Thực đơn
trang chủĐiện thoại

Mạch chuyển mạch cho bóng bán dẫn lưỡng cực. Transistor là gì và nó hoạt động như thế nào

Một bóng bán dẫn thuộc loại thiết bị bán dẫn. Trong kỹ thuật điện, nó được sử dụng như một máy phát và bộ khuếch đại các dao động điện. Cơ sở của thiết bị là một tinh thể nằm trong vỏ. Để tạo ra tinh thể, người ta sử dụng một vật liệu bán dẫn đặc biệt, có đặc tính ở vị trí trung gian giữa chất cách điện và chất dẫn điện. Transistor được sử dụng trong các mạch vô tuyến và điện tử. Những thiết bị này có thể... Mỗi người trong số họ có các thông số và đặc điểm riêng.

Đặc điểm của bóng bán dẫn lưỡng cực

Dòng điện trong bóng bán dẫn lưỡng cực được tạo ra bởi các điện tích có cực dương và cực âm. Các lỗ trống mang cực tính dương và các electron mang cực tính âm. Đối với loại thiết bị này, các tinh thể germanium hoặc silicon được sử dụng, có các đặc tính riêng được tính đến khi tạo ra các mạch điện tử.

Tinh thể được làm từ vật liệu siêu tinh khiết. Các tạp chất đặc biệt được thêm vào chúng với liều lượng chính xác. Chúng ảnh hưởng đến sự xuất hiện của độ dẫn điện hoặc lỗ trống trong tinh thể. Chúng được ký hiệu tương ứng là độ dẫn n- hoặc p. Một đế được hình thành, là một trong các điện cực. Các tạp chất đặc biệt được đưa vào bề mặt tinh thể sẽ làm thay đổi độ dẫn của bazơ thành giá trị ngược lại. Kết quả là, các vùng n-p-n hoặc p-n-p được hình thành, nơi các thiết bị đầu cuối được kết nối. Vì vậy, một bóng bán dẫn được tạo ra.

Nguồn mang điện được gọi là bộ phát, và bộ thu của các hạt mang điện là bộ thu. Giữa chúng có một vùng đóng vai trò là căn cứ. Các cực của thiết bị được đặt tên theo các điện cực được kết nối. Khi tín hiệu đầu vào ở dạng điện áp nhỏ đến bộ phát, dòng điện sẽ chạy trong mạch giữa nó và bộ thu. Hình dạng của dòng điện này trùng với tín hiệu đầu vào nhưng giá trị của nó tăng lên đáng kể. Đây chính xác là đặc tính khuếch đại của bóng bán dẫn.

Hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường

Trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường, chuyển động có hướng của các electron hoặc lỗ trống được hình thành dưới tác động của điện trường, được tạo ra ở điện cực thứ ba bởi điện áp đặt vào. Các chất mang phát ra từ một điện cực, đó là lý do tại sao nó được gọi là nguồn. Điện cực thứ hai, nhận điện tích, được gọi là cống. Điện cực thứ ba, điều khiển chuyển động của các hạt, được gọi là cổng. Phần dẫn điện được giới hạn bởi cống và nguồn được gọi là kênh, do đó các thiết bị này còn được gọi là thiết bị kênh. Điện trở kênh thay đổi dưới tác động của điện áp tạo ra ở cổng. Yếu tố này ảnh hưởng đến dòng điện chạy qua kênh.

Loại hạt mang điện ảnh hưởng đến các đặc tính. Sự chuyển động có hướng của các electron xảy ra trong kênh n và các lỗ trống di chuyển trong kênh p. Như vậy, dòng điện xuất hiện dưới tác dụng của các hạt tải điện chỉ có một dấu. Đây là điểm khác biệt chính giữa bóng bán dẫn hiệu ứng trường và bóng bán dẫn lưỡng cực.

Nguyên lý hoạt động của mỗi bóng bán dẫn hiệu ứng trường là dòng điện đơn cực, đòi hỏi điện áp không đổi để cung cấp độ lệch ban đầu. Giá trị phân cực phụ thuộc vào loại kênh và điện áp liên quan đến một loại thiết bị cụ thể. Nhìn chung, chúng hoạt động đáng tin cậy, có thể hoạt động ở dải tần số rộng và có trở kháng đầu vào cao.

Những lời giải thích cần thiết đã được đưa ra, hãy đi vào vấn đề.

Linh kiện bán dẫn. Định nghĩa và lịch sử

bóng bán dẫn- một thiết bị bán dẫn điện tử trong đó dòng điện trong mạch gồm hai điện cực được điều khiển bởi điện cực thứ ba. (bóng bán dẫn.ru)

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường là những bóng bán dẫn đầu tiên được phát minh (1928), và các bóng bán dẫn lưỡng cực xuất hiện vào năm 1947 tại Bell Labs. Và không hề phóng đại, đó là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực điện tử.

Rất nhanh chóng, bóng bán dẫn đã thay thế đèn chân không trong nhiều thiết bị điện tử khác nhau. Về vấn đề này, độ tin cậy của các thiết bị như vậy đã tăng lên và kích thước của chúng giảm đáng kể. Và cho đến ngày nay, vi mạch dù có “tinh vi” đến đâu thì nó vẫn chứa nhiều bóng bán dẫn (cũng như điốt, tụ điện, điện trở, v.v.). Chỉ những cái rất nhỏ.

Nhân tiện, ban đầu “bóng bán dẫn” là điện trở có điện trở có thể thay đổi bằng lượng điện áp đặt vào. Nếu chúng ta bỏ qua tính chất vật lý của các quá trình, thì một bóng bán dẫn hiện đại cũng có thể được biểu diễn dưới dạng điện trở phụ thuộc vào tín hiệu cung cấp cho nó.

Sự khác biệt giữa bóng bán dẫn hiệu ứng trường và bóng bán dẫn lưỡng cực là gì? Câu trả lời nằm ở chính cái tên của họ. Trong một bóng bán dẫn lưỡng cực, quá trình truyền điện tích bao gồm Vàđiện tử, Và lỗ ("encore" - hai lần). Và trong lĩnh vực này (còn gọi là đơn cực) - hoặcđiện tử, hoặc hố.

Ngoài ra, các loại bóng bán dẫn này có phạm vi ứng dụng khác nhau. Các lưỡng cực được sử dụng chủ yếu trong công nghệ tương tự và hiện trường - trong công nghệ kỹ thuật số.

Và cuối cùng: lĩnh vực ứng dụng chính của bất kỳ bóng bán dẫn nào- tăng cường tín hiệu yếu do có nguồn điện bổ sung.

Transistor lưỡng cực. Nguyên lý hoạt động. Các đặc điểm chính


Một bóng bán dẫn lưỡng cực bao gồm ba vùng: bộ phát, đế và bộ thu, mỗi vùng được cung cấp điện áp. Tùy thuộc vào loại độ dẫn của các khu vực này, bóng bán dẫn n-p-n và p-n-p được phân biệt. Thông thường vùng thu rộng hơn vùng phát. Đế được làm bằng chất bán dẫn pha tạp nhẹ (đó là lý do tại sao nó có điện trở cao) và được làm rất mỏng. Do diện tích tiếp xúc của bộ phát và đế thu nhỏ hơn đáng kể so với diện tích tiếp xúc của đế thu, nên không thể hoán đổi bộ phát và thu bằng cách thay đổi cực kết nối. Vì vậy, bóng bán dẫn là một thiết bị không đối xứng.

Trước khi xem xét tính chất vật lý của cách thức hoạt động của bóng bán dẫn, chúng ta hãy phác thảo vấn đề chung.


Nó như sau: một dòng điện mạnh chạy giữa bộ phát và bộ thu ( Dòng thu), và giữa bộ phát và đế có dòng điện điều khiển yếu ( dòng cơ sở). Dòng cực góp sẽ thay đổi tùy thuộc vào sự thay đổi của dòng cơ sở. Tại sao?
Hãy xem xét các điểm nối p-n của bóng bán dẫn. Có hai trong số đó: cơ sở phát (EB) và cơ sở thu thập cơ sở (BC). Trong chế độ hoạt động tích cực của bóng bán dẫn, cái đầu tiên trong số chúng được kết nối với độ phân cực thuận và cái thứ hai với độ phân cực ngược. Điều gì xảy ra ở tiếp giáp p-n? Để chắc chắn hơn, chúng ta sẽ xem xét bóng bán dẫn n-p-n. Đối với p-n-p mọi thứ đều tương tự, chỉ cần thay từ “electron” bằng “lỗ trống”.

Vì tiếp giáp EB mở nên các electron dễ dàng “chạy ngang” tới đáy. Ở đó chúng kết hợp lại một phần với các lỗ, nhưng ồ Hầu hết trong số chúng, do độ dày nhỏ của đế và độ pha tạp thấp, có thể đạt được quá trình chuyển đổi cơ sở-thu. Như chúng ta nhớ, điều này có xu hướng ngược. Và vì các electron trong bazơ là những hạt mang điện thiểu số nên điện trường của quá trình chuyển đổi giúp chúng khắc phục được điều đó. Vì vậy, dòng cực thu chỉ nhỏ hơn dòng cực phát một chút. Bây giờ hãy chú ý đến bàn tay của bạn. Nếu bạn tăng dòng điện cơ sở, tiếp giáp EB sẽ mở mạnh hơn và nhiều electron hơn sẽ có thể trượt giữa bộ phát và bộ thu. Và vì dòng cực góp ban đầu lớn hơn dòng cơ sở nên sự thay đổi này sẽ rất rất đáng chú ý. Như vậy, tín hiệu yếu nhận được ở cơ sở sẽ được khuếch đại. Một lần nữa, sự thay đổi lớn trong dòng điện thu phản ánh tỷ lệ của sự thay đổi nhỏ trong dòng điện cơ sở.

Tôi nhớ rằng nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực đã được giải thích cho bạn cùng lớp của tôi bằng ví dụ về vòi nước. Nước trong đó là dòng thu, còn dòng điều khiển cơ bản là mức độ chúng ta xoay núm. Một lực nhỏ (hành động điều khiển) là đủ để tăng lưu lượng nước từ vòi.

Ngoài các quá trình đã xem xét, một số hiện tượng khác có thể xảy ra tại các điểm nối p-n của bóng bán dẫn. Ví dụ, với sự gia tăng mạnh mẽ điện áp tại điểm nối cơ sở-thu, sự nhân lên của điện tích tuyết lở có thể bắt đầu do sự ion hóa tác động. Và cùng với hiệu ứng đường hầm, điều này trước tiên sẽ gây ra sự cố về điện, sau đó (với dòng điện ngày càng tăng) sẽ gây ra sự cố nhiệt. Tuy nhiên, hiện tượng đánh thủng nhiệt trong bóng bán dẫn có thể xảy ra mà không đánh thủng điện (tức là không tăng điện áp của bộ thu lên điện áp đánh thủng). Một dòng điện quá mức qua bộ thu sẽ đủ cho việc này.

Một hiện tượng khác là do khi điện áp trên các mối nối bộ thu và bộ phát thay đổi, độ dày của chúng cũng thay đổi. Và nếu đế quá mỏng thì có thể xảy ra hiệu ứng đóng lại (cái gọi là "đâm thủng" đế) - kết nối giữa điểm nối bộ thu và điểm nối bộ phát. Trong trường hợp này, vùng cơ sở biến mất và bóng bán dẫn ngừng hoạt động bình thường.

Dòng thu của bóng bán dẫn ở chế độ hoạt động bình thường của bóng bán dẫn lớn hơn dòng cơ sở một số lần nhất định. Số này được gọi là lợi ích hiện tại và là một trong những thông số chính của bóng bán dẫn. Nó được chỉ định h21. Nếu bóng bán dẫn được bật mà không tải trên bộ thu, thì ở điện áp bộ thu-bộ phát không đổi, tỷ lệ giữa dòng điện của bộ thu và dòng cơ sở sẽ cho tăng dòng tĩnh. Nó có thể bằng hàng chục hoặc hàng trăm đơn vị, nhưng cần xem xét thực tế là trong mạch thực, hệ số này nhỏ hơn do khi tải được bật, dòng điện thu sẽ giảm một cách tự nhiên.

Thông số quan trọng thứ hai là Điện trở đầu vào của bóng bán dẫn. Theo định luật Ohm, đó là tỷ số giữa điện áp giữa đế và bộ phát với dòng điện điều khiển của đế. Nó càng lớn thì dòng cơ sở càng thấp và mức tăng càng cao.

Tham số thứ ba của bóng bán dẫn lưỡng cực là tăng điện áp. Nó bằng tỷ số giữa biên độ hoặc giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều đầu ra (bộ phát-bộ phát) và đầu vào (bộ phát cơ sở). Vì giá trị đầu tiên thường rất lớn (đơn vị và hàng chục vôn) và giá trị thứ hai rất nhỏ (phần mười vôn), nên hệ số này có thể đạt tới hàng chục nghìn đơn vị. Điều đáng chú ý là mỗi tín hiệu điều khiển cơ sở có mức tăng điện áp riêng.

Transistor cũng có phản hồi thường xuyên, đặc trưng cho khả năng khuếch đại tín hiệu của bóng bán dẫn có tần số gần bằng tần số khuếch đại giới hạn. Thực tế là khi tần số của tín hiệu đầu vào tăng thì mức tăng sẽ giảm. Điều này là do thời gian xảy ra các quá trình vật lý chính (thời gian chuyển động của các hạt tải điện từ bộ phát đến bộ thu, điện tích và phóng điện của các điểm nối rào cản điện dung) trở nên tương xứng với khoảng thời gian thay đổi của tín hiệu đầu vào. . Những thứ kia. Đơn giản là bóng bán dẫn không có thời gian để phản ứng với những thay đổi trong tín hiệu đầu vào và đến một lúc nào đó chỉ đơn giản là ngừng khuếch đại nó. Tần suất xảy ra điều này được gọi là ranh giới.

Ngoài ra, các thông số của bóng bán dẫn lưỡng cực là:

  • bộ thu-phát dòng ngược
  • kịp thời
  • dòng điện thu ngược
  • dòng điện tối đa cho phép

Các ký hiệu của bóng bán dẫn n-p-n và p-n-p chỉ khác nhau theo hướng mũi tên chỉ bộ phát. Nó cho thấy dòng điện chạy trong một bóng bán dẫn nhất định như thế nào.

Các chế độ hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực

Tùy chọn được thảo luận ở trên thể hiện chế độ hoạt động tích cực thông thường của bóng bán dẫn. Tuy nhiên, có một số sự kết hợp khác của các mối nối p-n mở/đóng, mỗi mối nối đại diện cho một chế độ hoạt động riêng biệt của bóng bán dẫn.
  1. Chế độ hoạt động nghịch đảo. Ở đây quá trình chuyển đổi BC mở, nhưng ngược lại, EB đóng. Tất nhiên, đặc tính khuếch đại ở chế độ này kém hơn bao giờ hết nên bóng bán dẫn rất hiếm khi được sử dụng ở chế độ này.
  2. Chế độ bão hòa. Cả hai lối đi đều mở. Theo đó, các hạt mang điện chính của bộ thu và bộ phát “chạy” về cực gốc, nơi chúng tích cực kết hợp lại với các hạt mang điện chính của nó. Do sự dư thừa của các hạt mang điện, điện trở của các điểm nối bazơ và p-n giảm. Do đó, mạch chứa bóng bán dẫn ở chế độ bão hòa có thể được coi là ngắn mạch và bản thân phần tử vô tuyến này có thể được biểu diễn dưới dạng điểm đẳng thế.
  3. Chế độ ngắt. Cả hai quá trình chuyển đổi của bóng bán dẫn đều đóng, tức là dòng điện của các hạt mang điện chính giữa bộ phát và bộ thu dừng lại. Dòng hạt mang điện thiểu số chỉ tạo ra dòng chuyển tiếp nhiệt nhỏ và không thể kiểm soát được. Do độ nghèo của đế và sự chuyển tiếp của các hạt mang điện, điện trở của chúng tăng lên rất nhiều. Vì vậy, người ta thường tin rằng một bóng bán dẫn hoạt động ở chế độ cắt nghĩa là mạch hở.
  4. Chế độ rào cảnỞ chế độ này, đế được kết nối trực tiếp hoặc thông qua điện trở thấp với bộ thu. Một điện trở cũng được bao gồm trong mạch thu hoặc phát, giúp đặt dòng điện qua bóng bán dẫn. Điều này tạo ra sự tương đương của một mạch diode với một điện trở mắc nối tiếp. Chế độ này rất hữu ích vì nó cho phép mạch hoạt động ở hầu hết mọi tần số, trong phạm vi nhiệt độ rộng và không phụ thuộc vào các thông số của bóng bán dẫn.

Mạch chuyển mạch cho bóng bán dẫn lưỡng cực

Vì bóng bán dẫn có ba tiếp điểm nên nói chung, nguồn điện phải được cung cấp cho nó từ hai nguồn, cùng tạo ra bốn đầu ra. Do đó, một trong các tiếp điểm của bóng bán dẫn phải được cung cấp điện áp có cùng dấu từ cả hai nguồn. Và tùy thuộc vào loại tiếp điểm nào, có ba mạch để kết nối các bóng bán dẫn lưỡng cực: với một bộ phát chung (CE), một bộ thu chung (OC) và một đế chung (CB). Mỗi người trong số họ đều có cả ưu điểm và nhược điểm. Việc lựa chọn giữa chúng được thực hiện tùy thuộc vào thông số nào quan trọng đối với chúng ta và thông số nào có thể hy sinh.

Mạch kết nối với bộ phát chung

Mạch này cung cấp mức tăng lớn nhất về điện áp và dòng điện (và do đó cả về công suất - lên tới hàng chục nghìn đơn vị), và do đó là mạch phổ biến nhất. Ở đây, điểm nối cơ sở phát được bật trực tiếp và đường giao nhau của cơ sở thu được bật ngược lại. Và vì cả đế và bộ thu đều được cung cấp điện áp cùng dấu nên mạch có thể được cấp nguồn từ một nguồn. Trong mạch này, pha của điện áp xoay chiều đầu ra thay đổi 180 độ so với pha của điện áp xoay chiều đầu vào.

Nhưng bên cạnh tất cả những ưu điểm, sơ đồ OE cũng có một nhược điểm đáng kể. Thực tế là sự gia tăng tần số và nhiệt độ dẫn đến sự suy giảm đáng kể các đặc tính khuếch đại của bóng bán dẫn. Vì vậy, nếu bóng bán dẫn phải hoạt động ở tần số cao thì tốt hơn nên sử dụng một mạch chuyển mạch khác. Ví dụ, với một cơ sở chung.

Sơ đồ kết nối với đế chung

Mạch này không cung cấp khả năng khuếch đại tín hiệu đáng kể, nhưng hoạt động tốt ở tần số cao, vì nó cho phép sử dụng đầy đủ hơn đáp ứng tần số của bóng bán dẫn. Nếu cùng một bóng bán dẫn được kết nối trước tiên theo một mạch có bộ phát chung, sau đó với một đế chung, thì trong trường hợp thứ hai, tần số khuếch đại cắt của nó sẽ tăng đáng kể. Do với kết nối như vậy, trở kháng đầu vào thấp và trở kháng đầu ra không cao lắm nên các tầng bóng bán dẫn được lắp ráp theo mạch OB được sử dụng trong các bộ khuếch đại ăng-ten, trong đó trở kháng đặc tính của cáp thường không vượt quá 100 Ohm.

Trong mạch cơ sở chung, pha tín hiệu không đảo ngược và mức nhiễu ở tần số cao giảm. Tuy nhiên, như đã đề cập, mức tăng hiện tại của nó luôn nhỏ hơn một chút so với đơn vị. Đúng, mức tăng điện áp ở đây giống như trong mạch có bộ phát chung. Nhược điểm của mạch cơ sở thông thường còn bao gồm việc phải sử dụng hai nguồn điện.

Sơ đồ kết nối với bộ thu chung

Điểm đặc biệt của mạch này là điện áp đầu vào được truyền hoàn toàn trở lại đầu vào, tức là phản hồi âm rất mạnh.

Hãy để tôi nhắc bạn rằng phản hồi tiêu cực là phản hồi trong đó tín hiệu đầu ra được đưa trở lại đầu vào, do đó làm giảm mức tín hiệu đầu vào. Do đó, việc điều chỉnh tự động xảy ra khi các tham số tín hiệu đầu vào vô tình thay đổi

Mức tăng hiện tại gần giống như trong mạch phát chung. Nhưng mức tăng điện áp nhỏ (nhược điểm chính của mạch này). Nó tiến tới sự thống nhất, nhưng luôn nhỏ hơn nó. Như vậy, mức tăng công suất chỉ bằng vài chục đơn vị.

Trong mạch thu chung, không có sự lệch pha giữa điện áp đầu vào và đầu ra. Vì mức tăng điện áp gần bằng 1 nên điện áp đầu ra khớp với điện áp đầu vào theo pha và biên độ, tức là lặp lại nó. Đó là lý do tại sao mạch như vậy được gọi là mạch theo dõi bộ phát. Bộ phát - vì điện áp đầu ra được loại bỏ khỏi bộ phát so với dây chung.

Kết nối này được sử dụng để khớp với các tầng bóng bán dẫn hoặc khi nguồn tín hiệu đầu vào có trở kháng đầu vào cao (ví dụ: bộ thu áp điện hoặc micrô tụ điện).

Hai từ về thác

Điều đó xảy ra là bạn cần tăng công suất đầu ra (tức là tăng dòng điện thu). Trong trường hợp này, sử dụng kết nối song song của số lượng bóng bán dẫn cần thiết.

Đương nhiên, chúng phải gần giống nhau về đặc điểm. Nhưng phải nhớ rằng tổng dòng thu tối đa không được vượt quá 1,6-1,7 dòng thu tối đa của bất kỳ bóng bán dẫn xếp tầng nào.
Tuy nhiên (cảm ơn vì đã lưu ý), không nên làm điều này trong trường hợp bóng bán dẫn lưỡng cực. Bởi vì hai bóng bán dẫn, thậm chí cùng loại, ít nhất cũng khác nhau một chút. Theo đó, khi mắc song song, các dòng điện có cường độ khác nhau sẽ chạy qua chúng. Để cân bằng các dòng điện này, các điện trở cân bằng được lắp đặt trong mạch phát của bóng bán dẫn. Giá trị điện trở của chúng được tính toán sao cho điện áp rơi trên chúng trong phạm vi dòng điện hoạt động ít nhất là 0,7 V. Rõ ràng là điều này dẫn đến hiệu suất của mạch giảm đáng kể.

Cũng có thể cần một bóng bán dẫn có độ nhạy tốt và đồng thời có độ lợi tốt. Trong những trường hợp như vậy, một tầng bóng bán dẫn nhạy nhưng công suất thấp (VT1 trong hình) được sử dụng để điều khiển nguồn điện của một thiết bị mạnh hơn (VT2 trong hình).

Các ứng dụng khác của bóng bán dẫn lưỡng cực

Transitor không chỉ có thể được sử dụng trong các mạch khuếch đại tín hiệu. Ví dụ, do chúng có thể hoạt động ở chế độ bão hòa và cắt, nên chúng được sử dụng làm chìa khóa điện tử. Cũng có thể sử dụng bóng bán dẫn trong mạch tạo tín hiệu. Nếu chúng hoạt động ở chế độ phím thì tín hiệu hình chữ nhật sẽ được tạo và nếu ở chế độ khuếch đại thì tín hiệu có hình dạng tùy ý, tùy thuộc vào hành động điều khiển.

Đánh dấu

Vì bài viết đã phát triển đến một khối lượng không đứng đắn nên tại thời điểm này tôi sẽ chỉ đưa ra hai liên kết hay mô tả chi tiết các hệ thống đánh dấu chính cho các thiết bị bán dẫn (bao gồm cả bóng bán dẫn): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all tệp .html và .xls (35 kb).

Ý kiến ​​​​hữu ích:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Thẻ:

  • Linh kiện bán dẫn
  • bóng bán dẫn lưỡng cực
  • thiết bị điện tử
Thêm thẻ

Một phần tử vô tuyến điện tử làm bằng vật liệu bán dẫn, sử dụng tín hiệu đầu vào, tạo ra, khuếch đại và thay đổi các xung trong các mạch và hệ thống tích hợp để lưu trữ, xử lý và truyền thông tin. Transistor là một điện trở có chức năng được điều chỉnh bởi điện áp giữa bộ phát và đế hoặc nguồn và cổng, tùy thuộc vào loại mô-đun.

Các loại bóng bán dẫn

Bộ chuyển đổi được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vi mạch kỹ thuật số và tương tự để vô hiệu hóa dòng tiêu dùng tĩnh và đạt được độ tuyến tính được cải thiện. Các loại bóng bán dẫn khác nhau ở chỗ một số được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp, trong khi một số khác được điều khiển bằng cách thay đổi dòng điện.

Các mô-đun hiện trường hoạt động với điện trở DC tăng lên; việc biến đổi tần số cao không làm tăng chi phí năng lượng. Nếu chúng ta nói một cách đơn giản bóng bán dẫn là gì, thì đó là một mô-đun có giới hạn khuếch đại cao. Đặc điểm này ở các loài thực địa lớn hơn ở các loài lưỡng cực. Cái trước không có sự tái hấp thu của các chất mang điện, điều này làm tăng tốc công việc.

Chất bán dẫn trường trường được sử dụng thường xuyên hơn do những ưu điểm của chúng so với các loại lưỡng cực:

  • điện trở đầu vào mạnh mẽ ở dòng điện không đổi và tần số cao, điều này giúp giảm tổn thất năng lượng cho việc điều khiển;
  • thiếu sự tích lũy của các electron thiểu số, giúp tăng tốc hoạt động của bóng bán dẫn;
  • chuyển các hạt di động;
  • ổn định dưới độ lệch nhiệt độ;
  • tiếng ồn nhỏ do thiếu kim phun;
  • tiêu thụ điện năng thấp trong quá trình hoạt động.

Các loại bóng bán dẫn và đặc tính của chúng quyết định mục đích của chúng. Làm nóng bộ chuyển đổi loại lưỡng cực làm tăng dòng điện dọc theo đường dẫn từ bộ thu đến bộ phát. Chúng có hệ số điện trở âm và các sóng mang chuyển động sẽ chảy từ bộ phát đến thiết bị thu thập. Đế mỏng được ngăn cách bởi các tiếp giáp p-n và dòng điện chỉ phát sinh khi các hạt di động tích tụ và được đưa vào đế. Một số hạt mang điện được giữ lại bởi tiếp giáp p-n lân cận và được tăng tốc, đây là cách tính toán các thông số bóng bán dẫn.

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường còn có một loại lợi thế nữa cần được nhắc đến đối với những người giả. Chúng được kết nối song song mà không cân bằng điện trở. Điện trở không được sử dụng cho mục đích này vì chỉ báo sẽ tự động tăng khi tải thay đổi. Để có được giá trị cao của dòng điện chuyển mạch, một tổ hợp mô-đun được lắp ráp, được sử dụng trong bộ biến tần hoặc các thiết bị khác.

Nó không thể được kết nối song song; việc xác định các thông số chức năng dẫn đến việc phát hiện sự cố nhiệt có tính chất không thể đảo ngược. Những tính chất này liên quan đến đặc tính kỹ thuật của các kênh p-n đơn giản. Các mô-đun được kết nối song song bằng điện trở để cân bằng dòng điện trong mạch phát. Tùy thuộc vào đặc điểm chức năng và đặc điểm riêng biệt, việc phân loại bóng bán dẫn bao gồm loại lưỡng cực và loại hiệu ứng trường.

Transistor lưỡng cực

Thiết kế lưỡng cực được sản xuất dưới dạng thiết bị bán dẫn có ba dây dẫn. Mỗi điện cực chứa các lớp có lỗ dẫn điện p hoặc độ dẫn điện n tạp chất. Việc lựa chọn cấu hình lớp xác định việc sản xuất các loại thiết bị p-n-p hoặc n-p-n. Khi thiết bị được bật, các loại điện tích khác nhau được truyền đồng thời bởi các lỗ và electron và có liên quan đến 2 loại hạt.

Chất mang di chuyển nhờ cơ chế khuếch tán. Các nguyên tử và phân tử của một chất xâm nhập vào mạng liên phân tử của vật liệu lân cận, sau đó nồng độ của chúng được cân bằng trong toàn bộ thể tích. Sự vận chuyển xảy ra từ nơi có mật độ cao đến nơi có mật độ thấp.

Các electron cũng lan truyền dưới tác dụng của trường lực xung quanh các hạt khi các chất phụ gia hợp kim được đưa vào khối lượng cơ bản không đồng đều. Để tăng tốc độ hoạt động của thiết bị, điện cực nối với lớp giữa được làm mỏng. Các dây dẫn ngoài cùng được gọi là bộ phát và bộ thu. Đặc tính điện áp ngược của quá trình chuyển đổi là không quan trọng.

Transistor hiệu ứng trường

Transistor hiệu ứng trường điều khiển điện trở bằng cách sử dụng điện trường ngang được tạo ra bởi điện áp đặt vào. Nơi mà các electron di chuyển vào kênh được gọi là nguồn và cống xuất hiện như là điểm cuối cùng của điện tích. Điện áp điều khiển đi qua một dây dẫn gọi là cổng. Thiết bị được chia thành 2 loại:

  • với điều khiển tiếp giáp p-n;
  • Transistor MIS có cổng cách điện.

Các thiết bị loại thứ nhất chứa một tấm bán dẫn được kết nối với mạch điều khiển bằng các điện cực ở hai phía đối diện (cống và nguồn). Một nơi có loại dẫn điện khác xuất hiện sau khi kết nối tấm với cổng. Một nguồn phân cực không đổi được đưa vào mạch đầu vào sẽ tạo ra điện áp chặn tại điểm nối.

Nguồn xung khuếch đại cũng nằm ở mạch đầu vào. Sau khi thay đổi điện áp ở đầu vào, chỉ báo tương ứng tại điểm nối p-n sẽ được chuyển đổi. Độ dày của lớp và diện tích mặt cắt ngang của quá trình chuyển đổi kênh trong tinh thể, truyền dòng điện tử tích điện, đã được sửa đổi. Độ rộng kênh phụ thuộc vào khoảng cách giữa vùng cạn kiệt (dưới cổng) và chất nền. Dòng điều khiển tại điểm đầu và điểm cuối được điều khiển bằng cách thay đổi độ rộng của vùng cạn kiệt.

Bóng bán dẫn MIS được đặc trưng bởi thực tế là cổng của nó được ngăn cách bằng lớp cách điện với lớp kênh. Các vị trí pha tạp có dấu ngược lại được tạo ra trong chip bán dẫn, được gọi là chất nền. Các dây dẫn được lắp đặt trên chúng - cống và nguồn, giữa đó có chất điện môi ở khoảng cách nhỏ hơn micron. Một điện cực kim loại – một cổng – được áp vào chất cách điện. Do cấu trúc thu được có chứa kim loại, lớp điện môi và chất bán dẫn, bóng bán dẫn được viết tắt là MIS.

Thiết kế và nguyên lý hoạt động cho người mới bắt đầu

Công nghệ hoạt động không chỉ với điện tích mà còn với từ trường, lượng tử ánh sáng và photon. Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn là các trạng thái mà thiết bị chuyển đổi. Đối lập với tín hiệu nhỏ và lớn, trạng thái mở và đóng - đây là hoạt động kép của thiết bị.

Cùng với vật liệu bán dẫn trong chế phẩm, được sử dụng ở dạng tinh thể đơn, được pha tạp ở một số nơi, bóng bán dẫn có thiết kế:

  • dây dẫn kim loại;
  • chất cách điện;
  • vỏ bóng bán dẫn làm bằng thủy tinh, kim loại, nhựa, gốm kim loại.

Trước khi phát minh ra các thiết bị lưỡng cực hoặc cực, ống chân không điện tử được sử dụng làm bộ phận hoạt động. Các mạch được phát triển cho chúng sau khi sửa đổi sẽ được sử dụng để sản xuất các thiết bị bán dẫn. Chúng có thể được kết nối giống như một bóng bán dẫn và được sử dụng vì nhiều đặc tính chức năng của đèn phù hợp để mô tả hoạt động của các loại hiện trường.

Ưu nhược điểm của việc thay bóng đèn bằng Transistor

Việc phát minh ra bóng bán dẫn là yếu tố kích thích sự ra đời của các công nghệ tiên tiến trong điện tử. Mạng sử dụng các phần tử bán dẫn hiện đại; so với các mạch ống cũ, những phát triển như vậy có những ưu điểm:

  • kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, điều này rất quan trọng đối với các thiết bị điện tử thu nhỏ;
  • khả năng áp dụng các quy trình tự động trong sản xuất thiết bị và các giai đoạn nhóm, giúp giảm chi phí;
  • việc sử dụng các nguồn dòng điện cỡ nhỏ do nhu cầu điện áp thấp;
  • bật tức thời, không cần làm nóng cực âm;
  • tăng hiệu quả sử dụng năng lượng do giảm tiêu tán năng lượng;
  • sức mạnh và độ tin cậy;
  • tương tác trơn tru với các yếu tố bổ sung trên mạng;
  • khả năng chống rung và sốc.

Những bất cập được thể hiện ở các quy định sau:

  • bóng bán dẫn silicon không hoạt động ở điện áp trên 1 kW, đèn có hiệu quả ở giá trị trên 1-2 kW;
  • khi sử dụng bóng bán dẫn trong mạng phát sóng vô tuyến công suất cao hoặc máy phát vi sóng, cần phải kết hợp các bộ khuếch đại công suất thấp được kết nối song song;
  • tính dễ bị tổn thương của các phần tử bán dẫn trước tác động của tín hiệu điện từ;
  • phản ứng nhạy cảm với tia vũ trụ và bức xạ, đòi hỏi phải phát triển các vi mạch chống bức xạ trong lĩnh vực này.

Sơ đồ kết nối

Để hoạt động trong một mạch đơn, một bóng bán dẫn cần có 2 đầu ra ở đầu vào và đầu ra. Hầu như tất cả các loại thiết bị bán dẫn đều chỉ có 3 điểm kết nối. Để thoát khỏi hoàn cảnh khó khăn, một trong hai đầu được coi là chung. Điều này dẫn đến 3 sơ đồ kết nối phổ biến:

  • đối với bóng bán dẫn lưỡng cực;
  • thiết bị cực;
  • với một cống mở (bộ thu).

Mô-đun lưỡng cực được kết nối với một bộ phát chung để khuếch đại cả điện áp và dòng điện (CE). Trong các trường hợp khác, nó khớp với các chân của chip kỹ thuật số khi có điện áp cao giữa mạch ngoài và sơ đồ kết nối bên trong. Đây là cách kết nối với bộ thu chung hoạt động và chỉ quan sát thấy sự gia tăng dòng điện (OK). Nếu cần tăng điện áp thì phần tử sẽ được đưa vào với một đế chung (CB). Tùy chọn này hoạt động tốt trong các mạch nối tầng phức hợp, nhưng hiếm khi được sử dụng trong các dự án sử dụng bóng bán dẫn đơn.

Các thiết bị bán dẫn trường thuộc loại MIS và sử dụng tiếp giáp p-n được bao gồm trong mạch:

  • với bộ phát chung (COM) - kết nối tương tự như mô-đun OE loại lưỡng cực
  • với một lối thoát duy nhất (OS) - loại kế hoạch OK;
  • với màn trập chung (OZ) - mô tả tương tự về OB.

Trong sơ đồ thoát nước mở, bóng bán dẫn được kết nối với một bộ phát chung như một phần của vi mạch. Thiết bị đầu cuối của bộ thu không được kết nối với các bộ phận khác của mô-đun và tải sẽ chuyển sang đầu nối bên ngoài. Việc lựa chọn cường độ điện áp và dòng điện thu được thực hiện sau khi lắp đặt dự án. Các thiết bị thoát nước mở hoạt động trong các mạch có tầng đầu ra mạnh mẽ, trình điều khiển bus và mạch logic TTL.

Transistor dùng để làm gì?

Khu vực ứng dụng được phân định tùy thuộc vào loại thiết bị - mô-đun hoặc trường lưỡng cực. Tại sao cần có bóng bán dẫn? Ví dụ: nếu yêu cầu dòng điện thấp trong kế hoạch kỹ thuật số, thì loại trường sẽ được sử dụng. Mạch analog đạt được độ tuyến tính khuếch đại cao trên một phạm vi rộng các điện áp cung cấp và thông số đầu ra.

Các khu vực lắp đặt cho bóng bán dẫn lưỡng cực là bộ khuếch đại, tổ hợp của chúng, bộ dò, bộ điều biến, mạch hậu cần bóng bán dẫn và bộ biến tần loại logic.

Những nơi sử dụng bóng bán dẫn phụ thuộc vào đặc điểm của chúng. Chúng hoạt động ở 2 chế độ:

  • theo thứ tự khuếch đại, thay đổi xung đầu ra với độ lệch nhỏ của tín hiệu điều khiển;
  • trong quy định chính, điều khiển nguồn điện để tải ở dòng điện đầu vào thấp, bóng bán dẫn ở trạng thái đóng hoặc mở hoàn toàn.

Loại mô-đun bán dẫn không thay đổi điều kiện hoạt động của nó. Nguồn được kết nối với tải, chẳng hạn như công tắc, bộ khuếch đại âm thanh, thiết bị chiếu sáng, nó có thể là cảm biến điện tử hoặc một bóng bán dẫn mạnh mẽ liền kề. Với sự hỗ trợ của dòng điện, thiết bị tải bắt đầu hoạt động và bóng bán dẫn được kết nối với mạch giữa hệ thống lắp đặt và nguồn. Mô-đun bán dẫn giới hạn lượng năng lượng cung cấp cho thiết bị.

Điện trở ở đầu ra của bóng bán dẫn được biến đổi tùy thuộc vào điện áp trên dây dẫn điều khiển. Dòng điện và điện áp ở đầu và cuối mạch thay đổi, tăng hoặc giảm và phụ thuộc vào loại bóng bán dẫn cũng như cách kết nối nó. Việc điều khiển nguồn điện được điều khiển dẫn đến tăng dòng điện, tăng xung điện hoặc tăng điện áp.

Transistor của cả hai loại được sử dụng trong các trường hợp sau:

  1. Trong quy định kỹ thuật số. Các thiết kế thử nghiệm của mạch khuếch đại kỹ thuật số dựa trên bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) đã được phát triển.
  2. Trong máy phát xung. Tùy thuộc vào loại thiết bị, bóng bán dẫn hoạt động theo thứ tự chuyển mạch hoặc tuyến tính để tái tạo tín hiệu vuông hoặc tùy ý tương ứng.
  3. Trong các thiết bị phần cứng điện tử. Để bảo vệ thông tin và chương trình khỏi bị đánh cắp, hack và sử dụng bất hợp pháp. Hoạt động diễn ra ở chế độ phím, dòng điện được điều khiển ở dạng analog và được điều chỉnh bằng độ rộng xung. Transitor được sử dụng trong các động cơ điện và bộ ổn áp xung.

Chất bán dẫn đơn tinh thể và mô-đun đóng mở vòng lặp giúp tăng công suất nhưng chỉ hoạt động như công tắc. Trong các thiết bị kỹ thuật số, bóng bán dẫn hiệu ứng trường được sử dụng làm mô-đun tiết kiệm chi phí. Công nghệ sản xuất theo khái niệm thí nghiệm tích hợp liên quan đến việc sản xuất bóng bán dẫn trên một con chip silicon duy nhất.

Việc thu nhỏ chip dẫn đến máy tính nhanh hơn, tiêu thụ điện năng thấp hơn và sinh nhiệt ít hơn.

Đây là cách một diode hoạt động

Đây là một thứ xảo quyệt khi dòng điện chỉ truyền theo một hướng. Nó có thể được so sánh với một núm vú. Ví dụ, nó được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu khi dòng điện xoay chiều được chuyển đổi thành dòng điện một chiều. Hoặc khi bạn cần tách điện áp ngược khỏi điện áp chuyển tiếp. Nhìn vào mạch lập trình viên (trong đó có một ví dụ về bộ chia). Bạn thấy có điốt, bạn nghĩ tại sao? Nó đơn giản. Đối với bộ vi điều khiển, các mức logic là 0 và 5 volt, và đối với cổng COM, một là âm 12 volt và 0 là cộng 12 volt. Vì vậy, diode cắt âm 12 này, tạo thành 0 volt. Và vì độ dẫn điện của diode theo chiều thuận không lý tưởng (nó thường phụ thuộc vào điện áp thuận đặt vào; giá trị càng cao thì diode dẫn dòng điện càng tốt), nên điện trở của nó sẽ giảm khoảng 0,5-0,7 volt, phần còn lại là chia đôi cho các điện trở, sẽ có điện áp xấp xỉ 5,5 volt, nằm trong giới hạn bình thường của bộ điều khiển.
Các dây dẫn của diode được gọi là cực dương và cực âm. Dòng điện chạy từ cực dương đến cực âm. Rất dễ nhớ mỗi kết luận nằm ở đâu: trên biểu tượng có một mũi tên và một cây gậy ở bên cạnh ĐẾN nó giống như vẽ một lá thư ĐẾNđây nhìn này - ĐẾN|—. K=Cực âm! Và trên phần cực âm được biểu thị bằng một sọc hoặc dấu chấm.

Có một loại diode thú vị khác - điốt zener. Tôi đã sử dụng nó trong một trong những bài viết trước. Điểm đặc biệt của nó là ở chỗ theo hướng thuận, nó hoạt động giống như một diode thông thường, nhưng theo hướng ngược lại, nó bị đứt ở một điện áp nào đó, chẳng hạn như 3,3 volt. Tương tự như van giới hạn của nồi hơi, mở ra khi vượt quá áp suất và giải phóng lượng hơi dư thừa. Điốt Zener được sử dụng khi chúng muốn đạt được điện áp có giá trị nhất định, bất kể điện áp đầu vào. Ví dụ, đây có thể là một giá trị tham chiếu để so sánh tín hiệu đầu vào. Họ có thể cắt tín hiệu đến thành giá trị mong muốn hoặc sử dụng nó làm biện pháp bảo vệ. Trong các mạch của mình, tôi thường sử dụng một diode zener 5,5 volt để cấp nguồn cho bộ điều khiển, để nếu có chuyện gì xảy ra, nếu điện áp tăng đột ngột, diode zener này sẽ tự xả phần dư thừa qua chính nó. Ngoài ra còn có một con thú như một kẻ đàn áp. Cùng một diode zener, chỉ mạnh hơn nhiều và thường có hai chiều. Dùng để bảo vệ nguồn điện.

Transistor.

Đó là một điều khủng khiếp, khi còn nhỏ tôi không thể hiểu nó hoạt động như thế nào, nhưng hóa ra nó lại đơn giản.
Nói chung, một bóng bán dẫn có thể được so sánh với một van được điều khiển, trong đó chỉ với một nỗ lực nhỏ, chúng ta có thể điều khiển một dòng chảy mạnh. Anh ta xoay tay cầm một chút và hàng tấn phân tràn qua đường ống, anh ta mở mạnh hơn và bây giờ mọi thứ xung quanh chìm trong nước thải. Những thứ kia. Đầu ra tỷ lệ thuận với đầu vào nhân với một giá trị nào đó. Giá trị này là lợi ích.
Các thiết bị này được chia thành trường và lưỡng cực.
Transistor lưỡng cực có máy phát, người sưu tầm Và căn cứ(xem hình ảnh của biểu tượng). Bộ phát có mũi tên, phần đế được chỉ định là vùng thẳng giữa bộ phát và bộ thu. Có một dòng tải lớn giữa bộ phát và bộ thu, hướng của dòng điện được xác định bởi mũi tên trên bộ phát. Nhưng giữa đế và bộ phát có một dòng điều khiển nhỏ. Nói một cách đại khái, cường độ dòng điện điều khiển ảnh hưởng đến điện trở giữa cực thu và cực phát. Transistor lưỡng cực có hai loại: p-n-p Và n-p-n sự khác biệt cơ bản chỉ là hướng của dòng điện chạy qua chúng.

Bóng bán dẫn hiệu ứng trường khác với bóng bán dẫn lưỡng cực ở chỗ điện trở của kênh giữa nguồn và cực máng không được xác định bởi dòng điện mà bởi điện áp ở cổng. Gần đây, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường đã trở nên vô cùng phổ biến (tất cả các bộ vi xử lý đều được chế tạo trên chúng), bởi vì dòng điện chạy trong chúng rất nhỏ, điện áp đóng vai trò quyết định, nghĩa là tổn thất và sinh nhiệt là tối thiểu.

Nói tóm lại, bóng bán dẫn sẽ cho phép bạn nhận được tín hiệu yếu, ví dụ từ chân của vi điều khiển,... Nếu mức tăng của một bóng bán dẫn là không đủ, thì chúng có thể được kết nối theo tầng - nối tiếp nhau, ngày càng mạnh hơn. Và đôi khi một người đàn ông hùng mạnh là đủ MOSFET bóng bán dẫn. Ví dụ, hãy xem cách cảnh báo rung được điều khiển trong các mạch điện thoại di động. Ở đó đầu ra từ bộ xử lý đi đến cổng nguồn MOSFET chìa khóa

Bóng bán dẫn là thành phần hoạt động và được sử dụng trong các mạch điện tử như bộ khuếch đại và thiết bị chuyển mạch (công tắc bóng bán dẫn). Là thiết bị khuếch đại, chúng được sử dụng trong các thiết bị tần số cao và thấp, bộ tạo tín hiệu, bộ điều biến, máy dò và nhiều mạch khác. Trong các mạch kỹ thuật số, nguồn điện chuyển mạch và bộ truyền động điện được điều khiển, chúng đóng vai trò là công tắc.

Transistor lưỡng cực

Đây là tên của loại bóng bán dẫn phổ biến nhất. Chúng được chia thành các loại npn và pnp. Chất liệu dành cho chúng thường là silicon hoặc germanium. Lúc đầu, bóng bán dẫn được làm bằng germani nhưng chúng rất nhạy cảm với nhiệt độ. Các thiết bị silicon có khả năng chống chịu biến động cao hơn nhiều và sản xuất rẻ hơn.

Các bóng bán dẫn lưỡng cực khác nhau được hiển thị trong ảnh dưới đây.

Các thiết bị năng lượng thấp được đặt trong các hộp hình trụ nhỏ bằng nhựa hình chữ nhật hoặc kim loại. Chúng có ba thiết bị đầu cuối: dành cho đế (B), bộ phát (E) và bộ thu (K). Mỗi lớp được kết nối với một trong ba lớp silicon có độ dẫn điện loại n (dòng điện được tạo ra bởi các electron tự do) hoặc loại p (dòng điện được tạo ra bởi cái gọi là “lỗ trống” tích điện dương), tạo ra lên cấu trúc của Transistor.

Transistor lưỡng cực hoạt động như thế nào?

Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn cần được nghiên cứu, bắt đầu từ thiết kế của nó. Hãy xem xét cấu trúc của một bóng bán dẫn NPN, được thể hiện trong hình bên dưới.

Như bạn có thể thấy, nó chứa ba lớp: hai lớp có độ dẫn điện loại n và một lớp có độ dẫn điện loại p. Loại độ dẫn điện của các lớp được xác định bởi mức độ pha tạp của các bộ phận khác nhau của tinh thể silicon với các tạp chất đặc biệt. Bộ phát loại n được pha tạp rất mạnh để cung cấp nhiều electron tự do làm hạt tải điện đa số. Đế loại p rất mỏng được pha tạp nhẹ tạp chất và có điện trở cao, còn bộ thu loại n được pha tạp rất nhiều để tạo ra điện trở thấp.

Nguyên lý hoạt động của Transistor

Cách tốt nhất để làm quen với họ là thông qua thử nghiệm. Dưới đây là sơ đồ của một mạch đơn giản.

Nó sử dụng một bóng bán dẫn điện để điều khiển bóng đèn. Bạn cũng sẽ cần pin, bóng đèn pin nhỏ khoảng 4,5 V/0,3 A, chiết áp biến trở (5K) và điện trở 470 ohm. Các thành phần này phải được kết nối như trong hình bên phải sơ đồ.

Xoay thanh trượt chiết áp về vị trí thấp nhất. Điều này sẽ hạ điện áp cơ sở (giữa cơ sở và mặt đất) xuống 0 volt (U BE = 0). Đèn không sáng nghĩa là không có dòng điện chạy qua Transistor.

Nếu bây giờ bạn xoay tay cầm từ vị trí thấp hơn thì UBE sẽ tăng dần. Khi đạt tới 0,6 V, dòng điện bắt đầu chạy vào đế của bóng bán dẫn và đèn bắt đầu phát sáng. Khi di chuyển tay cầm ra xa hơn, điện áp UBE vẫn ở mức 0,6 V, nhưng dòng điện cơ sở tăng và điều này làm tăng dòng điện qua mạch cực thu-cực phát. Nếu núm xoay lên vị trí hướng lên, điện áp ở chân đế sẽ tăng nhẹ lên 0,75 V nhưng dòng điện sẽ tăng đáng kể và đèn sẽ phát sáng rực rỡ.

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn đo dòng điện bán dẫn?

Nếu chúng ta nối một ampe kế giữa cực thu (C) và đèn (để đo I C), một ampe kế khác giữa đế (B) và chiết áp (để đo I B), và một vôn kế giữa chung và đế và lặp lại toàn bộ thí nghiệm, chúng ta có thể nhận được một số dữ liệu thú vị. Khi núm chiết áp ở vị trí thấp nhất, U BE là 0 V, dòng điện IC và I B cũng vậy. Khi di chuyển tay cầm, các giá trị này tăng dần cho đến khi bóng đèn bắt đầu phát sáng, khi đó chúng bằng nhau: U BE = 0,6 V, I B = 0,8 mA và IC = 36 mA.

Kết quả là, từ thí nghiệm này, chúng ta thu được các nguyên tắc hoạt động của bóng bán dẫn sau: khi không có điện áp phân cực dương (đối với loại npn) ở cực gốc, dòng điện qua các cực của nó bằng 0 và khi có điện áp cơ sở và dòng điện, sự thay đổi của chúng ảnh hưởng đến dòng điện trong mạch cực thu-cực phát.

Điều gì xảy ra khi bạn bật nguồn của bóng bán dẫn

Trong quá trình hoạt động bình thường, điện áp đặt vào điểm nối cực gốc-bộ phát được phân bổ sao cho điện thế của đế (loại p) cao hơn điện thế của cực phát (loại n) khoảng 0,6 V. Trong trường hợp này, một điện áp chuyển tiếp được đặt vào điểm nối này, nó bị phân cực theo hướng thuận và mở cho dòng điện chạy từ đế đến bộ phát.

Một điện áp cao hơn nhiều được áp dụng trên đường giao nhau của bộ thu gốc, với điện thế của bộ thu (loại n) cao hơn điện thế của cơ sở (loại p). Vì vậy, một điện áp ngược được đặt vào điểm nối và nó bị phân cực ngược. Điều này dẫn đến sự hình thành một lớp nghèo electron khá dày trong bộ thu gần đế khi điện áp cung cấp được đặt vào bóng bán dẫn. Kết quả là không có dòng điện đi qua mạch thu-phát. Sự phân bố điện tích trong các vùng tiếp giáp của bóng bán dẫn npn được thể hiện trong hình bên dưới.

Vai trò của dòng điện cơ sở là gì?

Làm thế nào chúng ta có thể làm cho thiết bị điện tử của mình hoạt động được? Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn là ảnh hưởng của dòng điện cơ sở đến trạng thái tiếp giáp cực thu đóng kín. Khi điểm nối cực gốc-cực phát được phân cực thuận, một dòng điện nhỏ sẽ chạy vào cực gốc. Ở đây các hạt mang điện của nó là các lỗ tích điện dương. Chúng kết hợp với các electron đến từ bộ phát để tạo ra dòng điện I BE. Tuy nhiên, do thực tế là bộ phát bị pha tạp rất nặng nên nhiều electron di chuyển từ nó vào đế hơn là có thể kết hợp với các lỗ trống. Điều này có nghĩa là có sự tập trung lớn các electron trong bazơ và hầu hết chúng đi qua nó và đi vào lớp thu thập đã cạn kiệt electron. Ở đây, chúng chịu tác động của một điện trường mạnh đặt vào điểm nối bộ thu gốc, đi qua lớp thiếu electron và thể tích chính của bộ thu đến đầu ra của nó.

Những thay đổi của dòng điện chạy vào bazơ ảnh hưởng đến số lượng electron bị thu hút từ bộ phát. Do đó, nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn có thể được bổ sung bằng phát biểu sau: những thay đổi rất nhỏ trong dòng điện cơ sở gây ra những thay đổi rất lớn trong dòng điện chạy từ bộ phát đến bộ thu, tức là. dòng điện tăng lên.

Các loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường

Trong tiếng Anh, chúng được chỉ định là FET - Transitor hiệu ứng trường, có thể được dịch là “bóng bán dẫn hiệu ứng trường”. Mặc dù có rất nhiều nhầm lẫn về tên gọi nhưng chủ yếu có hai loại chính:

1. Với một điểm nối p điều khiển. Trong tài liệu tiếng Anh, chúng được gọi là JFET hoặc Junction FET, có thể được dịch là “transistor hiệu ứng trường tiếp giáp”. Nếu không thì chúng được gọi là JUGFET hoặc FET cổng đơn cực nối tiếp.

2. Với một cổng cách điện (nếu không thì các bóng bán dẫn MOS hoặc MOS). Trong tiếng Anh, chúng được chỉ định là IGFET hoặc FET cổng cách điện.

Bề ngoài, chúng rất giống với những con lưỡng cực, như được xác nhận qua bức ảnh dưới đây.

Thiết bị bán dẫn hiệu ứng trường

Tất cả các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể được gọi là thiết bị UNIPOLAR, bởi vì các hạt mang điện tạo thành dòng điện qua chúng đều thuộc một loại duy nhất đối với một bóng bán dẫn nhất định - có thể là electron hoặc “lỗ trống”, nhưng không phải cả hai cùng một lúc. Điều này phân biệt nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường với bóng bán dẫn lưỡng cực, trong đó dòng điện được tạo ra đồng thời bởi cả hai loại sóng mang này.

Dòng điện chạy trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường tiếp giáp thông qua một lớp silicon không có điểm nối, được gọi là kênh, có độ dẫn điện loại n hoặc loại p giữa hai cực được gọi là "nguồn" và "cống" - tương tự của bộ phát và bộ thu hoặc chính xác hơn là . , cực âm và cực dương của triode chân không. Thiết bị đầu cuối thứ ba - cổng (tương tự của lưới triode) - được kết nối với một lớp silicon có loại dẫn điện khác với loại kênh thoát nguồn. Cấu trúc của một thiết bị như vậy được thể hiện trong hình dưới đây.

Transistor hiệu ứng trường hoạt động như thế nào? Nguyên lý hoạt động của nó là điều khiển mặt cắt kênh bằng cách đặt một điện áp vào điểm nối cổng-kênh. Nó luôn bị phân cực ngược, do đó bóng bán dẫn hầu như không tiêu thụ dòng điện trong mạch cổng, trong khi thiết bị lưỡng cực cần một dòng điện cơ sở nhất định để hoạt động. Khi điện áp đầu vào thay đổi, khu vực cổng có thể mở rộng, chặn kênh thoát nguồn cho đến khi nó đóng hoàn toàn, do đó kiểm soát dòng thoát.