Εισαγωγή στο τρανζίστορ:
Νωρίτερα, το κρίσιμο και σημαντικό συστατικό μιας ηλεκτρονικής συσκευής ήταν ένας σωλήνας κενού με τον οποίο χρησιμοποιείται ένας σωλήνας ηλεκτρονίων ελέγξτε το ηλεκτρικό ρεύμα . Οι σωλήνες κενού λειτούργησαν αλλά είναι ογκώδεις, απαιτούν υψηλότερες τάσεις λειτουργίας, υψηλή κατανάλωση ισχύος, χαμηλότερη απόδοση απόδοσης, και υλικά εκπομπής καθόδου εξαντλούνται κατά τη λειτουργία. Έτσι, αυτό κατέληξε ως θερμότητα που μείωσε τη διάρκεια ζωής του ίδιου του σωλήνα. Για να ξεπεραστούν αυτά τα προβλήματα, οι John Bardeen, Walter Brattain και William Shockley εφευρέθηκαν ένα τρανζίστορ στα Bell Labs το έτος 1947. Αυτή η νέα συσκευή ήταν μια πολύ πιο κομψή λύση για να ξεπεραστούν πολλοί από τους θεμελιώδεις περιορισμούς των σωλήνων κενού.
Το τρανζίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών που μπορεί να αγωγεί και να μονώσει. Ένα τρανζίστορ μπορεί να λειτουργήσει ως διακόπτης και ενισχυτής. Μετατρέπει τα ηχητικά κύματα σε ηλεκτρονικά κύματα και αντιστάσεις, ελέγχοντας το ηλεκτρονικό ρεύμα. Τα τρανζίστορ έχουν πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής, μικρότερο σε μέγεθος, μπορούν να λειτουργήσουν σε προμήθειες χαμηλότερης τάσης για μεγαλύτερη ασφάλεια και δεν απαιτούν ρεύμα νήματος. Το πρώτο τρανζίστορ κατασκευάστηκε με γερμάνιο. Ένα τρανζίστορ εκτελεί την ίδια λειτουργία με ένα τρίδιο σωλήνα κενού αλλά χρησιμοποιώντας συνδέσμους ημιαγωγών αντί θερμαινόμενων ηλεκτροδίων σε θάλαμο κενού. Είναι το θεμελιώδες δομικό στοιχείο των σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών και βρίσκεται παντού στα σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήματα.
Βασικά στοιχεία τρανζίστορ:
Ένα τρανζίστορ είναι μια συσκευή τριών τερματικών. Και συγκεκριμένα,
- Βάση: Αυτό είναι υπεύθυνο για την ενεργοποίηση του τρανζίστορ.
- Συλλέκτης: Αυτό είναι το θετικό προβάδισμα.
- Emitter: Αυτό είναι το αρνητικό προβάδισμα.
Η βασική ιδέα πίσω από ένα τρανζίστορ είναι ότι σας επιτρέπει να ελέγχετε τη ροή του ρεύματος μέσω ενός καναλιού, μεταβάλλοντας την ένταση ενός πολύ μικρότερου ρεύματος που ρέει μέσω ενός δεύτερου καναλιού.
Τύποι τρανζίστορ:
Υπάρχουν δύο τύποι τρανζίστορ που είναι τρανζίστορ διπολικής διασταύρωσης (BJT), τρανζίστορ πεδίου εφέ (FET). Ένα μικρό ρεύμα ρέει μεταξύ της βάσης και του πομπού ο ακροδέκτης βάσης μπορεί να ελέγξει μια μεγαλύτερη ροή ρεύματος μεταξύ του ακροδέκτη συλλέκτη και του πομπού. Για ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου, διαθέτει επίσης τους τρεις ακροδέκτες, είναι πύλη, πηγή και αποστράγγιση και μια τάση στην πύλη μπορεί να ελέγξει ένα ρεύμα μεταξύ πηγής και αποστράγγισης. Τα απλά διαγράμματα BJT και FET φαίνονται στο παρακάτω σχήμα:
Διπολικό τρανζίστορ σύνδεσης (BJT)
Τρανζίστορ Field-Effect (FET)
Όπως μπορείτε να δείτε, τα τρανζίστορ διατίθενται σε διάφορα μεγέθη και σχήματα. Ένα κοινό από όλα αυτά τα τρανζίστορ είναι ότι το καθένα έχει τρία καλώδια.
- Διπολικό τρανζίστορ σύνδεσης:
Ένα διπολικό τρανζίστορ διακλάδωσης (BJT) έχει τρεις ακροδέκτες συνδεδεμένους σε τρεις ενισχυμένες περιοχές ημιαγωγών. Έρχεται με δύο τύπους, P-N-P και N-P-N.
Τρανζίστορ Ρ-Ν-Ρ, αποτελούμενο από ένα στρώμα ημιαγωγού Ν-ντοπαρισμένο μεταξύ δύο στρωμάτων υλικού με προσβολή Ν. Το ρεύμα βάσης που εισέρχεται στον συλλέκτη ενισχύεται στην έξοδο του.
Αυτό συμβαίνει όταν το τρανζίστορ PNP είναι ON όταν η βάση του τραβιέται χαμηλά σε σχέση με τον πομπό. Τα βέλη του τρανζίστορ PNP συμβολίζουν την κατεύθυνση της ροής ρεύματος όταν η συσκευή βρίσκεται σε ενεργή λειτουργία προώθησης.
Τρανζίστορ Ν-Ρ-Ν που αποτελείται από ένα στρώμα ημιαγωγού με πρόσμιξη Ρ μεταξύ δύο στρωμάτων υλικού Ν-ντόπινγκ. Με την ενίσχυση του ρεύματος η βάση παίρνει το υψηλό ρεύμα συλλεκτών και εκπομπών.
Αυτό συμβαίνει όταν το τρανζίστορ NPN είναι ON όταν η βάση του τραβιέται χαμηλά σε σχέση με τον πομπό. Όταν το τρανζίστορ είναι σε κατάσταση ΟΝ, η τρέχουσα ροή βρίσκεται μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού του τρανζίστορ. Με βάση τους μειονοτικούς φορείς στην περιοχή τύπου Ρ τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τον πομπό στον συλλέκτη. Επιτρέπει τη μεγαλύτερη τρέχουσα και ταχύτερη λειτουργία λόγω αυτού του λόγου, τα περισσότερα διπολικά τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι NPN.
- Τρανζίστορ εφέ πεδίου (FET):
Το τρανζίστορ πεδίου-εφέ είναι ένα μονοπολικό τρανζίστορ, το F-channel N-F ή το κανάλι P FET χρησιμοποιούνται για αγωγιμότητα. Τα τρία τερματικά του FET είναι η πηγή, η πύλη και η αποστράγγιση. Τα βασικά κανάλια n-καναλιών και F-καναλιών φαίνονται παραπάνω. Για ένα κανάλι n-FET, η συσκευή είναι κατασκευασμένη από υλικό τύπου n. Μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης, τότε το υλικό τύπου λειτουργεί ως αντίσταση.
Αυτό το τρανζίστορ ελέγχει τους θετικούς και αρνητικούς φορείς που αφορούν οπές ή ηλεκτρόνια. Το κανάλι FET σχηματίζεται μετακινώντας θετικούς και αρνητικούς φορείς φορτίου. Το κανάλι της FET που είναι κατασκευασμένο από πυρίτιο.
Υπάρχουν πολλοί τύποι FET, MOSFET, JFET κ.λπ. Οι εφαρμογές των FET είναι σε ενισχυτή χαμηλού θορύβου, ενισχυτή buffer και αναλογικό διακόπτη.
Πόλωση τρανζίστορ διπολικής σύνδεσης
Τα τρανζίστορ είναι οι πιο σημαντικές ενεργές συσκευές ημιαγωγών απαραίτητες για σχεδόν όλα τα κυκλώματα. Χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρονικοί διακόπτες, ενισχυτές κ.λπ. σε κυκλώματα. Τα τρανζίστορ μπορεί να είναι NPN, PNP, FET, JFET, κ.λπ. που έχουν διαφορετικές λειτουργίες σε ηλεκτρονικά κυκλώματα. Για τη σωστή λειτουργία του κυκλώματος, είναι απαραίτητο να προκαταλάβει το τρανζίστορ χρησιμοποιώντας δίκτυα αντίστασης. Το σημείο λειτουργίας είναι το σημείο στα χαρακτηριστικά εξόδου που δείχνει την τάση συλλέκτη-εκπομπής και το ρεύμα συλλέκτη χωρίς σήμα εισόδου. Το σημείο λειτουργίας είναι επίσης γνωστό ως σημείο Bias ή Q-Point (Quiescent point).
Η πόλωση αναφέρεται στην παροχή αντιστάσεων, πυκνωτών ή τάσης τροφοδοσίας κ.λπ. για την παροχή κατάλληλων χαρακτηριστικών λειτουργίας των τρανζίστορ. Η πόλωση DC χρησιμοποιείται για τη λήψη του ρεύματος συλλέκτη DC σε μια συγκεκριμένη τάση συλλέκτη. Η τιμή αυτής της τάσης και του ρεύματος εκφράζεται σε σχέση με το Q-Point. Σε μια διαμόρφωση ενισχυτή τρανζίστορ, το IC (μέγιστο) είναι το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να ρέει μέσω του τρανζίστορ και το VCE (μέγιστο) είναι η μέγιστη τάση που εφαρμόζεται σε όλη τη συσκευή. Για να λειτουργήσει το τρανζίστορ ως ενισχυτής, πρέπει να συνδεθεί ένας αντιστάτης φορτίου RC στον συλλέκτη. Η προκατάληψη ρυθμίζει την τάση λειτουργίας και το ρεύμα DC στο σωστό επίπεδο έτσι ώστε το σήμα εισόδου AC να μπορεί να ενισχυθεί σωστά από το τρανζίστορ. Το σωστό σημείο πόλωσης βρίσκεται κάπου μεταξύ των καταστάσεων πλήρως ON ή πλήρως OFF του τρανζίστορ. Αυτό το κεντρικό σημείο είναι το σημείο Q και εάν το τρανζίστορ είναι σωστά προκατειλημμένο, το σημείο Q θα είναι το κεντρικό σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ. Αυτό βοηθά το ρεύμα εξόδου να αυξάνεται και να μειώνεται καθώς το σήμα εισόδου αλλάζει σε ολόκληρο τον κύκλο.
Για τη ρύθμιση του σωστού σημείου Q του τρανζίστορ, μια αντίσταση συλλέκτη χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει το ρεύμα του συλλέκτη σε μια σταθερή και σταθερή τιμή χωρίς κανένα σήμα στη βάση του. Αυτό το σταθερό σημείο λειτουργίας DC καθορίζεται από την τιμή της τάσης τροφοδοσίας και την τιμή της αντίστασης πόλωσης βάσης. Οι αντιστάσεις μεροληψίας βάσης χρησιμοποιούνται και στις τρεις διαμορφώσεις τρανζίστορ όπως κοινή βάση, κοινός συλλέκτης και διαμορφώσεις κοινού πομπού.
Τρόποι προκατάληψης:
Ακολουθούν οι διαφορετικοί τρόποι πόλωσης βάσης τρανζίστορ:
1. Τρέχουσα πόλωση:
Όπως φαίνεται στο Σχ. 1, χρησιμοποιούνται δύο αντιστάσεις RC και RB για τη ρύθμιση της βασικής πόλωσης. Αυτές οι αντιστάσεις καθορίζουν την αρχική περιοχή λειτουργίας του τρανζίστορ με σταθερή τάση ρεύματος.
Το τρανζίστορ προκαλεί πόλωση με θετική τάση πόλωσης βάσης μέσω RB. Η πτώση τάσης προς τα εμπρός βασικής εκπομπής είναι 0,7 βολτ. Επομένως, το ρεύμα μέσω RB είναι Iσι= (VDC- ΒΕΙΝΑΙ) / ΕΓΩσι
2. Πόλωση ανατροφοδότησης:
Το Σχ.2 δείχνει την πόλωση των τρανζίστορ με τη χρήση μιας αντίστασης ανάδρασης. Η βασική πόλωση λαμβάνεται από την τάση του συλλέκτη. Η ανάδραση του συλλέκτη διασφαλίζει ότι το τρανζίστορ είναι πάντα προκατειλημμένο στην ενεργή περιοχή. Όταν αυξάνεται το ρεύμα συλλέκτη, η τάση στον συλλέκτη μειώνεται. Αυτό μειώνει τη μονάδα βάσης η οποία με τη σειρά της μειώνει το ρεύμα συλλέκτη. Αυτή η διαμόρφωση ανατροφοδότησης είναι ιδανική για σχέδια ενισχυτή τρανζίστορ.
3. Διπλή προκατάληψη σχολίων:
Το Σχ.3 δείχνει πώς επιτυγχάνεται η πόλωση χρησιμοποιώντας διπλές αντιστάσεις ανάδρασης.
Με τη χρήση δύο αντιστάσεων RB1 και RB2 αυξάνεται η σταθερότητα σχετικά με τις παραλλαγές στο Beta αυξάνοντας τη ροή ρεύματος μέσω των αντιστάσεων πόλωσης βάσης. Σε αυτήν τη διαμόρφωση, το ρεύμα στο RB1 είναι ίσο με το 10% του ρεύματος συλλέκτη.
4. Πόλωση διαίρεσης τάσης:
Το σχήμα 4 δείχνει την πόλωση διαιρέτη τάσης στην οποία δύο αντιστάσεις RB1 και RB2 συνδέονται στη βάση του τρανζίστορ σχηματίζοντας ένα δίκτυο διαχωριστή τάσης. Το τρανζίστορ παίρνει μεροληψίες από την πτώση τάσης σε RB2. Αυτό το είδος διαμόρφωσης πόλωσης χρησιμοποιείται ευρέως σε κυκλώματα ενισχυτή.
5. Πόλωση διπλής βάσης:
Το Σχήμα 5 δείχνει διπλή ανάδραση για σταθεροποίηση. Χρησιμοποιεί ανατροφοδότηση βάσης Emitter και συλλέκτη για τη βελτίωση της σταθεροποίησης ελέγχοντας το ρεύμα συλλέκτη. Οι τιμές αντίστασης πρέπει να επιλεγούν για να ρυθμιστεί η πτώση τάσης κατά μήκος της αντίστασης εκπομπού 10% της τάσης τροφοδοσίας και του ρεύματος μέσω RB1, 10% του ρεύματος συλλέκτη.
Πλεονεκτήματα του τρανζίστορ:
- Μικρότερη μηχανική ευαισθησία.
- Χαμηλότερο κόστος και μικρότερο σε μέγεθος, ειδικά σε κυκλώματα μικρού σήματος.
- Χαμηλές τάσεις λειτουργίας για μεγαλύτερη ασφάλεια, χαμηλότερο κόστος και αυστηρότερες αποστάσεις.
- Εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής.
- Καμία κατανάλωση ισχύος από έναν θερμαντήρα καθόδου.
- Γρήγορη εναλλαγή.
Μπορεί να υποστηρίξει το σχεδιασμό κυκλωμάτων συμπληρωματικής συμμετρίας, κάτι που δεν είναι δυνατό με σωλήνες κενού. Εάν έχετε απορίες σχετικά με αυτό το θέμα ή το ηλεκτρικό και ηλεκτρονικά έργα αφήστε τα σχόλια παρακάτω.
