Urządzenie i zasada działania tranzystora

Praktyczne znaczenie tranzystora bipolarnego dla współczesnej elektroniki i elektrotechniki jest nie do przecenienia. Tranzystory bipolarne są dziś używane wszędzie: do generowania i wzmacniania sygnałów, w przetwornicach elektrycznych, w odbiornikach i nadajnikach oraz w wielu innych miejscach, można je wymieniać bardzo długo.

Dlatego w ramach tego artykułu nie będziemy dotykać wszystkich możliwych obszarów zastosowania tranzystorów bipolarnych, a jedynie rozważymy urządzenie i ogólną zasadę działania tego wspaniałego urządzenia półprzewodnikowego, które od lat 50. od lat 70. przyczyniły się znacząco do przyspieszenia postępu technicznego.

Tranzystor bipolarny to trójelektrodowe urządzenie półprzewodnikowe, które zawiera trzy bazy o zmiennej przewodności jako podstawę. Tranzystory są więc typu NPN i PNP. Materiały półprzewodnikowe, z których wykonane są tranzystory to głównie: krzem, german, arsenek galu i inne.

Krzem, german i inne substancje są początkowo dielektrykami, ale jeśli dodasz do nich zanieczyszczenia, stają się półprzewodnikami. Dodatki do krzemu, takie jak fosfor (donor elektronów), sprawią, że krzem stanie się półprzewodnikiem typu N, a jeśli do krzemu zostanie dodany bor (akceptor elektronów), wówczas krzem stanie się półprzewodnikiem typu P.

W rezultacie półprzewodniki typu N przewodzą elektrony, a półprzewodniki typu P przewodnictwo dziurowe. Jak rozumiesz, przewodnictwo zależy od rodzaju aktywnych nośników ładunku.

Tak więc trójwarstwowy placek półprzewodników typu P i typu N jest zasadniczo tranzystorem bipolarnym. Do każdej warstwy dołączone są zaciski zwane: Emiterem, Kolektorem i Bazą.

Podstawą jest elektroda kontrolująca przewodność. Emiter jest źródłem nośników prądu w obwodzie. Kolektor to miejsce, w kierunku którego pędzą nośniki prądu pod wpływem pola elektromagnetycznego przyłożonego do urządzenia.

Symbole tranzystorów bipolarnych NPN i PNP są różne na schematach. Oznaczenia te odzwierciedlają jedynie urządzenie i zasadę działania tranzystora w obwodzie elektrycznym. Strzałka jest zawsze rysowana między emiterem a podstawą. Kierunek strzałki to kierunek prądu sterującego, który jest doprowadzany do obwodu emitera bazy.

Tak więc w tranzystorze NPN strzałka wskazuje od podstawy do emitera, co oznacza, że ​​​​w trybie aktywnym elektrony z emitera pędzą do kolektora, podczas gdy prąd sterujący musi być skierowany od podstawy do emitera.

W tranzystorze PNP jest odwrotnie: strzałka jest skierowana od emitera do bazy, co oznacza, że ​​w trybie aktywnym otwory z emitera pędzą do kolektora, podczas gdy prąd sterujący musi być skierowany od emitera do baza.

Zobaczmy, dlaczego tak się dzieje. Kiedy stałe dodatnie napięcie zostanie przyłożone do podstawy tranzystora NPN (w zakresie 0,7 wolta) względem jego emitera, złącze pn baza-emiter tego tranzystora NPN (patrz rysunek) jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a bariera potencjału między złącze kolektora -podstawa i podstawowy emiter maleje, teraz elektrony mogą przez nie przechodzić pod działaniem pola elektromagnetycznego w obwodzie kolektor-emiter.

Przy wystarczającym prądzie bazy w tym obwodzie pojawi się prąd kolektor-emiter i zbierze się z prądem baza-emiter. Tranzystor NPN włączy się.

Zależność między prądem kolektora a prądem sterującym (baza) nazywana jest wzmocnieniem prądowym tranzystora. Ten parametr jest podany w dokumentacji tranzystora i może wahać się od jednostek do kilkuset.

Kiedy stałe ujemne napięcie zostanie przyłożone do podstawy tranzystora PNP (w zakresie -0,7 wolta) względem jego emitera, złącze np baza-emiter tego tranzystora PNP jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a bariera potencjału między kolektorem a podstawa i złącze baza -emiter maleje, teraz dziury mogą się przez nie poruszać pod działaniem pola elektromagnetycznego w obwodzie kolektor-emiter.

Należy zwrócić uwagę na polaryzację zasilania obwodu kolektora. Przy wystarczającym prądzie bazy w tym obwodzie pojawi się prąd kolektor-emiter i zbierze się z prądem baza-emiter. Tranzystor PNP włączy się.

Tranzystory bipolarne są powszechnie stosowane w różnych urządzeniach we wzmacniaczach, barierach lub przełącznikach.

W trybie doładowania prąd bazy nigdy nie spada poniżej prądu podtrzymującego, który utrzymuje tranzystor w stanie otwartym przez cały czas. W tym trybie oscylacje niskiego prądu bazowego inicjują odpowiednie oscylacje przy znacznie wyższym prądzie kolektora.

W trybie kluczowym tranzystor przełącza się ze stanu zamkniętego do stanu otwartego, działając jak szybki przełącznik elektroniczny. W trybie barierowym poprzez zmianę prądu bazy sterowany jest prąd obciążenia zawarty w obwodzie kolektora.

Zobacz też:Tranzystorowy przełącznik elektroniczny - zasada działania i schemat