טרנזיסטורים דו-קוטביים: התקן, עקרון פעולה, אופני פעולה ודיאגרמות חיבור

אלקטרוניקה עשירה בכל מיני פרטים. כל אחד מהמרכיבים הללו ממלא תפקיד ספציפי שהוקצה לו. הטרנזיסטור מאופיין במגוון וביכולת שלו לבצע משימות שונות. כדי להבין מה מבדיל אותו ממרכיבי רדיו אחרים, יש צורך לשקול את המכשיר ואת עקרון הפעולה של טרנזיסטורים דו-קוטביים.

מבנה טרנזיסטור

הטרנזיסטור הדו-קוטבי שייך למוליכים למחצה - חומרים שמוליכים חשמל גרוע יותר ממוליכים, אך גם אינם דיאלקטריים. אבל אם הטמפרטורה שלו מובאת לאפס מוחלט, הוא הופך לדיאלקטרי. מצד שני, ככל שהטמפרטורה עולה, מוליכות המכשיר תגדל. זה הופך אותו לפגיע להתחממות יתר. העלייה במוליכות מגבירה את הזרם, מה שעלול לפגוע במכשיר.

למען הבהירות, אנו יכולים להביא יהלום (תקיף) כדוגמה. בתנאים טבעיים, הוא מוליך למחצה, אבל אם מכניסים אותו לוואקום או לגז אינרטי ומחממים אותו, הוא הופך לגרפיט, שהוא מוליך טוב. למטרות תעשייתיות, חומרים כמו סיליקון, גרמניום ואחרים נמצאים בשימוש נרחב לייצור טרנזיסטורים. לפי החומר המשמש טרנזיסטורים הם:

• גרמניום;
• סִילִיקוֹן;
• גליום ארסניד.

המוליך למחצה עצמו רגיש מאוד להשפעות חיצוניות (דפורמציה, קרינה וטמפרטורה), פגמים פנימיים וזיהומים. בתנאים טבעיים, הוא מתנהג כמו נגד משתנה, שהתנגדותו משתנה עם הטמפרטורה (משמש לייצור וריסטורים). כאשר מוסיפים זיהומים, המאפיינים של המוליך למחצה משתנים באופן דרמטי, והוא הופך למוליך. זיהומים מחולקים ל:

• תוֹרֵם;
• מקבל.

תורמים, כגון ארסן, תורמים בקלות את האלקטרונים שלהם, וממירים את המוליך למחצה לחומר בעל מטען שלילי. האות "p" משמשת לייעוד חומר כזה. אינדיום טריוולנטי הוא סוג מקבל. בשילוב עם סיליקון, שיש לו קשר ארבע-ערכי, חסר אלקטרון אחד, ולכן נוצר מה שנקרא "חור". חומר כזה מסומן באות "p".

שימוש במוליכים למחצה מסוג p ו-p

כאשר מחברים מוליכים מסוגים שונים, נוצר ביניהם צומת pn, שבגללו יכולים אלקטרונים לנוע רק בכיוון אחד. על ידי חיבור אזור "p" למינוס של ספק הכוח, ואזור "p" לפלוס, ניתן ליצור חיבור ישיר בו האלקטרונים נעים בחופשיות. אם הקוטביות של המקור הופכת, אז האלקטרונים מהאזור האלקטרוני יעברו למקור, והמכשיר ייסגר, כי גבול pn לא יאפשר לאלקטרונים לעבור דרך אזור החור.

אלמנט רדיו המורכב משני סוגי הולכה הפוכים נקרא דיודה. הייחודיות שלו היא שהוא מעביר זרם רק בכיוון אחד ואינו מווסת את זרימת האלקטרונים. כדי לקבל טרנזיסטור דו קוטבי, הוסף אזור שלישי "p" או "p" - זה מה שמייחד את המכשיר של הטרנזיסטור. כתוצאה מכך, מתקבל גביש עם שלושה אזורים ושני צמתים pn. בהתחשב כיצד האזורים עוקבים זה אחר זה, להבדיל הסוגים הבאים:

• פ-פ-פ;
• פ-פ-פ.

האזור הראשון נקרא פולט, השני (האמצעי) הוא הבסיס, והשלישי הוא האספן. לבסיס תמיד יש את הסימן ההפוך מהפולט והאספן.

הקצאת בסיס, אספן ופולט

הבסיס שולט בזרם בין הקולט לפולט. זה יהיה ברור יותר אם הטרנזיסטור מחולק לשני חלקים נפרדים: פולט - בסיס ובסיס - אספן. מכיוון שהבסיס נמצא בחלק האמצעי, נקבל שתי דיודות המכוונות זו לזו (סוג p-p-p) או בכיוון ההפוך (סוג p-p-p). מכיוון שספק הכוח מחובר לפולט ולקולטן, ומתח הבקרה מופעל על הבסיס, אז אחת הדיודות מחוברת בכיוון ההפוך, כלומר. סָגוּר. כמעט תמיד זה המעבר מהבסיס לאספן. המשימה של הבסיס היא לפתוח בהדרגה את המעבר הזה.

יותר מכל הזיהומים מתווספים לאזור הפולט, מכיוון שהוא מזרק או מחולל של הנשאים העיקריים. הקולט, לעומת זאת, מדולל מינימלית בזיהומים, כדי לא להעביר זרם במצב סגור.

הבסיס חייב לעמוד בדרישות מחמירות. ראשית, מהירות פעולתו של הטרנזיסטור תלויה ישירות בעובי הבסיס - ככל שהוא דק יותר, כך המהירות גבוהה יותר. שנית, ככל שהבסיס דק יותר, כך ניתן להפעיל את המתח על הטרנזיסטור נמוך יותר, אחרת יתרחש תקלה חשמלית בין הפולט לקולט.

כדי להבין כיצד פועל טרנזיסטור דו-קוטבי, ניתן לתת דוגמה. ברז המים ממוקם אופקית. בסמוך (לאורך מהלך הברז, ולא מתחתיו) יש מרזב שדרכו יכולים להגיע מים למקום הרצוי. כשהם מתחילים לפתוח את הברז, לחץ המים קטן, הוא זורם אנכית מבלי ליפול על המרזב. עם פתיחה נוספת של הברז, הלחץ יגדל עד שיגיע רגע כניסת המים למגש.

כשם שהמרחק בין הברז לניקוז קובע את לחץ המים שיעזור להגיע למרזב, כך עובי הבסיס משפיע על מתח הרוויה ולאחריו הטרנזיסטור נדלק. כמובן, הדוגמה גסה והיא נחוצה רק כדי להבין באופן גס את עקרון הפעולה של הטרנזיסטור. אבל זה המתח בין הפולט לבסיס שיהווה את ה"ברז" עצמו שפותח את הטרנזיסטור.

לאחר יצירת הגביש, מחברים מובילי מתכת לכל אחד מהאזורים שלו, הכל מבודד בקפידה ומוגן על ידי המארז. ישנם טרנזיסטורים לא ארוזים ושקופים, כמו גם כאלה המיועדים לעבוד עם רדיאטור.

מצבים ודיאגרמות חיווט

הודות להתפתחות המדע והטכנולוגיה, מפותחים טרנזיסטורים חדשים שמטרתם לחסל גורמים מזיקים. אלה כוללים הן פיזיות (לדוגמה, שבבים וזיהומים) והן חשמליים (התנגדות חומר). ביטול חסרונות כאלה מוביל לעלייה בביצועים, לירידה בצריכת החשמל ולמספר יתרונות נוספים. אבל משימות טרנזיסטור נשאר אותו דבר:

• הגברת אות;
• דוֹר;
• החלפה.

לפני פירוק כל אחת מהמשימות הללו, חשוב להבין כיצד פועל טרנזיסטור. קח טרנזיסטור מסוג pnp כדוגמה. פלוס מחובר לפולט, ומינוס לאספן. הכללה כזו נקראת רגילה, ההפך נקרא הפוך. הפולט רווי בחורים, שהם למעשה אטומים שאינם יכולים לזוז כי חסרים להם אלקטרונים. השטח שבו אין מספיק אלקטרונים גדל. באספן, להיפך, יש רוויה-על של אלקטרונים.

הבסיס הופך למבודד בין האזורים הללו, שכן האלקטרונים שבו עוברים דרך הפולט אל מקור הכוח. כאשר מופיע מתח שלילי על הבסיס, אלקטרונים הופכים אותו בהדרגה למוליך. זה מוביל לעובדה שהטרנזיסטור נפתח, וזרם מופיע בין הפולט לאספן. מכאן נוכל להסיק שמצבי הפעולה של הטרנזיסטור - מצב סגור, רוויה ומצב פתוח - תלויים לחלוטין במתח בבסיס.

הדבר הבא שאתה צריך לשים לב אליו הוא איזו ערכת חיבור משמשת. ניקח כדוגמה סוללה ונורה. לכל אחד מהאלמנטים הללו יש שתי יציאות, כלומר, יש ארבעה מהם. כלל זה חל על זרם ישיר (דופק). טרנזיסטור הוא ממיר, במילים אחרות, יש לו קלט ופלט. במקרה זה, זה צריך להיות לא שלושה, אלא ארבעה סיכות. אולם בפועל, לרוב יש לו שלוש מסקנות. מסתבר שאחת מהמסקנות שלו צריכה להיות משותפת גם לקלט וגם לתפוקה. בהתבסס על זה, יש את הדברים הבאים סוגי חיבורים:

• עם פולט נפוץ (יש עלייה במתח ובזרם, הוא משמש לעתים קרובות יותר מאשר סוגים אחרים);
• עם בסיס משותף (מגביר רק את הזרם, בשימוש נדיר);
• עם אספן משותף (מגביר את המתח, משמש לעתים קרובות כדי להתאים שלבים עם התנגדויות שונות).

אזור יישום

טרנזיסטור משמש להגברת אותות רציפים בצורות שונות במעגלים אנלוגיים. הדיבור האנושי הוא דוגמה מצוינת. רעש נשזר בקלות לתוך אותות כאלה ומסננים משמשים כדי לחסל אותם. מעגלים אנלוגיים הם ההיפך מאותות דיגיטליים בדידים.

במעגל המתנד, הטרנזיסטור מייצר אותות בצורות שונות. לדוגמה, בטלוויזיה, מחוללי טרנזיסטורים מאפשרים ליצור תדר ביניים איתו משודרים וידאו וסאונד. בטלוויזיות עצמן, גנרטורים כאלה עוזרים ליצור תמונה על המסך, קובעים את התדר לפי קו ומסגרת.

במיתוג מעגלים, עליך לנתק ולחבר במהירות את העומס, לבצע את משימת הממסר, למשל, חיבור תיריסטורים חזקים יותר, מגעים וכו'. דרישות מחמירות במיוחד מוטלות על מעגלים עם עומסים אינרטיים בצורה של השראות. הם משמשים להגברת אותות דיגיטליים במחשבים וציוד אחר.

כיום, טרנזיסטורים החליפו כמעט לחלוטין את צינורות הוואקום. למכשירים אלה יש מספר יתרונות, כולל יש להדגיש:

• מידה קטנה;
• ייצור קל יותר, מה שמוביל לעלויות נמוכות יותר;
• יש צורך בהרבה פחות מתח כדי לשלוט;
• אינם דורשים חימום, מה שמוביל לצריכת אנרגיה נמוכה יותר וזמן הקמה קצר יותר;
• עמידות גבוהה ללחץ מכני;
• חיי שירות מוגברים.

החומרים הטובים ביותר משמשים כיום לייצור טרנזיסטורים. כמה מתכות (לדוגמה, גרמניום) כבר ננטשו בייצור מכשירים. אבל אפילו לטרנזיסטורים מודרניים יש חסרונות ומגבלות. להם כלול את הבאים:

• התקני סיליקון אינם יכולים לפעול במתחים מעל 1 קילו וולט;
• יצירת משדרים רבי עוצמה דורשת תיאום מורכב מאוד;
• רגישות חזקה לקרינה והפרעות אלקטרומגנטיות.

ההתפתחויות האחרונות התקרבו לפתרון בעיות רבות. בנוסף, כיום נחשפות הזדמנויות וכיוונים חדשים לשימוש במכשירים דו-קוטביים.