Что такое транзистор: для чего нужен, как работает

Биполярный транзистор

По степени электропроводности коллекторный, базовый и эмиттерный слой отличаются мало, но при производстве подвергаются разному уровню легирования:

• Первый легируется слабо, что дает возможность повысить коллекторный вольтаж.
• В эмиттерный добавляют много примесей при изготовлении. Объем обратного пробойного напряжения не становится критичным, т. к. приборы функционируют с прямосмещенным переходом. Усиленное легирование дает повышенную инжекцию вторичных зарядоносителей в базовый слой.

Базовая прослойка легируется мало, т. к. находится между коллектором и эмиттером, этот слой должен показывать большое сопротивление.

Как работает

Особенности функционирования:

• Ток проходит сквозь транзистор, если зарядные носители инжектируются посредством p-n перехода в базовую прослойку из эмиттерной.
• В результате снижается потенциальная преграда при подаче прямого смещения.
• В базовой прослойке инжектируемые заряды — не основные носители, поэтому ускоряются и поступают в другие p-n переходы к коллекторному пласту от базовой прослойки.
• В базе заряды распространяются под действием диффузии или электрического поля.

Эффективность транзистора повышается, если использована тонкая базовая прослойка, но чрезмерное утончение снижает предел допустимого вольтажа коллектора.

Схема включения

Для установки в схему у транзистора есть три вывода. При подключении один контакт определяют, как общий.

Различают схемы подсоединения:

• С совместным эмиттером. Часто используемая схема усиливает ток и напряжение (отмечается наибольшее повышение мощности). Входной импульс поступает на базовый слой со стороны эмиттера, снимается — с коллектора и инвертируется.
• С совместным коллектором. Повышается только электроток, коэффициент усиления вольтажа равен 1, сопротивление на входе высокое, а на выходе маленькое. Подключение поддерживает большой промежуток усиливаемых частот.

Если общим при подсоединении служит базовый слой, усиливается напряжение, поэтому его используют чаще в составных системах, но не в однотранзисторных.

Рекомендации по эксплуатации транзисторов

Значения большинства параметров транзисторов зависят от реального режима работы и температуры, причем с увеличением температуры параметры транзисторов могут меняться. В справочнике приведены, как правило, типовые (усредненные) зависимости параметров транзисторов от тока, напряжения, температуры, частоты и т. п.

Для обеспечения надежной работы транзисторов необходимо принимать меры, исключающие длительные электрические нагрузки, близкие к предельно допустимым. Например заменять транзистор на аналогичный но меньшей мощности не стоит, это касается не только мощностей, но и других параметров транзистора. В некоторых случаях для увеличения мощности транзисторы можно включать параллельно, когда эмиттер соединяется с эмиттером, коллектор с коллектором и база – с базой. Перегрузки могут быть вызваны разными причинами, например от перенапряжения, для защиты от перенапряжения часто применяют быстродействующие диоды.

Что касается нагрева и перегрева транзисторов, температурный режим транзисторов не только оказывает влияние на значение параметров, но и определяет надежность их эксплуатации. Следует стремиться к тому, чтобы транзистор при работе не перегревался, в выходных каскадах усилителей транзисторы обязательно нужно ставить на большие радиаторы. Защиту транзисторов от перегрева нужно обеспечивать не только во время эксплуатации, но и во время пайки. При лужении и пайке следует принимать меры, исключающие перегрев транзистора, транзисторы во время пайки желательно держать пинцетом, для защиты от перегрева.

Мы рассмотрели здесь только несколько видов транзисторов, и это лишь мизерная часть из обилия моделей электронных компонентов, представленных на рынке сегодня.

Так или иначе, вы с легкостью сможете подобрать подходящий транзистор для своих целей. Документация на них доступна сегодня в сети в виде даташитов, в которых исчерпывающе представлены все характеристики. Типы корпусов современных транзисторов различны, и для одной и той же модели зачастую доступны как SMD исполнение, так и выводное.

Полевой транзистор

В структуре есть элементы:

• сток для приемки большого напряжения;
• затвор для управляемого напряжения;
• исток для раздачи напряжения при открытом положении.

Валера

Голос строительного гуру

Задать вопрос

Различают устройства полевого типа: с управлением посредством p-n-перехода, с электроизолированным затвором. В первом случае на противоположных боках полупроводника получаются участки разной электропроводимости для управления электротоком. Во втором виде затвор отделен от канала диэлектрическим материалом.

Как работает

Размер канала по ширине ограничен областью между участком обеднения и прослойкой. Силой тока управляют с помощью изменения вольтажа, приложенного к затвору. В этом случае меняется канальное сечение, и ток на выходе меняет величину.

Схемы включения

• с общим стоком;
• с совместным истоком;
• с общей базой.

Схема с общим стоком аналогична подключению биполярного модуля с совместным коллектором. Используют тип подсоединения в согласующихся каскадах, где нужно входное напряжение большое, а на выходе — низкое. Включение поддерживает широкий диапазон частот.

Схема с общим истоком дает большое увеличение мощности и электротока, при этом фаза напряжения контура стока переворачивается. Сопротивление на входе может быть несколько сотен мегаОм, чтобы его снизить, добавляют между истоком и затвором резистор.

В схеме с общим затвором нет усиления электротока, повышение мощности небольшое. Напряжение находится в аналогичной фазе с управляющим. При изменении входного импульса напряжение на истоке повышается или понижается.

Сравнение с обычными элементами

Помните, мы с вами ремонтировали материнскую плату компьютера и меняли конденсаторы и полевые транзисторы? Это достаточно крупные элементы, на которых можно невооружённым взглядом прочесть маркировку. Конденсаторы в низковольтном стабилизаторе напряжения ядра процессора на материнской плате нельзя сделать очень маленькими. Для должной фильтрации пульсаций они должны обладать емкостью в несколько сотен микрофарад. Такую емкость не втиснешь в маленький объем.

Будет интересно➡ Для чего нужны выпрямительные диоды?

Полевые транзисторы в этом стабилизаторе тоже нельзя сделать очень маленькими. Через них протекают токи в десятки ампер. Используются полевые транзисторы с очень небольшим сопротивлением открытого канала — десятые и сотые доли Ома. Но при таких токах они могут рассеивать мощность в половину Ватта и больше. Протекание тока по открытому каналу вызывает нагрев транзистора. Тепло при этом излучается в окружающее пространство через площадь корпуса транзистора. Если корпус будет очень маленьким, транзистор не сможет рассеять тепло и сгорит.

Кстати, обратите внимание: полевые транзисторы припаяны корпусом к площадкам печатной платы. Медные площадки хорошо проводят тепло, поэтому теплоотвод получается более эффективным. Но есть на той же материнской плате компоненты, по которым не протекают большие токи, и они не рассеивает большой мощности. Поэтому их можно сделать очень небольшими. Если мы заглянем внутрь компьютерного блока питания, то увидим там очень небольшие по размерам конденсаторы и резисторы. Они используют в цепях управления и обратной связи.

Полезный материал: что такое полупроводниковый диод.

Такие элементы выглядят как цилиндрик или кирпичик с тонкими проволочными выводами. Монтаж этих компонентов ведется традиционным способом: через отверстия в плате элемент припаивается выводами к контактным площадкам платы. Это технология была освоена десятки лет назад. Е

е недостаток в том, что в плате нужно сверлить десятки или сотни отверстий. Это не самая простая технологическая операция. Чтобы избавиться от сверления (или уменьшить число отверстий) и уменьшить размеры готовых изделий, и придумали SMD компоненты. Материнские платы компьютеров содержат как обычные элементы с проволочными выводами, так и SMD компонентов. Последних – больше.

Комбинированные транзисторы

Внутреннее строение комбинированных транзисторов — каскадное подсоединение двух входных ключей для регулировки конечного плюса. При подаче положительного вольтажа с истока на затвор начинает работать полевой тип, возникает канал передачи между истоком и стоком.

Перемещение зарядных носителей между участками p-n переходов включает биполярное устройство, поэтому происходит перемещение электротока к коллектору от эмиттера.

Как выглядят компоненты SMD

Интересно отметить, что надежность пайки бессвинцового припоя ниже, чем припоев, содержащих свинец. Поэтому директива RoHS не распространяется, в частности, на военные изделия и активные имплантируемые медицинские устройства. SMD диоды и стабилитроны выглядят как кирпичики с очень короткими выводами (0,5 мм и меньше), либо как цилиндрики с металлизированными торцами. SMD транзисторы бывают в корпусах различных размеров и конфигураций.

Будет интересно➡ Что такое полевые транзисторы?

Широко распространены, например, корпуса SOT23 и DPAK. Выводы могут располагаться с одной или двух сторон корпуса. Микросхемы для поверхностного монтажа можно условно разделить на два больших класса. У первого выводы располагаются по сторонам корпуса параллельно поверхности платы. Такие корпуса называются планарными. Выводы могут быть с двух длинных или со всех четырех сторон. У микросхем другого класса выводы делаются в виде полушаров снизу корпуса.

Как правило, в таких корпусах делают большие микросхемы (чипсет) на материнских платах компьютеров или видеокартах. Интересно отметить, что на традиционные элементы вначале наносилась цифровая маркировка. На резисторах, например, наносили тип, номинальное значение сопротивления и отклонение.

Затем стали использовать маркировку в виде цветных колец или точек. Это позволяло маркировать самые мелкие элементы. В SMD элементах используются буквенно-цифровая (там, где позволяет типоразмер) и цветовая маркировка.

Материал по теме: Как подключить конденсатор