الترانزستورات هي مكونات نشطة وتستخدم في جميع الدوائر الإلكترونية كمضخمات وأجهزة تبديل (مفاتيح الترانزستور). كأجهزة تضخيم ، يتم استخدامها في الأجهزة ذات التردد العالي والمنخفض ، ومولدات الإشارة ، والمعدِّلات ، والكاشفات ، والعديد من الدوائر الأخرى. في الدوائر الرقمية ، في تبديل إمدادات الطاقة والمحركات الكهربائية التي يتم التحكم فيها ، فإنها تعمل كمفاتيح.

الترانزستورات ثنائية القطب

هذا هو اسم أكثر أنواع الترانزستور شيوعًا. وهي مقسمة إلى أنواع npn و pnp. غالبًا ما تكون المواد الخاصة بهم هي السيليكون أو الجرمانيوم. في البداية ، كانت الترانزستورات مصنوعة من الجرمانيوم ، لكنها كانت حساسة جدًا لدرجة الحرارة. أجهزة السيليكون أكثر مقاومة لتقلباتها وأرخص في التصنيع.

يتم عرض ترانزستورات ثنائية القطب مختلفة في الصورة أدناه.

توجد الأجهزة منخفضة الطاقة في علب بلاستيكية صغيرة مستطيلة أو معدنية أسطوانية. لديهم ثلاثة مخرجات: للقاعدة (B) ، والباعث (E) والمجمع (K). كل منها متصل بطبقة من ثلاث طبقات من السيليكون مع الموصلية n (يتكون التيار من الإلكترونات الحرة) أو من النوع p (يتكون التيار من ما يسمى "الثقوب" الموجبة الشحنة) ، مما يجعل يصل هيكل الترانزستور.

كيف يتم ترتيب الترانزستور ثنائي القطب؟

يجب دراسة مبادئ تشغيل الترانزستور ، بدءًا بجهازه. ضع في اعتبارك هيكل الترانزستور npn ، والذي يظهر في الشكل أدناه.

كما ترون ، تحتوي على ثلاث طبقات: طبقتان ذات موصلية من النوع n وواحدة من النوع p. يتم تحديد نوع التوصيل للطبقات من خلال درجة تعاطي المنشطات مع الشوائب الخاصة لأجزاء مختلفة من بلورة السيليكون. إن الباعث من النوع n مخدر بشدة من أجل الحصول على الكثير من الإلكترونات الحرة كحاملات التيار الرئيسية. القاعدة الرقيقة جدًا من النوع p مخدرة قليلاً بالشوائب ولها مقاومة عالية ، في حين أن المجمع من النوع n مخدر بشدة لمنحه مقاومة منخفضة.

كيف يعمل الترانزستور

أفضل طريقة للتعرف عليهم هي التجريب. يوجد أدناه رسم تخطيطي لدائرة بسيطة.

يستخدم ترانزستور الطاقة للتحكم في المصباح الكهربائي. ستحتاج أيضًا إلى بطارية ، ومصباح يدوي صغير يبلغ حوالي 4.5 فولت / 0.3 أمبير ، ومقياس جهد مقاوم متغير (5 كيلو) ومقاوم 470 أوم. يجب توصيل هذه المكونات كما هو موضح في الشكل على يمين الرسم التخطيطي.

أدر منزلق مقياس الجهد إلى أدنى موضع. سيؤدي ذلك إلى خفض الجهد الأساسي (بين القاعدة والأرض) إلى صفر فولت (U BE = 0). المصباح غير متوهج ، مما يعني عدم وجود تيار من خلال الترانزستور.

إذا قمت الآن بإدارة المقبض من موضعه السفلي ، فستزيد U BE تدريجياً. عندما يصل إلى 0.6 فولت ، يبدأ التيار في التدفق إلى قاعدة الترانزستور ، ويبدأ المصباح في التوهج. عندما يتحرك المقبض أكثر ، يظل الجهد U BE عند 0.6 فولت ، لكن تيار القاعدة يزداد وهذا يزيد التيار عبر دائرة المجمع-الباعث. إذا تم نقل المقبض إلى الوضع العلوي ، سيزداد الجهد عند القاعدة قليلاً إلى 0.75 فولت ، لكن التيار سيزداد بشكل كبير وسيتوهج المصباح بشكل ساطع.

وإذا قمت بقياس تيارات الترانزستور؟

إذا قمنا بتضمين مقياس التيار بين المجمع (C) والمصباح (لقياس I C) ، ومقياس التيار الكهربائي الآخر بين القاعدة (B) ومقياس الجهد (لقياس I B) ، ومقياس الفولتميتر بين السلك المشترك والقاعدة وكرر التجربة بأكملها ، يمكننا الحصول على بعض البيانات الشيقة. عندما يكون مقبض مقياس الجهد في أدنى موضع له ، فإن U BE تساوي 0 V ، وكذلك التيارات I C و I B. عندما يتم تحريك المقبض ، تزيد هذه القيم حتى يبدأ الضوء في التوهج ، عندما تكون متساوية: U BE = 0.6 فولت ، I B = 0.8 مللي أمبير ، I C = 36 مللي أمبير.

نتيجة لذلك ، نحصل على المبادئ التالية لتشغيل الترانزستور من هذه التجربة: في حالة عدم وجود جهد تحيز موجب (لنوع npn) على القاعدة ، تكون التيارات عبر أطرافها صفرًا ، وفي وجود الجهد الأساسي و الحالية ، تؤثر تغييراتهم على التيار في دائرة المجمع-الباعث.

ماذا يحدث عند تشغيل الترانزستور

خلال عملية عادية، يتم توزيع الجهد المطبق على تقاطع القاعدة-الباعث بحيث تكون إمكانات القاعدة (النوع p) أعلى بحوالي 0.6 فولت من تلك الخاصة بالباعث (النوع n). في الوقت نفسه ، يتم تطبيق جهد أمامي على هذا التقاطع ، وهو منحاز للأمام ومفتوح لتدفق التيار من القاعدة إلى الباعث.

يتم تطبيق جهد أعلى بكثير عبر تقاطع مجمع القاعدة ، مع احتمال أن يكون المجمع (النوع n) أعلى من الجهد الأساسي (النوع p). لذلك يتم تطبيق جهد عكسي على التقاطع ويكون متحيزًا غير إتجاه. ينتج عن هذا طبقة سميكة إلى حد ما مستنفدة للإلكترون في المجمع بالقرب من القاعدة عندما يتم تطبيق جهد إمداد على الترانزستور. نتيجة لذلك ، لا يتدفق أي تيار عبر دائرة المجمع-الباعث. يظهر توزيع الرسوم في المناطق الانتقالية للترانزستور npn في الشكل أدناه.

ما هو دور قاعدة التيار؟

كيف نجعل أجهزتنا الإلكترونية تعمل؟ مبدأ تشغيل الترانزستور هو التأثير على تيار القاعدة في حالة تقاطع مجمع القاعدة المغلق. عندما يكون تقاطع القاعدة-الباعث متحيزًا للأمام ، سيتدفق تيار صغير إلى القاعدة. هنا ، حاملاته عبارة عن ثقوب موجبة الشحنة. تتحد مع الإلكترونات القادمة من الباعث لتوفير التيار I BE. ومع ذلك ، نظرًا لحقيقة أن الباعث مخدر بشدة ، فإن العديد من الإلكترونات تتدفق منه إلى القاعدة أكثر مما يمكن أن تتحد مع الثقوب. هذا يعني أن هناك تركيزًا عاليًا من الإلكترونات في القاعدة ، ومعظمها يعبرها ويدخل إلى طبقة المجمع المستنفد للإلكترون. هنا ، يقعون تحت تأثير مجال كهربائي قوي مطبق على تقاطع جامع القاعدة ، ويمرون عبر الطبقة المستنفدة للإلكترون والحجم الرئيسي للمجمع إلى ناتجه.

تؤثر التغييرات في التيار المتدفق إلى القاعدة على عدد الإلكترونات المنجذبة من الباعث. وبالتالي ، يمكن استكمال مبادئ تشغيل الترانزستور بالبيان التالي: تؤدي التغييرات الصغيرة جدًا في تيار القاعدة إلى تغييرات كبيرة جدًا في التيار المتدفق من الباعث إلى المجمع ، أي يحدث التضخيم الحالي.

أنواع FETs

في اللغة الإنجليزية ، تم تصنيفها على أنها FETs - ترانزستورات تأثير المجال ، والتي يمكن ترجمتها على أنها "ترانزستورات ذات تأثير ميداني." على الرغم من وجود الكثير من الالتباس حول الأسماء الخاصة بهم ، إلا أن هناك نوعين رئيسيين منهم:

1. مع تحكم pn- مفرق. في الأدب الإنجليزي ، يشار إليها باسم JFET أو Junction FET ، والتي يمكن ترجمتها على أنها "ترانزستور تأثير مجال الوصلة". وإلا يطلق عليهم JUGFET أو Junction Unipolar Gate FET.

2. مع بوابة معزولة (خلاف الترانزستورات MOS أو MIS). في اللغة الإنجليزية ، تم تعيينهم IGFET أو Insulated Gate FET.

ظاهريًا ، فهي تشبه إلى حد كبير القطبين ، وهو ما تؤكده الصورة أدناه.

جهاز FET

يمكن تسمية جميع ترانزستورات التأثير الميداني بأجهزة UNIPOLE ، لأن حاملات الشحنة التي تشكل التيار من خلالها هي من النوع الوحيد لترانزستور معين - إما إلكترونات أو "ثقوب" ، ولكن ليس كلاهما في نفس الوقت. هذا يميز مبدأ تشغيل ترانزستور التأثير الميداني عن الترانزستور ثنائي القطب ، حيث يتم توليد التيار في وقت واحد بواسطة كلا النوعين من الموجات الحاملة.

تتدفق الموجات الحاملة الحالية في FETs مع تقاطع تحكم pn على طول طبقة من السيليكون بدون تقاطعات pn ، تسمى قناة ، مع توصيل إما من النوع n أو p بين طرفين ، يطلق عليهما "المصدر" و "الصرف" - نظائر الباعث و جامع أو بتعبير أدق ، الكاثود والأنود في الصمام الثلاثي الفراغي. الإخراج الثالث - بوابة (مماثلة لشبكة الصمام الثلاثي) - متصل بطبقة سيليكون بنوع مختلف من الموصلية عن تلك الخاصة بقناة استنزاف المصدر. يظهر هيكل هذا الجهاز في الشكل أدناه.

كيف يعمل ترانزستور تأثير المجال؟ مبدأ عملها هو التحكم في المقطع العرضي للقناة عن طريق تطبيق الجهد على تقاطع قناة البوابة. إنه دائمًا منحازًا عكسيًا ، لذلك لا يسحب الترانزستور أي تيار تقريبًا عبر دائرة البوابة ، بينما يحتاج الجهاز ثنائي القطب إلى قدر معين من التيار الأساسي للعمل. عندما يتغير جهد الدخل ، يمكن أن تتوسع منطقة البوابة ، مما يسد قناة تصريف المصدر حتى يتم إغلاقها تمامًا ، وبالتالي التحكم في تيار التصريف.

الترانزستور

الترانزستور هو جهاز أشباه الموصلات يسمح للإشارة الأضعف بالتحكم في إشارة أقوى. بسبب هذه الخاصية ، غالبًا ما يتحدثون عن قدرة الترانزستور على تضخيم الإشارة. على الرغم من أنه في الواقع لا يضخم أي شيء ، ولكنه يسمح لك ببساطة بتشغيل وإيقاف تيار كبير بتيارات أضعف بكثير. تعتبر الترانزستورات شائعة جدًا في الإلكترونيات ، لأن إخراج أي وحدة تحكم نادرًا ما ينتج تيارًا يزيد عن 40 مللي أمبير ، لذلك ، لم يعد من الممكن تشغيل حتى 2-3 مصابيح LED منخفضة الطاقة مباشرة من وحدة التحكم الدقيقة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه الترانزستورات إلى الإنقاذ. تتناول المقالة الأنواع الرئيسية للترانزستورات ، الاختلافات P-N-Pمن N-P-N ثنائي القطبالترانزستورات ، قناة P من الترانزستورات ذات التأثير الميداني للقناة N ، يتم النظر في التفاصيل الدقيقة لربط الترانزستورات ويتم الكشف عن نطاق تطبيقها.

لا تخلط بين الترانزستور والمرحل. التتابع هو مفتاح بسيط. جوهر عمله في إغلاق وفتح الاتصالات المعدنية. يعتبر الترانزستور أكثر تعقيدًا ويعتمد تشغيله على انتقال ثقب الإلكترون. إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد حول هذا الموضوع ، فيمكنك مشاهدة مقطع فيديو ممتاز يرشدك خلال عملية تشغيل الترانزستور من البسيط إلى المعقد. لا تخلط بين عام إنتاج الفيديو - لم تتغير قوانين الفيزياء منذ ذلك الحين ، ولا يمكن العثور على فيديو جديد ، يتم فيه تقديم المواد بجودة عالية:

أنواع الترانزستورات

الترانزستور ثنائي القطب

تم تصميم الترانزستور ثنائي القطب لدفع الأحمال الخفيفة (مثل المحركات منخفضة الطاقة وأجهزة السيرفر). دائمًا ما يكون له ثلاثة نواتج:

المجمع (المجمع الإنجليزي) - يتم تطبيق جهد عالي يتحكم فيه الترانزستور

• القاعدة (القاعدة الإنجليزية) - يتم توفير التيار أو إيقاف تشغيله لفتح أو إغلاق الترانزستور

باعث (باعث إنجليزي) - الناتج "النهائي" للترانزستور. يتدفق التيار من خلاله من المجمع والقاعدة.

يتم التحكم في الترانزستور ثنائي القطب بواسطة التيار. كلما تم تطبيق تيار أكثر على القاعدة ، سيتدفق المزيد من التيار من المجمع إلى الباعث. نسبة التيار المار من الباعث إلى المجمع إلى التيار عبر قاعدة الترانزستور تسمى الكسب. صمم ك HFE (في الأدب الإنجليزي يسمى كسب).

على سبيل المثال ، إذا HFE= 150 ، ويمر 0.2 مللي أمبير عبر القاعدة ، ثم يمر الترانزستور بحد أقصى 30 مللي أمبير عبر نفسه. إذا تم توصيل أحد المكونات بسحب 25 مللي أمبير (على سبيل المثال ، LED) ، فسيتم تزويده بـ 25 مللي أمبير. إذا تم توصيل أحد المكونات بسحب 150 مللي أمبير ، فسيتم توفير 30 مللي أمبير كحد أقصى فقط. تشير وثائق جهة الاتصال إلى القيم القصوى المسموح بها للتيارات والفولتية قاعدة-> باعث و جامع -> باعث . يؤدي تجاوز هذه القيم إلى ارتفاع درجة حرارة الترانزستور وفشلها.

صور مضحكة:

الترانزستورات ثنائية القطب NPN و PNP

هناك نوعان من الترانزستورات القطبية: NPNو PNP. تختلف في تناوب الطبقات. N (من سالب - سالب) طبقة بها فائض من حاملات الشحنة السالبة (إلكترونات) ، P (من موجب - موجب) طبقة بها فائض من حاملات الشحنة الموجبة (ثقوب). تعرف على المزيد حول الإلكترونات والثقوب في الفيديو أعلاه.

يعتمد سلوك الترانزستورات على تناوب الطبقات. تظهر الرسوم المتحركة أعلاه NPNالترانزستور. في PNPيتم عكس التحكم في الترانزستور - يتدفق التيار عبر الترانزستور عندما يتم تأريض القاعدة ويتم حظرها عند مرور التيار عبر القاعدة. في الرسم التخطيطي PNPو NPNتختلف في اتجاه السهم. يشير السهم دائمًا إلى الانتقال من نل ص:

تعيين ترانزستورات NPN (يسار) و PNP (يمين) على الرسم التخطيطي

تعد ترانزستورات NPN أكثر شيوعًا في الإلكترونيات لأنها أكثر كفاءة.

FET

تختلف الترانزستورات ذات التأثير الميداني عن الترانزستورات ثنائية القطب في بنيتها الداخلية. ترانزستورات MOS هي الأكثر شيوعًا في إلكترونيات الهواة. MOS هو اختصار لموصل أكسيد المعادن. نفس الشيء في اللغة الإنجليزية: يتم اختصار ترانزستور تأثير المجال لأكسيد المعادن وأشباه الموصلات على أنه MOSFET. تسمح لك ترانزستورات MOS بالتحكم في القوى الكبيرة نسبيًا أحجام صغيرةالترانزستور نفسه. الترانزستور مدفوع بالجهد وليس التيار. حيث يتم التحكم في الترانزستور بواسطة كهربائي مجالحصل الترانزستور على اسمه - مجالعواء.

تحتوي الترانزستورات ذات التأثير الميداني على 3 مخرجات على الأقل:

استنزاف - يتم تطبيق جهد عالي عليه ، والذي تريد التحكم فيه

البوابة (البوابة الإنجليزية) - يتم تطبيق الجهد عليها للتحكم في الترانزستور

المصدر (مصدر إنجليزي) - يتدفق التيار عبره من المصرف عندما يكون الترانزستور "مفتوحًا"

يجب أن يكون هناك رسم متحرك مع ترانزستور تأثير المجال ، لكنه لن يختلف عن ثنائي القطب بأي شكل من الأشكال باستثناء العرض التخطيطي للترانزستورات نفسها ، لذلك لن يكون هناك رسوم متحركة.

قناة N وقناة P FETs

تنقسم ترانزستورات التأثير الميداني أيضًا إلى نوعين حسب الجهاز والسلوك. قناة N(قناة N) تفتح عند تنشيط البوابة وإغلاقها. عندما لا يكون هناك جهد. قناة ف(قناة P) تعمل في الاتجاه المعاكس: طالما لا يوجد جهد عند البوابة ، يتدفق التيار عبر الترانزستور. عندما يتم تطبيق الجهد على البوابة ، يتوقف التيار. في الرسم البياني ، يتم تصوير ترانزستورات التأثير الميداني بشكل مختلف قليلاً:

عن طريق القياس مع الترانزستورات ثنائية القطب ، تختلف الترانزستورات ذات التأثير الميداني في القطبية. تم وصف ترانزستور N-Channel أعلاه. هم الأكثر شيوعا.

تختلف القناة P في اتجاه السهم عند الإشارة إليها ، ومرة ​​أخرى ، لها سلوك "مقلوب".

هناك اعتقاد خاطئ بأن ترانزستور تأثير المجال يمكنه التحكم في التيار المتردد. هذا خطأ. للتحكم في التيار المتردد ، استخدم المرحل.

دارلينجتون الترانزستور

ترانزستور دارلينجتون ليس صحيحًا تمامًا للإشارة إلى نوع منفصل من الترانزستور. ومع ذلك ، من المستحيل عدم ذكرها في هذه المقالة. غالبًا ما يوجد ترانزستور دارلينجتون في شكل دائرة كهربائية دقيقة تحتوي على العديد من الترانزستورات. على سبيل المثال ، ULN2003. يتميز ترانزستور دارلينجتون بالقدرة على الفتح والإغلاق بسرعة (مما يعني أنه يسمح لك بالعمل) وفي نفس الوقت يتحمل التيارات العالية. إنه نوع من الترانزستور المركب وهو عبارة عن اتصال متسلسل من ترانزستورين أو نادراً أكثر من الترانزستورات ، متصلاً بطريقة تجعل الحمل في باعث المرحلة السابقة هو تقاطع القاعدة الباعثة للترانزستور في المرحلة التالية ، أي أن الترانزستورات متصلة بواسطة المجمعات ، ويتم توصيل باعث ترانزستور الإدخال بعطلة نهاية الأسبوع الأساسية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الحمل المقاوم لباعث الترانزستور السابق كجزء من الدائرة لتسريع الإغلاق. يعتبر هذا الاتصال ككل بمثابة ترانزستور واحد ، يكون المكسب الحالي له ، عندما تكون الترانزستورات في الوضع النشط ، مساويًا تقريبًا لمنتج مكاسب جميع الترانزستورات.

اتصال الترانزستور

ليس سراً أن لوحة Arduino قادرة على توفير جهد 5 فولت للإخراج بحد أقصى يصل إلى 40 مللي أمبير. هذا التيار لا يكفي لتوصيل حمولة قوية. على سبيل المثال ، إذا حاولت توصيل شريط LED أو محرك مباشرةً بالمخرج ، فيضمن لك إتلاف خرج Arduino. من الممكن أن يفشل المجلس بأكمله. بالإضافة إلى ذلك ، قد تتطلب بعض المكونات الإضافية أكثر من 5 فولت لتعمل. يتم حل كل من هاتين المشكلتين بواسطة الترانزستور. سوف يساعد ، باستخدام تيار صغير من خرج Arduino ، في التحكم في تيار قوي من مصدر طاقة منفصل أو استخدام جهد 5 فولت للتحكم في جهد أكبر (حتى أضعف الترانزستورات نادراً ما يكون لها حد جهد أقل من 50 فولت). كمثال ، ضع في اعتبارك توصيل محرك:

في الرسم البياني أعلاه ، المحرك متصل بمصدر طاقة منفصل. بين دبوس المحرك ومصدر الطاقة للمحرك ، وضعنا ترانزستورًا سيتم التحكم فيه باستخدام أي دبوس رقمي من Arduino. عندما يتم تطبيق إشارة عالية على خرج جهاز التحكم من خرج جهاز التحكم ، فسوف نأخذ تيارًا صغيرًا جدًا لفتح الترانزستور ، وسوف يتدفق تيار كبير عبر الترانزستور ولن يتلف وحدة التحكم. انتبه إلى المقاوم المثبت بين إخراج Arduino وقاعدة الترانزستور. هناك حاجة للحد من تدفق التيار على طول المتحكم الدقيق - الترانزستور - المسار الأرضي ومنع حدوث ماس كهربائي. كما ذكرنا سابقًا ، فإن الحد الأقصى للتيار الذي يمكن استخلاصه من دبوس Arduino هو 40 مللي أمبير. لذلك ، نحتاج إلى مقاوم لا يقل عن 125 أوم (5V / 0.04A = 125 أوم). يمكنك بأمان استخدام مقاوم 220 أوم. في الواقع ، يجب اختيار المقاوم مع مراعاة التيار الذي يجب تطبيقه على القاعدة للحصول على التيار المطلوب من خلال الترانزستور. ل الاختيار الصحيحالمقاوم ، يجب أن تأخذ في الاعتبار الكسب ( HFE).

مهم!! إذا قمت بتوصيل حمولة قوية من مصدر طاقة منفصل ، فيجب عليك فعليًا توصيل الأرض ("ناقص") من مصدر طاقة الحمل والأرض (دبوس "GND") في Arduino. خلاف ذلك ، لن تكون قادرًا على التحكم في الترانزستور.

عند استخدام FET ، لا توجد حاجة لمقاوم محدد للتيار على البوابة. يتم تشغيل الترانزستور بالجهد فقط ولا يتدفق أي تيار عبر البوابة.

في هذه المقالة سنحاول وصفها مبدأ التشغيلأكثر أنواع الترانزستور شيوعًا هو الترانزستور ثنائي القطب. الترانزستور ثنائي القطبهو أحد العناصر النشطة الرئيسية للأجهزة الإلكترونية الراديوية. والغرض منه هو العمل على تضخيم قوة الإشارة الكهربائية القادمة إلى مدخلاتها. يتم تضخيم الطاقة عن طريق مصدر طاقة خارجي. الترانزستور هو مكون إلكتروني له ثلاثة أطراف.

ميزة تصميم الترانزستور ثنائي القطب

لإنتاج ترانزستور ثنائي القطب ، هناك حاجة إلى أشباه الموصلات ذات الفتحة أو النوع الإلكتروني من الموصلية ، والتي يتم الحصول عليها عن طريق الانتشار أو الاندماج مع الشوائب المستقبلة. نتيجة لذلك ، على جانبي القاعدة ، المناطق ذات الأنواع القطبيةالتوصيلات.

الترانزستورات ثنائية القطب عن طريق التوصيل نوعان: n-p-n و p-n-p. قواعد العملية التي يخضع لها الترانزستور ثنائي القطب الموصلية n-p-n(بالنسبة لـ p-n-p ، من الضروري تغيير قطبية الجهد المطبق):

1. الإمكانات الإيجابية عند المجمع أكثر أهمية منها عند الباعث.
2. أي ترانزستور له الحد الأقصى المسموح به من المعلمات Ib و Ik و Uke ، والتي يعتبر فائضها من حيث المبدأ غير مقبول ، لأن هذا يمكن أن يؤدي إلى تدمير أشباه الموصلات.
3. تعمل محطات الباعث الأساسي والمجمع الأساسي مثل الثنائيات. كقاعدة عامة ، يكون الصمام الثنائي في اتجاه الباعث الأساسي مفتوحًا ، وفي اتجاه مجمع القاعدة يكون متحيزًا في الاتجاه المعاكس ، أي أن الجهد الوارد يتداخل مع التدفق التيار الكهربائيمن خلاله.
4. إذا تم استيفاء النقاط من 1 إلى 3 ، فإن Ik الحالي يتناسب طرديًا مع Ib الحالي وله الشكل: Ik = he21 * Ib ، حيث he21 هو المكسب الحالي. تميز هذه القاعدة الجودة الرئيسية للترانزستور ، أي أن تيارًا أساسيًا صغيرًا يتحكم في تيار جامع قوي.

بالنسبة للترانزستورات ثنائية القطب المختلفة من نفس السلسلة ، يمكن أن يختلف مؤشر he21 بشكل أساسي من 50 إلى 250. وتعتمد قيمته أيضًا على تيار المجمع المتدفق ، والجهد بين الباعث والمجمع ، وعلى درجة الحرارة المحيطة.

دعنا ندرس القاعدة رقم 3. ويترتب على ذلك أن الجهد المطبق بين الباعث والقاعدة لا ينبغي زيادته بشكل كبير ، لأنه إذا كان الجهد الأساسي 0.6 ... 0.8 فولت أكبر من الباعث (الجهد الأمامي للديود) ، فإن تيارًا كبيرًا للغاية سوف يظهر. وبالتالي ، في الترانزستور العامل ، تكون الفولتية عند الباعث والقاعدة مترابطة وفقًا للصيغة: Ub \ u003d Ue + 0.6V (Ub \ u003d Ue + Ube)

دعونا نتذكر مرة أخرى أن كل هذه النقاط تشير إلى الترانزستورات التي لها موصلية n-p-n. ل نوع pnpيجب عكس كل شيء.

يجب أيضًا الانتباه إلى حقيقة أن تيار المجمع لا علاقة له بموصلية الصمام الثنائي ، حيث يتم توفير جهد عكسي ، كقاعدة عامة ، إلى الصمام الثنائي لقاعدة التجميع. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التيار المتدفق عبر المجمع يعتمد قليلاً جدًا على الإمكانات عند المجمع (هذا الصمام الثنائي مشابه لمصدر تيار صغير)

عندما يتم تشغيل الترانزستور في وضع التضخيم ، يكون تقاطع الباعث مفتوحًا ويغلق تقاطع المجمع. يتم الحصول على ذلك عن طريق توصيل مصادر الطاقة.

نظرًا لأن تقاطع الباعث مفتوح ، فسوف يمر عبره تيار باعث ، ناشئ عن انتقال الثقوب من القاعدة إلى الباعث ، وكذلك الإلكترونات من الباعث إلى القاعدة. وبالتالي ، يحتوي تيار المرسل على مكونين - ثقب وإلكترون. تحدد نسبة الحقن كفاءة الباعث. يشير حقن الشحنة إلى نقل ناقلات الشحنة من المنطقة التي كانت مسيطرة فيها إلى المنطقة التي أصبحت فيها ثانوية.

في القاعدة ، تتحد الإلكترونات ، ويتم تجديد تركيزها في القاعدة من إضافة مصدر EE. نتيجة لهذا ، في دائرة كهربائيةستتدفق القاعدة تيارًا ضعيفًا إلى حد ما. ستنتقل الإلكترونات المتبقية ، التي لم يكن لديها وقت لإعادة الاتحاد في القاعدة ، تحت التأثير المتسارع لمجال تقاطع المجمع المحظور ، كحاملات أقلية ، إلى المجمع ، مما يخلق تيارًا جامعًا. يُطلق على نقل حاملات الشحنة من منطقة كانت صغيرة إلى منطقة حيث تصبح رئيسية استخراج الشحنات الكهربائية.

يخرج أنواع مختلفةأجهزة أشباه الموصلات - الثايرستور ، الصمامات الثلاثية ، يتم تصنيفها وفقًا للغرض منها ونوع البناء. ترانزستورات أشباه الموصلات ثنائية القطب قادرة على حمل نوعين من الشحنات في وقت واحد ، في حين أن المجال واحد فقط.

تصميم ومبدأ العملية

سابقا ، بدلا من الترانزستورات في المخططات الكهربائيةتم استخدام أنابيب مفرغة خاصة منخفضة الضوضاء ، لكنها كانت كبيرة وتعمل بالتوهج. الترانزستور ثنائي القطب GOST 18604.11-88 عبارة عن جهاز كهربائي أشباه الموصلات ، وهو عنصر متحكم فيه ويتميز بهيكل ثلاثي الطبقات ، يستخدم للتحكم في الميكروويف. يمكن أن يكون في القضية وبدونها. يأتون في أنواع p-n-p و n-p-n. اعتمادًا على ترتيب الطبقات ، يمكن أن تكون القاعدة عبارة عن صفيحة p أو n ، حيث يتم ترسيب مادة معينة عليها. بسبب الانتشار أثناء التصنيع ، يتم الحصول على طبقة طلاء رقيقة جدًا ولكنها متينة.

الصورة - مخططات التبديل الأساسية

لتحديد الترانزستور الموجود أمامك ، تحتاج إلى العثور على سهم تقاطع الباعث. إذا كان اتجاهه يتجه نحو القاعدة ، فإن بنية pnp ، إذا كانت بعيدة عنها ، ثم npn. بعض القطبية نظائرها المستوردة(IGBT وغيرها) قد يكون لها حرف انتقالي. بالإضافة إلى ذلك ، هناك أيضًا ترانزستورات تكميلية ثنائية القطب. هذه هي الأجهزة التي لها نفس الخصائص ، ولكن أنواع مختلفةالتوصيل. وجد مثل هذا الزوج تطبيقًا في دوائر الراديو المختلفة. يجب أن تؤخذ هذه الميزة في الاعتبار إذا كان من الضروري استبدال العناصر الفردية للدائرة.

صور - تصميم

المنطقة الموجودة في المركز تسمى القاعدة ، يوجد على جانبيها باعث وجامع. القاعدة رقيقة جدًا ، وغالبًا لا يتجاوز سمكها ميكرون 2. من الناحية النظرية ، هناك شيء مثل ترانزستور ثنائي القطب مثالي. هذا نموذج تكون فيه المسافة بين منطقتي الباعث والمجمع متساوية. ولكن ، في كثير من الأحيان ، يكون تقاطع الباعث (المنطقة الواقعة بين القاعدة والباعث) ضعف نقطة تقاطع المجمع (المنطقة الواقعة بين القاعدة والمجمع).

صور - أنواع الصمامات ثنائية القطب

حسب نوع الاتصال ومستوى الطاقة المرسلة ، يتم تقسيمهم إلى:

1. تردد عالي؛
2. تردد منخفض.

عن طريق السلطة لـ:

1. طاقة منخفضة؛
2. قوة متوسطة
3. الطاقة (سائق الترانزستور مطلوب للتحكم).

يعتمد مبدأ تشغيل الترانزستورات ثنائية القطب على حقيقة أن تقاطعين وسطيين يقعان على مقربة من بعضهما البعض. هذا يسمح لك بتضخيم النبضات الكهربائية التي تمر عبرها بشكل كبير. إذا تم تطبيقه على مناطق (مناطق) مختلفة طاقة كهربائيةإمكانات مختلفة ، ثم ستتحول منطقة معينة من الترانزستور. في هذا فهي تشبه إلى حد كبير الثنائيات.

صور - مثال

على سبيل المثال ، إذا كان موجبًا ، يفتح المنطقة ص ن، وإذا كانت سلبية ، يتم إغلاقها. الميزة الأساسيةتأثير الترانزستورات هو أنه عندما يتم إزاحة أي منطقة ، تكون القاعدة مشبعة بالإلكترونات أو الفراغات (الثقوب) ، وهذا يسمح لك بتقليل الإمكانات وزيادة الموصلية للعنصر.

هناك الأنشطة الرئيسية التالية:

1. الوضع النشط
2. قطع؛
3. مزدوج أو تشبع
4. انعكاس.

قبل تحديد طريقة التشغيل في الصمام الثنائي القطب ، تحتاج إلى معرفة كيف تختلف عن بعضها البعض. غالبًا ما تعمل تلك ذات الجهد العالي في الوضع النشط (وهو أيضًا الوضع الرئيسي) ، هنا ، أثناء تشغيل الطاقة ، يتم تبديل تقاطع الباعث ، وهناك جهد عكسي في قسم المجمع. وضع الانعكاس هو عكس الوضع النشط ، هنا يتم تبديل كل شيء بنسب مباشرة. نتيجة لهذا ، يتم تضخيم الإشارات الإلكترونية بشكل كبير.

أثناء القطع ، يتم استبعاد جميع أنواع الجهد ، ويتم تقليل المستوى الحالي للترانزستور إلى الصفر. في هذا الوضع ، يتم فتح مفتاح الترانزستور أو الصمام الثلاثي لمجال البوابة المعزول ، ويتم إيقاف تشغيل الجهاز. هناك أيضًا وضع مزدوج أو عملية تشبع ، مع هذا النوع من التشغيل ، لا يمكن أن يعمل الترانزستور كمكبر للصوت. بناءً على مبدأ الاتصال هذا ، تعمل الدوائر حيث لا يلزم تضخيم الإشارات ، ولكن لفتح جهات الاتصال وإغلاقها.

نظرًا للاختلاف في مستويات الجهد والتيار في أوضاع مختلفة ، لتحديدها ، يمكنك التحقق من الترانزستور ثنائي القطب باستخدام مقياس متعدد ، على سبيل المثال ، في وضع التضخيم ، يجب أن يُظهر الترانزستور الجيد n-p-n تغيرًا في الشلالات من 500 إلى 1200 أوم. يتم وصف مبدأ القياس أدناه.

الغرض الرئيسي من الترانزستورات هو تغيير إشارات معينة للشبكة الكهربائية ، اعتمادًا على مؤشرات التيار والجهد. تسمح لك خصائصها بالتحكم في الكسب عن طريق تغيير تردد التيار. بمعنى آخر ، إنه محول مقاومة ومضخم إشارة. يتم استخدامه في العديد من معدات الصوت والفيديو للتحكم في تدفقات الكهرباء منخفضة الطاقة و UMZCH ، والمحولات ، والتحكم في محرك أداة الآلة ، إلخ.

فيديو: كيف تعمل الترانزستورات ثنائية القطب

فحص

أسهل طريقة لقياس h21e للترانزستورات ثنائية القطب عالية الطاقة هي ربطها بمقياس متعدد. لفتح الصمام الثلاثي أشباه الموصلات p-n-p ، يتم تطبيق جهد سلبي على القاعدة. للقيام بذلك ، يتم تحويل جهاز القياس المتعدد إلى وضع الأومتر عند -2000 أوم. معدل تقلبات المقاومة من 500 إلى 1200 أوم.

للتحقق من المناطق الأخرى ، تحتاج إلى تطبيق مقاومة إيجابية على القاعدة. مع هذا الاختبار ، يجب أن يُظهر المؤشر مزيدًا من المقاومة ، وإلا فإن الصمام الثلاثي معيب.

في بعض الأحيان ، يتم مقاطعة إشارات الخرج بواسطة مقاومات يتم تثبيتها لتقليل المقاومة ، ولكن نادرًا ما يتم استخدام تقنية التحويل هذه الآن. للتحقق من خصائص مقاومة النبض الترانزستورات n-p-nتحتاج إلى الاتصال بالقاعدة الإضافية ، واستنتاجات الباعث والمجمع - ناقص.

المواصفات والعلامات

المعلمات الرئيسية التي يتم من خلالها اختيار عناصر أشباه الموصلات هي pinout والترميز اللوني.

صور - pinout من الصمامات الثلاثية القطبية منخفضة الطاقة صور - pinout الطاقة

يستخدم الترميز اللوني أيضًا.

صور - أمثلة على علامات اللون صور - جدول الألوان

يشار أيضًا إلى العديد من الترانزستورات المحلية الحديثة بواسطة تشفير أبجدي ، والذي يتضمن معلومات حول المجموعة (المجال ، ثنائي القطب) ، النوع (السيليكون ، إلخ) ، سنة وشهر الإصدار.

صورة - نسخة

الخصائص الرئيسية (معلمات) الصمامات الثلاثية:

1. كسب الجهد
2. مساهمة الجهد؛
3. خصائص التردد المركب.

لتحديدها ، يتم استخدام الخصائص الثابتة أيضًا ، والتي تتضمن مقارنة بين المدخلات والمخرجات I-V.

يمكن حساب المعلمات المطلوبة إذا تم الحساب وفقًا للخصائص الرئيسية (توزيع التيارات المتتالية ، وحساب الوضع الرئيسي). تيار المجمع: Ik = (Ucc-Ukenas) / Rn

• Ucc - الجهد الكهربائي ؛
• Ukenas - تشبع
• Rн - مقاومة الشبكة.

فقدان الطاقة أثناء التشغيل:

P = Ik * Ukenas

يمكنك شراء الترانزستورات ثنائية القطب SMD و IGBT وغيرها من أي متجر كهربائي. يتراوح سعرها من بضعة سنتات إلى عشرات الدولارات ، حسب الغرض والخصائص.

خصائص الترانزستورات ثنائية القطب

الوضع الثابت عملية الترانزستوريسمى هذا الوضع ، حيث لا يوجد حمل في دائرة الخرج ، ولا يتسبب التغيير في تيار الإدخال أو الجهد في حدوث تغيير في جهد الخرج الشكل 7.

الخصائص الثابتةهناك نوعان من الترانزستورات: المدخلات والمخرجات. في الشكل 8. يوضح مخطط الإعداد لقياس الخصائص الثابتة للترانزستور المتصل وفقًا لدائرة باعث مشتركة.

الشكل 8. مخطط

قياسات ساكنة

معلمات الترانزستور مع عمر الفاروق.

ثابت الإدخالصفة مميزة أنا بمن جهد الدخل يو بيفي جهد الخرج الثابت يو سي. بالنسبة لدائرة الباعث الشائعة:

أنا ب \ u003d و (U BE)في U EC = const.

منذ فروع الإدخال الثابت المميزة لـ U KE > 0 تقع بالقرب من بعضها البعض وتندمج عمليًا في واحدة ، ثم في الممارسة العملية يمكن استخدام خاصية واحدة متوسطة بدقة كافية (الشكل 9) أ). ميزة الخاصية الثابتة للإدخال هي التواجد في الجزء السفلي من قسم غير خطي في منطقة الانحناء يو 1(حوالي 0.2 ... 0.3 فولت لترانزستورات الجرمانيوم و 0.3 ... 0.4 فولت للسيليكون).

يوم عطلة ثابتةصفة مميزةهو اعتماد الناتج الحالي أنا كمن جهد الخرج يو سيفي تيار الإدخال المستمر أنا ب. بالنسبة لدائرة التبديل مع باعث مشترك:

أنا K \ u003d و (U KE)مع I B = const.

من الشكل 9 بيمكن ملاحظة أن خصائص الخرج عبارة عن خطوط مستقيمة موازية تقريبًا لمحور الجهد. هذا لأن تقاطع المجمع مغلق بغض النظر عن جهد جامع القاعدة ، ولا يتم تحديد تيار المجمع إلا بعدد حاملات الشحنة التي تمر من الباعث عبر القاعدة إلى المجمع ، أي بواسطة تيار المرسل أي.

الوضع الديناميكييُطلق على تشغيل الترانزستور مثل هذا الوضع الذي يوجد فيه مقاومة تحميل في دائرة الخرج آر ك، بسبب التغيير في تيار الإدخال أو الجهد يو VXسوف يتسبب في تغيير جهد الخرج U OUT = U KE(الشكل 10).

الشكل 9. الخصائص الثابتة للترانزستور مع OE: أ- مدخل؛ ب- عطلة نهاية الاسبوع.

إدخال ديناميكيصفة مميزةهو الاعتماد على المدخلات الحالية أنا بمن جهد الدخل يو بيفي وجود حمولة. بالنسبة لدائرة الباعث الشائعة:

أنا ب \ u003d و (U BE)

منذ ذلك الحين في الوضع الثابت لـ U KE > 0 نستخدم خاصية واحدة متوسطة ، إذن إدخال ديناميكيتتطابق مع الخصائص إدخال ثابت(الشكل 11 أ).

الشكل 10. دائرة تبديل الترانزستور في الوضع الديناميكي مع OE.

يوم عطلة متحرك (الحمل) الخاصية هي الاعتماد على جهد الخرج يو سيمن تيار الإخراج أنا كعند القيم الثابتة لتيار الإدخال أنا ب(الشكل 11 ب):

U KE \ u003d E K - I K R K

بما أن هذه المعادلة خطية ، إذن ديناميكية الإخراجالسمة هي خط مستقيمويستند إلى الخصائص الثابتة للإخراج عند نقطتين ، على سبيل المثال: أ, فيفي الشكل 11 ب.

إحداثيات النقطة أ [U KE = 0 ؛ أنا ك = ه ك⁄ آر ك] - على المحور أنا ك.

إحداثيات النقطة في [أنا K = 0 ؛ U KE \ u003d EK] - على المحور يو كيه إي.

إحداثيات النقطة ص [ش 0 ك أنا 0 ك] - تتوافق مع موضع نقطة تشغيل RT في وضع الراحة (في حالة عدم وجود إشارة).

الشكل 11. الخصائص الديناميكية للترانزستور مع OE: أ)- مدخل؛ ب)- يوم عطلة.

يتم رسم خط التحميل من خلال أي نقطتين A أو B أو P ، والتي تُعرف إحداثياتها.

حسب الدولة تقاطعات p-nالترانزستورات ، هناك عدة أنواع من عملها - وضع القطع ، ووضع التشبع ، والأوضاع المحددة والخطية (الشكل 11).

وضع القطع.هذا هو الوضع الذي يتم فيه إغلاق كلا التحولات - يتم قفل الترانزستور. تيار القاعدة في هذه الحالة هو صفر. سيكون تيار المجمع مساويًا للتيار العكسي أنا K0، والجهد U KE \ u003d E K.

وضع التشبع- هذا هو الوضع عندما يكون كلا الانتقالين - كل من الباعث والمجمع مفتوحين ، ويحدث انتقال حر لناقلات الشحن في الترانزستور. في هذه الحالة ، سيكون التيار الأساسي هو الحد الأقصى ، وسيكون تيار المجمع مساويًا لتيار مجمع التشبع ، وسيميل الجهد بين المجمع والباعث إلى الصفر.

أنا ب = ماكس ؛ أنا K ≈ I KN ؛ U KE \ u003d E K - I KN R N ؛ U KE → 0.

أوضاع الحد- هذه هي الأوضاع التي يكون فيها التشغيل محدودًا بالمعلمات القصوى المسموح بها: أنا K إضافة ، U KE إضافة ، PK إضافة(الشكل 11 ب) و أنا ب لنا ، أنت تكون إضافية(الشكل 11 أ) ويرتبط بارتفاع درجة حرارة الترانزستور أو فشله.

وضع الخط- هذا هو الأسلوب الذي يتم فيه توفير خطية كافية للخصائص ويمكن استخدامه للتضخيم النشط.