טרנזיסטורים - יסודות, סוגים ומצבי פיתול

מבוא לטרנזיסטור:

מוקדם יותר, המרכיב הקריטי והחשוב של מכשיר אלקטרוני היה צינור ואקום שהוא צינור אלקטרונים שהיה רגיל אליו לשלוט בזרם חשמלי . צינורות הוואקום עבדו אך הם מגושמים, דורשים מתח הפעלה גבוה יותר, צריכת חשמל גבוהה, מניבים יעילות נמוכה יותר, וחומרים פולטי אלקטרונים קתודים משמשים עד תום. אז זה הסתיים כחום שקיצר את חיי הצינור עצמו. כדי להתגבר על הבעיות הללו המציאו ג'ון ברדין, וולטר בראטיין וויליאם שוקלי טרנזיסטור במעבדות בל בשנת 1947. מכשיר חדש זה היה פיתרון אלגנטי הרבה יותר להתגבר על הרבה מהמגבלות הבסיסיות של צינורות ואקום.

הטרנזיסטור הוא מכשיר מוליך למחצה שיכול גם להתנהל וגם לבודד. טרנזיסטור יכול לשמש כמתג ומגבר. הוא ממיר גלי שמע לגלים והתנגדות אלקטרוניים, ושולט בזרם אלקטרוני. לטרנזיסטורים יש חיים ארוכים מאוד, קטנים יותר בגודלם, יכולים לפעול על ספקי מתח נמוכים יותר לבטיחות רבה יותר, והם לא דרשו זרם נימה. הטרנזיסטור הראשון היה מפוברק בגרמניום. טרנזיסטור מבצע את אותה פונקציה כמו טריודת צינור ואקום אך משתמש בצמתים של מוליכים למחצה במקום באלקטרודות מחוממות בתא ואקום. זהו אבן הבניין הבסיסית של מכשירים אלקטרוניים מודרניים ונמצאת בכל מקום במערכות אלקטרוניות מודרניות.

יסודות הטרנזיסטור:

טרנזיסטור הוא מכשיר בעל שלושה מסופים. כלומר,

• בסיס: זה אחראי להפעלת הטרנזיסטור.
• אספן: זהו ההובלה החיובית.
• פולט: זה ההובלה השלילית.

הרעיון הבסיסי מאחורי טרנזיסטור הוא שהוא מאפשר לך לשלוט בזרימת הזרם דרך ערוץ אחד על ידי שינוי עוצמת הזרם הקטן בהרבה שזורם בערוץ שני.

סוגי טרנזיסטורים:

ישנם שני סוגים של טרנזיסטורים. הם טרנזיסטורים של צומת דו קוטבי (BJT), טרנזיסטורים עם אפקט שדה (FET). זרם קטן זורם בין הבסיס לפולט מסוף הבסיס יכול לשלוט בזרימת זרם גדולה יותר בין הקולט למסופי הפולט. עבור טרנזיסטור עם אפקט שדה, יש לו גם את שלושת המסופים, הם שער, מקור וניקוז, ומתח בשער יכול לשלוט בזרם בין מקור לניקוז. התרשימים הפשוטים של BJT ו- FET מוצגים באיור להלן:

טרנזיסטור צומת דו קוטבי (BJT)

טרנזיסטורים עם אפקט שדה (FET)

כפי שאתה יכול לראות, טרנזיסטורים מגיעים במגוון גדלים וצורות שונות. דבר משותף לכל הטרנזיסטורים הללו הוא שלכל אחד מהם שלושה מובילים.

• טרנזיסטור צומת דו קוטבי:

בטרנזיסטור צומת דו קוטבי (BJT) יש שלושה מסופים המחוברים לשלושה אזורי מוליכים למחצה מסוממים. זה מגיע עם שני סוגים, P-N-P ו- N-P-N.

טרנזיסטור P-N-P, המורכב משכבה של מוליך למחצה מסומם N בין שתי שכבות של חומר מסומם P. זרם הבסיס הנכנס לקולט מוגבר בתפוקתו.

זה כאשר טרנזיסטור PNP פועל כאשר בסיסו נמשך נמוך יחסית לפולט. החצים של הטרנזיסטור PNP מסמלים את כיוון זרימת הזרם כאשר המכשיר נמצא במצב פעיל העברה.

טרנזיסטור N-P-N המורכב משכבת ​​מוליכים למחצה מסוממים P בין שתי שכבות של חומר מסומם N. על ידי הגברת הזרם הבסיס אנו מקבלים את הזרם הגבוה והזרם הפולט.

זה כאשר טרנזיסטור NPN פועל כאשר בסיסו נמשך נמוך יחסית לפולט. כאשר הטרנזיסטור נמצא במצב ON, זרימת הזרם נמצאת בין הקולט לפולט הטרנזיסטור. בהתבסס על נושאי מיעוט באזור ה- P האלקטרונים העוברים מפולט לאספן. זה מאפשר פעולה גדולה יותר של זרם ומהיר יותר בגלל סיבה זו, רוב הטרנזיסטורים הדו קוטביים המשמשים כיום הם NPN.

• טרנזיסטור אפקט שדה (FET):

הטרנזיסטור עם אפקט השדה הוא טרנזיסטור חד קוטבי, FET ערוץ N או FET ערוץ P משמשים להולכה. שלושת המסופים של FET הם המקור, השער והניקוז. ערוצי ה- FET הבסיסיים ו- F-Channel מוצגים לעיל. עבור FET בערוץ n, המכשיר בנוי מחומר מסוג n. בין המקור לניקוז, חומר מסוג זה משמש כנגד.

טרנזיסטור זה שולט במובילים החיוביים והשליליים הנוגעים לחורים או אלקטרונים. ערוץ FET נוצר על ידי העברת נשאות מטען חיוביות ושליליות. הערוץ של FET שעשוי מסיליקון.

ישנם סוגים רבים של FET, MOSFET, JFET וכו '. היישומים של FET הם במגבר בעל רעש נמוך, מגבר חיץ ומתג אנלוגי.

הטיית טרנזיסטור צומת דו קוטבי

טרנזיסטורים הם המכשירים הפעילים ביותר של מוליכים למחצה החיוניים כמעט לכל המעגלים. הם משמשים כמתגים אלקטרוניים, מגברים וכו 'במעגלים. טרנזיסטורים עשויים להיות NPN, PNP, FET, JFET וכו 'שיש להם פונקציות שונות במעגלים אלקטרוניים. לצורך עבודה תקינה של המעגל, יש צורך להטות את הטרנזיסטור באמצעות רשתות נגדים. נקודת ההפעלה היא הנקודה על מאפייני הפלט המציגה את מתח הקולט-פולט ואת זרם הקולט ללא אות כניסה. נקודת ההפעלה ידועה גם כנקודת הטיה או נקודת Q (נקודת שקט).

הטיה מתייחסת לספק נגדים, קבלים או מתח אספקה ​​וכו 'כדי לספק מאפייני תפעול נכונים של הטרנזיסטורים. הטיית DC משמשת להשגת זרם אספן DC במתח אספן מסוים. ערך המתח והזרם הזה מבוטא במונחי Q-Point. בתצורת מגבר טרנזיסטור, ה- IC (מקסימום) הוא הזרם המרבי שיכול לזרום דרך הטרנזיסטור ו- VCE (מקסימום) הוא המתח המקסימלי המופעל על פני המכשיר. כדי לעבוד את הטרנזיסטור כמגבר, יש לחבר נגד עומס RC לקולט. הטיה מגדירה את מתח ההפעלה והזרם DC לרמה הנכונה כך שניתן יהיה להגביר את אות הכניסה AC על ידי הטרנזיסטור כראוי. נקודת ההטייה הנכונה היא איפשהו בין מצבי הטרנזיסטור הפועלים לחלוטין או כבוי לחלוטין. נקודה מרכזית זו היא נקודת ה- Q ואם הטרנזיסטור מוטה כהלכה, נקודת ה- Q תהיה נקודת ההפעלה המרכזית של הטרנזיסטור. זה עוזר לזרם המוצא להגדיל ולהצטמצם כאשר אות הקלט מסתובב במחזור השלם.

לקביעת נקודת ה- Q הנכונה של הטרנזיסטור, נגד קולט משמש להגדרת זרם הקולט לערך קבוע ויציב ללא שום אות בבסיסו. נקודת הפעלה קבועה זו של DC נקבעת על ידי ערך מתח האספקה ​​וערך הנגן ההטיה הבסיסי. נגדי הטיה בסיסים משמשים בכל שלוש תצורות הטרנזיסטור כמו בסיס משותף, אספן משותף ותצורות פולטות נפוצות.

מצבי הטיה:

להלן המצבים השונים של הטיית בסיס טרנזיסטור:

1. הטיה נוכחית:

כפי שמוצג באיור 1, שני נגדים RC ו- RB משמשים לקביעת הטיה בסיסית. נגדים אלה קובעים את אזור ההפעלה הראשוני של הטרנזיסטור עם הטיה של זרם קבוע.

הטרנזיסטור קדימה מוטה עם מתח הטיה בסיסי חיובי דרך RB. ירידת המתח לפולט הבסיס הקדמי היא 0.7 וולט. לכן הזרם דרך RB הוא אני_ב= (V._{זֶרֶם יָשָׁר}- וי_{לִהיוֹת}) / אני_ב

2. הטיית משוב:

איור 2 מראה את הטיית הטרנזיסטור על ידי שימוש בנגד משוב. הטיה בסיסית מתקבלת ממתח הקולט. משוב האספן מבטיח כי הטרנזיסטור תמיד מוטה באזור הפעיל. כאשר זרם הקולט עולה, המתח בקולט יורד. זה מקטין את כונן הבסיס שבתורו מפחית את זרם הקולט. תצורת משוב זו אידיאלית לתכנון מגברי טרנזיסטור.

3. הטיית משוב כפול:

איור 3 מראה כיצד ההטיה מושגת באמצעות נגדי משוב כפולים.

על ידי שימוש בשני נגדים RB1 ו- RB2 מגדילים את היציבות לגבי הווריאציות בטא על ידי הגדלת זרימת הזרם דרך נגדי ההטיה הבסיסית. בתצורה זו, הזרם ב- RB1 שווה ל -10% מזרם הקולט.

4. הטיית חלוקת מתח:

איור 4 מציג את הטיה של מחלק המתח בו שני נגדים RB1 ו- RB2 מחוברים לבסיס הטרנזיסטור ויוצרים רשת מחלקי מתח. הטרנזיסטור מקבל הטיות על ידי ירידת המתח על פני RB2. סוג זה של תצורת הטיה נמצא בשימוש נרחב במעגלי מגברים.

5. הטיה בסיסית כפולה:

איור 5 מציג משוב כפול לייצוב. הוא משתמש גם במשוב בסיס פולט וגם אספן כדי לשפר את הייצוב על ידי שליטה על זרם האספן. יש לבחור ערכי נגדים כדי לקבוע את ירידת המתח על פני הנגד Emitter 10% ממתח האספקה ​​והזרם דרך RB1, 10% מזרם הקולט.

יתרונות הטרנזיסטור:

1. רגישות מכנית קטנה יותר.
2. עלות נמוכה יותר וגודלה קטנה יותר, במיוחד במעגלים עם אותות קטנים.
3. מתח תפעולי נמוך לבטיחות גבוהה יותר, עלויות נמוכות יותר ומרווח חזק יותר.
4. חיים ארוכים במיוחד.
5. אין צריכת חשמל על ידי תנור קתודה.
6. החלפה מהירה.

זה יכול לתמוך בעיצוב מעגלים משלימים-סימטריים, דבר שאינו אפשרי בצינורות ואקום. אם יש לך שאלות בנושא זה או החשמל ו פרויקטים אלקטרוניים השאירו את ההערות למטה.