อุปกรณ์และหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์

ความสำคัญในทางปฏิบัติของทรานซิสเตอร์สองขั้วต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวิศวกรรมไฟฟ้าสมัยใหม่ไม่สามารถพูดเกินจริงได้ ทรานซิสเตอร์สองขั้วถูกใช้ในทุกที่ในปัจจุบัน: เพื่อสร้างและขยายสัญญาณ ในตัวแปลงไฟฟ้า ในตัวรับและตัวส่ง และในที่อื่น ๆ มันสามารถอยู่ในรายการเป็นเวลานานมาก

ดังนั้นภายใต้กรอบของบทความนี้ เราจะไม่แตะต้องพื้นที่ที่เป็นไปได้ทั้งหมดของการประยุกต์ใช้ทรานซิสเตอร์สองขั้ว แต่จะพิจารณาเฉพาะอุปกรณ์และหลักการทำงานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ยอดเยี่ยมนี้เท่านั้น ซึ่งตั้งแต่ปี 1950 ได้เปลี่ยนอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดและ ตั้งแต่ทศวรรษที่ 1970 มีส่วนสำคัญในการเร่งความก้าวหน้าทางเทคนิค

ทรานซิสเตอร์สองขั้วเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สามขั้วที่มีฐานสามฐานของการนำไฟฟ้าแปรผันเป็นฐาน ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงเป็นประเภท NPN และ PNP วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ทำทรานซิสเตอร์เป็นส่วนใหญ่ ได้แก่ ซิลิกอน เจอร์เมเนียม แกลเลียมอาร์เซไนด์ และอื่น ๆ

ซิลิคอน เจอร์เมเนียม และสารอื่นๆ ในขั้นต้นเป็นไดอิเล็กตริก แต่ถ้าคุณเติมสารเจือปนเข้าไป สารเหล่านั้นจะกลายเป็นสารกึ่งตัวนำ การเติมซิลิคอน เช่น ฟอสฟอรัส (ตัวให้อิเล็กตรอน) จะทำให้ซิลิกอนเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N และถ้าเติมโบรอน (ตัวรับอิเล็กตรอน) ลงในซิลิกอน ซิลิคอนจะกลายเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P

เป็นผลให้สารกึ่งตัวนำชนิด N มีการนำอิเล็กตรอนและสารกึ่งตัวนำชนิด P มีการนำไฟฟ้าแบบโฮล ตามที่คุณเข้าใจ การนำไฟฟ้าจะพิจารณาจากประเภทของพาหะประจุไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่

ดังนั้น สารกึ่งตัวนำชนิด P และ N ชนิดวงกลมสามชั้นจึงเป็นทรานซิสเตอร์สองขั้ว ต่อเข้ากับแต่ละเลเยอร์คือเทอร์มินัลที่เรียกว่า: อิมิตเตอร์ ตัวสะสม และฐาน

ฐานเป็นอิเล็กโทรดควบคุมการนำไฟฟ้า อิมิตเตอร์เป็นแหล่งพาหะกระแสในวงจร ตัวรวบรวมเป็นสถานที่ในทิศทางที่ผู้ให้บริการปัจจุบันรีบเร่งภายใต้การกระทำของ EMF ที่ใช้กับอุปกรณ์

สัญลักษณ์สำหรับทรานซิสเตอร์สองขั้ว NPN และ PNP จะแตกต่างกันในไดอะแกรม การกำหนดเหล่านี้สะท้อนถึงอุปกรณ์และหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ในวงจรไฟฟ้าเท่านั้น ลูกศรจะถูกวาดระหว่างตัวปล่อยและฐานเสมอ ทิศทางของลูกศรคือทิศทางของกระแสควบคุมที่ป้อนเข้าสู่วงจรอิมิตเตอร์ฐาน

ดังนั้น ในทรานซิสเตอร์ NPN ลูกศรจะชี้จากฐานไปยังอิมิตเตอร์ ซึ่งหมายความว่าในโหมดแอคทีฟ อิเล็กตรอนจากอิมิตเตอร์จะพุ่งไปยังคอลเลคเตอร์ ในขณะที่กระแสควบคุมจะต้องถูกนำจากเบสไปยังอิมิตเตอร์

ในทรานซิสเตอร์ PNP นั้นตรงกันข้าม: ลูกศรชี้จากอิมิตเตอร์ไปยังฐาน ซึ่งหมายความว่าในโหมดแอคทีฟ รูจากอิมิตเตอร์จะวิ่งไปยังคอลเลคเตอร์ ในขณะที่กระแสควบคุมจะต้องถูกกำกับจากอิมิตเตอร์ไปยัง ฐาน.

เรามาดูกันว่าทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น เมื่อแรงดันบวกคงที่ถูกนำไปใช้กับฐานของทรานซิสเตอร์ NPN (ในบริเวณ 0.7 โวลต์) เทียบกับอิมิตเตอร์ จุดเชื่อมต่อ pn เบส-อิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ NPN นี้ (ดูรูป) จะเอนเอียงไปข้างหน้า และอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นระหว่าง จุดเชื่อมต่อตัวสะสม - ฐานและตัวปล่อยฐานจะลดลง ตอนนี้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ผ่านมันได้ภายใต้การกระทำของ EMF ในวงจรตัวสะสม - ตัวปล่อย

ด้วยกระแสเบสที่เพียงพอ กระแสคอลเลกเตอร์-อิมิตเตอร์จะเกิดขึ้นในวงจรนี้และรวมตัวกับกระแสเบส-อิมิตเตอร์ ทรานซิสเตอร์ NPN จะเปิดขึ้น

ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสสะสมและกระแสควบคุม (ฐาน) เรียกว่าอัตราขยายปัจจุบันของทรานซิสเตอร์ พารามิเตอร์นี้มีให้ในเอกสารประกอบของทรานซิสเตอร์และอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่หน่วยจนถึงหลายร้อย

เมื่อแรงดันลบคงที่ถูกนำไปใช้กับฐานของทรานซิสเตอร์ PNP (ในบริเวณ -0.7 โวลต์) เมื่อเทียบกับอิมิตเตอร์ จุดเชื่อมต่อฐาน-อิมิตเตอร์ np ของทรานซิสเตอร์ PNP นี้จะเอนเอียงไปข้างหน้า และอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นระหว่างตัวสะสม- ฐานและชุมทางฐาน - อิมิตเตอร์ลดลง ตอนนี้รูสามารถเคลื่อนผ่านได้ภายใต้การกระทำของ EMF ในวงจรคอลเลคเตอร์-อิมิตเตอร์

สังเกตขั้วของแหล่งจ่ายไปยังวงจรตัวสะสม ด้วยกระแสเบสที่เพียงพอ กระแสคอลเลกเตอร์-อิมิตเตอร์จะเกิดขึ้นในวงจรนี้และรวมตัวกับกระแสเบส-อิมิตเตอร์ ทรานซิสเตอร์ PNP จะเปิดขึ้น

โดยทั่วไปจะใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ในอุปกรณ์ต่างๆ ในแอมพลิฟายเออร์ แผงกั้น หรือสวิตช์

ในโหมดบูสต์ กระแสเบสจะไม่ลดลงต่ำกว่ากระแสโฮลดิ้ง ซึ่งทำให้ทรานซิสเตอร์อยู่ในสถานะเปิดตลอดเวลา ในโหมดนี้ การสั่นของกระแสเบสต่ำจะเริ่มต้นการสั่นที่สอดคล้องกันที่กระแสคอลเลกเตอร์ที่สูงขึ้นมาก

ในโหมดคีย์ ทรานซิสเตอร์จะเปลี่ยนจากสถานะปิดเป็นเปิด โดยทำหน้าที่เป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูง ในโหมดสิ่งกีดขวาง โดยการเปลี่ยนกระแสฐาน กระแสโหลดที่รวมอยู่ในวงจรตัวสะสมจะถูกควบคุม

ดูสิ่งนี้ด้วย:สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ทรานซิสเตอร์ - หลักการทำงานและแผนผัง