Transistor bipolari: dispositivo, principio di funzionamento, modalità di funzionamento e schemi di collegamento

L'elettronica è ricca di tutti i tipi di dettagli. Ciascuno di questi elementi svolge un ruolo specifico assegnatogli. Il transistor è caratterizzato dalla sua versatilità e capacità di svolgere vari compiti. Per capire cosa lo distingue dagli altri componenti radio, è necessario considerare il dispositivo e il principio di funzionamento dei transistor bipolari.

struttura del transistor

Il transistor bipolare appartiene ai semiconduttori - materiali che conducono l'elettricità peggio dei conduttori, ma non sono nemmeno dielettrici. Ma se la sua temperatura viene portata allo zero assoluto, diventa un dielettrico. D'altra parte, all'aumentare della temperatura, la conduttività del dispositivo aumenterà. Questo lo rende vulnerabile al surriscaldamento. L'aumento della conduttività aumenta la corrente, che può danneggiare il dispositivo.

Per chiarezza, possiamo citare un diamante (inamovibile) come esempio. In condizioni naturali, è un semiconduttore, ma se lo metti nel vuoto o in un gas inerte e lo riscaldi, si trasforma in grafite, che è un buon conduttore. Per scopi industriali, materiali come silicio, germanio e altri sono ampiamente utilizzati per la produzione di transistor. Per materiale utilizzato i transistor sono:

• germanio;
• silicio;
• arseniuro di gallio.

Il semiconduttore stesso è molto sensibile alle influenze esterne (deformazione, radiazione e temperatura), ai difetti interni e alle impurità. In condizioni naturali, si comporta come un resistore variabile, la cui resistenza cambia con la temperatura (utilizzato per fabbricare varistori). Quando si aggiungono impurità, le proprietà del semiconduttore cambiano drasticamente e si trasforma in un conduttore. Le impurità si dividono in:

• donatore;
• accettore.

I donatori, come l'arsenico, donano facilmente i loro elettroni, convertendo il semiconduttore in un materiale caricato negativamente. La lettera "p" viene utilizzata per designare tale materiale. L'indio trivalente è un tipo accettore. Quando combinato con il silicio, che ha un legame tetravalente, manca un elettrone, quindi si forma un cosiddetto "buco". Tale materiale è designato dalla lettera "p".

Uso di semiconduttori di tipo p e p

Quando sono collegati conduttori di tipo diverso, tra loro si forma una giunzione pn, grazie alla quale gli elettroni possono muoversi solo in una direzione. Collegando la regione "p" al meno dell'alimentatore e la regione "p" al più, è possibile creare una connessione diretta in cui gli elettroni si muovono liberamente. Se la polarità della sorgente viene invertita, gli elettroni dalla regione elettronica andranno alla sorgente e il dispositivo si chiuderà, perché il confine pn non consentirà agli elettroni di passare attraverso la regione del foro.

Un elemento radio costituito da due tipi opposti di conduzione è chiamato diodo. La sua particolarità è che fa passare la corrente in una sola direzione e non regola il flusso di elettroni. Per ottenere un transistor bipolare, aggiungi una terza regione "p" o "p": questo è ciò che distingue il dispositivo del transistor. Di conseguenza, si ottiene un cristallo con tre regioni e due giunzioni pn. Tenendo conto di come le aree si susseguono, distinguere i seguenti tipi:

• p-p-p;
• p-p-p.

La prima area è chiamata emettitore, la seconda (al centro) è la base e la terza è il collettore. La base ha sempre il segno opposto dell'emettitore e del collettore.

Assegnazione base, collettore ed emettitore

La base controlla la corrente tra il collettore e l'emettitore. Sarà più chiaro se il transistor è diviso in due sezioni separate: emettitore - base e base - collettore. Poiché la base è nella parte centrale, otteniamo due diodi diretti l'uno verso l'altro (tipo p-p-p) o nella direzione opposta (tipo p-p-p). Poiché l'alimentazione è collegata all'emettitore e al collettore e la tensione di controllo è applicata alla base, uno dei diodi è collegato nella direzione opposta, ad es. Chiuso. Quasi sempre è il passaggio dalla base al collettore. Il compito della base è di aprire gradualmente questo passaggio.

La maggior parte di tutte le impurità vengono aggiunte alla regione di emettitore, perché è un iniettore o un generatore dei principali vettori. Il collettore, invece, è minimamente diluito con impurità, per non far passare corrente allo stato chiuso.

La base deve soddisfare requisiti rigorosi. Innanzitutto, la velocità di funzionamento del transistor dipende direttamente dallo spessore della base: più è sottile, maggiore è la velocità. In secondo luogo, più sottile è la base, minore è la tensione che può essere applicata al transistor, altrimenti si verificherà un guasto elettrico tra l'emettitore e il collettore.

Per capire come funziona un transistor bipolare si può fare un esempio. Il rubinetto dell'acqua è posizionato orizzontalmente. Nelle vicinanze (lungo il corso del rubinetto e non sotto di esso) c'è una grondaia attraverso la quale l'acqua può andare nel luogo desiderato. Quando iniziano ad aprire il rubinetto, la pressione dell'acqua è piccola, scorre verticalmente senza cadere sulla grondaia. Con un'ulteriore apertura del rubinetto, la pressione aumenterà fino al momento in cui l'acqua entrerà nel vassoio.

Proprio come la distanza tra il rubinetto e lo scarico determina la pressione dell'acqua che aiuterà a raggiungere la grondaia, così lo spessore della base influisce sulla tensione di saturazione, dopodiché il transistor si accende. Naturalmente, l'esempio è approssimativo ed è necessario solo per comprendere approssimativamente il principio di funzionamento del transistor. Ma è la tensione tra l'emettitore e la base che sarà il vero "tap" che apre il transistor.

Dopo che il cristallo si è formato, i cavi metallici sono attaccati a ciascuna delle sue regioni, tutto è accuratamente isolato e protetto dalla custodia. Esistono transistor non imballati e trasparenti, oltre a quelli progettati per funzionare con un radiatore.

Modalità e schemi elettrici

Grazie allo sviluppo della scienza e della tecnologia, vengono sviluppati nuovi transistor volti a eliminare i fattori dannosi. Questi includono sia fisici (ad esempio, trucioli e impurità) che elettrici (resistenza del materiale). L'eliminazione di tali svantaggi porta ad un aumento delle prestazioni, una diminuzione del consumo energetico e una serie di altri vantaggi. Ma compiti a transistor rimane lo stesso:

• amplificazione del segnale;
• generazione;
• commutazione.

Prima di analizzare ciascuna di queste attività, è importante capire come funziona un transistor. Prendi un transistor di tipo pnp come esempio. Un più è collegato all'emettitore e un meno al collettore. Tale inclusione è chiamata normale, l'opposto è chiamato inverso. L'emettitore è saturo di lacune, che in realtà sono atomi che non possono muoversi perché mancano di elettroni. L'area in cui non ci sono abbastanza elettroni aumenta. Nel collettore, invece, si ha una sovrasaturazione di elettroni.

La base diventa un isolante tra queste aree, poiché gli elettroni in essa contenuti passano attraverso l'emettitore alla fonte di alimentazione. Quando sulla base appare una tensione negativa, gli elettroni la trasformano gradualmente in un conduttore. Ciò porta al fatto che il transistor si apre e appare una corrente tra l'emettitore e il collettore. Da ciò possiamo concludere che le modalità operative del transistor - stato chiuso, saturazione e stato aperto - dipendono completamente dalla tensione alla base.

La prossima cosa a cui devi prestare attenzione è quale schema di connessione viene utilizzato. Prendiamo come esempio una batteria e una lampadina. Ciascuno di questi elementi ha due uscite, ovvero ce ne sono quattro. Questa regola si applica alla corrente continua (pulsata). Un transistor è un convertitore, in altre parole, ha un ingresso e un'uscita. In questo caso, dovrebbe avere non tre, ma quattro pin. In pratica, tuttavia, di solito ha tre conclusioni. Si scopre che una delle sue conclusioni dovrebbe essere comune sia per l'input che per l'output. Sulla base di questo, ci sono i seguenti tipi di connessione:

• con un emettitore comune (c'è un aumento di tensione e corrente, è usato più spesso di altri tipi);
• con una base comune (amplifica solo la corrente, usata raramente);
• con un collettore comune (amplifica la tensione, spesso utilizzata per abbinare stadi con resistenze diverse).

Area di applicazione

Un transistor viene utilizzato per amplificare segnali continui di varie forme nei circuiti analogici. Il linguaggio umano è un ottimo esempio. Il rumore è facilmente intrecciato a tali segnali e vengono utilizzati filtri per eliminarli. I circuiti analogici sono l'opposto dei segnali digitali discreti.

Nel circuito dell'oscillatore, il transistor genera segnali di varie forme. Ad esempio, in televisione, i generatori di transistor consentono di creare una frequenza intermedia con cui vengono trasmessi video e suoni. Negli stessi televisori, tali generatori aiutano a creare un'immagine sullo schermo, impostando la frequenza per linea e fotogramma.

Nei circuiti di commutazione, è necessario scollegare e collegare rapidamente il carico, eseguendo il compito del relè, ad esempio collegando tiristori, contattori, ecc. Requisiti particolarmente severi sono imposti ai circuiti con carichi inerti sotto forma di induttanza. Sono utilizzati per amplificare i segnali digitali nei computer e in altre apparecchiature.

Al giorno d'oggi, i transistor hanno sostituito quasi completamente i tubi a vuoto. Questi dispositivi hanno una serie di vantaggi, tra cui dovrebbero essere evidenziati:

• taglia piccola;
• produzione più leggera, che porta a costi inferiori;
• è necessaria molta meno tensione per il controllo;
• non richiedono riscaldamento, il che comporta un minor consumo di energia e tempi di configurazione più brevi;
• elevata resistenza alle sollecitazioni meccaniche;
• maggiore durata di servizio.

I migliori materiali vengono oggi utilizzati per la produzione di transistor. Alcuni metalli (ad esempio il germanio) sono già stati abbandonati nella fabbricazione di dispositivi. Ma anche i transistor moderni hanno i loro svantaggi e limiti. A loro include il seguente:

• i dispositivi al silicio non possono funzionare a tensioni superiori a 1 kV;
• la creazione di potenti trasmettitori richiede un coordinamento molto complesso;
• forte sensibilità alle radiazioni e alle interferenze elettromagnetiche.

I recenti sviluppi sono stati vicini alla risoluzione di molti problemi. Inoltre, oggi vengono rivelate nuove opportunità e direzioni per l'utilizzo dei dispositivi bipolari.