Puolijohdemateriaalista valmistettu radioelektroninen elementti luo tulosignaalia käyttäen, vahvistaa, muuttaa pulsseja integroiduissa piireissä ja järjestelmissä tiedon tallentamiseen, käsittelyyn ja siirtoon. Transistori on vastus, jonka toimintoja säätelee emitterin ja kannan tai lähteen ja hilan välinen jännite moduulin tyypistä riippuen.
Sisältö
Transistorien tyypit
Muuntimia käytetään laajalti digitaalisten ja analogisten mikropiirien tuotannossa staattisen kuluttajavirran nollaamiseksi ja parannetun lineaarisuuden saavuttamiseksi. Transistorityypit eroavat toisistaan siinä, että joitain ohjataan jännitteen muutoksella, jälkimmäisiä säätelee virran poikkeama.
Kenttämoduulit toimivat lisääntyneellä tasavirtaresistanssilla, suurtaajuusmuunnos ei lisää energiakustannuksia.Jos sanomme, mikä transistori on yksinkertaisesti, tämä on moduuli, jolla on korkea vahvistusmarginaali. Tämä ominaisuus on suurempi kenttälajeissa kuin bipolaarisissa tyypeissä. Ensimmäisessä ei ole varauksenkuljettajien resorptiota, mikä nopeuttaa toimintaa.
Kenttäpuolijohteita käytetään useammin, koska niillä on etuja kaksinapaisiin tyyppeihin verrattuna:
- voimakas vastus tulossa tasavirralla ja korkealla taajuudella, mikä vähentää ohjauksen energiahävikkiä;
- vähäisten elektronien kertymisen puute, mikä nopeuttaa transistorin toimintaa;
- liikkuvien hiukkasten kuljetus;
- stabiilisuus lämpötilapoikkeamien kanssa;
- pieni melu injektion puutteesta johtuen;
- alhainen virrankulutus käytön aikana.
Transistorien tyypit ja niiden ominaisuudet määräävät tarkoituksen. Bipolaarisen muuntimen lämmitys lisää virtaa kollektorista emitteriin kulkevalla reitillä. Niillä on negatiivinen resistanssikerroin, ja matkaviestinoperaattorit virtaavat keräilylaitteeseen emitteristä. Ohut pohja erotetaan p-n-liitoksista, ja virta syntyy vain, kun liikkuvia hiukkasia kerääntyy ja ruiskutetaan alustaan. Jotkut varauksenkantajat vangitaan viereisellä p-n-liitoksella ja kiihdytetään, näin transistorien parametrit lasketaan.
FETillä on toisenlainen etu, joka on mainittava nukkejen kohdalla. Ne on kytketty rinnan tasaamatta vastusta. Vastuksia ei käytetä tähän tarkoitukseen, koska ilmaisin kasvaa automaattisesti kuorman muuttuessa. Korkean kytkentävirran arvon saamiseksi rekrytoidaan moduulikokonaisuus, jota käytetään inverttereissä tai muissa laitteissa.
Bipolaarista transistoria on mahdotonta kytkeä rinnakkain, toiminnallisten parametrien määrittäminen johtaa siihen, että havaitaan peruuttamaton lämpöhäiriö. Nämä ominaisuudet liittyvät yksinkertaisten p-n-kanavien teknisiin ominaisuuksiin. Moduulit on kytketty rinnan vastuksilla virran tasaamiseksi emitteripiireissä. Toiminnallisista ominaisuuksista ja yksittäisistä erityispiirteistä riippuen transistorien luokituksessa erotetaan kaksinapaiset ja kenttätyypit.
Bipolaariset transistorit
Kaksinapaiset mallit valmistetaan puolijohdelaitteina, joissa on kolme johtimia. Jokaisessa elektrodissa on kerroksia, joissa on reiän p-johtavuus tai epäpuhtauksien n-johtavuus. Täydellisen tasosarjan valinta määrittää p-n-p- tai n-p-n-tyyppisten laitteiden vapautumisen. Kun laite on päällä, erityyppiset varaukset siirretään samanaikaisesti reikien ja elektronien avulla, mukana on 2 tyyppisiä hiukkasia.
Kantolaitteet liikkuvat diffuusiomekanismin ansiosta. Aineen atomit ja molekyylit tunkeutuvat viereisen materiaalin molekyylien väliseen hilaan, minkä jälkeen niiden pitoisuus tasoittuu koko tilavuuden läpi. Kuljetus tapahtuu voimakkaasti tiivistyneiltä alueilta vähäpitoisille alueille.
Elektronit etenevät myös hiukkasten ympärillä olevan voimakentän vaikutuksesta, jolloin perusmassassa on seosaineita epätasaisesti. Laitteen toiminnan nopeuttamiseksi keskikerrokseen liitetty elektrodi tehdään ohueksi. Uloimpia johtimia kutsutaan emitteriksi ja kollektoriksi. Siirtymän käänteisjänniteominaisuudella ei ole merkitystä.
FETit
Kenttätransistori ohjaa vastusta käyttämällä sähköistä poikittaiskenttää, joka syntyy käytetystä jännitteestä. Paikkaa, josta elektronit siirtyvät kanavaan, kutsutaan lähteeksi, ja nielu näyttää varausten tulon päätepisteeltä. Ohjausjännite kulkee johtimen läpi, jota kutsutaan hilaksi. Laitteet on jaettu kahteen tyyppiin:
- ohjaus p-n-liitos;
- MIS-transistorit eristetyllä portilla.
Ensimmäisen tyypin laitteet sisältävät suunnittelussa puolijohdekiekon, joka on kytketty ohjattuun piiriin vastakkaisilla puolilla (viemäröinti ja lähde) olevilla elektrodeilla. Paikka, jolla on erilainen johtavuus, syntyy sen jälkeen, kun levy on liitetty porttiin. Tulopiiriin liitetty vakiobias-lähde tuottaa risteyksessä estojännitteen.
Myös vahvistetun pulssin lähde sijaitsee tulopiirissä. Kun jännite on muutettu sisääntulossa, vastaava indikaattori p-n-liitoksessa muutetaan. Varautuneiden elektronien virtausta välittävän kiteen kanavaliitoksen kerrospaksuutta ja poikkileikkausalaa muutetaan. Kanavan leveys riippuu tyhjennysalueen (portin alapuolella) ja substraatin välisestä tilasta. Alku- ja loppupisteiden ohjausvirtaa ohjataan muuttamalla tyhjennysalueen leveyttä.
MIS-transistorille on ominaista se, että sen portti on erotettu eristyksellä kanavakerroksesta. Puolijohdekiteessä, jota kutsutaan substraatiksi, luodaan seostettuja kohtia päinvastaisella merkillä. Niihin on asennettu johtimet - viemäri ja lähde, joiden välissä dielektri sijaitsee alle mikronin etäisyydellä. Eristimessä on metallielektrodi - suljin.Syntyneen metallin, dielektrisen kerroksen ja puolijohteen sisältävän rakenteen vuoksi transistoreille annetaan lyhenne MIS.
Laite ja toimintaperiaate aloittelijoille
Tekniikat eivät toimi vain sähkövarauksella, vaan myös magneettikentällä, valokvanteilla ja fotoneilla. Transistorin toimintaperiaate piilee tiloissa, joiden välillä laite vaihtaa. Vastakkainen pieni ja suuri signaali, avoin ja suljettu tila - tämä on laitteiden kaksoistyö.
Yhdessä koostumuksessa olevan puolijohdemateriaalin kanssa, jota käytetään yksikiteisenä, paikoin seostettuna, transistorilla on rakenteessa:
- päätelmät metallista;
- dielektriset eristeet;
- transistorien kotelo lasista, metallista, muovista, kermetistä.
Ennen bipolaaristen tai polaaristen laitteiden keksimistä elektronisia tyhjiöputkia käytettiin aktiivisina elementteinä. Niille kehitettyjä piirejä käytetään modifioinnin jälkeen puolijohdelaitteiden valmistuksessa. Ne voitaisiin kytkeä transistorina ja käyttää, koska monet lamppujen toiminnallisista ominaisuuksista sopivat kuvaamaan kenttälajien toimintaa.
Edut ja haitat lamppujen korvaamisesta transistoreilla
Transistorien keksiminen on stimuloiva tekijä innovatiivisten tekniikoiden käyttöönotossa elektroniikassa. Verkossa käytetään nykyaikaisia puolijohdeelementtejä, vanhoihin lamppupiireihin verrattuna tällaisella kehityksellä on etuja:
- pienet mitat ja alhainen paino, mikä on tärkeää pienoiselektroniikassa;
- kyky soveltaa automatisoituja prosesseja laitteiden tuotannossa ja ryhmitellä vaiheita, mikä vähentää kustannuksia;
- pienikokoisten virtalähteiden käyttö matalan jännitteen tarpeen vuoksi;
- välitön päällekytkentä, katodin lämmitystä ei tarvita;
- lisääntynyt energiatehokkuus vähentyneen tehohäviön vuoksi;
- lujuus ja luotettavuus;
- hyvin koordinoitu vuorovaikutus verkon lisäelementtien kanssa;
- tärinän ja iskujen kestävyys.
Haitat ilmenevät seuraavissa säännöksissä:
- piitransistorit eivät toimi yli 1 kW jännitteillä, lamput toimivat yli 1-2 kW nopeuksilla;
- käytettäessä transistoreita suuritehoisissa lähetysverkoissa tai mikroaaltouunilähettimissä, rinnakkain kytkettyjen pienitehoisten vahvistimien sovittaminen vaaditaan;
- puolijohdeelementtien haavoittuvuus sähkömagneettisen signaalin vaikutuksille;
- herkkä reaktio kosmisille säteille ja säteilylle, mikä vaatii tältä osin vastustuskykyisten säteilymikropiirien kehittämistä.
Vaihtokaaviot
Toimiakseen yhdessä piirissä transistori vaatii 2 lähtöä tulossa ja lähdössä. Lähes kaikissa puolijohdelaitteissa on vain 3 liitäntäpistettä. Vaikeasta tilanteesta selviämiseksi yksi päistä on määritetty yhteiseksi. Tämä johtaa kolmeen yleiseen yhteysmalliin:
- bipolaariselle transistorille;
- napainen laite;
- avoimella viemärillä (keräimellä).
Bipolaarinen moduuli on kytketty yhteiseen emitteriin sekä jännitteen että virran (MA) vahvistusta varten. Muissa tapauksissa se vastaa digitaalisen sirun nastoja, kun ulkopiirin ja sisäisen kytkentäsuunnitelman välillä on suuri jännite.Näin toimii yhteinen kollektoriliitäntä ja havaitaan vain virran kasvu (OK). Jos sinun on lisättävä jännitettä, elementti tuodaan yhteiseen kantaan (OB). Vaihtoehto toimii hyvin yhdistetyissä kaskadipiireissä, mutta se asetetaan harvoin yhden transistorin projekteihin.
Piiriin sisältyvät MIS-lajikkeiden kenttäpuolijohdelaitteet, jotka käyttävät p-n-liitosta:
- yhteisellä emitterillä (CI) - liitäntä, joka on samanlainen kuin bipolaarisen tyyppisen moduulin OE
- yhdellä lähdöllä (OS) - OK-tyyppinen suunnitelma;
- nivelsulkimella (OZ) - samanlainen kuvaus OB:sta.
Avoimessa suunnitelmassa transistori kytketään päälle yhteisellä emitterillä osana mikropiiriä. Kollektorilähtöä ei ole kytketty moduulin muihin osiin, vaan kuorma menee ulkoiseen liittimeen. Jännitteen voimakkuuden ja kollektorivirran voimakkuuden valinta tehdään projektin asennuksen jälkeen. Open-drain-laitteet toimivat piireissä, joissa on tehokkaat lähtöportaat, väyläajurit, TTL-logiikkapiirit.
Mihin transistorit on tarkoitettu?
Laajuus on rajattu riippuen laitteen tyypistä - bipolaarinen moduuli tai kenttä. Miksi transistoreita tarvitaan? Jos tarvitaan pientä virtaa esimerkiksi digitaalisissa suunnitelmissa, käytetään kenttänäkymiä. Analogiset piirit saavuttavat suuren vahvistuksen lineaarisuuden useilla syöttöjännitteillä ja lähdöillä.
Bipolaaristen transistorien asennusalueita ovat vahvistimet, niiden yhdistelmät, ilmaisimet, modulaattorit, transistorilogistiikkapiirit ja logiikkatyyppiset invertterit.
Transistorien käyttöpaikat riippuvat niiden ominaisuuksista. Ne toimivat kahdessa tilassa:
- vahvistimella muutetaan lähtöpulssia ohjaussignaalin pienillä poikkeamilla;
- avainsäädössä, joka ohjaa kuormien tehonsyöttöä heikolla tulovirralla, transistori on täysin suljettu tai auki.
Puolijohdemoduulin tyyppi ei muuta sen toimintaolosuhteita. Lähde on kytketty kuormaan, esimerkiksi kytkin, vahvistin, valaistuslaite, se voi olla elektroninen anturi tai voimakas viereinen transistori. Virran avulla kuormituslaitteen toiminta alkaa, ja transistori kytketään asennuksen ja lähteen väliseen piiriin. Puolijohdemoduuli rajoittaa yksikköön syötettävän energian voimakkuutta.
Transistorin lähdön resistanssi muutetaan ohjausjohtimen jännitteen mukaan. Virran voimakkuus ja jännite piirin alussa ja lopussa muuttuvat ja kasvavat tai laskevat ja riippuvat transistorin tyypistä ja siitä, miten se on kytketty. Ohjatun teholähteen ohjaus johtaa virran kasvuun, tehopulssiin tai jännitteen nousuun.
Molempia transistoreita käytetään seuraavissa tapauksissa:
- Digitaalisessa säätelyssä. Digitaalivahvistuspiirien kokeellisia suunnitelmia, jotka perustuvat digitaali-analogimuuntimiin (DAC) on kehitetty.
- pulssigeneraattoreissa. Kokoonpanotyypistä riippuen transistori toimii näppäin- tai lineaarisessa järjestyksessä toistaen vastaavasti neliömäisiä tai mielivaltaisia signaaleja.
- Elektronisissa laitteistoissa. Tietojen ja ohjelmien suojaaminen varkauksilta, laittomalta hakkeroinnilta ja käytöltä. Toiminta tapahtuu näppäintilassa, virran voimakkuutta ohjataan analogisessa muodossa ja sitä säädetään pulssin leveydellä.Transistorit sijoitetaan sähkömoottoreiden käyttöihin, kytkentäjännitteen stabilaattoreita.
Yksikiteiset puolijohteet sekä avoimet ja sulkevat moduulit lisäävät tehoa, mutta toimivat vain kytkiminä. Digitaalisissa laitteissa kenttätransistoreja käytetään taloudellisina moduuleina. Integroitujen kokeiden käsitteen valmistusteknologiat mahdollistavat transistorien tuotannon yhdellä piisirulla.
Kiteiden miniatyrisointi johtaa nopeampiin tietokoneisiin, vähemmän energiaa ja vähemmän lämpöä.
Samanlaisia artikkeleita:
