Zařízení a princip činnosti tranzistoru

Praktický význam bipolárního tranzistoru pro moderní elektroniku a elektrotechniku ​​nelze přeceňovat. Bipolární tranzistory se dnes používají všude: ke generování a zesilování signálů, v elektrických měničích, v přijímačích a vysílačích a na mnoha dalších místech, to lze vyjmenovat velmi dlouho.

Proto se v rámci tohoto článku nedotkneme všech možných oblastí použití bipolárních tranzistorů, ale pouze se zamyslíme nad zařízením a obecným principem činnosti tohoto nádherného polovodičového zařízení, které od 50. let minulého století otočilo celý elektronický průmysl a od 70. let 20. století významně přispěl k urychlení technického pokroku.

Bipolární tranzistor je tříelektrodové polovodičové zařízení, které jako základ obsahuje tři báze s proměnnou vodivostí. Tranzistory jsou tedy typu NPN a PNP. Polovodičové materiály, ze kterých jsou tranzistory vyrobeny, jsou především: křemík, germanium, arsenid galia a další.

Křemík, germanium a další látky jsou zpočátku dielektrika, ale pokud k nim přidáte nečistoty, stanou se z nich polovodiče. Přídavky ke křemíku, jako je fosfor (donor elektronů) udělají z křemíku polovodič typu N, a pokud se ke křemíku přidá bor (akceptor elektronů), stane se křemík polovodičem typu P.

Výsledkem je, že polovodiče typu N mají vodivost elektronů a polovodiče typu P mají vodivost děr. Jak jste pochopili, vodivost je určena typem aktivních nosičů náboje.

Třívrstvý koláč polovodičů typu P a N je v podstatě bipolární tranzistor. Ke každé vrstvě jsou připojeny terminály nazvané: Emitter, Collector a Base.

Základem je elektroda pro kontrolu vodivosti. Emitor je zdrojem proudových nosičů v obvodu. Kolektor je místo, ve kterém proudové nosiče spěchají působením EMF aplikovaného na zařízení.

Symboly pro bipolární tranzistory NPN a PNP jsou ve schématech odlišné. Tato označení pouze odrážejí zařízení a princip činnosti tranzistoru v elektrickém obvodu. Šipka je vždy nakreslena mezi emitorem a základnou. Směr šipky je směr řídicího proudu, který je přiváděn do obvodu základního emitoru.

Takže v NPN tranzistoru šipka ukazuje od báze k emitoru, což znamená, že v aktivním režimu budou elektrony z emitoru spěchat do kolektoru, zatímco řídicí proud musí směřovat ze báze do emitoru.

U PNP tranzistoru je to přesně naopak: šipka směřuje od emitoru k bázi, což znamená, že v aktivním režimu otvory z emitoru spěchají ke kolektoru, zatímco řídicí proud musí směřovat z emitoru do základna.

Podívejme se, proč se to děje. Když je na bázi tranzistoru NPN přivedeno konstantní kladné napětí (v oblasti 0,7 voltu) vzhledem k jeho emitoru, přechod báze-emitor pn tohoto tranzistoru NPN (viz obrázek) je předpjatý a potenciálová bariéra mezi kolektorový přechod -báze a báze emitor se zmenšují, nyní se přes něj mohou elektrony pohybovat působením EMF v obvodu kolektor-emitor.

Při dostatečném proudu báze vznikne v tomto obvodu proud kolektor-emitor a bude se sbírat s proudem báze-emitor. Tranzistor NPN se zapne.

Vztah mezi kolektorovým proudem a řídicím proudem (bází) se nazývá proudové zesílení tranzistoru. Tento parametr je uveden v dokumentaci k tranzistoru a může se lišit od jednotek po několik stovek.

Když je na bázi tranzistoru PNP aplikováno konstantní záporné napětí (v oblasti -0,7 voltu) vzhledem k jeho emitoru, přechod báze np emitor tohoto PNP tranzistoru je předpjatý a potenciálová bariéra mezi kolektorem- přechod základny a základny -emitor se zmenšuje, nyní se skrz něj mohou pohybovat otvory působením EMF v obvodu kolektor-emitor.

Dbejte na polaritu napájení kolektorového okruhu. Při dostatečném proudu báze vznikne v tomto obvodu proud kolektor-emitor a bude se sbírat s proudem báze-emitor. PNP tranzistor se zapne.

Bipolární tranzistory se běžně používají v různých zařízeních v zesilovačích, bariérách nebo spínačích.

V režimu boost proud báze nikdy neklesne pod přídržný proud, což udržuje tranzistor neustále v otevřeném vodivém stavu. V tomto režimu nízké oscilace základního proudu iniciují odpovídající oscilace při mnohem vyšším kolektorovém proudu.

V režimu klíče se tranzistor přepíná ze sepnutého do otevřeného stavu a funguje jako vysokorychlostní elektronický spínač. V bariérovém režimu je změnou základního proudu řízen proud zátěže obsažený v kolektorovém obvodu.

Viz také:Tranzistorový elektronický spínač - princip činnosti a schéma