Radioelektroniskais elements, kas izgatavots no pusvadītāju materiāla, izmantojot ieejas signālu, rada, pastiprina, maina impulsus integrālajās shēmās un informācijas uzglabāšanas, apstrādes un pārraidīšanas sistēmās. Tranzistors ir pretestība, kuras funkcijas regulē spriegums starp emitētāju un bāzi vai avotu un vārtiem atkarībā no moduļa veida.
Saturs
Tranzistoru veidi
Pārveidotājus plaši izmanto digitālo un analogo mikroshēmu ražošanā, lai noregulētu patērētāju statisko strāvu un iegūtu uzlabotu linearitāti. Tranzistoru veidi atšķiras ar to, ka dažus kontrolē sprieguma maiņa, pēdējos regulē strāvas novirze.
Lauka moduļi darbojas ar paaugstinātu līdzstrāvas pretestību, augstfrekvences transformācija nepalielina enerģijas izmaksas.Ja mēs vienkārši sakām, kas ir tranzistors, tad tas ir modulis ar lielu pastiprinājuma rezervi. Šī īpašība ir lielāka lauka sugām nekā bipolāriem tipiem. Pirmajiem nav lādiņa nesēju rezorbcijas, kas paātrina darbību.
Lauka pusvadītājus izmanto biežāk, jo tiem ir priekšrocības salīdzinājumā ar bipolāriem veidiem:
- spēcīga pretestība ieejā pie līdzstrāvas un augstas frekvences, kas samazina vadības enerģijas zudumus;
- nelielu elektronu uzkrāšanās trūkums, kas paātrina tranzistora darbību;
- kustīgu daļiņu transportēšana;
- stabilitāte ar temperatūras novirzēm;
- neliels troksnis injekcijas trūkuma dēļ;
- zems enerģijas patēriņš darbības laikā.
Tranzistoru veidi un to īpašības nosaka mērķi. Bipolārā tipa pārveidotāja sildīšana palielina strāvu ceļā no kolektora uz emitētāju. Tiem ir negatīvs pretestības koeficients, un mobilo sakaru operatori plūst uz savākšanas ierīci no emitētāja. Plānā pamatne ir atdalīta ar p-n krustojumiem, un strāva rodas tikai tad, kad kustīgās daļiņas uzkrājas un tiek ievadītas pamatnē. Dažus lādiņu nesējus uztver blakus esošs p-n pāreja un paātrina, šādi tiek aprēķināti tranzistoru parametri.
FET ir vēl viena priekšrocība, kas ir jāpiemin attiecībā uz manekeniem. Tie ir savienoti paralēli, neizlīdzinot pretestību. Rezistori šim nolūkam netiek izmantoti, jo indikators automātiski palielinās, mainoties slodzei. Lai iegūtu lielu komutācijas strāvas vērtību, tiek komplektēts moduļu komplekss, ko izmanto invertoros vai citās ierīcēs.
Bipolāru tranzistoru nav iespējams savienot paralēli, funkcionālo parametru noteikšana noved pie tā, ka tiek konstatēts neatgriezenisks termiskais sadalījums. Šīs īpašības ir saistītas ar vienkāršu p-n kanālu tehniskajām īpašībām. Moduļi ir savienoti paralēli, izmantojot rezistorus, lai izlīdzinātu strāvu emitenta ķēdēs. Atkarībā no funkcionālajām iezīmēm un individuālās specifikas tranzistoru klasifikācijā izšķir bipolāros un lauka tipus.
Bipolāri tranzistori
Bipolārie modeļi tiek ražoti kā pusvadītāju ierīces ar trim vadītājiem. Katrā no elektrodiem ir nodrošināti slāņi ar cauruma p-vadītspēju vai piemaisījumu n-vadītspēju. Pilna slāņu komplekta izvēle nosaka p-n-p vai n-p-n veidu ierīču izlaišanu. Ierīces ieslēgšanās brīdī ar caurumiem un elektroniem vienlaicīgi tiek pārnesti dažāda veida lādiņi, iesaistītas 2 veidu daļiņas.
Nesēji pārvietojas difūzijas mehānisma dēļ. Vielas atomi un molekulas iekļūst blakus esošā materiāla starpmolekulārajā režģī, pēc tam to koncentrācija izlīdzinās visā tilpumā. Transportēšana notiek no vietām ar augstu sablīvēšanos uz vietām ar zemu saturu.
Elektroni izplatās arī spēka lauka iedarbībā ap daļiņām ar nevienmērīgu leģējošu piedevu iekļaušanu bāzes masā. Lai paātrinātu ierīces darbību, ar vidējo slāni savienotais elektrods ir plāns. Ārējos vadītājus sauc par emitētāju un kolektoru. Pārejas apgrieztā sprieguma raksturlielums nav svarīgs.
FET
Lauka efekta tranzistors kontrolē pretestību, izmantojot elektrisko šķērslauku, kas rodas no pielietotā sprieguma. Vietu, no kuras elektroni pārvietojas kanālā, sauc par avotu, un aizplūšana izskatās kā lādiņu ieejas beigu punkts. Vadības spriegums iet caur vadītāju, ko sauc par vārtiem. Ierīces ir sadalītas 2 veidos:
- ar vadības p-n-pāreju;
- MIS tranzistori ar izolētiem vārtiem.
Pirmā tipa ierīcēm ir pusvadītāju plāksne, kas ir savienota ar vadāmo ķēdi, izmantojot elektrodus pretējās pusēs (noteces un avota). Vieta ar cita veida vadītspēju rodas pēc tam, kad plāksne ir savienota ar vārtiem. Pastāvīgs nobīdes avots, kas ievietots ievades ķēdē, savienojumā rada bloķējošu spriegumu.
Pastiprinātā impulsa avots atrodas arī ieejas ķēdē. Pēc sprieguma maiņas ieejā tiek pārveidots atbilstošais indikators p-n krustojumā. Tiek modificēts slāņa biezums un kanāla savienojuma šķērsgriezuma laukums kristālā, kas pārraida lādēto elektronu plūsmu. Kanāla platums ir atkarīgs no atstarpes starp izsmelšanas reģionu (zem vārtiem) un substrātu. Vadības strāva sākuma un beigu punktā tiek kontrolēta, mainot izsīkuma apgabala platumu.
MIS tranzistoru raksturo fakts, ka tā vārti ir atdalīti ar izolāciju no kanāla slāņa. Pusvadītāju kristālā, ko sauc par substrātu, tiek izveidotas leģētas vietas ar pretēju zīmi. Uz tiem ir uzstādīti vadītāji - drenāža un avots, starp kuriem mazāk nekā mikronu attālumā atrodas dielektriķis. Uz izolatora ir metāla elektrods - aizbīdnis.Sakarā ar iegūto struktūru, kas satur metālu, dielektrisko slāni un pusvadītāju, tranzistoriem tiek piešķirts saīsinājums MIS.
Ierīce un darbības princips iesācējiem
Tehnoloģijas darbojas ne tikai ar elektrības lādiņu, bet arī ar magnētisko lauku, gaismas kvantiem un fotoniem. Tranzistora darbības princips ir stāvokļos, starp kuriem ierīce pārslēdzas. Pretstatā mazam un lielam signālam, atvērts un slēgts stāvoklis - tas ir ierīču dubultais darbs.
Kopā ar sastāvā esošo pusvadītāju materiālu, kas izmantots monokristāla veidā, dažviet leģēts, tranzistoram ir:
- secinājumi no metāla;
- dielektriskie izolatori;
- tranzistoru korpuss no stikla, metāla, plastmasas, metālkeramikas.
Pirms bipolāru vai polāru ierīču izgudrošanas elektroniskās vakuuma lampas tika izmantotas kā aktīvie elementi. Viņiem izstrādātās shēmas pēc modifikācijas tiek izmantotas pusvadītāju ierīču ražošanā. Tos var pieslēgt kā tranzistoru un izmantot, jo daudzi no lampu funkcionālajiem raksturlielumiem ir piemēroti lauka sugu darbības aprakstīšanai.
Spuldžu aizstāšanas ar tranzistoriem priekšrocības un trūkumi
Tranzistoru izgudrojums ir stimuls inovatīvu tehnoloģiju ieviešanai elektronikā. Tīklā izmantoti mūsdienīgi pusvadītāju elementi, salīdzinot ar vecajām lampu shēmām, šādām izstrādēm ir priekšrocības:
- mazi izmēri un mazs svars, kas ir svarīgi miniatūrai elektronikai;
- iespēja pielietot automatizētus procesus iekārtu ražošanā un grupēt posmus, kas samazina pašizmaksu;
- maza izmēra strāvas avotu izmantošana zemsprieguma nepieciešamības dēļ;
- momentāna ieslēgšanās, katoda sildīšana nav nepieciešama;
- palielināta energoefektivitāte, pateicoties samazinātai jaudas izkliedei;
- izturība un uzticamība;
- labi koordinēta mijiedarbība ar papildu elementiem tīklā;
- izturība pret vibrācijām un triecieniem.
Trūkumi parādās šādos noteikumos:
- silīcija tranzistori nedarbojas ar spriegumu, kas lielāks par 1 kW, lampas darbojas ar jaudu virs 1-2 kW;
- izmantojot tranzistorus lieljaudas apraides tīklos vai mikroviļņu raidītājos, nepieciešama paralēli pieslēgtu mazjaudas pastiprinātāju saskaņošana;
- pusvadītāju elementu neaizsargātība pret elektromagnētiskā signāla ietekmi;
- jutīga reakcija uz kosmiskajiem stariem un starojumu, kas šajā sakarā prasa izturīgu starojuma mikroshēmu izveidi.
Pārslēgšanas shēmas
Lai strādātu vienā ķēdē, tranzistoram ir nepieciešamas 2 izejas pie ieejas un izejas. Gandrīz visu veidu pusvadītāju ierīcēm ir tikai 3 savienojuma punkti. Lai izkļūtu no sarežģītas situācijas, viens no galiem tiek piešķirts kā kopīgs. Tas noved pie 3 izplatītām savienojuma shēmām:
- bipolārajam tranzistoram;
- polāra ierīce;
- ar atvērtu kanalizāciju (kolektoru).
Bipolārais modulis ir savienots ar kopēju emitētāju gan sprieguma, gan strāvas (MA) pastiprināšanai. Citos gadījumos tas atbilst digitālās mikroshēmas tapām, ja starp ārējo ķēdi un iekšējo elektroinstalācijas plānu ir liels spriegums.Šādi darbojas kopējais kolektora savienojums, un tiek novērots tikai strāvas pieaugums (OK). Ja jums ir nepieciešams palielināt spriegumu, tad elements tiek ieviests ar kopēju bāzi (OB). Opcija labi darbojas saliktās kaskādes shēmās, bet reti tiek iestatīta viena tranzistora projektos.
Ķēdē ir iekļautas MIS šķirņu lauka pusvadītāju ierīces un izmantojot p-n savienojumu:
- ar kopējo emitētāju (CI) - savienojums, kas līdzīgs bipolāra tipa moduļa OE
- ar vienu izvadi (OS) - OK tipa plāns;
- ar savienojuma aizvaru (OZ) - līdzīgs OB apraksts.
Atvērtās kanalizācijas plānos tranzistors tiek ieslēgts ar kopēju emitētāju kā daļu no mikroshēmas. Kolektora izeja nav savienota ar citām moduļa daļām, un slodze tiek novirzīta uz ārējo savienotāju. Sprieguma intensitātes un kolektora strāvas stipruma izvēle tiek veikta pēc projekta uzstādīšanas. Atvērtās drenāžas ierīces darbojas ķēdēs ar jaudīgām izejas pakāpēm, kopņu draiveriem, TTL loģiskajām shēmām.
Kam domāti tranzistori?
Darbības joma ir ierobežota atkarībā no ierīces veida - bipolāra moduļa vai lauka. Kāpēc ir nepieciešami tranzistori? Ja ir nepieciešama vāja strāva, piemēram, digitālajos plānos, tiek izmantoti lauka skati. Analogās shēmas nodrošina augstu pastiprinājuma linearitāti dažādos barošanas spriegumos un izvados.
Bipolāro tranzistoru uzstādīšanas vietas ir pastiprinātāji, to kombinācijas, detektori, modulatori, tranzistoru loģistikas shēmas un loģiskā tipa invertori.
Tranzistoru pielietošanas vietas ir atkarīgas no to īpašībām. Tie darbojas 2 režīmos:
- pastiprinošā veidā, mainot izejas impulsu ar nelielām vadības signāla novirzēm;
- atslēgas regulējumā, kontrolējot slodžu barošanu ar vāju ieejas strāvu, tranzistors ir pilnībā aizvērts vai atvērts.
Pusvadītāju moduļa veids nemaina tā darbības nosacījumus. Avots ir savienots ar slodzi, piemēram, slēdzis, pastiprinātājs, apgaismes ierīce, tas var būt elektronisks sensors vai jaudīgs blakus tranzistors. Ar strāvas palīdzību sākas slodzes ierīces darbība, un tranzistors tiek savienots ar ķēdi starp instalāciju un avotu. Pusvadītāju modulis ierobežo iekārtai piegādātās enerģijas stiprumu.
Pretestība pie tranzistora izejas tiek pārveidota atkarībā no vadības vadītāja sprieguma. Strāvas stiprums un spriegums ķēdes sākuma un beigu punktā mainās un palielinās vai samazinās un ir atkarīgs no tranzistora veida un tā savienojuma veida. Kontrolēta barošanas avota vadība izraisa strāvas palielināšanos, jaudas impulsu vai sprieguma palielināšanos.
Abu veidu tranzistori tiek izmantoti šādos gadījumos:
- Digitālajā regulējumā. Ir izstrādāti digitālo pastiprināšanas ķēžu eksperimentālie modeļi, kuru pamatā ir ciparu-analogie pārveidotāji (DAC).
- impulsu ģeneratoros. Atkarībā no montāžas veida tranzistors darbojas atslēgas vai lineārā secībā, lai reproducētu attiecīgi kvadrātveida vai patvaļīgus signālus.
- Elektroniskās aparatūras ierīcēs. Lai aizsargātu informāciju un programmas no zādzībām, nelikumīgas uzlaušanas un izmantošanas. Darbība notiek taustiņu režīmā, strāvas stiprums tiek kontrolēts analogā formā un tiek regulēts, izmantojot impulsa platumu.Tranzistori tiek ievietoti elektromotoru piedziņās, komutācijas sprieguma stabilizatoros.
Monokristāliski pusvadītāji un atvērtie un aizveramie moduļi palielina jaudu, bet darbojas tikai kā slēdži. Digitālajās ierīcēs lauka tipa tranzistori tiek izmantoti kā ekonomiski moduļi. Ražošanas tehnoloģijas integrēto eksperimentu koncepcijā paredz tranzistoru ražošanu uz vienas silīcija mikroshēmas.
Kristālu miniaturizācija nodrošina ātrākus datorus, mazāk enerģijas un mazāk siltuma.
Līdzīgi raksti:
