Princip činnosti tranzistoru zjednodušeně

Tranzistor je všudypřítomnou a důležitou součástí moderní mikroelektroniky. Jeho účel je jednoduchý: umožňuje ovládat mnohem silnější pomocí slabého signálu.

Zejména může být použit jako řízená “závěrka”: nepřítomností signálu na “bráně” blokovat tok proudu, přiložením – povolit. Jinými slovy: jedná se o tlačítko, které se nestiskne prstem, ale zdrojem napětí. V digitální elektronice je tato aplikace nejběžnější.

Tranzistory jsou k dispozici v různých baleních: stejný tranzistor může vypadat úplně jinak. V prototypování jsou nejčastější případy:

Označení na schématech se také liší v závislosti na typu tranzistoru a označení standardu, který byl při kompilaci použit. Ale bez ohledu na variaci zůstává její symbol rozpoznatelný.

Bipolární tranzistory

Bipolární tranzistory (BJT, bipolární tranzistory) mají tři kontakty:

Základna (základna) – přes ni malá proudodemknout velký; základna je uzemněna, aby ji blokovala

Hlavní charakteristikou bipolárního tranzistoru je indikátor hfe také známý jako zisk. Udává, kolikrát je proud procházející sekcí kolektor-emitor schopen projít tranzistorem ve vztahu k proudu báze-emitor.

Například pokud hfe = 100 a bází projde 0.1 mA, pak tranzistor projde sám sebou maximálně 10 mA. Pokud je v tomto případě součástka v sekci vysokého proudu, která spotřebovává např. 8 mA, bude jí poskytnuto 8 mA a tranzistor bude mít „marži“. Pokud existuje součástka, která odebírá 20 mA, bude jí poskytnuto maximálně 10 mA.

Také dokumentace pro každý tranzistor uvádí maximální přípustná napětí a proudy na kontaktech. Překročení těchto hodnot vede k nadměrnému zahřívání a snížení životnosti a silné překročení může vést ke zničení.

NPN a PNP

Výše popsaný tranzistor je tzv. NPN tranzistor. Nazývá se tak díky tomu, že se skládá ze tří vrstev křemíku spojených v pořadí: Negativní-Pozitivní-Negativní. Kde negativní je slitina křemíku s přebytkem negativních nosičů náboje (n-dopovaná), a pozitivní je s přebytkem pozitivních (p-dopovaná).

NPN jsou efektivnější a běžnější v průmyslu.

Tranzistory PNP jsou označeny odlišně podle směru šipky. Šipka vždy ukazuje od P do N. Tranzistory PNP se vyznačují “obráceným” chováním: proud není blokován, když je báze uzemněna, a blokována, když jí proud protéká.

Tranzistory s efektem pole (FET, Field Effect Transistor) mají stejný účel, liší se však svou vnitřní strukturou. Zvláštním typem těchto součástek jsou tranzistory MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Umožňují vám provozovat mnohem větší výkon při stejné velikosti. A ovládání samotného “tlumiče” se provádí výhradně s napětím: proud bránou na rozdíl od bipolárních tranzistorů nejde.

READ
Projekt jednopatrového domu 10x12 s vynikajícím uspořádáním - 20 nejlepších nápadů, kreseb, tipů

Tranzistory s efektem pole mají tři kontakty:

Hradlo – je na něj přivedeno napětí, aby proud mohl protékat; brána je uzemněna, aby blokovala proud.

N-kanál a P-kanál

Analogicky s bipolárními tranzistory se polní tranzistory liší polaritou. N-kanálový tranzistor byl popsán výše. Jsou nejčastější.

P-Kanál se liší ve směru šipky, když je označen, a opět má “obrácené” chování.

Připojení tranzistorů k buzení vysoce výkonných součástek

Typickým úkolem mikrokontroléru je zapínání a vypínání určité součástky obvodu. Samotný mikrokontrolér je obvykle skromný, pokud jde o manipulaci s výkonem. Takže Arduino, když je vydáno na kontakt 5 V, vydrží proud 40 mA. Výkonné motory nebo supersvítivé LED diody mohou čerpat stovky miliampérů. Při přímém připojení takových zátěží může čip rychle selhat. Navíc pro výkon některých součástek je potřeba napětí větší než 5 V a Arduino z výstupního kontaktu (digitální výstupní pin) z principu nemůže vydat více než 5 V.

Ale stačí jednoduše ovládat tranzistor, který zase bude ovládat velký proud. Řekněme, že potřebujeme připojit dlouhý LED pásek, který vyžaduje 12V a stále odebírá 100mA:

Nyní, když je výstup nastaven na logickou jedničku (high), 5 V vstupujících do báze otevře tranzistor a páskou poteče proud – bude svítit. Když je výstup nastaven na logickou nulu (nízká), základna bude uzemněna přes mikrokontrolér a tok proudu bude blokován.

Dávejte pozor na odpor omezující proud R. Je nutné, aby při přiložení řídicího napětí nevznikl zkrat na trase mikrokontrolér – tranzistor – zem. Hlavní věcí není překročit přípustný proud přes kontakt Arduino 40 mA, takže musíte použít rezistor s hodnocením alespoň:

to je způsobeno skutečností, že hradlo v takových tranzistorech je řízeno výhradně napětím: v sekci mikrokontrolér-brána-zdroj není žádný proud. A díky vysokému výkonu umožňuje obvod MOSFET řídit velmi výkonné komponenty.

Pokud není uvedeno jinak, je obsah této wiki licencován pod následující licencí: CC Attribution-Nonkomerční-Share Alike 4.0 International

Tranzistor je zařízení pro replikaci signálu s rostoucí amplitudou, s hlavní funkcí řízení elektrického proudu. Kopírování signálu se provádí z důvodu přítomnosti zdroje proudu z jiného zařízení.

Koncept tranzistorů

Koncept je univerzální pojem. Používá se ve všech oblastech a sférách lidského života. Ale abychom porozuměli tématu tranzistorů, které se objevily před méně než 100 lety, je vhodné zvážit tuto definici z nejobecnějších a nejznámějších pozic.

READ
Dekorace oken: možnosti

V jádru tento termín, vypůjčený z latiny, odhaluje koncept významu probíhajících procesů mezi objekty, které jsou v určité hierarchické podřízenosti. A podle fyzikálního zákona mít mezi sebou spojení. Tyto prvky tvoří systém.

Abychom si představili, jaký je princip mechanismu činnosti tranzistoru, měli bychom uvažovat o otevřeném systému. Například nádoba, kterou prochází voda: vždy vstupuje shora a vytéká zdola.

Ale vzhledem k možnosti nastavení (řízení) proudu lze nádobu rozdělit na dvě části pomocí ventilu. Když se tedy otevírá a zavírá, vytvoří se bariéra, která nedovolí (nebo nedovolí) vodě procházet do druhé části. Kapalinu lze samozřejmě částečně ucpat.

Toto je mechanismus, který vysvětluje, co je tranzistor a jaká je jeho podstata. A to při hospodaření s energií vysokých proudů s uplatněním minimálních nákladů.

Tranzistory se mohou navzájem lišit podle principu jejich konstrukce.

Z čeho se skládají a jaké jsou principy jejich práce, budeme zvažovat níže.

Ve výše uvedeném popisu byla uvedena myšlenka, jak je uspořádán tranzistor s efektem pole. V literatuře existuje ještě jeden název – polovodičová trioda. To je vysvětleno skutečností, že při výrobě tranzistorů se používají polovodičové materiály. Triody mají odtok, zdroj a bránu.

Tranzistor s efektem pole je řízen jednoduchým napětím přivedeným na hradlo. Tento typ triody obsahuje pn přechody, které propouštějí proud v jednom směru.

Vedou elektrický proud v jednom směru a ovládají jej jako ventil.

Typické polovodičové triody se dělí na dva typy. A to:

  • Tranzistor s efektem pole s kanálem typu p. Toto zařízení je s oblastí p mezi zdrojem a odtokem.

  • Tranzistor s efektem pole s kanálem typu n. Toto zařízení je s n oblastí mezi zdrojem a odtokem.

Ve schématu prvního typu interagují hradla s n-oblastmi, zatímco hradla druhého typu interagují s p-oblastmi. Takový rozdíl je důležitý pro jejich vodivost. P-typ je řízen kladným potenciálem, u n-typu je pozorován opak.

Polní triody mohou být jednobranové a dvoubranové.

Proč je potřeba druhá závěrka a za co je zodpovědná? Vytvoří výhodu snadného ovládání, vyjádřenou v simulaci signálu při přivedení napětí na bránu. Navíc s následným zvýšením jeho amplitudy v průchodu mezi zdrojem a odtokem.

Bipolární tranzistory

Tyto návrhy jsou populárnější než ty předchozí. Bipolární, stejně jako polární, má triodovou monokrystalickou polovodičovou povahu. Jednoduše řečeno, mají tři kontakty. Je ale navržen tak, aby využíval jak elektrony, tak „díry“ ve formě nosičů.

READ
Vzdálenost od radiátoru ke zdi. Snížené tepelné ztráty. Použité materiály a pracovní postup

Křemíkový monokrystal (dříve vyrobený z germania) se skládá ze 3 částí:

  1. základna (B). Nachází se u vchodu a má opačný typ vodivosti než ostatní dvě sekce. Má malé rozměry pro úsporu energie.
  2. Vysílač (E). Jeho funkcí je přenášet nosiče náboje (elektrony a díry).
  3. Sběratel (K). Sbírá náboje z vysílače. U výkonných tranzistorů je připájen přímo k tělu, aby odváděl teplo.

Bipolární triody, stejně jako polární triody, se dělí na dva typy. Ale na rozdíl od nich mají 2 pn křižovatky. Zařízení proto dostalo své vlastní jméno:

  • npn typ – E (n) – B (r) – K (n);
  • typ pnp – E (p) – B (n) – K (p).

Rozdíl mezi těmito spoji je ve směru proudu, respektive v hlavních nosičích náboje.

Funkčnost tohoto typu vodivosti se provádí dotováním zón monokrystalu křemíku. Legování je proces přidávání nečistot do základu za účelem zvýšení chemických a fyzikálních vlastností původní látky. Báze je na rozdíl od emitoru a kolektoru mírně dopována. To znamená, že obsahuje malé množství nečistot.

Princip činnosti

Jak funguje bipolární tranzistor? Podle hlavního režimu se jeho fungování neliší od polního. Toto je princip otevřeno-zavřeno. Ale na rozdíl od polního, který je řízen elektrickým polem, je k otevření bipolárního potřeba elektrický proud.

Jak to funguje, lze vysvětlit netechnickým jazykem, definovat jeho použití a nezacházet do nuancí teoretické fyziky. Můžete také vynechat historii vzniku tohoto zařízení.

Pro získání elektrického proudu je nutné připojit stejný typ napětí mezi emitor a základnu: p bude uzavřeno na (+) a n na (-).

V tomto případě se v základně objeví nosiče náboje. Počet nosičů v bázi je tím vyšší, čím vyšší je aplikované napětí. Základní proud bude řídicí proud.

Pokud potřebujete vytvořit potenciální rozdíl mezi emitorem a kolektorem s průtokem proudu, pak je ke kolektoru připojeno napětí s opačným znaménkem:

  • Kolektor (n) až (+);
  • Sběratel (p) od (−).

V tomto případě s větším počtem nosičů náboje vstupujících do báze bude pozorován silnější proud mezi kolektorem a emitorem. Pokud však tranzistor v obvodu s řídicím napětím zaznamená rostoucí zatížení, to znamená, že toto napětí vzroste, pak spojení emitor-kolektor obdrží zvýšení proudu na bázi.

READ
Kresby na obličeji s barvami: aplikační technika a 2 mistrovské kurzy

Tato vlastnost se využívá při výrobě zesilovačů. Navíc je rozdíl mezi nárůstem napětí a nárůstem proudu na bázi více než kompenzován. Princip “uzavřenosti” bipolárního módu se projevuje díky připojení k jeho bázi a emitoru opačného napětí.

Poté se proud zastaví a tranzistor se uzavře. Chcete-li tento princip zkontrolovat vizuálně, můžete použít sondy. Po jejich přepnutí na svorky báze a emitoru při dodržení polarity přejde trioda opět do stavu “otevřeno”.

Jiné typy tranzistorů

Řízení elektrického proudu je základem všech tranzistorů. Uplatňují se však v různých oborech, mají svá specifika, slouží k plnění speciálních úkolů. Jsou triody potřeba tam, kde se používají elektronky, například při výrobě hudebních zesilovačů? Mezi odborníky se na toto téma vedou diskuse.

Objevují se nové typy zařízení a používá se vývoj před 100 lety, který nebylo možné realizovat kvůli nedostatku technologické základny. Takže najednou byl vynalezen tranzistor bez pn přechodu. Rozhořely se celé vědecké bitvy o to, o jaké zařízení to vlastně bylo.

Existují báze, ze kterých jsou odvozeny definice tranzistorů a jejich výroba je založena na několika konvencích. Přechod p-n tedy slouží k získání silného vnitřního pole, aby bylo možné ovládat slabé vnější. Pracuje se také na plné kontrole v externích oborech.

Ale stále je nereálné získat potřebné vlastnosti – zařízení je příliš objemné. Ale senzační novinka byla vyrobena s malým klíčovým prvkem.

Mikroelektronika stojí na velké “velrybě” – triodě využívající pn přechod a strukturu MIS (kov – dielektrikum – polovodič). Neberte v úvahu MDP – vyjde bipolární, zapomeňte na pn přechod – triodu s vestavěným kanálem. Spolu s know-how existují jednopřechodové triody, komplementární, CMOS atd.

Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: