Radioelektroninis elementas, pagamintas iš puslaidininkinės medžiagos, naudodamas įvesties signalą, sukuria, stiprina, keičia impulsus integriniuose grandynuose ir informacijos saugojimo, apdorojimo ir perdavimo sistemose. Tranzistorius yra varža, kurios funkcijas reguliuoja įtampa tarp emiterio ir bazės arba šaltinio ir vartų, priklausomai nuo modulio tipo.
Turinys
Tranzistorių tipai
Keitikliai plačiai naudojami skaitmeninių ir analoginių mikroschemų gamyboje, skirtoje statinei vartotojų srovei nustatyti nuliui ir pagerinti tiesiškumą. Tranzistorių tipai skiriasi tuo, kad kai kurie valdomi įtampos pokyčiu, pastarieji – srovės nuokrypiu.
Lauko moduliai veikia su padidinta nuolatinės srovės varža, aukšto dažnio transformacija nedidina energijos sąnaudų.Jei paprastai pasakysime, kas yra tranzistorius, tai yra modulis su didele stiprinimo riba. Ši savybė yra didesnė lauko rūšims nei dvipoliams. Pirmieji neturi krūvininkų rezorbcijos, o tai pagreitina veikimą.
Lauko puslaidininkiai naudojami dažniau dėl jų pranašumų prieš dvipolius tipus:
- galinga varža prie įėjimo esant nuolatinei srovei ir aukštam dažniui, tai sumažina valdymo energijos nuostolius;
- mažų elektronų kaupimosi trūkumas, kuris pagreitina tranzistoriaus veikimą;
- judančių dalelių transportavimas;
- stabilumas esant temperatūros nukrypimams;
- mažas triukšmas dėl injekcijos trūkumo;
- mažas energijos suvartojimas veikimo metu.
Tranzistorių tipai ir jų savybės lemia paskirtį. Šildant dvipolio tipo keitiklį, padidėja srovė kelyje nuo kolektoriaus iki emiterio. Jie turi neigiamą pasipriešinimo koeficientą, o mobiliojo ryšio operatoriai iš emiterio patenka į surinkimo įrenginį. Plonas pagrindas yra atskirtas p-n sandūromis, o srovė atsiranda tik tada, kai judančios dalelės kaupiasi ir įleidžiamos į pagrindą. Kai kuriuos krūvininkus pagauna gretima p-n sandūra ir pagreitina, taip apskaičiuojami tranzistorių parametrai.
FET turi dar vieną pranašumą, kurį reikia paminėti kalbant apie manekenus. Jie jungiami lygiagrečiai, neišlyginant varžos. Rezistoriai šiam tikslui nenaudojami, nes indikatorius automatiškai didėja pasikeitus apkrovai. Norint gauti didelę perjungimo srovės vertę, įdarbinamas modulių kompleksas, kuris naudojamas inverteriuose ar kituose įrenginiuose.
Neįmanoma lygiagrečiai prijungti dvipolio tranzistoriaus, funkcinių parametrų nustatymas lemia tai, kad aptinkamas negrįžtamo pobūdžio terminis gedimas. Šios savybės yra susijusios su paprastų p-n kanalų techninėmis savybėmis. Moduliai jungiami lygiagrečiai naudojant rezistorius, kad išlygintų srovę emiterio grandinėse. Priklausomai nuo funkcinių savybių ir individualios specifikos, tranzistorių klasifikacijoje išskiriami bipoliniai ir lauko tipai.
Bipoliniai tranzistoriai
Bipolinės konstrukcijos gaminamos kaip puslaidininkiniai įtaisai su trimis laidininkais. Kiekviename elektrode yra sluoksniai su skylės p laidumu arba priemaišų n laidumu. Viso sluoksnių rinkinio pasirinkimas lemia p-n-p arba n-p-n tipų įrenginių išleidimą. Šiuo metu prietaisas įjungtas, skylėmis ir elektronais vienu metu perduodami skirtingų tipų krūviai, dalyvauja 2 tipų dalelės.
Nešikliai juda dėl difuzijos mechanizmo. Medžiagos atomai ir molekulės prasiskverbia į gretimos medžiagos tarpmolekulinę gardelę, o po to jų koncentracija išsilygina visame tūryje. Transportavimas vyksta iš labai sutankintų vietovių į mažo turinio vietas.
Elektronai taip pat sklinda veikiami jėgos lauko aplink daleles, kai į bazinę masę netolygiai įtraukiami legiravimo priedai. Kad prietaisas veiktų greičiau, prie vidurinio sluoksnio prijungtas elektrodas yra plonas. Išoriniai laidininkai vadinami emiteriu ir kolektorius. Perėjimo atvirkštinės įtampos charakteristika nėra svarbi.
FET
Lauko tranzistorius valdo varžą naudodamas elektrinį skersinį lauką, atsirandantį dėl įtampos. Vieta, iš kurios elektronai juda į kanalą, vadinama šaltiniu, o nutekėjimas atrodo kaip galutinis krūvių patekimo taškas. Valdymo įtampa praeina per laidą, vadinamą vartais. Įrenginiai skirstomi į 2 tipus:
- su valdymo p-n sandūra;
- MIS tranzistoriai su izoliuotais užtaisais.
Pirmojo tipo įrenginiuose yra puslaidininkinė plokštelė, kuri yra prijungta prie valdomos grandinės naudojant elektrodus iš priešingų pusių (nuleidimo ir šaltinio). Sujungus plokštę su vartais atsiranda vieta su kitokio tipo laidumu. Nuolatinis poslinkio šaltinis, įdėtas į įvesties grandinę, sukuria blokuojančią įtampą sandūroje.
Sustiprinto impulso šaltinis taip pat yra įvesties grandinėje. Pakeitus įtampą įėjime, transformuojamas atitinkamas indikatorius p-n sandūroje. Keičiamas sluoksnio storis ir kanalo sandūros skerspjūvio plotas kristale, kuris perduoda įkrautų elektronų srautą. Kanalo plotis priklauso nuo erdvės tarp išeikvojimo srities (po vartais) ir pagrindo. Valdymo srovė pradžios ir pabaigos taškuose valdoma keičiant išeikvojimo srities plotį.
MIS tranzistorius pasižymi tuo, kad jo vartai izoliacija atskirti nuo kanalo sluoksnio. Puslaidininkiniame kristale, vadinamame substratu, sukuriamos legiruotos vietos su priešingu ženklu. Ant jų sumontuoti laidininkai - kanalizacija ir šaltinis, tarp kurių mažesniu nei mikrono atstumu yra dielektrikas. Ant izoliatoriaus yra metalinis elektrodas - sklendė.Dėl susidariusios struktūros, kurioje yra metalas, dielektrinis sluoksnis ir puslaidininkis, tranzistoriams suteikiama santrumpa MIS.
Įrenginys ir veikimo principas pradedantiesiems
Technologijos veikia ne tik elektros krūviu, bet ir magnetiniu lauku, šviesos kvantais bei fotonais. Tranzistoriaus veikimo principas slypi būsenose, tarp kurių įrenginys persijungia. Priešingas mažas ir didelis signalas, atvira ir uždara būsena – tai dvigubas įrenginių darbas.
Kartu su kompozicijoje esančia puslaidininkine medžiaga, naudojama monokristalo pavidalu, kai kuriose vietose legiruota, tranzistorius savo konstrukcijoje turi:
- išvados iš metalo;
- dielektriniai izoliatoriai;
- tranzistorių korpusas iš stiklo, metalo, plastiko, keramikos.
Prieš išrandant dvipolius arba polinius prietaisus, elektroniniai vakuuminiai vamzdžiai buvo naudojami kaip aktyvūs elementai. Jiems sukurtos grandinės po modifikavimo naudojamos puslaidininkinių įtaisų gamyboje. Jie gali būti prijungti kaip tranzistorius ir naudojami, nes daugelis lempų funkcinių savybių yra tinkamos lauko rūšių veikimui apibūdinti.
Lempos pakeitimo tranzistoriais pranašumai ir trūkumai
Tranzistorių išradimas yra skatinantis veiksnys diegti naujoviškas technologijas elektronikoje. Tinkle naudojami modernūs puslaidininkiniai elementai, palyginti su senomis lempų grandinėmis, tokie pokyčiai turi pranašumų:
- maži matmenys ir mažas svoris, o tai svarbu miniatiūrinei elektronikai;
- galimybė prietaisų gamyboje taikyti automatizuotus procesus ir sugrupuoti etapus, o tai sumažina savikainą;
- mažo dydžio srovės šaltinių naudojimas dėl žemos įtampos poreikio;
- momentinis įjungimas, katodo šildymas nereikalingas;
- padidėjęs energijos vartojimo efektyvumas dėl sumažėjusio galios išsklaidymo;
- stiprumas ir patikimumas;
- gerai koordinuota sąveika su papildomais tinklo elementais;
- atsparumas vibracijai ir smūgiams.
Trūkumai išryškėja šiose nuostatose:
- silicio tranzistoriai neveikia esant didesnei nei 1 kW įtampai, lempos veikia esant didesnei nei 1-2 kW galiai;
- naudojant tranzistorius didelės galios transliavimo tinkluose ar mikrobangų siųstuvuose, reikia suderinti lygiagrečiai prijungtus mažos galios stiprintuvus;
- puslaidininkinių elementų pažeidžiamumas elektromagnetinio signalo poveikiui;
- jautri reakcija į kosminius spindulius ir spinduliuotę, todėl šiuo atžvilgiu reikia sukurti atsparias spinduliuotės mikroschemas.
Perjungimo schemos
Norint dirbti vienoje grandinėje, tranzistoriui reikia 2 išėjimų įėjime ir išėjime. Beveik visų tipų puslaidininkiniai įtaisai turi tik 3 sujungimo taškus. Norint išeiti iš sunkios padėties, vienas iš galų priskiriamas kaip bendras. Tai veda prie 3 bendrų prijungimo schemų:
- bipoliniam tranzistoriui;
- poliarinis prietaisas;
- su atvira kanalizacija (kolektoriumi).
Dvipolis modulis yra sujungtas su bendru emitteriu tiek įtampos, tiek srovės (MA) stiprinimui. Kitais atvejais jis atitinka skaitmeninės lusto kaiščius, kai yra didelė įtampa tarp išorinės grandinės ir vidinio laidų plano.Taip veikia bendras kolektoriaus pajungimas ir stebimas tik srovės padidėjimas (OK). Jei reikia padidinti įtampą, elementas įvedamas su bendra baze (OB). Ši parinktis gerai veikia sudėtinėse kaskadinėse grandinėse, tačiau retai nustatoma vieno tranzistoriaus projektuose.
Į grandinę įtraukti MIS veislių lauko puslaidininkiniai įtaisai, naudojantys p-n jungtį:
- su bendru emitteriu (CI) - jungtis, panaši į bipolinio tipo modulio OE
- su vienu išėjimu (OS) - OK tipo planas;
- su jungtine sklende (OZ) - panašus OB aprašymas.
Atviro nutekėjimo planuose tranzistorius įjungiamas su bendru emiteriu kaip mikroschemos dalis. Kolektoriaus išėjimas nėra prijungtas prie kitų modulio dalių, o apkrova patenka į išorinę jungtį. Įtampos intensyvumo ir kolektoriaus srovės stiprumo pasirinkimas atliekamas po projekto įrengimo. Atviro nutekėjimo įrenginiai veikia grandinėse su galingomis išėjimo pakopos, magistralės tvarkyklėmis, TTL logikos grandinėmis.
Kam skirti tranzistoriai?
Taikymo sritis ribojama priklausomai nuo įrenginio tipo – dvipolio modulio ar lauko. Kodėl reikalingi tranzistoriai? Jei reikia mažos srovės, pavyzdžiui, skaitmeniniuose planuose, naudojami lauko vaizdai. Analoginės grandinės pasiekia didelį stiprinimo tiesiškumą įvairiose maitinimo įtampos ir išėjimų diapazone.
Dvipolių tranzistorių montavimo sritys yra stiprintuvai, jų kombinacijos, detektoriai, moduliatoriai, tranzistorių logistikos grandinės, loginio tipo inverteriai.
Tranzistorių panaudojimo vietos priklauso nuo jų charakteristikų. Jie veikia 2 režimais:
- stiprinant, keičiant išėjimo impulsą su nedideliais valdymo signalo nuokrypiais;
- rakto reguliavime, valdant apkrovų su silpna įvesties srove maitinimą, tranzistorius yra visiškai uždarytas arba atidarytas.
Puslaidininkinio modulio tipas nekeičia jo veikimo sąlygų. Šaltinis yra prijungtas prie apkrovos, pavyzdžiui, jungiklis, stiprintuvas, apšvietimo įtaisas, tai gali būti elektroninis jutiklis arba galingas gretimas tranzistorius. Srovės pagalba pradeda veikti apkrovos įtaisas, o tranzistorius prijungiamas prie grandinės tarp įrenginio ir šaltinio. Puslaidininkinis modulis riboja į įrenginį tiekiamos energijos stiprumą.
Atsparumas tranzistoriaus išėjime transformuojamas priklausomai nuo valdymo laidininko įtampos. Srovės stiprumas ir įtampa grandinės pradžios ir pabaigos taškuose kinta ir didėja arba mažėja ir priklauso nuo tranzistoriaus tipo ir jo prijungimo būdo. Reguliuojamo maitinimo šaltinio valdymas padidina srovę, galios impulsą arba padidina įtampą.
Abiejų tipų tranzistoriai naudojami šiais atvejais:
- Skaitmeniniame reguliavime. Buvo sukurti eksperimentiniai skaitmeninių stiprinimo grandinių projektai, pagrįsti skaitmeniniais analoginiais keitikliais (DAC).
- impulsų generatoriuose. Priklausomai nuo surinkimo tipo, tranzistorius veikia rakto arba linijine tvarka, kad atkurtų atitinkamai kvadratinius arba savavališkus signalus.
- Elektroniniuose aparatūros įrenginiuose. Apsaugoti informaciją ir programas nuo vagysčių, neteisėto įsilaužimo ir naudojimo. Veikimas vyksta klavišo režimu, srovės stiprumas valdomas analogine forma ir reguliuojamas naudojant impulso plotį.Tranzistoriai dedami į elektros variklių pavaras, perjungimo įtampos stabilizatorius.
Monokristaliniai puslaidininkiai ir atvirieji bei uždarieji moduliai padidina galią, bet veikia tik kaip jungikliai. Skaitmeniniuose įrenginiuose lauko tipo tranzistoriai naudojami kaip ekonomiški moduliai. Gamybos technologijos integruotų eksperimentų koncepcijoje numato tranzistorių gamybą viename silicio luste.
Dėl kristalų miniatiūravimo greičiau kompiuteriai, mažiau energijos ir šilumos.
Panašūs straipsniai:
