende av extern spänning. Om den, spänningen, ökas väsentligt (inom det rimliga intervallet som anges i katalogerna) kommer den initiala strömmen inte att förändras mycket. Men den termiska effekten på denna ström märks mycket.

En ytterligare temperaturökning orsakar en ökning av den initiala strömmen, vilket i sin tur kan leda till ytterligare uppvärmning av pn-korsningen. Sådan termisk instabilitet kan leda till termisk nedbrytning, förstöring av transistorn. Därför bör åtgärder vidtas för att kyla transistorerna och inte tillämpa extrema spänningar vid förhöjda temperaturer.

Kom ihåg nu basen

Införandet av en tränande bastransistor som beskrivits ovan tillämpas inte någonstans i praktiska scheman. Därför visar figur 5 korrekt införlivande av transistorn. För att göra detta var det nödvändigt att applicera lite spänning på basen i förhållande till sändaren och i framåtriktningen (minns dioden och titta igen på figur 3).

Figur 5

Om dioden ser ut som allt är klart, - strömmen öppnades och gick igenom den, inträffar andra händelser i transistorn. Under verkan av emitterströmmen rusar elektronerna till basen med konduktivitet p från emittern med konduktivitet n. I detta fall kommer en del av elektronerna att fylla hål belägna i basområdet och en obetydlig ström flyter genom basterminalen - basström Ib. Det är här man bör komma ihåg att basen är tunn och att det finns få hål i den.

De återstående elektronerna, som inte hade tillräckligt med hål i den tunna basen, rusar in i kollektorn och kommer att extraheras därifrån med den högre potentialen för Ek-e kollektorbatteriet. Under detta inflytande kommer elektronerna att övervinna den andra potentiella barriären och återgår till sändaren genom batteriet.

Således bidrar en liten spänning som anbringas på bas-emitterkorsningen till att öppna baskollektorkopplingen förspänd i motsatt riktning. Egentligen är detta transistoreffekten.

Det återstår bara att överväga hur denna "lilla spänning" som appliceras på basen påverkar kollektorströmmen, vilka är deras värden och förhållanden. Men om den här historien i nästa del av artikeln om transistorer.

Fortsättning av artikeln: Egenskaper hos bipolära transistorer

Boris Aladyshkin