Transistorin laite ja toimintaperiaate
Bipolaaritransistorin käytännön merkitystä nykyaikaiselle elektroniikalle ja sähkötekniikalle ei voi yliarvioida. Bipolaarisia transistoreja käytetään nykyään kaikkialla: signaalien tuottamiseen ja vahvistamiseen, sähkömuuntimissa, vastaanottimissa ja lähettimissä ja monissa muissa paikoissa, niitä voidaan listata hyvin pitkään.
Siksi tämän artikkelin puitteissa emme kosketa kaikkia bipolaaritransistoreiden mahdollisia käyttöalueita, vaan tarkastelemme vain tämän upean puolijohdelaitteen laitetta ja yleistä toimintaperiaatetta, joka 1950-luvulta lähtien käänsi koko elektroniikkateollisuuden ja 1970-luvulta lähtien edistänyt merkittävästi teknisen kehityksen nopeutta.
Bipolaarinen transistori on kolmielektrodinen puolijohdelaite, jonka pohjana on kolme muuttuvan johtavuuden omaavaa kantaa. Siten transistorit ovat tyyppiä NPN ja PNP. Puolijohdemateriaalit, joista transistorit valmistetaan, ovat pääasiassa: pii, germanium, galliumarsenidi ja muut.
Pii, germanium ja muut aineet ovat alun perin dielektrisiä aineita, mutta jos niihin lisätään epäpuhtauksia, niistä tulee puolijohteita. Piin lisäykset, kuten fosfori (elektronin luovuttaja), tekevät piistä N-tyypin puolijohteen, ja jos piihin lisätään booria (elektronin vastaanottaja), piistä tulee P-tyyppinen puolijohde.
Seurauksena on, että N-tyypin puolijohteilla on elektronijohtavuus ja P-tyypin puolijohteilla on aukkojohtavuus. Kuten ymmärrät, johtavuus määräytyy aktiivisten varauksenkuljettajien tyypin mukaan.
Joten P-tyypin ja N-tyypin puolijohteiden kolmikerroksinen piirakka on pohjimmiltaan bipolaarinen transistori. Jokaiseen kerrokseen on kiinnitetty liittimet nimeltään Emitter, Collector ja Base.
Pohja on johtavuuden säätöelektrodi. Emitteri on piirin virrankantajien lähde. Kerääjä on paikka, johon virrankannattimet ryntäävät laitteeseen kohdistetun EMF:n vaikutuksesta.
NPN- ja PNP-bipolaaristen transistorien symbolit ovat erilaiset kaavioissa. Nämä merkinnät heijastavat vain laitetta ja transistorin toimintaperiaatetta sähköpiirissä. Nuoli piirretään aina emitterin ja alustan väliin. Nuolen suunta on ohjausvirran suunta, joka syötetään perusemitteripiiriin.
Joten NPN-transistorissa nuoli osoittaa kannasta emitteriin, mikä tarkoittaa, että aktiivisessa tilassa emitterin elektronit ryntäävät kollektoriin, kun taas ohjausvirta on suunnattava alustasta emitteriin.
PNP-transistorissa asia on juuri päinvastoin: nuoli on suunnattu emitteristä kantaan, mikä tarkoittaa, että aktiivisessa tilassa emitterin reiät syöksyvät kollektoriin, kun taas ohjausvirta on suunnattava emitteristä pohja.
Katsotaanpa miksi näin tapahtuu. Kun jatkuva positiivinen jännite syötetään NPN-transistorin kantaan (noin 0,7 volttia) suhteessa sen emitteriin, tämän NPN-transistorin kanta-emitteri pn-liitos (katso kuva) on biasoitu eteenpäin ja potentiaalieste kollektoriliitos -kanta ja kantaemitteri pienenee, nyt elektronit voivat liikkua sen läpi EMF:n vaikutuksesta kollektori-emitteripiirissä.
Riittävällä kantavirralla tässä piirissä syntyy kollektori-emitterivirta, joka kerääntyy kanta-emitterivirran mukana. NPN-transistori kytkeytyy päälle.
Kollektorivirran ja ohjausvirran (kanta) välistä suhdetta kutsutaan transistorin virranvahvistukseksi. Tämä parametri on annettu transistorin dokumentaatiossa, ja se voi vaihdella yksiköistä useisiin satoihin.
Kun jatkuva negatiivinen jännite syötetään PNP-transistorin kantaan (-0,7 voltin alueella) suhteessa sen emitteriin, tämän PNP-transistorin np-kanta-emitteri-liitos on myötäsuuntainen ja potentiaalieste kollektorin välillä kanta- ja kantaliitos -emitteri pienenee, nyt sen läpi voivat liikkua reiät EMF:n vaikutuksesta kollektori-emitteripiirissä.
Huomioi kollektoripiirin syötön napaisuus. Riittävällä kantavirralla tässä piirissä syntyy kollektori-emitterivirta, joka kerääntyy kanta-emitterivirran mukana. PNP-transistori kytkeytyy päälle.
Bipolaarisia transistoreita käytetään yleisesti eri laitteissa vahvistimessa, esteessä tai kytkimessä.
Boost-tilassa kantavirta ei koskaan laske pitovirran alapuolelle, mikä pitää transistorin avoimessa johtavassa tilassa koko ajan. Tässä tilassa alhaiset kantavirran värähtelyt käynnistävät vastaavat värähtelyt paljon suuremmalla kollektorivirralla.
Avaintilassa transistori vaihtaa suljetusta tilasta avoimeen tilaan, toimien nopeana elektronisena kytkimenä. Estetilassa perusvirtaa muuttamalla ohjataan kollektoripiiriin sisältyvää kuormitusvirtaa.
Katso myös:Transistori elektroninen kytkin - Toimintaperiaate ja kaavio