Sự khác biệt giữa các bóng bán dẫn NPN và PNP là gì? Transistor lưỡng cực là gì và cách kiểm tra nó

Transistor là một thành phần phổ biến và quan trọng trong vi điện tử hiện đại. Mục đích của nó rất đơn giản: nó cho phép bạn điều khiển một thiết bị mạnh hơn nhiều bằng tín hiệu yếu.

Đặc biệt, nó có thể được sử dụng như một "bộ giảm chấn" được điều khiển: do không có tín hiệu ở "cổng", chặn dòng điện và bằng cách cung cấp cho nó, cho phép nó. Nói cách khác: đây là một nút được nhấn không phải bằng ngón tay mà bằng điện áp. Đây là ứng dụng phổ biến nhất trong điện tử kỹ thuật số.

Các bóng bán dẫn có sẵn trong các gói khác nhau: cùng một bóng bán dẫn có thể trông hoàn toàn khác nhau về hình thức. Trong tạo mẫu, các trường hợp phổ biến nhất là:

TO-92 - nhỏ gọn, dành cho tải nhẹ

TO-220AB - lớn, tản nhiệt tốt, cho tải nặng

Ký hiệu trên sơ đồ cũng khác nhau tùy thuộc vào loại bóng bán dẫn và tiêu chuẩn ký hiệu được sử dụng trong quá trình biên dịch. Nhưng bất chấp sự biến đổi như thế nào, biểu tượng của nó vẫn có thể nhận ra được.

Transistor lưỡng cực

Các bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT, Transistor tiếp giáp lưỡng cực) có ba tiếp điểm:

Bộ thu - điện áp cao được áp vào nó mà bạn muốn điều khiển

Cơ sở - một lượng nhỏ được cung cấp thông qua nó hiện hànhđể mở khóa lớn; căn cứ được nối đất để chặn nó

Bộ phát - dòng điện chạy qua nó từ bộ thu và đế khi bóng bán dẫn “mở”

Đặc điểm chính của bóng bán dẫn lưỡng cực là chỉ báo h fe còn được gọi là đạt được. Nó phản ánh số lần dòng điện trong phần cực thu-cực phát mà bóng bán dẫn có thể truyền qua nhiều hơn bao nhiêu lần so với dòng điện cực phát.

Ví dụ, nếu h fe= 100 và 0,1 mA đi qua đế, khi đó bóng bán dẫn sẽ đi qua chính nó tối đa là 10 mA. Nếu trong trường hợp này có một thành phần ở phần dòng điện cao tiêu thụ, chẳng hạn như 8 mA, thì nó sẽ được cung cấp 8 mA và bóng bán dẫn sẽ có một "dự trữ". Nếu có một thành phần rút ra 20 mA, nó sẽ chỉ được cung cấp tối đa 10 mA.

Ngoài ra, tài liệu cho mỗi bóng bán dẫn cho biết điện áp và dòng điện tối đa cho phép tại các tiếp điểm. Vượt quá các giá trị này sẽ dẫn đến nóng quá mức và giảm tuổi thọ sử dụng, nếu vượt quá nhiều có thể dẫn đến phá hủy.

NPN và PNP

Transitor được mô tả ở trên được gọi là bóng bán dẫn NPN. Nó được gọi như vậy bởi vì nó bao gồm ba lớp silicon được kết nối theo thứ tự: Âm-Tích cực-Tiêu cực. Trong đó âm là hợp kim silicon có quá nhiều hạt mang điện tích âm (pha tạp n) và dương là hợp kim có quá nhiều hạt mang điện tích dương (pha tạp p).

NPN hiệu quả hơn và phổ biến hơn trong công nghiệp.

Khi chỉ định các bóng bán dẫn PNP, chúng khác nhau theo hướng mũi tên. Mũi tên luôn hướng từ P đến N. Transistor PNP có hành vi “đảo ngược”: dòng điện không bị chặn khi đế được nối đất và bị chặn khi dòng điện chạy qua nó.

Transistor hiệu ứng trường

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET, Transitor hiệu ứng trường) có cùng mục đích nhưng khác nhau về cấu trúc bên trong. Một loại cụ thể của các thành phần này là các bóng bán dẫn MOSFET (Transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại). Chúng cho phép bạn hoạt động với công suất lớn hơn nhiều với cùng kích thước. Và việc điều khiển “van điều tiết” được thực hiện độc quyền sử dụng điện áp: không có dòng điện chạy qua cổng, không giống như bóng bán dẫn lưỡng cực.

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có ba tiếp điểm:

Xả - điện áp cao được đặt vào nó mà bạn muốn điều khiển

Cổng - điện áp được đặt vào nó để cho phép dòng điện chạy qua; cổng được nối đất để chặn dòng điện.

Nguồn - dòng điện chạy qua nó từ cống khi bóng bán dẫn “mở”

Kênh N và Kênh P

Tương tự với các bóng bán dẫn lưỡng cực, các bóng bán dẫn trường khác nhau về cực tính. Transistor N-Channel đã được mô tả ở trên. Chúng là phổ biến nhất.

Kênh P khi được chỉ định sẽ khác nhau theo hướng mũi tên và một lần nữa, có hành vi "đảo ngược".

Kết nối bóng bán dẫn để điều khiển các thành phần công suất cao

Nhiệm vụ điển hình của bộ vi điều khiển là bật và tắt một thành phần mạch cụ thể. Bản thân bộ vi điều khiển thường có đặc tính xử lý điện năng khiêm tốn. Vì vậy, Arduino, với đầu ra 5 V trên mỗi chân, có thể chịu được dòng điện 40 mA. Động cơ mạnh mẽ hoặc đèn LED siêu sáng có thể tạo ra hàng trăm milliamp. Khi kết nối trực tiếp các tải như vậy, chip có thể nhanh chóng bị hỏng. Ngoài ra, để một số thành phần hoạt động, cần có điện áp lớn hơn 5 V và Arduino không thể tạo ra điện áp lớn hơn 5 V từ chân đầu ra kỹ thuật số.

Nhưng nó đủ dễ dàng để điều khiển một bóng bán dẫn, từ đó sẽ điều khiển một dòng điện lớn. Giả sử chúng ta cần kết nối một dải đèn LED dài cần 12 V và tiêu thụ 100 mA:

Bây giờ, khi đầu ra được đặt ở mức logic (cao), 5 V đi vào đế sẽ mở bóng bán dẫn và dòng điện sẽ chạy qua băng - nó sẽ phát sáng. Khi đầu ra được đặt ở mức logic 0 (thấp), đế sẽ được nối đất thông qua bộ vi điều khiển và dòng điện sẽ bị chặn.

Chú ý đến điện trở giới hạn dòng điện R. Điều cần thiết là khi đặt điện áp điều khiển, ngắn mạch không hình thành dọc theo tuyến đường của vi điều khiển - bóng bán dẫn - nối đất. Điều chính là không vượt quá dòng điện cho phép qua tiếp điểm Arduino là 40 mA, vì vậy bạn cần sử dụng điện trở có giá trị ít nhất là:

Đây Ud- đây là sự sụt giảm điện áp trên chính bóng bán dẫn. Nó phụ thuộc vào vật liệu mà nó được tạo ra và thường là 0,3 – 0,6 V.

Nhưng tuyệt đối không cần thiết phải giữ dòng điện ở mức giới hạn cho phép. Điều cần thiết duy nhất là mức tăng của bóng bán dẫn cho phép bạn kiểm soát dòng điện cần thiết. Trong trường hợp của chúng tôi là 100 mA. Chấp nhận được cho bóng bán dẫn được sử dụng h fe= 100 thì dòng điện điều khiển 1 mA sẽ đủ cho chúng ta

Một điện trở có giá trị từ 118 Ohm đến 4,7 kOhm là phù hợp với chúng ta. Để một bên hoạt động ổn định và bên kia tải nhẹ cho chip, 2,2 kOhm là một lựa chọn tốt.

Nếu bạn sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường thay vì bóng bán dẫn lưỡng cực, bạn có thể làm mà không cần điện trở:

Điều này là do cổng trong các bóng bán dẫn như vậy chỉ được điều khiển bằng điện áp: không có dòng điện trong phần vi điều khiển - cổng - nguồn. Và nhờ các đặc tính cao, mạch sử dụng MOSFET cho phép bạn điều khiển các bộ phận rất mạnh.

Thiết bị và nguyên lý hoạt động

Các bóng bán dẫn đầu tiên được làm từ germanium. Hiện nay, chúng được làm chủ yếu từ silicon và gali arsenide. Các bóng bán dẫn sau được sử dụng trong các mạch khuếch đại tần số cao. Một bóng bán dẫn lưỡng cực bao gồm ba vùng bán dẫn được pha tạp khác nhau: vùng phát E, căn cứ B và người sưu tầm C. Tùy thuộc vào loại độ dẫn của các vùng này, NPN (bộ phát - chất bán dẫn n, cơ sở - chất bán dẫn p, bộ thu - chất bán dẫn n) và bóng bán dẫn PNP được phân biệt. Các tiếp điểm dẫn điện được kết nối với từng vùng. Đế nằm giữa bộ phát và bộ thu và được làm bằng chất bán dẫn pha tạp nhẹ có điện trở cao. Tổng diện tích tiếp xúc của cực gốc-cực phát nhỏ hơn đáng kể so với diện tích tiếp xúc của cực góp-đế (điều này được thực hiện vì hai lý do - diện tích lớn của điểm nối cực thu-cực làm tăng khả năng các hạt mang điện thiểu số được chiết vào cực thu và vì ở chế độ vận hành, điểm nối cực thu-đế thường được bật ở chế độ phân cực ngược, điều này làm tăng sự sinh nhiệt và thúc đẩy quá trình loại bỏ nhiệt khỏi bộ thu), do đó, bóng bán dẫn lưỡng cực nói chung là một thiết bị không đối xứng (không thể hoán đổi bộ phát và bộ thu bằng thay đổi cực của kết nối và tạo ra một bóng bán dẫn lưỡng cực hoàn toàn giống với bóng bán dẫn ban đầu).

Ở chế độ hoạt động tích cực, bóng bán dẫn được bật sao cho điểm nối bộ phát của nó bị lệch theo hướng thuận (mở) và điểm nối bộ thu được phân cực theo hướng ngược lại (đóng). Để chắc chắn, hãy xem xét npn Transistor thì mọi lập luận được lặp lại hoàn toàn tương tự cho trường hợp pnp bóng bán dẫn, thay thế từ “electron” bằng “lỗ trống” và ngược lại, cũng như thay thế tất cả các điện áp bằng các dấu trái ngược nhau. TRONG npn Trong một bóng bán dẫn, các electron, chất mang dòng điện chính trong bộ phát, đi qua điểm nối đế-bộ phát mở (được bơm) vào vùng đế. Một số electron này kết hợp lại với các hạt mang điện đa số trong đáy (lỗ trống). Tuy nhiên, do đế được chế tạo rất mỏng và được pha tạp tương đối nhẹ nên hầu hết các electron được bơm từ bộ phát sẽ khuếch tán vào vùng thu. Điện trường mạnh của điểm nối bộ thu phân cực ngược sẽ thu giữ các electron và mang chúng vào bộ thu. Do đó, dòng cực góp thực tế bằng với dòng cực phát, ngoại trừ tổn hao tái hợp nhỏ ở cực gốc, tạo nên dòng cực gốc (I e = I b + I k). Hệ số α nối dòng phát và dòng thu (I k = α I e) được gọi là hệ số truyền dòng phát. Trị số của hệ số α là 0,9 - 0,999. Hệ số càng cao thì bóng bán dẫn truyền dòng điện càng hiệu quả. Hệ số này phụ thuộc rất ít vào điện áp cực thu và cực phát. Do đó, trên một phạm vi điện áp hoạt động rộng, dòng thu tỷ lệ thuận với dòng cơ sở, hệ số tỷ lệ bằng β = α / (1 − α) = (10..1000). Do đó, bằng cách thay đổi dòng điện cơ sở nhỏ, có thể kiểm soát được dòng điện thu lớn hơn nhiều.

Các chế độ hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực

Chế độ hoạt động bình thường

Điểm nối đế-bộ phát được kết nối theo hướng thuận (mở) và điểm nối đế-bộ thu được kết nối theo hướng ngược lại (đóng)
U EB >0;U KB<0 (для транзистора p-n-p типа, для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид U ЭБ <0;U КБ >0);

Chế độ hoạt động nghịch đảo

Điểm nối bộ phát có kết nối ngược và điểm nối bộ thu có kết nối trực tiếp.

Chế độ bão hòa

Cả hai tiếp giáp pn đều được phân cực thuận (cả hai đều mở). Nếu các mối nối p-n bộ phát và bộ thu được kết nối với các nguồn bên ngoài theo hướng thuận thì bóng bán dẫn sẽ ở chế độ bão hòa. Điện trường khuếch tán của các điểm nối bộ phát và bộ thu sẽ bị suy yếu một phần do điện trường được tạo ra bởi các nguồn bên ngoài Ueb và Ukb. Kết quả là, rào cản tiềm năng hạn chế sự khuếch tán của các hạt mang điện chính sẽ giảm xuống và sự xâm nhập (tiêm) các lỗ từ bộ phát và bộ thu vào đế sẽ bắt đầu, tức là dòng điện gọi là dòng bão hòa của bộ phát (IE .sat) và bộ thu (IK) sẽ chạy qua bộ phát và bộ thu của bóng bán dẫn.us).

Chế độ ngắt

Ở chế độ này, cả hai tiếp điểm p-n của thiết bị đều bị phân cực theo hướng ngược lại (cả hai đều đóng). Chế độ cắt của bóng bán dẫn thu được khi các mối nối p-n bộ phát và bộ thu được kết nối với các nguồn bên ngoài theo hướng ngược lại. Trong trường hợp này, dòng điện ngược rất nhỏ của bộ phát (IEBO) và bộ thu (ICBO) chạy qua cả hai điểm nối p-n. Dòng điện cơ bản bằng tổng của các dòng điện này và tùy thuộc vào loại bóng bán dẫn, dao động từ đơn vị microamp - µA (đối với bóng bán dẫn silicon) đến đơn vị milliamp - mA (đối với bóng bán dẫn germanium).

Chế độ rào cản

Ở chế độ này căn cứ Transistor dùng cho dòng điện một chiều được nối ngắn mạch hoặc thông qua một điện trở nhỏ với người sưu tầm, và trong người sưu tầm hoặc trong máy phát Mạch bán dẫn được bật bởi một điện trở đặt dòng điện qua bóng bán dẫn. Trong kết nối này, bóng bán dẫn là một loại diode được mắc nối tiếp với điện trở đặt dòng điện. Các mạch xếp tầng như vậy được phân biệt bởi một số lượng nhỏ các thành phần, khả năng cách ly tần số cao tốt, phạm vi nhiệt độ hoạt động lớn và không nhạy cảm với các thông số bóng bán dẫn.

Sơ đồ kết nối

Bất kỳ mạch kết nối bóng bán dẫn nào được đặc trưng bởi hai chỉ số chính:

• Mức tăng hiện tại tôi ra / tôi vào.
• Điện trở vào Rin =Uin /Iin

Sơ đồ kết nối với đế chung

Bộ khuếch đại cơ sở chung.

• Trong số cả ba cấu hình, nó có trở kháng đầu vào thấp nhất và đầu ra cao nhất. Nó có mức tăng dòng điện gần bằng sự thống nhất và mức tăng điện áp cao. Pha tín hiệu không bị đảo ngược.
• Mức tăng hiện tại: I out /I in =I to /I e =α [α<1]
• Điện trở vào R in =U in /I in =U be /I e.

Điện trở đầu vào của mạch có đế chung nhỏ và không vượt quá 100 Ohms đối với bóng bán dẫn công suất thấp, vì mạch đầu vào của bóng bán dẫn là một điểm nối cực phát mở của bóng bán dẫn.

Thuận lợi:

• Đặc tính nhiệt độ và tần số tốt.
• Điện áp cao cho phép

Nhược điểm của sơ đồ cơ sở chung:

• Độ lợi dòng điện thấp vì α< 1
• Trở kháng đầu vào thấp
• Hai nguồn điện áp khác nhau để cung cấp điện.

Mạch kết nối với bộ phát chung

• Mức tăng hiện tại: I out /I in =I to /I b =I to /(I e -I to) = α/(1-α) = β [β>>1]
• Điện trở đầu vào: R in =U in /I in =U be /I b

Thuận lợi:

• Mức tăng hiện tại cao
• Tăng điện áp cao
• Tăng công suất cao nhất
• Bạn có thể làm được với một nguồn năng lượng
• Điện áp xoay chiều đầu ra được đảo ngược so với đầu vào.

Sai sót:

• Đặc tính nhiệt độ và tần số kém hơn so với mạch cơ sở thông thường

Mạch thu chung

• Mức tăng hiện tại: I out /I in =I e /I b =I e /(I e -I k) = 1/(1-α) = β [β>>1]
• Điện trở đầu vào: R in = U in / I in = (U b e + U k e) / I b

Thuận lợi:

• Trở kháng đầu vào cao
• Trở kháng đầu ra thấp

Sai sót:

• Độ lợi điện áp nhỏ hơn 1.

Mạch có kết nối này được gọi là “bộ theo dõi bộ phát”

Cài đặt chính

• Hệ số chuyển hiện tại
• Trở kháng đầu vào
• Độ dẫn điện đầu ra
• Bộ thu-phát dòng ngược
• Kịp thời
• Tần số giới hạn của hệ số truyền dòng cơ sở
• Dòng thu ngược
• Dòng điện tối đa cho phép
• Tần số cắt của hệ số truyền dòng điện trong mạch có bộ phát chung

Các tham số của bóng bán dẫn được chia thành nội tại (sơ cấp) và thứ cấp. Các tham số nội tại đặc trưng cho các đặc tính của bóng bán dẫn, bất kể mạch kết nối của nó. Sau đây được lấy làm thông số riêng chính:

• mức tăng hiện tại α;
• Điện trở của bộ phát, bộ thu và đế đối với dòng điện xoay chiều re, r k, r b, đó là:
  • r e - tổng điện trở của vùng phát và tiếp điểm phát;
  • r k - tổng điện trở của vùng thu và tiếp điểm thu;
  • r b - điện trở ngang của đế.

Mạch tương đương của một bóng bán dẫn lưỡng cực sử dụng tham số h

Các tham số thứ cấp là khác nhau đối với các mạch chuyển mạch bóng bán dẫn khác nhau và do tính phi tuyến của nó nên chỉ có giá trị đối với tần số thấp và biên độ tín hiệu nhỏ. Đối với các tham số thứ cấp, một số hệ thống tham số và mạch tương đương của chúng đã được đề xuất. Những cái chính là các tham số hỗn hợp (hybrid), ký hiệu là chữ “h”.

Trở kháng đầu vào- Điện trở của bóng bán dẫn đối với dòng điện xoay chiều đầu vào trong thời gian ngắn mạch ở đầu ra. Sự thay đổi dòng điện đầu vào là kết quả của sự thay đổi điện áp đầu vào mà không chịu ảnh hưởng của phản hồi từ điện áp đầu ra.

H 11 = U m1 /I m1 tại U m2 = 0.

Hệ số phản hồi điện áp cho biết tỷ lệ điện áp xoay chiều đầu ra được chuyển đến đầu vào của bóng bán dẫn do phản hồi trong đó. Không có dòng điện xoay chiều trong mạch đầu vào của bóng bán dẫn và sự thay đổi điện áp đầu vào chỉ xảy ra do sự thay đổi điện áp đầu ra.

H 12 = U m1 /U m2 tại I m1 = 0.

Hệ số chuyển hiện tại(mức tăng dòng điện) hiển thị mức tăng của dòng điện xoay chiều ở điện trở tải bằng không. Dòng điện đầu ra chỉ phụ thuộc vào dòng điện đầu vào mà không chịu ảnh hưởng của điện áp đầu ra.

H 21 = I m2 /I m1 tại U m2 = 0.

Độ dẫn điện đầu ra- Độ dẫn điện bên trong của dòng điện xoay chiều giữa các cực đầu ra. Dòng điện đầu ra thay đổi dưới tác động của điện áp đầu ra.

H 22 = I m2 /U m2 tại I m1 = 0.

Mối quan hệ giữa dòng điện xoay chiều và điện áp tranzito được thể hiện bằng các phương trình:

U m1 = h 11 I m1 + h 12 U m2 ;
Tôi m2 = h 21 Tôi m1 + h 22 U m2.

Tùy thuộc vào mạch kết nối bóng bán dẫn, các chữ cái được thêm vào chỉ số kỹ thuật số của các tham số h: “e” - đối với mạch OE, “b” - đối với mạch OB, “k” - đối với mạch OK.

Đối với mạch OE: I m1 = I mb, I m2 = I mk, U m1 = U mb-e, U m2 = U mk-e. Ví dụ: đối với sơ đồ này:

H 21e = I mк /I mb = β.

Đối với mạch OB: I m1 = I mе, I m2 = I mк, U m1 = U mе-b, U m2 = U mк-b.

Các tham số riêng của bóng bán dẫn có liên quan đến các tham số h, ví dụ đối với mạch OE:

Với tần số ngày càng tăng, điện dung tiếp giáp C k bắt đầu có ảnh hưởng có hại đến hoạt động của bóng bán dẫn, điện trở của điện dung giảm, dòng điện qua điện trở tải và do đó hệ số khuếch đại α và β giảm. Điện trở của tụ điện tiếp giáp bộ phát C e cũng giảm, tuy nhiên, nó bị tắt bởi điện trở tiếp giáp nhỏ và trong hầu hết các trường hợp có thể không được tính đến. Ngoài ra, với tần số ngày càng tăng, hệ số β giảm thêm xảy ra do độ trễ pha của dòng thu so với pha của dòng phát, nguyên nhân là do quán tính của quá trình di chuyển các sóng mang qua đế từ điểm nối cực phát đến cực thu và quán tính của các quá trình tích tụ và tái hấp thụ điện tích trong đế. Các tần số mà hệ số α và β giảm đi 3 dB được gọi là tần số giới hạn của hệ số truyền dòng điện cho các sơ đồ OB và OE tương ứng.

Ở chế độ xung, xung dòng thu bắt đầu bằng độ trễ bằng thời gian trễ τ з so với xung dòng đầu vào, nguyên nhân là do thời gian di chuyển hữu hạn của các sóng mang qua đế. Khi các hạt tải điện tích tụ trong đế, dòng cực góp tăng lên trong thời gian tăng τ f. Kịp thời Transistor được gọi là τ on = τ h + τ f.

Công nghệ sản xuất Transistor

• epiticular-phẳng
• Splavnaya
  • Khuếch tán
  • Hợp kim khuếch tán

Ứng dụng của bóng bán dẫn

• Bộ giải điều chế (Máy dò)
• Biến tần (phần tử logic)
• Các vi mạch dựa trên logic bóng bán dẫn (xem logic bóng bán dẫn-bóng bán dẫn, logic diode-bóng bán dẫn, logic điện trở-bóng bán dẫn)

Xem thêm

Văn học

Ghi chú

Trong bài viết này chúng tôi sẽ cố gắng mô tả nguyên tắc hoạt động Loại bóng bán dẫn phổ biến nhất là lưỡng cực. Transistor lưỡng cực là một trong những thành phần hoạt động chính của các thiết bị điện tử vô tuyến. Mục đích của nó là làm việc để khuếch đại công suất của tín hiệu điện đến đầu vào của nó. Khuếch đại công suất được thực hiện bằng cách sử dụng nguồn năng lượng bên ngoài. Transistor là một linh kiện điện tử vô tuyến có ba cực

Đặc điểm thiết kế của bóng bán dẫn lưỡng cực

Để sản xuất một bóng bán dẫn lưỡng cực, bạn cần một chất bán dẫn có lỗ trống hoặc loại dẫn điện, thu được bằng cách khuếch tán hoặc hợp kim với tạp chất chấp nhận. Kết quả là các vùng có độ dẫn điện cực được hình thành ở cả hai phía của đế.

Transistor lưỡng cực có hai loại dựa trên độ dẫn điện: n-p-n và p-n-p. Các quy tắc hoạt động chi phối một bóng bán dẫn lưỡng cực có độ dẫn n-p-n (đối với p-n-p cần thay đổi cực tính của điện áp đặt vào):

1. Tiềm năng tích cực ở bộ thu quan trọng hơn so với bộ phát.
2. Bất kỳ bóng bán dẫn nào cũng có các thông số tối đa cho phép Ib, Ik và Uke của riêng nó, vượt quá các thông số này về nguyên tắc là không thể chấp nhận được, vì điều này có thể dẫn đến phá hủy chất bán dẫn.
3. Các cực cực phát gốc và cực thu gốc hoạt động giống như điốt. Theo quy luật, diode theo hướng cực phát cơ sở mở và theo hướng cực thu cơ sở, nó bị lệch theo hướng ngược lại, nghĩa là điện áp đến cản trở dòng điện chạy qua nó.
4. Nếu các bước từ 1 đến 3 được hoàn thành thì Ik hiện tại tỷ lệ thuận với Ib hiện tại và có dạng: Ik = he21*Ib, trong đó he21 là mức tăng hiện tại. Quy tắc này đặc trưng cho chất lượng chính của bóng bán dẫn, cụ thể là dòng cơ sở thấp điều khiển dòng thu mạnh.

Đối với các bóng bán dẫn lưỡng cực khác nhau trong cùng một dòng, chỉ báo he21 về cơ bản có thể thay đổi từ 50 đến 250. Giá trị của nó cũng phụ thuộc vào dòng điện của bộ thu đang chạy, điện áp giữa bộ phát và bộ thu cũng như nhiệt độ môi trường.

Hãy nghiên cứu quy tắc số 3. Từ đó, điện áp đặt giữa bộ phát và đế không được tăng đáng kể, vì nếu điện áp cơ sở lớn hơn 0,6...0,8 V so với bộ phát (điện áp chuyển tiếp của diode), thì một dòng điện cực lớn sẽ xuất hiện. Như vậy, trong một bóng bán dẫn đang hoạt động, các điện áp ở cực phát và cực gốc được liên kết với nhau theo công thức: Ub = Ue + 0,6V (Ub = Ue + Ube)

Hãy để chúng tôi nhắc bạn một lần nữa rằng tất cả những điểm này đều áp dụng cho các bóng bán dẫn có độ dẫn điện n-p-n. Đối với loại p-n-p, mọi thứ nên được đảo ngược.

Bạn cũng nên chú ý đến thực tế là dòng điện thu không có mối liên hệ nào với độ dẫn điện của diode, vì theo quy luật, điện áp ngược được cung cấp cho diode gốc thu. Ngoài ra, dòng điện chạy qua bộ thu phụ thuộc rất ít vào điện thế trên bộ thu (diode này tương tự như một nguồn dòng nhỏ)

Khi bóng bán dẫn được bật ở chế độ khuếch đại, điểm nối bộ phát mở và điểm nối bộ thu đóng lại. Điều này đạt được bằng cách kết nối nguồn điện.

Vì điểm nối bộ phát mở, dòng điện phát sẽ đi qua nó, phát sinh do sự chuyển tiếp của các lỗ từ đế sang bộ phát, cũng như các electron từ bộ phát sang đế. Do đó, dòng phát có chứa hai thành phần - lỗ trống và electron. Tỷ lệ tiêm quyết định hiệu quả của bộ phát. Tiêm điện tích là việc chuyển các hạt mang điện từ vùng mà chúng chiếm đa số sang vùng mà chúng trở thành thiểu số.

Trong bazơ, các electron tái hợp và nồng độ của chúng trong bazơ được bổ sung từ điểm cộng của nguồn EE. Kết quả là một dòng điện khá yếu sẽ chạy trong mạch điện cơ sở. Các electron còn lại không có thời gian để kết hợp lại trong đế, dưới tác dụng tăng tốc của trường của điểm nối bộ thu bị khóa, với tư cách là hạt tải điện thiểu số, sẽ di chuyển vào bộ thu, tạo ra dòng điện thu. Việc chuyển các hạt mang điện từ vùng mà chúng chiếm thiểu số sang vùng mà chúng chiếm đa số được gọi là sự tách điện tích.

bóng bán dẫn

Bóng bán dẫn là một thiết bị bán dẫn cho phép bạn điều khiển tín hiệu mạnh hơn bằng tín hiệu yếu. Vì đặc tính này, người ta thường nói về khả năng khuếch đại tín hiệu của bóng bán dẫn. Mặc dù trên thực tế, nó không tăng cường gì mà chỉ đơn giản cho phép bạn bật và tắt dòng điện lớn với dòng điện yếu hơn nhiều. Bóng bán dẫn rất phổ biến trong điện tử, vì đầu ra của bất kỳ bộ điều khiển nào hiếm khi có thể tạo ra dòng điện lớn hơn 40 mA, do đó, ngay cả 2-3 đèn LED công suất thấp cũng không thể được cấp nguồn trực tiếp từ bộ vi điều khiển. Đây là lúc các bóng bán dẫn ra tay giải cứu. Bài viết thảo luận về các loại bóng bán dẫn chính, sự khác biệt giữa bóng bán dẫn lưỡng cực P-N-P và N-P-N, bóng bán dẫn hiệu ứng trường kênh P và kênh N, thảo luận về những điểm tinh tế chính của việc kết nối bóng bán dẫn và tiết lộ phạm vi ứng dụng của chúng.

Đừng nhầm lẫn bóng bán dẫn với rơle. Rơle là một công tắc đơn giản. Bản chất công việc của nó là đóng và mở các điểm tiếp xúc kim loại. Transistor phức tạp hơn và hoạt động của nó dựa trên sự chuyển tiếp lỗ electron. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về điều này, bạn có thể xem một video tuyệt vời mô tả hoạt động của bóng bán dẫn từ đơn giản đến phức tạp. Đừng nhầm lẫn năm sản xuất video - các định luật vật lý không thay đổi kể từ đó và không thể tìm thấy video mới hơn trình bày tài liệu tốt như vậy:

Các loại bóng bán dẫn

Transistor lưỡng cực

Bóng bán dẫn lưỡng cực được thiết kế để điều khiển các tải yếu (ví dụ: động cơ và động cơ servo công suất thấp). Nó luôn có ba đầu ra:

Bộ thu - điện áp cao được cung cấp, được điều khiển bởi bóng bán dẫn

• Cơ sở - dòng điện được cung cấp hoặc tắt để mở hoặc đóng bóng bán dẫn

Bộ phát (tiếng Anh: emitter) - Đầu ra “đầu ra” của một bóng bán dẫn. Dòng điện chạy qua nó từ bộ thu và đế.

Transitor lưỡng cực được điều khiển bởi dòng điện. Càng nhiều dòng điện được cung cấp cho đế thì dòng điện sẽ chạy từ bộ thu đến bộ phát càng nhiều. Tỷ lệ giữa dòng điện truyền từ bộ phát đến bộ thu và dòng điện ở đế của bóng bán dẫn được gọi là mức tăng. Ký hiệu là h fe (trong văn học Anh nó được gọi là lợi ích).

Ví dụ, nếu h fe= 150 và 0,2 mA đi qua đế, sau đó bóng bán dẫn sẽ truyền tối đa 30 mA qua chính nó. Nếu một thành phần rút ra 25 mA (chẳng hạn như đèn LED) được kết nối, 25 mA sẽ được cung cấp cho nó. Nếu một thành phần rút ra 150 mA được kết nối, nó sẽ chỉ được cung cấp tối đa 30 mA. Tài liệu liên hệ cho biết giá trị tối đa cho phép của dòng điện và điện áp căn cứ-> máy phát Và người sưu tầm -> máy phát . Vượt quá các giá trị này dẫn đến quá nhiệt và hỏng bóng bán dẫn.

Hình ảnh hài hước:

Transistor lưỡng cực NPN và PNP

Có 2 loại Transistor phân cực: NPN Và PNP. Chúng khác nhau ở sự xen kẽ của các lớp. N (từ cực âm) là lớp có quá nhiều hạt mang điện tích âm (electron), P (từ cực dương) là lớp có quá nhiều hạt mang điện tích dương (lỗ trống). Thông tin thêm về electron và lỗ trống được mô tả trong video trên.

Hoạt động của bóng bán dẫn phụ thuộc vào sự xen kẽ của các lớp. Hình ảnh động ở trên cho thấy NPN bóng bán dẫn. TRONG PNPĐiều khiển bóng bán dẫn thì ngược lại - dòng điện chạy qua bóng bán dẫn khi đế được nối đất và bị chặn khi dòng điện chạy qua đế. Như thể hiện trong sơ đồ PNP Và NPN khác nhau theo hướng mũi tên. Mũi tên luôn chỉ sự chuyển tiếp từ NĐẾN P:

Chỉ định các bóng bán dẫn NPN (trái) và PNP (phải) trong sơ đồ

Bóng bán dẫn NPN phổ biến hơn trong thiết bị điện tử vì chúng hiệu quả hơn.

Transistor hiệu ứng trường

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường khác với các bóng bán dẫn lưỡng cực ở cấu trúc bên trong của chúng. Bóng bán dẫn MOS là loại phổ biến nhất trong các thiết bị điện tử nghiệp dư. MOS là viết tắt của chất dẫn oxit kim loại. Tương tự trong tiếng Anh: Transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại, viết tắt là MOSFET. Các bóng bán dẫn MOS cho phép bạn điều khiển công suất cao với kích thước tương đối nhỏ của bóng bán dẫn. Transitor được điều khiển bằng điện áp, không phải dòng điện. Vì bóng bán dẫn được điều khiển bằng điện cánh đồng, bóng bán dẫn có tên của nó - cánh đồng hú.

Transistor hiệu ứng trường có ít nhất 3 cực:

Xả - điện áp cao được đặt vào nó mà bạn muốn điều khiển

Cổng - điện áp được cấp vào nó để điều khiển bóng bán dẫn

Nguồn - dòng điện chạy qua nó từ cống khi bóng bán dẫn “mở”

Cần có một hình ảnh động với một bóng bán dẫn hiệu ứng trường, nhưng nó sẽ không khác gì so với bóng bán dẫn lưỡng cực ngoại trừ màn hình hiển thị sơ đồ của chính các bóng bán dẫn, vì vậy sẽ không có hình ảnh động.

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường kênh N và kênh P

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường cũng được chia thành 2 loại tùy theo thiết bị và hoạt động. kênh N(Kênh N) mở khi có điện áp vào cổng và đóng lại. khi không có điện áp. kênh P(Kênh P) hoạt động theo cách ngược lại: trong khi không có điện áp ở cổng, dòng điện sẽ chạy qua bóng bán dẫn. Khi điện áp được đặt vào cổng, dòng điện dừng lại. Trong sơ đồ, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường được mô tả hơi khác một chút:

Tương tự với các bóng bán dẫn lưỡng cực, các bóng bán dẫn trường khác nhau về cực tính. Transistor N-Channel đã được mô tả ở trên. Chúng là phổ biến nhất.

Kênh P khi được chỉ định sẽ khác nhau theo hướng mũi tên và một lần nữa, có hành vi "đảo ngược".

Có quan niệm sai lầm rằng bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể điều khiển dòng điện xoay chiều. Cái này sai. Để điều khiển dòng điện xoay chiều, người ta sử dụng rơle.

Transistor Darlington

Việc phân loại bóng bán dẫn Darlington thành một loại bóng bán dẫn riêng biệt là không hoàn toàn chính xác. Tuy nhiên, không thể không nhắc đến chúng trong bài viết này. Bóng bán dẫn Darlington thường được tìm thấy ở dạng vi mạch bao gồm một số bóng bán dẫn. Ví dụ: ULN2003. Bóng bán dẫn Darlington được đặc trưng bởi khả năng đóng mở nhanh chóng (và do đó cho phép bạn làm việc) và đồng thời chịu được dòng điện cao. Nó là một loại bóng bán dẫn phức hợp và là sự kết nối theo tầng của hai hoặc hiếm khi nhiều bóng bán dẫn được kết nối theo cách mà tải trong bộ phát của giai đoạn trước là điểm nối cơ sở-bộ phát của bóng bán dẫn ở giai đoạn tiếp theo, điều đó nghĩa là, các bóng bán dẫn được kết nối bằng bộ thu và bộ phát của bóng bán dẫn đầu vào được kết nối với ngày nghỉ cơ sở. Ngoài ra, tải điện trở của bộ phát của bóng bán dẫn trước đó có thể được sử dụng như một phần của mạch để tăng tốc độ đóng. Toàn bộ kết nối như vậy được coi là một bóng bán dẫn, mức tăng hiện tại của nó, khi các bóng bán dẫn hoạt động ở chế độ hoạt động, gần bằng tích của mức tăng của tất cả các bóng bán dẫn.

Kết nối bóng bán dẫn

Không có gì bí mật khi bo mạch Arduino có khả năng cung cấp điện áp 5 V cho đầu ra với dòng điện tối đa lên tới 40 mA. Dòng điện này không đủ để kết nối một tải mạnh. Ví dụ: nếu bạn cố gắng kết nối trực tiếp dải đèn LED hoặc động cơ với đầu ra, bạn chắc chắn sẽ làm hỏng đầu ra Arduino. Có thể toàn bộ bảng sẽ thất bại. Ngoài ra, một số thành phần được kết nối có thể cần nhiều hơn 5V để hoạt động. Transistor giải quyết được cả hai vấn đề này. Nó sẽ giúp ích, bằng cách sử dụng dòng điện nhỏ từ chân Arduino, để điều khiển dòng điện mạnh từ nguồn điện riêng hoặc sử dụng điện áp 5 V để điều khiển điện áp cao hơn (ngay cả những bóng bán dẫn yếu nhất cũng hiếm khi có điện áp tối đa dưới 50 V) . Ví dụ, hãy xem xét việc kết nối một động cơ:

Trong sơ đồ trên, động cơ được kết nối với nguồn điện riêng. Giữa tiếp điểm động cơ và nguồn điện cho động cơ, chúng tôi đặt một bóng bán dẫn, bóng bán dẫn này sẽ được điều khiển bằng bất kỳ chân kỹ thuật số Arduino nào. Khi chúng ta cấp tín hiệu CAO cho đầu ra bộ điều khiển từ đầu ra bộ điều khiển, chúng ta sẽ lấy một dòng điện rất nhỏ để mở bóng bán dẫn và một dòng điện lớn sẽ chạy qua bóng bán dẫn và sẽ không làm hỏng bộ điều khiển. Hãy chú ý đến điện trở được lắp giữa chân Arduino và đế của bóng bán dẫn. Cần hạn chế dòng điện chạy dọc theo tuyến vi điều khiển - bóng bán dẫn - mặt đất và ngăn ngừa đoản mạch. Như đã đề cập trước đó, dòng điện tối đa có thể được rút ra từ chân Arduino là 40 mA. Do đó, chúng ta sẽ cần điện trở ít nhất là 125 Ohm (5V/0,04A=125 Ohm). Bạn có thể sử dụng điện trở 220 Ohm một cách an toàn. Trên thực tế, điện trở phải được chọn có tính đến dòng điện phải cung cấp cho đế để có được dòng điện cần thiết qua bóng bán dẫn. Để chọn đúng điện trở, bạn cần tính đến hệ số khuếch đại ( h fe).

QUAN TRỌNG!! Nếu bạn kết nối một tải mạnh từ một nguồn điện riêng biệt, thì bạn cần kết nối vật lý nối đất (“trừ”) của nguồn điện tải và nối đất (“chân” GND) của Arduino. Nếu không, bạn sẽ không thể điều khiển bóng bán dẫn.

Khi sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường, không cần có điện trở giới hạn dòng điện trên cổng. Transistor chỉ được điều khiển bằng điện áp và không có dòng điện chạy qua cổng.

Điện tử bao quanh chúng ta ở khắp mọi nơi. Nhưng hầu như không ai nghĩ về cách thức hoạt động của toàn bộ điều này. Nó thực sự khá đơn giản. Đây chính xác là những gì chúng tôi sẽ cố gắng trình bày ngày hôm nay. Hãy bắt đầu với một yếu tố quan trọng như bóng bán dẫn. Chúng tôi sẽ cho bạn biết nó là gì, nó làm gì và bóng bán dẫn hoạt động như thế nào.

Transistor là gì?

bóng bán dẫn- một thiết bị bán dẫn được thiết kế để điều khiển dòng điện.

Transistor được sử dụng ở đâu? Có ở khắp mọi nơi! Hầu như không có mạch điện hiện đại nào có thể hoạt động được nếu không có bóng bán dẫn. Chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thiết bị máy tính, thiết bị âm thanh và video.

Thời điểm khi Vi mạch của Liên Xô lớn nhất thế giới, đã qua và kích thước của bóng bán dẫn hiện đại là rất nhỏ. Do đó, các thiết bị nhỏ nhất có kích thước khoảng nanomet!

Bảng điều khiển nano- biểu thị giá trị cấp mười mũ chín âm.

Tuy nhiên, cũng có những mẫu vật khổng lồ được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực năng lượng và công nghiệp.

Có nhiều loại bóng bán dẫn khác nhau: lưỡng cực và cực, dẫn trực tiếp và ngược. Tuy nhiên, hoạt động của các thiết bị này đều dựa trên nguyên tắc giống nhau. Transistor là một thiết bị bán dẫn. Như đã biết, trong chất bán dẫn hạt mang điện là electron hoặc lỗ trống.

Vùng có nhiều electron được biểu thị bằng chữ cái N(âm) và vùng có độ dẫn lỗ trống là P(tích cực).

Transistor hoạt động như thế nào?

Để làm cho mọi thứ thật rõ ràng, chúng ta hãy nhìn vào công việc bóng bán dẫn lưỡng cực (loại phổ biến nhất).

(sau đây gọi đơn giản là bóng bán dẫn) là một tinh thể bán dẫn (thường được sử dụng nhiều nhất silic hoặc germani), được chia thành ba vùng có độ dẫn điện khác nhau. Các khu vực được đặt tên tương ứng người sưu tầm, căn cứ Và máy phát. Thiết bị của bóng bán dẫn và sơ đồ biểu diễn của nó được thể hiện trong hình bên dưới

Phân biệt các bóng bán dẫn dẫn thuận và ngược. Các bóng bán dẫn P-n-p được gọi là bóng bán dẫn dẫn thuận, và các bóng bán dẫn n-p-n được gọi là bóng bán dẫn dẫn ngược.

Bây giờ hãy nói về hai chế độ hoạt động của bóng bán dẫn. Bản thân hoạt động của bóng bán dẫn cũng tương tự như hoạt động của vòi hoặc van nước. Chỉ thay vì nước mới có dòng điện. Có hai trạng thái có thể có của bóng bán dẫn - hoạt động (bóng bán dẫn mở) và trạng thái nghỉ (bóng bán dẫn đóng).

Nó có nghĩa là gì? Khi bóng bán dẫn tắt, không có dòng điện chạy qua nó. Ở trạng thái mở, khi một dòng điện điều khiển nhỏ được đặt vào đế, bóng bán dẫn sẽ mở ra và một dòng điện lớn bắt đầu chạy qua bộ phát-thu.

Các quá trình vật lý trong bóng bán dẫn

Và bây giờ hãy nói thêm về lý do tại sao mọi thứ lại diễn ra theo cách này, đó là lý do tại sao bóng bán dẫn mở và đóng. Hãy lấy một bóng bán dẫn lưỡng cực. Để cho nó được n-p-n bóng bán dẫn.

Nếu bạn kết nối nguồn điện giữa bộ thu và bộ phát, các electron của bộ thu sẽ bắt đầu bị hút về cực dương, nhưng sẽ không có dòng điện giữa bộ thu và bộ phát. Điều này bị cản trở bởi lớp cơ sở và chính lớp phát.

Nếu bạn kết nối một nguồn bổ sung giữa đế và bộ phát, các electron từ vùng n của bộ phát sẽ bắt đầu thâm nhập vào vùng cơ sở. Kết quả là diện tích đáy sẽ được làm giàu với các electron tự do, một số sẽ kết hợp lại với các lỗ trống, một số sẽ chảy đến cực dương của đế và một số (hầu hết) sẽ đi đến bộ thu.

Do đó, bóng bán dẫn ở trạng thái mở và dòng điện cực phát-thu chạy trong nó. Nếu điện áp cơ bản tăng thì dòng cực thu-cực phát cũng sẽ tăng. Hơn nữa, với một sự thay đổi nhỏ trong điện áp điều khiển, dòng điện qua bộ thu-phát sẽ tăng đáng kể. Hoạt động của bóng bán dẫn trong bộ khuếch đại dựa trên hiệu ứng này.

Tóm lại, đó là bản chất hoạt động của bóng bán dẫn. Bạn cần tính toán một bộ khuếch đại công suất sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực qua đêm, hay làm việc trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu hoạt động của bóng bán dẫn? Đây không phải là vấn đề ngay cả đối với người mới bắt đầu nếu bạn sử dụng sự trợ giúp của các chuyên gia dịch vụ sinh viên của chúng tôi.

Đừng ngần ngại tìm kiếm sự giúp đỡ chuyên nghiệp trong những vấn đề quan trọng như học tập! Và bây giờ bạn đã có ý tưởng về bóng bán dẫn, chúng tôi khuyên bạn nên thư giãn và xem video của Korn “Twisted Transistor”! Ví dụ: bạn quyết định liên hệ với Sinh viên Thư tín.