Биполярный транзистор.

     Транзистор - это полупроводниковый радиоэлектронный компонент с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.



     Прежде чем разбираться как устроен полупроводниковый транзистор, рассмотрим внимательнее как устроен диод (см. Диод...). Полупроводниковый диод создают из кристалла германия или кремния, в котором с помощью различных примесей формируют две зоны с разными электрическими свойствами. Водной зоне есть свободные электроны, это зона n (от слова negativus - отрицательный). В другой зоне есть свободные положительные заряды, атомы в которых недостает электронов, это зона p (от слова positivus - положительный). Область между зонами p и n называется pn-переход.


     В зависимости от того, в какой полярности к диоду подведено напряжение, свободные заряды либо оттягиваются от pn-перехода и ток через диод не проходит ("+" подключен к катоду, "-" к аноду), либо свободные заряды подтягиваются к pn-переходу, где они нейтрализуют друг друга, при этом в цепи идет ток, поставляющий в pn-переход новые положительные и отрицательные заряды.

С отрицательными зарядами все понятно - это электроны, а вот с положительными зарядами нужно еще разобраться, когда мы говорим об их движении. Ведь положительно заряженные атомы никуда не движутся. А что же тогда движется? Если говорить просто, то движется пустое место - дырка. То есть, когда электрон, перепрыгивает с атома номер два на атом номер один (см. рис.), в обратную сторону движется "пустое место", на котором раньше был электрон, или - дырка.

С помощью примесей можно сформировать а германиевом или кремниевом кристалле и более сложные структуры, например трехэлектродный полупроводниковый прибор - транзистор, он имеет трехслойную структуру p-n-p или n-p-n. Одна крайняя зона называется "эмитер" (выбрасывающий заряды), другая - "коллектор" (собирающий заряды), а средняя зона называется "база", что связано с конструктивными особенностями первых транзисторов.


     Рассмотрим работу транзистора на примере простой схемы:


И сразу смоделируем её в Tinkercad:


     Пока база транзистора никуда не подключена - тока в цепи нет, светодиод не горит.

Кстати, в Tinkercad есть оба типа транзисторов:


     Попробуем подключить базу транзистора к отрицательному выводу батареи:


     И сразу смоделируем её в Tinkercad:


    

Светодиод по прежнему не горит...

Для того чтобы транзистор открылся, и в цепи коллектора появился ток, необходимо к базе транзистора приложить небольшой положительный потенциал, относительно эмитера:


     И сразу смоделируем её в Tinkercad:


     Транзистор открылся, светодиод горит. Незначительного тока в цепи база-эмитер, его еще называют базовым током Iб, оказалось достаточно, чтобы транзистор открылся и в цепи коллектор-эмитер появился достаточно большой коллекторный ток Iк. Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления транзистора по току β

β=Iк/Iб

     Коэффициент β определяется свойствами самого транзистора и для биполярных транзисторов составляет от десятков до сотен единиц.

Для транзисторов p-n-p принципиально ничего не меняется, надо только изменить полярность источников питания:


     Обратите внимание, стрелка эмитера транзистора - указывает направление тока.

Приведенная выше схема называется "транзисторный ключ", транзистор в ней работает в ключевом режиме, то есть может находится только в двух состояниях, либо в открытом, либо закрытом. Эту схему очень удобно использовать, когда нужно включать или выключать мощную нагрузку. Например, если нам нужно подключить двигатель или лампу накаливания к контроллеру ардуино. Напрямую такую нагрузку подключить к ардуино нельзя, выходной ток очень маленький, нагрузка не будет работать, но кроме того, можно еще и вывести контроллер из строя.

Пример использования транзисторных ключей для управления двигателями робота:


Полевой транзистор.

     Полевые транзисторы имеют то же назначение, что и биполярные, но отличаются тем, что управляется электрическим полем, а не током.

В общем случае, полевые транзисторы можно разделить на:

  • транзисторы с управляющим p-n-переходом;



  • транзисторы с изолированным затвором.

    - со встроенным каналом;



    - с индуцированным каналом;



    И те и другие могут быть n-канальными и p-канальными, к затвору первых нужно прикладывать положительное управляющее напряжение для открытия ключа, а для вторых - отрицательное, относительно истока.

    У всех типов полевых транзисторов есть три вывода:
    1. Исток (англ. source) - электрод источник носителей заряда, аналог эмиттера биполярного транзистора.
    2. Сток (англ. drain) - электрод приемник носителей заряда от истока, аналог коллектора биполярного транзистора.
    3. Затвор (англ. gate) - управляющий электрод, аналог базы биполярного транзисторах.


    Пример использования полевого транзистора в качестве ключа, для управления мощной нагрузки:


         При использовании полевого транзистора вместо биполярного, токоограничительный резистор в цепи затвора можно не использовать, это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер - затвор - исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.

    Полевые транзисторы в Tinkercad:




    Далее...




    Copyright © R9AL 2020 Все права защищены

    Рейтинг@Mail.ru