Diferents tipus de transistors i el seu funcionament

Com que el nostre cervell està format per 100.000 milions de cèl·lules anomenades neurones, que s’utilitzen per pensar i memoritzar coses. Com els ordinadors, també tenen milers de milions de cèl·lules cerebrals diminutes anomenades transistors. Està compost per un element químic extret de la sorra anomenat silici. Els transistors canvien radicalment la teoria de l'electrònica, ja que ha estat dissenyada més de mig segle abans per John Bardeen, Walter Brattain i William Shockley.

Per tant, us explicarem com funcionen o què són en realitat?

Què són els transistors?

Aquests dispositius estan formats per material semiconductor que s'utilitza habitualment per amplificar o canviar, també es pot utilitzar per controlar el flux de tensió i corrent. També s'utilitza per amplificar els senyals d'entrada en la mesura de sortida del senyal. Un transistor sol ser un dispositiu electrònic d'estat sòlid que està format per materials semiconductors. La circulació electrònica del corrent es pot alterar mitjançant l’addició d’electrons. Aquest procés fa que les variacions de voltatge afectin proporcionalment moltes variacions del corrent de sortida, donant lloc a l'amplificació. No tots els dispositius electrònics, sinó la majoria, contenen un o més tipus de transistors. Alguns dels transistors es col·loquen individualment o bé generalment en circuits integrats que varien segons les seves aplicacions d'estat.

"El transistor és un component de tipus insecte de tres potes, que es col·loca individualment en alguns dispositius, però en ordinadors es troba dins de milions de xips en petits xips"

De què està format un transistor?

El transistor està format per tres capes de semiconductor, que tenen la capacitat de mantenir el corrent. El material conductor de l’electricitat com el silici i el germani té la capacitat de transportar electricitat entre els conductors i l’aïllant que estava tancat per cables de plàstic. Els materials semiconductors són tractats mitjançant un procediment químic anomenat dopatge del semiconductor. Si el silici es dopa amb arsènic, fòsfor i antimoni, obtindrà alguns portadors de càrrega addicional, és a dir, electrons, es coneixen com a semiconductor negatiu o negatiu, mentre que si el silici es dopa amb altres impureses com el bor, el gal i l’alumini, obtindrà menys portadors de càrrega, és a dir, forats, es coneixen com a semiconductors de tipus P o positius.

Com funciona el transistor?

El concepte de treball és la part principal per entendre com utilitzar un transistor o com funciona ?, hi ha tres terminals al transistor:

• Base: dóna base als elèctrodes del transistor.

• Emissor: operadors de càrrega emesos per aquest.

• Cobrador: operadors de càrrega cobrats per aquest.

Si el transistor és de tipus NPN, hem d’aplicar una tensió de 0,7 v per activar-lo i, a mesura que la tensió aplicada al pin base, el transistor s’encén, que és la condició polaritzada cap endavant i el corrent comença a fluir a través del col·lector fins a l’emissor (també anomenat saturació). regió). Quan el transistor es troba esbiaixat invertit o el pin base està connectat a terra o no té voltatge, el transistor roman en estat OFF i no permet el flux de corrent del col·lector a l'emissor (també anomenada regió de tall).

Si el transistor és de tipus PNP, normalment està en estat ON però no s’ha de dir perfectament fins que el pin base quedi perfectament connectat a terra. Després de posar a terra el pin base, el transistor estarà en condicions de polarització inversa o es diu que està engegat. A mesura que el subministrament es proporciona al passador de la base, deixa de conduir el corrent del col·lector a l'emissor i es diu que el transistor està en estat OFF o polaritzat cap endavant.

Per protegir el transistor, connectem una resistència en sèrie amb ell, per trobar el valor d’aquesta resistència, fem servir la fórmula següent:

R _B = V _BE / I _B

Diferents tipus de transistors:

Principalment podem dividir el transistor en dues categories Transistor de connexió bipolar (BJT) i Transistor d'efecte de camp (FET). A més, podem dividir-lo com a continuació:

Transistor de connexió bipolar (BJT)

Un transistor de unió bipolar està format per semiconductor dopat amb tres terminals, és a dir, base, emissor i col·lector. En aquest procediment, hi participen forats i electrons. Una gran quantitat de corrent que passa al col·lector a l'emissor canvia modificant el corrent petit de la base als terminals de l'emissor. També s’anomenen dispositius controlats actualment. NPN i PNP són dues parts principals dels BJT, tal com hem comentat anteriorment. BJT s'encén donant entrada a la base perquè té la impedància més baixa per a tots els transistors. L’amplificació també és més alta per a tots els transistors.

Els tipus de BJT són els següents:

1. Transistor NPN:

A la regió mitjana del transistor NPN, és a dir, la base és de tipus p i les dues regions externes, és a dir, emissor i col·lector, són de tipus n.

En el mode actiu cap endavant, el transistor NPN està esbiaixat. Per la font de corrent continu Vbb, la base de la unió de l'emissor es polaritzarà cap endavant. Per tant, en aquesta unió es reduirà la regió d’esgotament. La unió del col·lector a la base està esbiaixada inversament, augmentant la regió d’esgotament del col·lector a la base. La majoria de portadors de càrrega són electrons per a emissors de tipus n. La unió de l’emissor base està esbiaixada cap endavant de manera que els electrons es mouen cap a la regió base. Per tant, això provoca el corrent de l’ emissor Ie. La regió de la base és prima i està lleugerament dopada per forats, es forma la combinació electró-forat i alguns electrons romanen a la regió de base. Això provoca un corrent de base Ib molt petit. La unió del col·lector de la base s'inverteix esbiaixada a forats a la regió de la base i electrons a la regió del col·lector, però es polaritza cap endavant als electrons de la regió de base. Els electrons restants de la regió base atrets pel terminal del col·lector provoquen el corrent Ic del col·lector. Consulteu més informació sobre el transistor NPN aquí.

2. Transistor PNP:

A la regió mitjana del transistor PNP, és a dir, la base és de tipus n i les dues regions externes, és a dir, el col·lector i l’emissor, són de tipus p.

Com hem comentat anteriorment al transistor NPN, també funciona en mode actiu. La majoria de portadors de càrrega són forats per a emissors de tipus p. Per a aquests forats, la unió de l’emissor de la base esbiaixarà cap endavant i es desplaçarà cap a la regió de la base. Això provoca el corrent de l’ emissor, és a dir. La regió de la base és fina i està lleugerament dopada per electrons, es forma la combinació electró-forats i queden alguns forats a la regió de la base. Això provoca un corrent de base Ib molt petit. La unió del col·lector de la base s'inverteix esbiaixada a forats a la regió de la base i forats a la regió del col·lector, però es polaritza cap endavant als forats de la regió de base. Els forats restants de la regió base atrets pel terminal del col·lector provoquen el corrent Ic del col·lector. Consulteu més informació sobre el transistor PNP aquí.

Què són les configuracions de transistors?

En general, hi ha tres tipus de configuracions i les seves descripcions pel que fa al guany són les següents:

Configuració de base comuna (CB): no té guany de corrent però té guany de tensió.

Configuració del Common Collector (CC): té guany de corrent però no guany de tensió.

Configuració d’emissor comú (CE): té guanys de corrent i de tensió.

Configuració de la base comuna del transistor (CB):

En aquest circuit, la base es col·loca comuna a l'entrada i a la sortida. Té una impedància d’entrada baixa (50-500 ohms). Té una alta impedància de sortida (1-10 mega ohms). Voltatges mesurats respecte als terminals base. Per tant, el voltatge i el corrent d’entrada seran Vbe & Ie i el voltatge i el corrent de sortida seran Vcb & Ic.

El guany actual serà inferior a la unitat, és a dir, alfa (dc) = Ic / Ie
El guany de tensió serà elevat.
El guany de potència serà mitjà.

Configuració de l’emissor comú (CE) del transistor:

En aquest circuit, l’emissor es col·loca comú tant a l’entrada com a la sortida. El senyal d'entrada s'aplica entre la base i l'emissor i el senyal de sortida s'aplica entre el col·lector i l'emissor. Vbb i Vcc són les tensions. Té una alta impedància d’entrada, és a dir, (500-5000 ohms). Té una impedància de sortida baixa, és a dir, (50-500 quilos ohms).

El guany actual serà alt (98), és a dir, beta (dc) = Ic / Ie
El guany de potència és de fins a 37 db.
La sortida quedarà desfasada de 180 graus.

Configuració del col·lector comú del transistor:

En aquest circuit, el col·lector es col·loca comú tant a l'entrada com a la sortida. Això també es coneix com a seguidor de l’emissor. Té una impedància d’entrada elevada (150-600 kilo ohms) i una impedància de sortida baixa (100-1000 ohms).

El guany actual serà elevat (99).
El guany de tensió serà inferior a la unitat.
El guany de potència serà mitjà.

Transistor d'efecte de camp (FET):

El transistor d'efecte de camp conté les tres regions com ara una font, una porta, un desguàs. Es denominen dispositius controlats per tensió, ja que controlen el nivell de tensió. Per controlar el comportament elèctric, es pot triar el camp elèctric aplicat externament, per això s’anomena transistors d’efecte de camp. En això, el flux de corrent a causa dels portadors de càrrega majoritaris, és a dir, electrons, per tant també conegut com a transistor uni-polar. Té principalment una impedància d’entrada elevada en mega ohms amb conductivitat de baixa freqüència entre el drenatge i la font controlada pel camp elèctric. Els FET són altament eficients, vigorosos i de menor cost.

Els transistors d'efecte de camp són de dos tipus, és a dir, els transistors d'efecte de camp de connexió (JFET) i els transistors d'efecte de camp d'òxid de metall (MOSFET). El corrent passa entre els dos canals nomenats com n-canal i de canal p.

Transistor d'efecte de camp de connexió (JFET)

El transistor d'efecte de camp d'unió no té cap unió PN, però en lloc de materials semiconductors d'alta resistivitat, formen canals de silici tipus n & p per al flux de portadors de càrrega majoritaris amb dos terminals, ja sigui drenatge o terminal terminal. En el canal n, el flux de corrent és negatiu mentre que en el canal p el flux de corrent és positiu.

Funcionament de JFET:

Hi ha dos tipus de canals a JFET anomenats com: n-channel JFET i p-channel JFET

Canal N JFET:

Aquí hem de discutir sobre el funcionament principal de JFET de canal n per a dues condicions de la següent manera:

En primer lloc, quan Vgs = 0, Apliqueu una petita tensió positiva al terminal de drenatge on Vds sigui positiu. A causa d’aquest voltatge Vds aplicat, els electrons flueixen de la font al drenatge i causen un corrent de drenatge Id. El canal entre el desguàs i la font actua com a resistència. Que el canal n sigui uniforme. Els diferents nivells de tensió configurats per l’identificador de corrent de drenatge i es mouen de la font a la drenatge. Les tensions són més altes en el terminal de drenatge i més baixes en el terminal de font. El drenatge és esbiaixat inversament, de manera que la capa d’esgotament és més àmplia aquí.

Vds augmenta, Vgs = 0 V

La capa d’esgotament augmenta, l’amplada del canal es redueix. El Vds augmenta al nivell on es toquen dues regions d’esgotament, aquesta condició coneguda com a procés de pessicitat i provoca el voltatge de pessicitat Vp.

Aquí, Id pinched –off cau a 0 MA & Id assoleix a nivell de saturació. Id amb Vgs = 0 conegut com a corrent de saturació de la font de drenatge (Idss). Els Vds augmenten a Vp, on l'ID actual continua sent el mateix i JFET actua com una font de corrent constant.

En segon lloc, quan Vgs no és igual a 0, Aplicar Vgs negatius i els Vds varien. L’amplada de la regió d’esgotament augmenta, el canal es fa estret i augmenta la resistència. Fluxos de corrent de drenatge menors i arriben fins al nivell de saturació. A causa de Vgs negatius, el nivell de saturació disminueix, l’Id disminueix. La tensió de pessic-off cau contínuament. Per tant, s’anomena dispositiu controlat per tensió.

Característiques de JFET:

Les característiques mostren diferents regions que són les següents:

Regió òhmica: Vgs = 0, capa d’esgotament petita.

Regió de tall: també coneguda com a regió de pessic, ja que la resistència del canal és màxima.

Saturació o regió activa: controlada per la tensió de la font de la porta, on la tensió de la font de drenatge és menor.

Regió de desglossament: el voltatge entre el desguàs i la font és una causa elevada de la ruptura del canal resistiu.

Canal JFET:

JFET de canal p funciona igual que JFET de canal n, però es van produir algunes excepcions, és a dir, a causa de forats, el corrent del canal és positiu i cal invertir la polaritat de la tensió de polarització.

Corrent de drenatge a la regió activa:

Id = Idss

Resistència del canal font de drenatge: Rds = delta Vds / delta Id

Transistor d'efecte de camp d'òxid de metall (MOSFET):

El transistor d'efecte de camp d'òxid de metall també es coneix com transistor d'efecte de camp controlat per tensió. Aquí, els electrons de porta d’òxid metàl·lic aïllats elèctricament del canal n i del canal p per una fina capa de diòxid de silici anomenada vidre.

El corrent entre el drenatge i la font és directament proporcional a la tensió d’entrada.

És un dispositiu de tres terminals, és a dir, porta, drenatge i font. Hi ha dos tipus de MOSFET per funcionament dels canals, és a dir, MOSFET de canal p i MOSFET de canal n.

Hi ha dues formes de transistor d'efecte de camp d'òxid de metall, és a dir, tipus d'esgotament i tipus d'ampliació.

Tipus d'esgotament: requereix Vgs, és a dir, el voltatge de la font de la porta per apagar-se i el mode d'esgotament és igual a l'interruptor normalment tancat.

Vgs = 0, si Vgs és positiu, els electrons són més; si Vgs és negatiu, els electrons són menors.

Tipus de millora: requereix Vgs, és a dir, el voltatge de la font de la porta per activar-se i el mode de millora és igual al commutador obert normalment.

Aquí, el terminal addicional és el substrat utilitzat a la terra.

La tensió de la font de la porta (Vgs) és superior a la tensió del llindar (Vth)

Modes de polarització per als transistors:

La polarització es pot fer mitjançant els dos mètodes, és a dir, la polarització directa i la polarització inversa, mentre que segons la polarització, hi ha quatre circuits diferents de polarització de la següent manera:

Biaix de base fix i biaix de resistència fix:

A la figura, la resistència de base Rb connectada entre la base i el Vcc. La unió de l'emissor base està esbiaixada cap endavant a causa de la caiguda de tensió Rb que condueix al flux Ib a través d'ella. Aquí Ib s’obté de:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Això es tradueix en un factor d’estabilitat (beta +1) que condueix a una baixa estabilitat tèrmica. Aquí les expressions de tensions i corrents és a dir, Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Biaix de comentaris del col·leccionista:

En aquesta figura, la resistència base Rb es connectava a través del col·lector i el terminal base del transistor. Per tant, la tensió base Vb i la tensió del col·lector Vc són similars entre si per això

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

Amb aquestes equacions, Ic disminueix Vc, que redueix Ib, reduint automàticament Ic.

En aquest cas, el factor (beta +1) serà inferior a un i l’Ib redueix el guany de l’amplificador.

Per tant, les tensions i corrents es poden donar com

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie és gairebé igual a Ib

Biaix de retroalimentació dual:

En aquesta figura, és la forma modificada sobre el circuit de base de retroalimentació del col·lector. Com que té un circuit addicional R1 que augmenta l'estabilitat. Per tant, l'augment de la resistència de la base condueix a les variacions de la beta, és a dir, el guany.

Ara, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie és gairebé igual a Ic

Biaix fix amb resistència d'emissor:

En aquesta figura, és el mateix que el circuit de polarització fix, però té una resistència emissora addicional Re connectada. Ic augmenta a causa de la temperatura, és a dir, també augmenta el que augmenta de nou la caiguda de tensió a través de Re. Això es tradueix en una reducció de Vc, redueix Ib, que fa que l'IC torni al seu valor normal. El guany de tensió es redueix per presència de Re.

Ara, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie és gairebé igual a Ic

Biaix de l'emissor:

En aquesta figura, hi ha dues tensions d’alimentació Vcc i Vee són iguals, però en polaritat oposada. Aquí, Vee es polaritza cap endavant a la unió de l’emissor base per Re & Vcc es polaritza inversament a la unió base del col·lector.

Ara, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie és gairebé igual a Ib On, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

El que dóna un punt de funcionament estable.

Biaix de comentaris dels emissors:

En aquesta figura, utilitza tant el col·lector com a retroalimentació i retroalimentació de l’emissor per obtenir una major estabilitat. A causa del flux de corrent emissor Ie, la caiguda de tensió es produeix a través de la resistència emissora Re, per tant, la unió base de l'emissor serà polaritzada cap endavant. Aquí, la temperatura augmenta, Ic augmenta, és a dir, també augmenta. Això condueix a una caiguda de tensió a Re, la tensió del col·lector Vc disminueix i Ib també disminueix. Això fa que el guany de producció es redueixi. Les expressions es poden donar com a:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie és gairebé igual a I c

Biaix del divisor de tensió:

En aquesta figura, utilitza la forma de divisor de tensió de la resistència R1 i R2 per polaritzar el transistor. Les formes de tensió a R2 seran de tensió base, ja que polaritza cap endavant la unió base-emissor. Aquí, I2 = 10 Ib.

Això es fa per descuidar el corrent divisor de tensió i es produeixen canvis en el valor de la beta.

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

Ic resisteix els canvis tant en beta com en Vbe, el que resulta en un factor d’estabilitat de 1. En això, Ic augmenta per augment de la temperatura, és a dir, augmenta per augment de la tensió de l’emissor Ve que redueix la tensió base Vbe. Això es tradueix en una disminució del corrent base ib i ic fins als seus valors reals.

Aplicacions dels transistors

Els transistors per a la majoria de les peces s’utilitzen en aplicacions electròniques, com ara amplificadors de tensió i potència.
S'utilitza com a commutadors en molts circuits.
S'utilitza per fer circuits lògics digitals, és a dir, I, NO etc.
Els transistors s’insereixen a tot, és a dir, a les fogons dels ordinadors.
S’utilitza al microprocessador com a xips en què s’hi integren milers de milions de transistors.
Els dies anteriors s’utilitzaven a la ràdio, a l’equip de telefonia, al cap auditiu, etc.
A més, s’utilitzen abans en tubs de buit de mides grans.
S’utilitzen en micròfons per canviar també els senyals sonors en senyals elèctrics.