טרנזיסטור הוא מכשיר מוליך למחצה, שהומצא בשנת 1947 במעבדת בל על ידי ויליאם שוקלי, ג'ון ברדין, וולטר האוזר בראטיין. זהו אבן בניין בסיסית של כל הרכיבים הדיגיטליים. הטרנזיסטור הראשון שהומצא היה א טרנזיסטור קשר נקודתי . הפונקציה העיקרית של א טרָנזִיסטוֹר זה להגביר את האותות החלשים ולווסת אותם בהתאם. טרנזיסטור מתפשר של חומרים מוליכים למחצה כמו סיליקון או גרמניום או גליום - ארסניד. ישנם מסווגים לשני סוגים על פי המבנה שלהם, טרנזיסטור BJT- צומת דו קוטבי (טרנזיסטורים כמו טרנזיסטור צומת, טרנזיסטור NPN, טרנזיסטור PNP) וטרנזיסטור אפקט שדה FET (טרנזיסטורים כמו טרנזיסטור לתפקוד צומת וטרנזיסטור תחמוצת מתכת, MOSFET בערוץ N , P- ערוץ MOSFET), ויש פונקציונליות (כמו טרנזיסטור עם אות קטן, טרנזיסטור מיתוג קטן, טרנזיסטור כוח, טרנזיסטור בתדר גבוה, פוטו טרנזיסטור, טרנזיסטורי Unijunction). הוא מורכב משלושה חלקים עיקריים פולט (E), בסיס (B) וקולט (C), או מקור (S), ניקוז (D), ושער (G).
מהו טרנזיסטור כוח?
המכשיר בעל שלושה המסופים שתוכנן במיוחד לשליטה על זרם מתח גבוה ולטפל במספר רב של רמות הספק בהתקן או במעגל הוא טרנזיסטור הספק. ה סיווג טרנזיסטור כוח כלול את הבאים.
- טרנזיסטור צומת דו קוטבי (BJT)
- טרנזיסטור אפקט שדה של מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת (MOSFET)
- טרנזיסטור אינדוקציה סטטי (SIT)
- טרנזיסטור דו קוטבי של שער מבודד (IGBT).
טרנזיסטור צומת דו קוטבי
BJT הוא טרנזיסטור צומת דו קוטבי, המסוגל להתמודד עם שניים קוטביות (חורים ואלקטרונים), הוא יכול לשמש כמתג או כמגבר וידוע גם כמכשיר לבקרת זרם. להלן המאפיינים של א כוח BJT , הם
- יש לו גודל גדול יותר, כך שזרם מרבי יכול לזרום דרכו
- מתח ההתמוטטות גבוה
- יש לו יכולת נשיאה גבוהה יותר ויכולת טיפול בהספק גבוה
- יש לו ירידת מתח גבוהה יותר במצב
- יישום הספק גבוה.
MOS- מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה-אפקט-טרנזיסטור- (MOSFET) -FET
MOSFET הוא סיווג משנה של טרנזיסטור FET, זהו מכשיר בעל שלושה מסופים המכיל מסופי מקור, בסיס ונקז. פונקציונליות MOSFET תלויה ברוחב הערוץ. כלומר אם רוחב הערוץ רחב, זה עובד ביעילות. להלן המאפיינים של MOSFET,
- זה ידוע גם כבקר מתח
- אין צורך בזרם קלט
- עכבת קלט גבוהה.
טרנזיסטור אינדוקציה סטטי
זהו מכשיר בעל שלושה מסופים, בעלי הספק ותדר גבוהים המכוונים אנכית. היתרון העיקרי של טרנזיסטור האינדוקציה הסטטי הוא שיש לו התמוטטות מתח גבוהה יותר בהשוואה לטרנזיסטור אפקט שדה FET. להלן המאפיינים של טרנזיסטור אינדוקציה סטטי,
טרנזיסטור אינדוקציה סטטי
- אורך הערוץ קצר
- רעש הוא פחות
- ההפעלה והכיבוי הם מספר שניות
- ההתנגדות הסופית נמוכה.
טרנזיסטור דו קוטבי בעל שער מבודד (IGBT)
כפי שהשם מרמז IGBT הוא שילוב של טרנזיסטור FET ו- BJT שתפקידו מבוסס על השער שלו, שם ניתן להפעיל או לכבות את הטרנזיסטור בהתאם לשער. הם מיושמים בדרך כלל במכשירי אלקטרוניקה כוח כמו ממירים, ממירים ואספקת חשמל. להלן המאפיינים של טרנזיסטור דו קוטבי דו-קוטבי (IGBT),
טרנזיסטור שער דו-קוטבי מבודד- (IGBT)
- בקלט המעגל ההפסדים פחותים
- רווח כוח גבוה יותר.
מבנה טרנזיסטור כוח
טרנזיסטור הכוח BJT הוא מכשיר מכוון אנכי בעל שטח חתך גדול עם שכבות חלופיות מסוג P ו- N מחוברים יחד. זה יכול להיות מתוכנן באמצעות פ-נ-פ או נ-פ-נ טרָנזִיסטוֹר.
טרנזיסטור pnp-and-npn
הבנייה הבאה מציגה סוג P-N-P, המורכב משלושה מסופי פולט, בסיס וקולט. כאשר מסוף הפולט מחובר לשכבה מסוג n מאוד מסוממת, שמתחתיה קיימת שכבת p מסומנת של ריכוז 1016 ס'מ -3 ושכבה n מסוממת קלות של ריכוז 1014 ס'מ -3, הנקראת גם כ אזור סחיפת אספנים, כאשר אזור סחיפת האספנים קובע את מתח הפריצה של המכשיר ובתחתיתו יש לו שכבת n + שהיא שכבה מסוממת ביותר מסוג n של ריכוז 1019 ס'מ -3, שם נאסף הקולט ממשק משתמש.
בניית NPN- כוח-טרנזיסטור
הפעלת טרנזיסטור כוח
טרנזיסטור כוח BJT פועל בארבעה אזורי פעולה שהם
- לנתק את האזור
- אזור פעיל
- אזור רוויה כמעט
- אזור רוויה קשה.
אומרים כי טרנזיסטור כוח נמצא במצב ניתוק אם טרנזיסטור הכוח n-p-n מחובר לאחור הֲטָיָה איפה
מקרה (i): המסוף הבסיסי של הטרנזיסטור מחובר למסופי השלילי והטרנזיסטור מחובר לחיובי, ו
מקרה (ים): מסוף הקולט של הטרנזיסטור מחובר למסוף השלילי והבסיס של הטרנזיסטור מחובר לחיובי שהוא פולט בסיס ופולט הקולט נמצא בהטיה הפוכה.
טרוריסטור אזור מפסק-כוח
מכאן שלא תהיה זרימה של זרם המוצא לבסיס הטרנזיסטור שבו IBE = 0, וגם לא יהיה זרם יציאה שיזרום דרך הקולט לפולט מכיוון ש IC = IB = 0 המציין שהטרנזיסטור נמצא במצב כבוי לנתק את האזור. אבל חלק קטן מזרמי זרם הדליפה זורק את הטרנזיסטור מהקולט לפולט, כלומר ICEO.
נאמר כי טרנזיסטור אינו פעיל רק כאשר אזור פולט הבסיס הוא הטיה קדימה ואזור אספן-בסיס מוטה הפוכה. מכאן שתהיה זרימה של זרם IB בבסיס הטרנזיסטור וזרימה של זרם IC דרך הקולט לפולט הטרנזיסטור. כאשר IB מגדיל את IC גם עולה.
אזור פעיל של כוח טרנזיסטור
נאמר כי טרנזיסטור נמצא בשלב הרוויה כמעט אם פולט בסיס ובסיס אספן מחוברים בהטיית העברה. נאמר כי טרנזיסטור נמצא ברוויה קשה אם פולט בסיס ובסיס אספן מחוברים בהטיית העברה.
אזור רוויה-כוח-טרנזיסטור
מאפייני פלט V-I של טרנזיסטור כוח
ניתן לכייל את מאפייני הפלט בצורה גרפית כפי שמוצג להלן, כאשר ציר ה- x מייצג את VCE וציר ה- y מייצג IC.
מאפייני תפוקה
- הגרף שלהלן מייצג אזורים שונים כמו האזור המנותק, האזור הפעיל, אזור הרוויה הקשה, אזור הרוויה כמעט.
- עבור ערכים שונים של VBE, ישנם ערכים נוכחיים שונים IB0, IB1, IB2, IB3, IB4, IB5, IB6.
- בכל פעם שאין זרם זרם, המשמעות היא שהטרנזיסטור כבוי. אך מעטים הזרמים הנוכחיים שהם ICEO.
- לערך מוגבר של IB = 0, 1,2, 3, 4, 5. כאשר IB0 הוא הערך המינימלי ו- IB6 הוא הערך המקסימלי. כאשר VCE מגביר ICE גם עולה מעט. כאשר IC = ßIB, מכאן המכשיר מכונה מכשיר בקרה נוכחי. מה שאומר שהמכשיר נמצא באזור פעיל, שקיים לתקופה מסוימת.
- לאחר שה- IC הגיע למקסימום הטרנזיסטור עובר לאזור הרוויה.
- איפה שיש לו שני אזורי רוויה אזור רוויה כמעט ואזור רוויה קשה.
- נאמר כי טרנזיסטור נמצא באזור כמעט רוויה אם ורק אם מהירות ההפעלה למצב לכיבוי או לכיבוי מהירה. סוג זה של רוויה נצפה ביישום בתדר בינוני.
- בעוד שבאזור רוויה קשה הטרנזיסטור דורש זמן מסוים כדי להפעיל או לכבות או לכבות למצב מופעל. סוג זה של רוויה נצפה ביישומים בתדרים נמוכים.
יתרונות
היתרונות של BJT כוח הם,
- עליית המתח גבוהה
- צפיפות הזרם גבוהה
- המתח קדימה נמוך
- הרווח של רוחב הפס גדול.
חסרונות
החסרונות של כוח BJT הם,
- היציבות התרמית נמוכה
- זה רועש יותר
- שליטה היא מעט מורכבת.
יישומים
היישומים של BJT כוח הם,
שאלות נפוצות
1). ההבדל בין טרנזיסטור לטרנזיסטור כוח?
טרנזיסטור הוא מכשיר אלקטרוני בעל שלושה או ארבעה טרמינלים, כאשר בהפעלת זרם כניסה לזוג מסופי הטרנזיסטור ניתן לראות שינוי בזרם במסוף אחר של אותו טרנזיסטור. טרנזיסטור פועל כמו מתג או מגבר.
ואילו טרנזיסטור כוח פועל כמו גוף קירור, המגן על המעגל מפני נזק. גודלו גדול יותר מטרנזיסטור רגיל.
2). איזה אזור של טרנזיסטור גורם לו לעבור מהר יותר מהדלקה לכיבוי או לכיבוי להדלקה?
טרנזיסטור הכוח כאשר הוא נמצא בכמעט רוויה, עובר מהר יותר מהדלקה לכיבוי או לכיבוי.
3). מה הפירוש של N בטרנזיסטור NPN או PNP?
N בטרנזיסטור מסוג NPN ו- PNP מייצג את סוג נושאי המטען המשמשים, כלומר בסוג N, נושאי המטען הם רובם אלקטרונים. מכאן שב- NPN שני מובילי טעינה מסוג N משולבים עם סוג P, וב- PNP מוביל מטען יחיד מסוג N משולב בין שני נושאי תשלום מסוג P.
4). מהי יחידת הטרנזיסטור?
היחידות הסטנדרטיות של טרנזיסטור למדידה חשמלית הן אמפר (A), וולט (V) ואום (Ω) בהתאמה.
5). האם טרנזיסטור עובד על זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם כוח
טרנזיסטור הוא נגד משתנה שיכול לעבוד גם על זרם חילופין וגם על ידי זרם זרם, אך אינו יכול להמיר מזרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם.
הטרנזיסטור מרכיב בסיסי של a מערכת דיגיטלית , הם משני סוגים המבוססים על המבנה שלהם ועל סמך הפונקציונליות שלהם. הטרנזיסטור המשמש לבקרת מתח וזרם גדולים הוא כוח BJT (טרנזיסטור דו קוטבי) הוא טרנזיסטור כוח. זה ידוע גם כמכשיר בקרת זרם מתח שפועל בארבעה אזורים מנותקים, פעילים, רוויה כמעט ורוויה קשה בהתבסס על האספקה הניתנת לטרנזיסטור. היתרון העיקרי של טרנזיסטור כוח הוא שהוא פועל כמכשיר לבקרת זרם.
