Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Kuukauden osa: Transistori

Joka kuukausi tänä vuonna tutkimme erilaista elektronista komponenttia, joka osuu siihen, mikä se on, miten se toimii ja miten käytät sitä projekteissa. Viime kuussa käsiteltiin kondensaattoreita, ja ennen sitä tarkastelimme LEDejä ja diodeja. Tässä kuussa tutkimme transistoreita! Kuten aina, aloitamme asioiden esittelyn transistoreiden kautta Charles Plattin tärkeimmistä elektronisten komponenttien Encyclopedia of Volume 1 -esitteestä. Klikkaa kuvaa oikealle nähdäksesi kaikki CotM-kattavuutemme.

Sana transistori yksinään käytetään usein bipolaariseen transistoriin, koska tämä oli tyyppi, jota laajimmin käytettiin erillisten puolijohteiden alalla. Bipolaarinen transistori on kuitenkin oikea termi. Sitä kutsutaan joskus bipolaariseksi liitos transistoriksi tai BJT: ksi.

Mitä se tekee

Kaksisuuntainen transistori vahvistaa virran vaihteluita tai sitä voidaan käyttää virran kytkemiseksi päälle ja pois päältä. Vahvistustilassa se korvasi tyhjiöputket, joita aiemmin käytettiin audiosignaalien vahvistuksessa ja monissa muissa sovelluksissa. Kytkentätilassa se muistuttaa releä, vaikka "off" -tilassa transistori sallii vielä hyvin pienen virran kulun, joka tunnetaan vuotana.

bipolaarinen transistori on kuvattu erillisenä puolijohdelaitteena, kun se on erikseen pakattu, ja siinä on kolme johtoa tai kosketinta. Paketti, joka sisältää useita transistoreita, on integroitu virtapiiri. Darlington-pari Itse asiassa se sisältää kaksi transistoria, mutta se sisältyy tähän erillisenä komponenttina, koska se pakataan samalla tavalla ja toimii kuin yksi transistori.

Kuinka se toimii

Vaikka varhaisimmat transistorit valmistettiin germaniumista, piistä on tullut yleisimmin käytetty materiaali. Piin käyttäytyy kuin eristin, puhtaana huoneenlämpötilassa, mutta se voidaan "seostaa" (huolellisesti saastunut) epäpuhtauksilla, jotka aiheuttavat ylimäärän elektroneja, joita ei ole sidottu yksittäisistä atomeista. Tuloksena on N-tyyppinen puolijohde, joka voidaan indusoida sallimaan elektronien liikkuminen sen läpi, jos se on esijännitetty ulkoisella jännitteellä. Eteenpäin suuntautuva esijännitys tarkoittaa positiivisen jännitteen käyttöä, kun taas käänteinen suuntaus tarkoittaa kyseisen jännitteen kääntämistä.

Muut lisäaineet voivat luoda elektronien alijäämän, jota voidaan ajatella "reikien" ylijäämänä, jotka voidaan täyttää elektronien avulla. Tuloksena on P-tyypin puolijohde.

Bipolaarinen NPN-transistori koostuu ohuesta keskimmäisestä P-tyypin kerroksesta, joka on kerrostettu kahden paksumman N-tyypin kerroksen väliin. Kolme kerrosta kutsutaan keräilijäksi, pohjaksi ja emitteriksi, ja niihin on liitetty lanka tai yhteys. Kun emitterille kohdistetaan negatiivinen varaus, elektronit pakotetaan keskinäisen tukahduttamisen avulla kohti keskimmäistä pohjakerrosta. Jos pohjaan kohdistetaan eteenpäin suuntautuva esijännitys (positiivinen potentiaali), elektronit pyrkivät houkuttelemaan pois emäksen kautta. Koska pohjakerros on niin ohut, elektronit ovat nyt lähellä kerääjää. Jos perusjännite kasvaa, ylimääräinen energia kannustaa elektroneja hyppäämään kollektoriin, josta he tekevät tiensä positiiviseen virtalähteeseen, jonka voidaan katsoa olevan vielä suurempi elektronien alijäämä.

Niinpä NPN-bipolaarisen transistorin emitteri lähettää elektroneja transistoriin, kun taas kerääjä kerää ne pohjalta ja siirtää ne transistorista. On tärkeää muistaa, että koska elektronit kantavat negatiivisen varauksen, elektronien virtaus siirtyy negatiivisesta positiiviseen. Positiivisen negatiivisen käsitteen käsite on fiktio, joka on olemassa vain historiallisista syistä. Transistorin kaavamaisen symbolin nuoli osoittaa kuitenkin tavanomaisen (positiivisen negatiivisen) virran suuntaan.

PNP-transistorissa ohut N-tyypin kerros on kerrostettu kahden paksemman P-tyypin kerroksen väliin, emäs on negatiivisesti esijännitetty suhteessa emitteriin, ja NPN-transistorin toiminta käännetään, kun termit "emitteri" ja "keräilijä" ”Viittaamme nyt elektronien reikien liikkumiseen elektronien sijaan. Kerääjä on negatiivinen suhteessa alustaan, ja tuloksena oleva positiivinen-negatiivinen virta virtaa emitteristä pohjaan kollektoriin. PNP-transistorin kaavamaisen symbolin nuoli osoittaa edelleen positiivisen virtauksen suunnan.

variantit

Pienet signaalitransistorit määritellään siten, että niiden suurin kollektorivirta on 500 mA ja suurin kollektorin tehohäviö on 1 wattia. Niitä voidaan käyttää matalan tason sisääntulojen äänen vahvistukseen ja pienten virtojen kytkemiseen. Kun määritetään, voidaanko pienen signaalin transistori ohjata induktiivista kuormaa, kuten moottoria tai releen kelaa, on pidettävä mielessä, että alkuvirran nousu on suurempi kuin nimellisvirta vedon aikana jatkuvan toiminnan aikana.

Pienet kytkentätransistorit niillä on jonkin verran päällekkäisyyttä pienissä signaalitransistoreissa, mutta yleensä niiden nopeus on nopeampi, pienempi beeta-arvo ja se voi olla rajoitetumpi niiden kollektorivirran toleranssissa. Katso lisätietoja valmistajan tietokannasta.

Suurtaajuiset transistorit käytetään pääasiassa videovahvistimissa ja oskillaattoreissa, ovat fyysisesti pieniä ja niiden maksimitaajuusarvo on jopa 2 000 MHz.

Tehotransistorit määritellään siten, että ne kykenevät käsittelemään vähintään 1 watin, ja ylärajat voivat olla jopa 500 wattia ja 150 ampeeria. Ne ovat fyysisesti suurempia kuin muut tyypit, ja niitä voidaan käyttää äänivahvistimien ulostulovaiheissa ja virtalähteiden vaihtamisessa (katso luku 1). Tyypillisesti niillä on paljon pienempi virranvahvistus kuin pienemmillä transistoreilla (20 tai 30, toisin kuin 100 tai enemmän).

Näytteen transistorit on esitetty kuvassa oikealla. Top: A 2N3055 NPN -tehotransistori. Tämä tyyppi esiteltiin alun perin 1960-luvun lopulla, ja versioita valmistetaan edelleen. Se löytyy usein virtalähteistä ja push-pull-tehovahvistimista, ja sen kokonaistehon hajaantumisarvo on 115 W. Toinen rivi, vasemmalla: yleiskäyttöinen kytkentävahvistus PNP-tehotransistori, jonka teho on jopa 50 W. Toinen rivi, oikeassa reunassa: Korkean taajuuden kytkentätransistori, jota käytetään valaistusliittimessä, muuntimissa, taajuusmuuttajissa, kytkentäsäätimissä ja moottorin ohjausjärjestelmissä. Se sietää suhteellisen korkeita jännitteitä (jopa 700 V: n keräilijä-emitterin huippu) ja on mitoitettu jopa 80 W: n kokonaistehon hajaantumiseen. Toinen rivi, keskellä vasemmalla ja keskellä oikealla: Kaksi muunnosta 2N2222 NPN: n pienestä signaalinvaihtotransistorista, joka otettiin käyttöön 1960-luvulla ja jota käytetään edelleen hyvin laajalti. Metalliöljy on TO-19-paketti, joka kykenee hieman suurempaan tehohäviöön kuin halvempi muovinen TO-92-paketti (1,8 W vs. 1,5 W ja kollektorin lämpötila on enintään 25 astetta).

Kiitos, että olet lukenut, ja toivomme, että nautit kuukauden kuun kattavuudesta!

Osake

Jättänyt Kommenttia