Forskellige typer transistorer og deres arbejde

Da vores hjerne består af 100 milliarder celler kaldet neuroner, som bruges til at tænke og huske ting. Ligesom computeren også har milliarder af små hjerneceller ved navn Transistors. Den består af kemisk elementekstrakt fra sand kaldet Silicon. Transistorer ændrer elektronikteorien radikalt, da den er designet over et halvt århundrede før af John Bardeen, Walter Brattain og William Shockley.

Så vi fortæller dig, hvordan de fungerer, eller hvad de faktisk er?

Hvad er transistorer?

Disse enheder er sammensat af halvledermateriale, der almindeligvis bruges til forstærkning eller skifteformål, det kan også bruges til at kontrollere strømmen af spænding og strøm. Det bruges også til at forstærke indgangssignalerne i omfanget udgangssignalet. En transistor er normalt en solid state elektronisk enhed, der består af halvledende materialer. Den elektroniske strømcirkulation kan ændres ved tilføjelse af elektroner. Denne proces bringer spændingsvariationer til at påvirke proportionalt mange variationer i udgangsstrøm, hvilket bringer forstærkning til eksistens. Ikke alle, men de fleste af de elektroniske enheder indeholder en eller flere typer transistorer. Nogle af transistorer placeres individuelt eller ellers generelt i integrerede kredsløb, der varierer alt efter deres tilstandsapplikationer.

"Transistor er en komponent med tre ben insekt, der er anbragt enkeltvis i nogle enheder, men i computere er den pakket inde i millioner af tal i små mikrochips"

Hvad består en transistor af?

Transistor består af tre lag halvleder, som har en evne til at holde strøm. Det elektricitetsledende materiale, såsom silicium og germanium, har evnen til at transportere elektricitet mellem ledere og isolator, som var lukket af plastledninger. Halvledende materialer behandles ved en eller anden kemisk procedure kaldet doping af halvlederen. Hvis silicium er doteret med arsen, fosfor og antimon, vil det få nogle ekstra ladningsbærere, dvs. elektroner, er kendt som N-type eller negativ halvleder, mens hvis silicium er doteret med andre urenheder som bor, gallium, aluminium, vil det opnå færre ladebærere, dvs. huller, er kendt som en P-type eller positiv halvleder.

Hvordan fungerer transistor?

Arbejdskonceptet er hoveddelen for at forstå, hvordan man bruger en transistor, eller hvordan den fungerer ?, der er tre terminaler i transistoren:

• Base: Det giver base til transistorelektroderne.

• Emitter: Opladningsbærere, der udsendes af dette.

• Collector: Opladere, der opkræves af dette.

Hvis transistoren er af typen NPN, er vi nødt til at anvende en spænding på 0,7 v for at udløse den, og da spændingen, der påføres basestiften, tænder transistoren TIL, hvilket er den fremadrettede tilstand, og strømmen begynder at strømme gennem samleren til emitteren (også kaldet mætning område). Når transistoren er i omvendt forspændt tilstand, eller basestiften er jordforbundet eller uden spænding på den, forbliver transistoren i OFF-tilstand og tillader ikke strømmen fra kollektor til emitter (også kaldet afskæringsområde).

Hvis transistoren er PNP-type, er den normalt i TIL-tilstand, men det skal ikke siges perfekt, indtil basestiften bliver perfekt jordforbundet. Efter jordforbindelse skal transistoren være i omvendt forspændt tilstand eller siges at være tændt. Da forsyningen til basestiften stopper, leder den strøm fra kollektor til emitter, og transistoren siges at være i OFF-tilstand eller fremadspændt tilstand.

For at beskytte transistoren forbinder vi en modstand i serie med den, for at finde værdien af den modstand bruger vi nedenstående formel:

R _B = V _BE / I _B

Forskellige typer transistorer:

Hovedsageligt kan vi opdele transistoren i to kategorier Bipolar Junction Transistor (BJT) og Field Effect Transistor (FET). Yderligere kan vi opdele det som nedenfor:

Bipolar junction transistor (BJT)

En bipolar forbindelsestransistor består af doteret halvleder med tre terminaler, dvs. base, emitter og kollektor. I denne procedure er huller og elektroner begge involveret. En stor mængde strøm, der passerer i kollektor til emitter, skifter ved at ændre lille strøm fra base til emitterterminaler. Disse kaldes også som strømstyrede enheder. NPN og PNP er to hoveddele af BJT'er, som vi diskuterede tidligere. BJT tændt ved at give input til basen, fordi den har den laveste impedans for alle transistorer. Forstærkning er også højest for alle transistorer.

De typer af BJT er som følger:

1. NPN-transistor:

I NPN-transistorens midterregion, dvs. basen er af p-type, og de to ydre regioner, dvs. emitter og kollektor, er af n-typen.

I fremad aktiv tilstand er NPN-transistoren forudindtaget. Ved jævnstrømskilde Vbb vil basen til emitterkrydsningen være forspændt. Derfor reduceres udtømningsområdet ved dette kryds. Samler-til-base-krydset er omvendt forspændt, kollektor til base-junction-udtømningsområdet øges. De fleste ladebærere er elektroner til n-type emitter. Basisemitterkryds er forspændt fremad, så elektroner bevæger sig mod baseområdet. Derfor forårsager dette emitterstrømmen Ie. Basisområdet er tyndt og let doteret af huller, der dannes en elektron-hul-kombination, og nogle elektroner forbliver i basisområdet. Dette forårsager meget lille basisstrøm Ib. Basiskollektorovergangen er omvendt forspændt til huller i basisområdet og elektroner i kollektorområdet, men det er forspændt fremad til elektroner i basisområdet. Resterende elektroner i basisområdet tiltrukket af kollektorterminal forårsager kollektorstrøm Ic. Se mere om NPN Transistor her.

2. PNP-transistor:

I PNP-transistorens midterregion, dvs. basen er af n-typen, og de to ydre regioner, dvs. samleren og emitteren er af p-typen.

Som vi diskuterede ovenfor i NPN-transistor, fungerer den også i aktiv tilstand. De fleste ladebærere er huller til p-type emitter. For disse huller vil basemitterkrydsningen være forspændt fremad og bevæge sig mod basisområdet. Dette forårsager emitterstrømmen Ie. Basisområdet er tyndt og let doteret af elektroner, der dannes en elektron-hul-kombination, og nogle huller forbliver i basisområdet. Dette forårsager meget lille basisstrøm Ib. Basiskollektorkrydsningen er omvendt forspændt til huller i basisregionen og huller i kollektorregionen, men den er forspændt til huller i basisregionen. Resterende huller i basisregionen tiltrukket af kollektorterminalen forårsager kollektorstrøm Ic. Se mere om PNP-transistor her.

Hvad er transistorkonfigurationer?

Generelt er der tre typer konfigurationer, og deres beskrivelse med hensyn til gevinst er som følger:

Common Base (CB) -konfiguration: Den har ingen strømforstærkning, men har spændingsforstærkning.

Common Collector (CC) -konfiguration: Den har strømforstærkning, men ingen spændingsforstærkning.

Common Emitter (CE) -konfiguration: Den har strømforstærkning og spændingsforstærkning begge.

Transistor Common Base (CB) konfiguration:

I dette kredsløb er basen placeret fælles for både input og output. Den har lav indgangsimpedans (50-500 ohm). Den har høj outputimpedans (1-10 mega ohm). Spændinger målt i forhold til baseterminaler. Så indgangsspænding og strøm vil være Vbe & Ie og udgangsspænding og strøm vil være Vcb & Ic.

Nuværende gevinst vil være mindre end enhed, dvs. alpha (dc) = Ic / Ie
Spændingsforstærkning vil være høj.
Effektforøgelse vil være gennemsnitlig.

Transistor Common Emitter (CE) konfiguration:

I dette kredsløb er emitteren placeret fælles for både input og output. Indgangssignalet påføres mellem basen og emitteren, og udgangssignalet påføres mellem samler og emitter. Vbb & Vcc er spændingerne. Den har høj indgangsimpedans, dvs. (500-5000 ohm). Den har lav outputimpedans, dvs. (50-500 kilo ohm).

Nuværende gevinst vil være høj (98) dvs. beta (dc) = Ic / Ie
Effektforøgelse er op til 37 db.
Output vil være 180 grader ude af fase.

Transistor Common Collector-konfiguration:

I dette kredsløb er samleren placeret fælles for både input og output. Dette er også kendt som emitter follower. Den har høj indgangsimpedans (150-600 kilo ohm). Den har lav udgangsimpedans (100-1000 ohm).

Den aktuelle gevinst vil være høj (99).
Spændingsforstærkning vil være mindre end enhed.
Effektforøgelse vil være gennemsnitlig.

Felteffekttransistor (FET):

Field Effect Transistor indeholder de tre regioner såsom en kilde, en port, et afløb. De betegnes som spændingsstyrede enheder, da de styrer spændingsniveauet. For at kontrollere den elektriske adfærd kan det eksternt anvendte elektriske felt vælges, hvorfor det kaldes som felteffekt-transistorer. I dette strømmer strømmen på grund af de fleste ladebærere, dvs. elektroner, derfor også kendt som den unipolære transistor. Det har hovedsagelig høj indgangsimpedans i mega ohm med lav frekvens ledningsevne mellem afløb og kilde styret af elektrisk felt. FET'er er meget effektive, energiske og har mindre omkostninger.

Felteffekttransistorer er af to typer, dvs. Junction field effect transistors (JFET) og Metaloxid field effect transistors (MOSFET). Strømmen passerer mellem de to kanaler navngivet som n-kanal og p-kanal.

Junction Field Effect Transistor (JFET)

Krydsfelteffekt-transistoren har ingen PN-forbindelse, men i stedet for halvledermaterialer med høj resistivitet danner de n & p-type siliciumkanaler til strømning af flertallet af ladebærere med to terminaler, enten afløb eller en kildeterminal. I n-kanal er strøm af strøm negativ, mens i p-kanal strøm af strøm er positiv.

Arbejde med JFET:

Der er to typer kanaler i JFET navngivet som: n-kanal JFET & p-kanal JFET

N-kanal JFET:

Her skal vi diskutere om den primære drift af n-kanal JFET i to betingelser som følger:

Først når Vgs = 0, Påfør lille positiv spænding på afløbsterminalen, hvor Vds er positiv. På grund af denne anvendte spænding Vds strømmer elektroner fra kilde til afløb, hvilket medfører afløbsstrøm Id. Kanal mellem afløb og kilde fungerer som modstand. Lad n-kanal være ensartet. Forskellige spændingsniveauer opsat af afløbsstrøm Id og bevæger sig fra kilde til afløb. Spændingerne er højest ved afløbsterminalen og lavest ved kildeterminalen. Afløb er omvendt forspændt, så udtømningslaget er bredere her.

Vds stiger, Vgs = 0 V

Udtømningslaget øges, kanalbredden reduceres. Vds stiger på niveau, hvor to udtømningsregioner berører, denne tilstand kendt som pinch-off-proces og forårsager klemning af spænding Vp.

Her er Id klemt –off falder til 0 MA & Id når ved mætningsniveau. Id med Vgs = 0 kendt som dræningskildemætningsstrøm (Idss). Vds steg med Vp, hvor nuværende Id forbliver den samme, og JFET fungerer som en konstant strømkilde.

For det andet, når Vgs ikke er lig med 0, Anvend negative Vgs og Vds varierer. Udtømningsregionens bredde øges, kanalen bliver smal, og modstanden øges. Mindre afløbsstrømme strømmer og når op til mætningsniveau. På grund af negative Vgs falder mætningsniveauet, Id falder. Klem – af spænding falder konstant. Derfor kaldes det spændingsstyret enhed.

Egenskaber ved JFET:

Kendetegnene viser forskellige regioner, som er som følger:

Ohmisk region: Vgs = 0, udtyndingslag lille.

Afskæringsområde: Også kendt som klemregion, da kanalmodstand er maksimal.

Mætning eller aktiv region: Kontrolleret af portkildespænding, hvor afløbskildespænding er mindre.

Nedbrydningsområde: Spændingen mellem afløb og kilde er høj årsag til nedbrydning i resistiv kanal.

P-kanal JFET:

p-kanal JFET fungerer som n-kanal JFET, men der opstod nogle undtagelser, dvs. på grund af huller er kanalstrømmen positiv, og forspændingsspændingens polaritet skal vendes.

Drænstrøm i aktiv region:

Id = Idss

Modstand for afløbskildekanal: Rds = delta Vds / delta Id

Metaloxid felteffekttransistor (MOSFET):

Metaloxid felteffekt transistor er også kendt som spændingsstyret felt effekt transistor. Her isoleres metaloxidportelektroner elektrisk fra n-kanal og p-kanal med tyndt lag siliciumdioxid betegnet som glas.

Strømmen mellem afløb og kilde er direkte proportional med indgangsspændingen.

Det er en tre terminal enhed, dvs. gate, afløb og kilde. Der er to typer MOSFET ved funktion af kanaler, dvs. p-kanal MOSFET og n-kanal MOSFET.

Der er to former for metaloxidfelteffekttransistor, dvs. udtømningstype og forbedringstype.

Udtømningstype: Det kræver Vgs dvs. gate-source-spænding for at slukke & udtømningstilstand er lig med normalt lukket switch.

Vgs = 0, hvis Vgs er positiv, er elektroner mere, og hvis Vgs er negativ, er elektroner mindre.

Enhancement Type: Det kræver Vgs dvs. gate source-spænding for at tænde og forbedringstilstand er lig med normalt åben switch.

Her er den ekstra terminal substrat, der bruges i jordforbindelse.

Gate kilde spænding (Vgs) er større end tærskel spænding (Vth)

Forholdsregler for transistorer:

Forspænding kan udføres ved hjælp af de to metoder, dvs. forspænding fremad og omvendt forspænding, mens der afhængigt af forspænding er fire forskellige forspændingskredsløb som følger:

Fixed Base Bias og Fixed Resistance Bias:

I figuren er basismodstanden Rb forbundet mellem basen og Vcc. Basisemitterforbindelsen er forspændt fremad på grund af spændingsfald Rb, der fører til at strømme Ib gennem det. Her opnås Ib fra:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Dette resulterer i stabilitetsfaktor (beta +1), hvilket fører til lav termisk stabilitet. Her udtrykkene for spændinger og strømme dvs.

Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Collector Feedback Bias:

I denne figur er basismodstanden Rb forbundet over transistorens kollektor og baseterminal. Derfor ligner basisspænding Vb og kollektorspænding Vc hinanden ved dette

Vb = Vc-IbRb Hvor, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

Af disse ligninger, Ic falder Vc, hvilket reducerer Ib, automatisk Ic reducerende.

Her vil (beta +1) faktor være mindre end en, og Ib fører til at reducere forstærkerforstærkning.

Så spændinger og strømme kan gives som-

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie er næsten lig med Ib

Dual Feedback Bias:

I denne figur er det den modificerede form over samlerfeedback-baseringskredsløbet. Da den har yderligere kredsløb R1, som øger stabiliteten. Derfor fører stigning i basismodstand til variationerne i beta, dvs. forstærkning.

Nu, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie er næsten lig med Ic

Fixed Bias With Emitter Resistor:

I denne figur er det det samme som fast forspændingskredsløb, men det har en ekstra emittermodstand Re forbundet. Ic stiger på grund af temperatur, Ie stiger også, hvilket igen øger spændingsfaldet over Re. Dette resulterer i reduktion i Vc, reducerer Ib, hvilket bringer iC tilbage til sin normale værdi. Spændingsforstærkning reduceres ved tilstedeværelse af Re.

Nu, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie er næsten lig med Ic

Emitter Bias:

I denne figur er der to forsyningsspændinger Vcc & Vee er ens, men modsat i polaritet. Her er Vee fremad forspændt til basisemitterkryds ved Re & Vcc er omvendt forspændt til kollektorbasekryds.

Nu, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie er næsten lig med Ib Hvor, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Hvilket giver et stabilt driftspunkt.

Bias for emitterfeedback:

I denne figur bruger den både samler som feedback og emitterfeedback for højere stabilitet. På grund af strømmen af emitterstrøm Ie opstår spændingsfaldet over emittermodstanden Re, derfor vil emitterbasisforbindelsen være forspændt fremad. Her stiger temperaturen, Ic stiger, dvs. også stiger. Dette fører til et spændingsfald ved Re, kollektorspændingen Vc falder og Ib falder også. Dette resulterer i, at outputforstærkningen reduceres. Udtrykkene kan gives som:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie er næsten lige til jeg c

Spændingsdeler Bias:

I denne figur bruger den spændingsdelerform af modstand R1 & R2 til at forspænde transistoren. Spændingsformerne ved R2 vil være basisspænding, da den forspænder base-emitterkryds. Her er I2 = 10Ib.

Dette gøres for at forsømme spændingsdelerstrøm, og ændringer forekommer i beta-værdi.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic modstår ændringerne i både beta og Vbe, hvilket resulterer i en stabilitetsfaktor på 1. I dette øges Ic med stigning i temperatur, dvs. stigning med stigning i emitterspænding Ve, som reducerer basisspændingen Vbe. Dette resulterer i fald i basisstrøm ib og ic til dets faktiske værdier.

Anvendelser af transistorer

Transistorer for de fleste dele bruges i elektronisk anvendelse såsom spændings- og effektforstærkere.
Bruges som afbrydere i mange kredsløb.
Bruges til fremstilling af digitale logiske kredsløb, dvs. AND, NOT osv.
Transistorer er indsat i alt, dvs. komfur til computere.
Brugt i mikroprocessoren som chips, hvor milliarder af transistorer er integreret inde i den.
Tidligere blev de brugt i radioer, telefonudstyr, hørehoveder osv.
De blev også brugt tidligere i vakuumrør i store størrelser.
De bruges også i mikrofoner til at ændre lydsignaler til elektriske signaler.