סוגים שונים של טרנזיסטורים ועבודתם

כאשר המוח שלנו מורכב ממאה מיליארד תאים המכונים נוירונים המשמשים לחשוב ולשנן דברים. כמו במחשב יש גם מיליארדי תאי מוח זעירים בשם טרנזיסטורים. הוא מורכב מתמצית יסוד כימי מחול הנקרא סיליקון. טרנזיסטורים משנים את תורת האלקטרוניקה באופן קיצוני מאחר והיא תוכננה לפני למעלה מחצי מאה על ידי ג'ון ברדין, וולטר בראטיין וויליאם שוקלי.

אז, אנחנו אגיד לך איך הם עובדים או מה הם באמת?

מהם טרנזיסטורים?

התקנים אלה מורכבים מחומר מוליך למחצה המשמש בדרך כלל לצורך הגברה או החלפה, והוא יכול לשמש גם לשליטה על זרימת המתח והזרם. הוא משמש גם להגברת אותות הקלט לאות הפלט. טרנזיסטור הוא בדרך כלל מכשיר אלקטרוני במצב מוצק המורכב מחומרים מוליכים למחצה. ניתן לשנות את זרימת הזרם האלקטרונית על ידי תוספת אלקטרונים. תהליך זה מביא וריאציות מתח להשפיע באופן פרופורציונלי על וריאציות רבות בזרם היציאה, ומכניסות הגברה. לא כל המכשירים האלקטרוניים מלבד רובם מכילים סוג אחד או יותר של טרנזיסטורים. חלק מהטרנזיסטורים ממוקמים באופן אינדיבידואלי או בדרך כלל במעגלים משולבים המשתנים בהתאם ליישומי המדינה שלהם.

"טרנזיסטור הוא רכיב מסוג חרקים עם שלוש רגליים, שמונח באופן יחיד במכשירים מסוימים, אך במחשבים הוא ארוז בפנים במיליוני מספרים במיקרו-שבבים קטנים".

ממה מורכב טרנזיסטור?

טרנזיסטור מורכב משלוש שכבות של מוליכים למחצה, שיש להם יכולת להחזיק זרם. לחומר המוליך חשמל כגון סיליקון וגרמניום יכולת להוביל חשמל בין מוליכים לבידוד אשר הוחם על ידי חוטי פלסטיק. חומרים מוליכים למחצה מטופלים על ידי הליך כימי כלשהו הנקרא סימום של מוליכים למחצה. אם הסיליקון מסומם עם ארסן, זרחן ואנטימון, הוא יקבל כמה נושאי מטען נוספים כלומר, אלקטרונים, ידועים כמוליכים למחצה מסוג N או מוליכים למחצה ואילו אם סיליקון מסומם עם זיהומים אחרים כמו בורון, גליום, אלומיניום, הוא יקבל פחות נשאי מטען, כלומר חורים, ידועים כמוליכים למחצה מסוג P או מוליכים למחצה.

איך עובד טרנזיסטור?

תפיסת העבודה היא החלק העיקרי להבנת השימוש בטרנזיסטור או כיצד הוא פועל ?, יש טרנזיסטור שלושה מסופים:

• בסיס: הוא נותן בסיס לאלקטרודות הטרנזיסטור.

• פולט: נושאי מטען שנפלטים מכך.

• אספן: מובילי תשלום שנאספים על ידי זה.

אם הטרנזיסטור הוא מסוג NPN, עלינו להפעיל מתח של 0.7 וולט כדי להפעיל אותו וכשהמתח המופעל על סיכת הבסיס הטרנזיסטור נדלק, וזה המצב מוטה קדימה והזרם מתחיל לזרום דרך הקולט לפולט (נקרא גם רוויה אזור). כאשר הטרנזיסטור נמצא במצב מוטה הפוך או שסיכת הבסיס מקורקעת או שאין בו מתח הטרנזיסטור נשאר במצב OFF ולא מאפשר את זרימת הזרם מהקולט לפולט (נקרא גם אזור מנותק).

אם הטרנזיסטור הוא מסוג PNP, הוא בדרך כלל במצב ON, אך אין לומר זאת בצורה מושלמת עד שסיכת הבסיס תיבקע בצורה מושלמת. לאחר סיכת בסיס הארקה הטרנזיסטור יהיה במצב מוטה הפוכה או אמר שהוא מופעל. כאשר האספקה המסופקת לסיכת הבסיס היא מפסיקה להעביר זרם מקולט לפולט והטרנזיסטור אמר במצב OFF או מוטה קדימה.

להגנת הטרנזיסטור אנו מחברים עמו התנגדות בסדרה, לצורך מציאת ערך ההתנגדות אנו משתמשים בנוסחה הבאה:

R _B = V _BE / I _B

סוגים שונים של טרנזיסטורים:

בעיקר אנחנו יכולים לחלק את טרנזיסטור בשתי קטגוריות Bipolar Junction Transistor (BJT) ו טרנזיסטורי אפקט שדה (FET). בהמשך אנו יכולים לחלק את זה כמו להלן:

טרנזיסטור צומת דו קוטבי (BJT)

טרנזיסטור צומת דו קוטבי מורכב ממוליכים למחצה מסוממים עם שלושה מסופים כלומר בסיס, פולט וקולט. בהליך זה מעורבים שניהם חורים ואלקטרונים. כמות גדולה של זרם העובר לקולט לפולט מתחלפת על ידי שינוי זרם קטן מסופי בסיס לפולט. אלה נקראים גם מכשירים נשלטים הנוכחי. NPN ו- PNP הם שני חלקים עיקריים של BJTs כפי שדנו קודם. BJT הופעל על ידי מתן קלט לבסיס מכיוון שיש לו עכבה נמוכה ביותר לכל הטרנזיסטורים. ההגברה היא הגבוהה ביותר גם עבור כל הטרנזיסטורים.

סוגי ה- BJT הם כדלקמן:

1. טרנזיסטור NPN:

באזור הטרנזיסטור של ה- NPN כלומר, הבסיס הוא מסוג p ושני האזורים החיצוניים כלומר הפולט והאספן הם מסוג n.

במצב פעיל קדימה, הטרנזיסטור NPN מוטה. על ידי מקור dc Vbb, צומת הבסיס לפולט יהיה מוטה קדימה. לכן, בצומת זה אזור הדלדול יצטמצם. צומת האספן לבסיס מוטה הפוך, האזור לדלדול האספן לבסיס צומת יגדל. נשאי המטען ברובם הם אלקטרונים לפולט מסוג n. צומת פולט הבסיס מוטה קדימה ולכן האלקטרונים נעים לעבר אזור הבסיס. לכן, זה גורם לפולט הנוכחי כלומר. אזור הבסיס הוא דק ומסומם קלות על ידי חורים, שילוב של חורי אלקטרונים נוצר וכמה אלקטרונים נשארים באזור הבסיס. זה גורם לזרם בסיס קטן מאוד Ib. צומת אספן הבסיס מוטה הפוך לחורים באזור הבסיס ואלקטרונים באזור הקולט, אך הוא מוטה קדימה לאלקטרונים באזור הבסיס. האלקטרונים הנותרים מאזור הבסיס הנמשכים על ידי מסוף אספן גורמים לזרם אספן Ic. בדוק עוד על טרנזיסטור NPN כאן.

2. טרנזיסטור PNP:

באזור התיכון של טרנזיסטור PNP כלומר הבסיס הוא מסוג n ושני האזורים החיצוניים כלומר, אספן ופולט הם מסוג p.

כפי שדנו לעיל בטרנזיסטור NPN, הוא פועל גם במצב פעיל. נושאי המטען ברובם הם חורים לפולט מסוג p. עבור חורים אלה, צומת פולט הבסיס יהיה מוטה קדימה ויעבר לעבר אזור הבסיס. זה גורם לפולט הנוכחי כלומר. אזור הבסיס הוא דק ומסומם קלות על ידי אלקטרונים, שילוב של חורי אלקטרונים נוצר וכמה חורים נשארים באזור הבסיס. זה גורם לזרם בסיס קטן מאוד Ib. צומת אספן הבסיס מוטה הפוך לחורים באזור הבסיס ולחורים באזור הקולט, אך הוא מוטה קדימה לחורים באזור הבסיס. החורים הנותרים של אזור הבסיס נמשכים על ידי מסוף האספן גורמים לזרם אספן Ic. בדוק עוד על טרנזיסטור PNP כאן.

מהן תצורות טרנזיסטור?

באופן כללי, ישנם שלושה סוגים של תצורות ותיאוריהם ביחס לרווח הם כדלקמן:

תצורת בסיס משותף (CB): אין לה רווח זרם אבל יש לה עלייה במתח.

תצורת אספן משותף (CC): יש לה רווח זרם אך אין עליה במתח.

תצורת פולט נפוץ (CE): יש לו רווח זרם ורווח מתח שניהם.

תצורת בסיס משותף טרנזיסטור (CB):

במעגל זה, הבסיס ממוקם משותף הן לקלט והן לפלט. יש לו עכבת קלט נמוכה (50-500 אוהם). יש לו עכבת תפוקה גבוהה (1-10 מגה אוהם). מתח נמדד ביחס למסופי הבסיס. אז מתח כניסה וזרם יהיה Vbe & Ie ומתח יציאה וזרם יהיה Vcb & Ic.

הרווח הנוכחי יהיה פחות מאחדות כלומר, אלפא (dc) = Ic / Ie
עליית המתח תהיה גבוהה.
רווח הכוח יהיה ממוצע.

תצורת פולט נפוץ טרנזיסטור (CE):

במעגל זה, הפולט ממוקם משותף גם לקלט וגם לפלט. אות הקלט מוחל בין בסיס לפולט ואת אות הפלט מוחל בין אספן לפולט. Vbb ו- Vcc הם המתחים. יש לו עכבת קלט גבוהה כלומר (500-5000 אוהם). יש לו עכבת תפוקה נמוכה כלומר (50-500 קילו אוהם).

הרווח הנוכחי יהיה גבוה (98) כלומר, בטא (dc) = Ic / Ie
רווח הכוח הוא עד 37db.
התפוקה תהיה 180 מעלות מחוץ לשלב.

תצורת אספן משותף טרנזיסטור:

במעגל זה, האספן ממוקם משותף הן לקלט והן לפלט. זה ידוע גם כחסיד פולט. יש לו עכבת קלט גבוהה (150-600 קילו אוהם). יש לו עכבת תפוקה נמוכה (100-1000 אוהם).

הרווח הנוכחי יהיה גבוה (99).
רווח המתח יהיה פחות מאחדות.
רווח הכוח יהיה ממוצע.

טרנזיסטור אפקט שדה (FET):

טרנזיסטור אפקט שדה מכיל את שלושת האזורים כגון מקור, שער, ניקוז. הם מכונים התקנים מבוקרי מתח שכן הם שולטים ברמת המתח. כדי לשלוט בהתנהגות החשמלית, ניתן לבחור את השדה החשמלי המופעל חיצונית ולכן נקרא כטרנזיסטורים של אפקט שדה. בכך זרם הזרם עקב נושאי מטען ברוב קרי אלקטרונים, ומכאן גם טרנזיסטור חד קוטבי. יש לו בעיקר עכבת קלט גבוהה במגה אוהם עם מוליכות בתדר נמוך בין ניקוז למקור הנשלט על ידי שדה חשמלי. שיעורי FET יעילים מאוד, נמרצים ומחירם נמוך יותר.

טרנזיסטורי אפקט שדה הם משני סוגים כלומר, השפעת השדה טרנזיסטורים צומת (JFET) ואת השפעת השדה טרנזיסטורים תחמוצת מתכת (MOSFET). הזרם עובר בין שני הערוצים הנקראים ערוץ n ו- ערוץ p.

טרנזיסטור אפקט שדה צומת (JFET)

לטרנזיסטור אפקט שדה הצומת אין צומת PN אך במקום חומרי מוליכים למחצה בעלי התנגדות גבוהה, הם יוצרים תעלות סיליקון מסוג n & p לזרימה של נושאות מטען ברוב עם שני מסופים או מסוף מקור. בערוץ n, זרימת הזרם היא שלילית ואילו בזרימת p-channel זרם חיובי.

עבודה של JFET:

ישנם שני סוגים של ערוצים ב- JFET הנקראים בשם: n-channel JFET ו- p-channel JFET

ערוץ N JFET:

כאן עלינו לדון באשר להפעלה העיקרית של JFET בערוץ n לשני תנאים כדלקמן:

ראשית, כאשר Vgs = 0, החל מתח חיובי קטן על מסוף הניקוז שבו Vds חיובי. עקב מתח Vds מוחל זה, האלקטרונים זורמים ממקור לניקוז גורמים לזרם ניקוז Id. הערוץ בין ניקוז למקור משמש כהתנגדות. תן ערוץ n להיות אחיד. רמות מתח שונות שנקבעו על ידי זיהוי זרם הניקוז ועוברות ממקור לניקוז. המתחים הם הגבוהים ביותר במסוף הניקוז והנמוך ביותר במסוף המקור. ניקוז מוטה הפוך ולכן שכבת הדלדול רחבה יותר כאן.

Vds עולה, Vgs = 0 V

שכבת הדלדול גדלה, רוחב הערוץ מקטין. Vds עולה ברמה שבה שני אזורי דלדול נוגעים, מצב זה המכונה תהליך קמצוץ-off וגורם לצביטה במתח Vp.

כאן, זיהוי צבט - off יורד ל 0 MA ו- Id מגיע ברמת הרוויה. מזהה עם Vgs = 0 המכונה זרם רוויה במקור ניקוז (Idss). ה- Vds גדל ב- Vp כאשר ה- Id הנוכחי נשאר זהה ו- JFET משמש כמקור זרם קבוע.

שנית, כאשר Vgs אינו שווה ל- 0, החל Vgs ו- Vds שלילי משתנה. רוחב אזור הדלדול גדל, התעלה הופכת צרה וההתנגדות גוברת. זרם ניקוז קטן יותר זורם ומגיע עד לרמת הרוויה. עקב Vgs שלילי, רמת הרוויה יורדת, ה- Id פוחת. מתח הצביטה - off יורד ברציפות. לכן זה נקרא מכשיר מבוקר מתח.

מאפייני JFET:

המאפיינים הראו אזורים שונים שהם כדלקמן:

אזור אומי: Vgs = 0, שכבת דלדול קטנה.

אזור מנותק: מכונה גם קמצוץ אזור, מכיוון שהתנגדות הערוץ היא מקסימאלית.

רוויה או אזור פעיל: נשלט על ידי מתח מקור שער כאשר מתח מקור הניקוז נמוך יותר.

אזור התמוטטות: המתח בין הניקוז למקור הוא גבוה מכיוון שהתמוטטות בערוץ התנגדות.

JFET של ערוץ P:

JFET של ערוץ p פועל כמו JFET של ערוץ n אך כמה חריגים התרחשו כלומר, עקב חורים, זרם הערוץ הוא חיובי וקוטביות מתח הטיה צריכה להיות הפוכה.

ניקוז זרם באזור פעיל:

Id = Idss

התנגדות ערוץ מקור הניקוז: Rds = Delta Vds / Delta Id

טרנזיסטור אפקט שדה תחמוצת מתכת (MOSFET):

טרנזיסטור אפקט שדה תחמוצת מתכת ידוע גם כטרנזיסטור אפקט שדה מבוקר מתח. כאן, אלקטרוני שער תחמוצת מתכת מבודדים חשמלית מערוץ n ו- p על ידי שכבה דקה של דו תחמוצת הסיליקון המכונה זכוכית.

הזרם בין ניקוז למקור הוא ביחס ישר למתח הכניסה.

זהו מכשיר מסוף שלושה כלומר, שער, ניקוז ומקור. ישנם שני סוגים של MOSFET על ידי תפקוד של ערוצים כלומר, MOSFET בערוץ p ו- MOSFET בערוץ n.

ישנן שתי צורות של טרנזיסטור אפקט שדה תחמוצת מתכת כלומר, סוג דלדול וסוג שיפור.

סוג דלדול: זה דורש Vgs כלומר מתח שער מקור לכיבוי ומצב דלדול שווה למתג סגור בדרך כלל.

Vgs = 0, אם Vgs הוא חיובי, האלקטרונים הם יותר ואם Vgs הוא שלילי, האלקטרונים הם פחות.

סוג שיפור: זה דורש Vgs כלומר מתח השער למצב מופעל ומצב שיפור שווה למתג הפתוח בדרך כלל.

כאן המסוף הנוסף הוא מצע המשמש להארקה.

מתח מקור השער (Vgs) גדול ממתח הסף (Vth)

מצבי הטיה לטרנזיסטורים:

הטיה יכולה להיעשות בשתי השיטות קרי, הטיה קדימה והטייה לאחור ואילו בהתאם להטייה, ישנם ארבעה מעגלים שונים של הטייה כדלקמן:

הטיה בסיסית קבועה והטיה בהתנגדות קבועה:

באיור, נגד הבסיס Rb התחבר בין הבסיס ל- Vcc. צומת פולט הבסיס מוטה קדימה בגלל ירידת מתח Rb שמובילה לזרום Ib דרכו. כאן מתקבל איב מ:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

התוצאה היא גורם יציבות (בטא +1) מה שמוביל ליציבות תרמית נמוכה. כאן הביטויים של מתח וזרמים כלומר, Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

הטיה על משוב אספן:

באיור זה, נגד הבסיס Rb התחבר על פני אספן ומסוף בסיס של טרנזיסטור. לכן מתח בסיס Vb ומתח אספן Vc דומים זה לזה על ידי זה

Vb = Vc-IbRb איפה, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

על ידי משוואות אלה, Ic מקטין את Vc, המפחית את Ib, באופן אוטומטי את ה- IC.

כאן, גורם (בטא + 1) יהיה פחות מאחד והאיב מוביל להפחתת רווח המגבר.

אז ניתן לתת מתח וזרמים כ-

Vb = Vbe Ic = בטא Ib Ie כמעט שווה ל- Ib

הטיה משוב כפולה:

באיור זה זהו הצורה המתוקנת על גבי מעגל בסיס המשוב של אספן. מכיוון שיש לו מעגל R1 נוסף שמגביר את היציבות. לכן, עלייה בהתנגדות הבסיס מובילה לשינויים בבטא כלומר רווח.

עַכשָׁיו, I1 = 0.1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = בטא Ib Ie כמעט שווה ל- Ic

הטיה קבועה עם נגן פולט:

באיור זה, זהה למעגל הטיה קבוע אך יש לו נגן פולט נוסף המחובר מחדש. אייס עולה בגלל הטמפרטורה, כלומר גם עולה מה שמגדיל שוב את ירידת המתח על פני Re. זה גורם להפחתה ב- Vc, מפחית את Ib מה שמחזיר את iC לערכו הרגיל. עליית המתח מופחתת על ידי נוכחות Re.

עַכשָׁיו, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = בטא Ib Ie כמעט שווה ל- Ic

הטיה של פולט:

באיור זה, ישנם שני מתח אספקה Vcc ו- Vee שווים אך מנוגדים בקוטביות. כאן, Vee מוטה קדימה לצומת פולט הבסיס על ידי Re & Vcc מוטה לאחור לצומת בסיס הקולט.

עַכשָׁיו, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie כמעט שווה ל- Ib איפה, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

מה שנותן נקודת הפעלה יציבה.

הטיה על משוב פולט:

באיור זה, הוא משתמש בשני אספנים כמשוב ומשוב פולט ליציבות גבוהה יותר. עקב זרימת זרם הפולט Ie, ירידת המתח מתרחשת על פני הנגד הפולט Re, ולכן צומת בסיס הפולט תהיה הטיה קדימה. כאן הטמפרטורה עולה, אייס עולה, כלומר גם עולה. זה מוביל לירידת מתח ב- Re, מתח הקולט Vc יורד וגם Ib פוחת. כתוצאה מכך יופחת רווח התפוקה. את הביטויים ניתן לתת כ:

Irb = 0.1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0.1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = בטא Ib Ie כמעט שווה אל אני ג

הטיה של מחלק מתח:

באיור זה הוא משתמש בצורת מחלק מתח של הנגד R1 & R2 כדי להטות את הטרנזיסטור. צורות המתח ב- R2 יהיו מתח בסיס שכן הוא מטיה את צומת פולט הבסיס. הנה, I2 = 10Ib.

זה נעשה כדי להזניח את זרם מחלק המתח ושינויים מתרחשים בערך בטא.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic מתנגד לשינויים בשני בטא ו- Vbe, מה שמביא לגורם יציבות של 1. בזה, Ic גדל בעליית הטמפרטורה, כלומר עולה בעלייה במתח הפולט Ve שמפחית את מתח הבסיס Vbe. התוצאה היא ירידת בסיס הנוכחי של ib ו- ic לערכיו האמיתיים.

יישומי טרנזיסטורים

טרנזיסטורים לרוב החלקים משמשים ביישום אלקטרוני כגון מגברי מתח וכוח.
משמש כמתגים במעגלים רבים.
משמש לייצור מעגלי לוגיקה דיגיטליים כלומר, AND, NOT וכו '.
טרנזיסטורים מוכנסים לכל דבר, כלומר כיריים למחשבים.
משמש במיקרו-מעבד כשבבים בהם משולבים בתוכו מיליארדי טרנזיסטורים.
בימים קודמים משתמשים בהם במכשירי רדיו, ציוד טלפון, ראש שמיעה וכו '.
כמו כן, הם משמשים קודם לכן בצינורות ואקום בגדלים גדולים.
הם משמשים במיקרופונים לשינוי אותות קול גם לאותות חשמליים.