อุปกรณ์และการทำงานของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้งานด้วยความช่วยเหลือของการขยายการแปลงและการสร้างกระแสไฟฟ้าที่จะดำเนินการ การประยุกต์ใช้ทรานซิสเตอร์สามารถสังเกตได้ในเทคโนโลยีอะนาล็อก นอกเหนือจากนั้น ทรานซิสเตอร์ พวกเขายังใช้ในเทคโนโลยีดิจิตอลที่ใช้ในโหมดคีย์ แต่ในอุปกรณ์ดิจิตอลทรานซิสเตอร์เกือบทั้งหมดจะถูก "ซ่อน" อยู่ในวงจรรวมและในปริมาณมากและในขนาดเล็ก

ที่นี่เราจะไม่ยึดติดอยู่กับอิเล็กตรอนรูและอะตอมมากเกินไปซึ่งได้อธิบายไว้แล้วในบทความก่อนหน้าของบทความ แต่ถ้าจำเป็นจะต้องจำบางส่วนนี้

เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดประกอบด้วยชุมทาง p-n หนึ่งคุณสมบัติที่อธิบายไว้ ในส่วนก่อนหน้าของบทความ. ทรานซิสเตอร์ดังที่คุณทราบประกอบด้วยสองช่วงการเปลี่ยนภาพ ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ ถือได้ว่าเป็นสารตั้งต้นของทรานซิสเตอร์หรือครึ่งหนึ่ง

หากจุดต่อ p-n หยุดนิ่งแล้วจะมีการกระจายรูและอิเลคตรอนดังแสดงในรูปที่ 1 เพื่อสร้างกำแพงกั้น เราจะพยายามอย่าลืมอนุสัญญาของอิเล็กตรอนรูและไอออนที่แสดงในรูปนี้

รูปที่ 1

ทรานซิสเตอร์สองขั้วเป็นอย่างไร

เครื่อง ทรานซิสเตอร์สองขั้ว ง่าย ๆ ได้อย่างรวดเร็วก่อน เมื่อต้องการทำเช่นนี้มันก็เพียงพอที่จะสร้างสองแยก pn บนแผ่นสารกึ่งตัวนำเดียวเรียกว่าฐาน มีการอธิบายวิธีการบางอย่างสำหรับการสร้างจุดเชื่อมต่อ pn ในส่วนก่อนหน้าของบทความดังนั้นเราจะไม่ทำซ้ำที่นี่

หากค่าการนำไฟฟ้าพื้นฐานเป็นประเภท p ดังนั้นทรานซิสเตอร์ที่ได้จะมีโครงสร้าง n-p-n (ออกเสียงว่า "en-pe-en") และเมื่อใช้แผ่นชนิด n เป็นฐานเราจะได้รับทรานซิสเตอร์ของโครงสร้าง p-n-p (pe-en-pe)

ทันทีที่มาถึงฐานคุณควรให้ความสนใจกับสิ่งนี้: เซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์ที่ใช้เป็นฐานมีความบางมากทินเนอร์กว่าตัวส่งและตัวสะสม ควรจดจำคำแถลงนี้เพราะจะมีความจำเป็นในกระบวนการอธิบายการทำงานของทรานซิสเตอร์

โดยปกติแล้วการเชื่อมต่อกับ "โลกภายนอก" จากแต่ละภูมิภาค p และ n มาพร้อมกับสายไฟ แต่ละคนมีชื่อของพื้นที่ที่มีการเชื่อมต่อ: emitter ฐานฐานสะสม ทรานซิสเตอร์ดังกล่าวเรียกว่าทรานซิสเตอร์สองขั้วเนื่องจากมันใช้ตัวรับประจุสองชนิดคือรูและอิเล็กตรอน โครงสร้างแผนผังของทรานซิสเตอร์ทั้งสองประเภทแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2

ปัจจุบันทรานซิสเตอร์ซิลิคอนถูกนำมาใช้ในระดับที่มากขึ้น เจอร์เมเนียมทรานซิสเตอร์ล้าสมัยเกือบทั้งหมดถูกแทนที่ด้วยซิลิคอนดังนั้นเรื่องราวต่อไปจะเกี่ยวกับพวกเขาแม้ว่าบางครั้งจะกล่าวถึงเจอร์เมเนียม ทรานซิสเตอร์ซิลิคอนส่วนใหญ่มีโครงสร้างแบบ n-p-n เนื่องจากโครงสร้างนี้มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากกว่าในการผลิต

คู่เสริมของทรานซิสเตอร์

สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมเห็นได้ชัดว่าโครงสร้าง p-n-p มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากขึ้นดังนั้นทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมส่วนใหญ่จึงมีโครงสร้างนี้อย่างแม่นยำ แม้ว่าในฐานะเป็นส่วนหนึ่งของคู่เสริม (ทรานซิสเตอร์อยู่ใกล้กับพารามิเตอร์ซึ่งแตกต่างกันเฉพาะในประเภทของการนำไฟฟ้า) แต่ก็มีการผลิตเจอร์เมเนียมทรานซิสเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกันเช่น GT402 (p-n-p) และ GT404 (n-p-n)

ทั้งคู่ใช้เป็นเอาท์พุททรานซิสเตอร์ใน ULF ของอุปกรณ์วิทยุต่างๆ และหากทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมที่ไม่ใช่แบบสมัยใหม่ได้ลดลงในประวัติศาสตร์แล้วซิลิคอนทรานซิสเตอร์คู่ที่สมบูรณ์ยังคงถูกผลิตอยู่ตั้งแต่ทรานซิสเตอร์ในแพ็คเกจ SMD และทรานซิสเตอร์ที่ทรงพลังสำหรับขั้นตอนการส่งออกของ ULF

โดยวิธีการที่เครื่องขยายเสียงในทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมถูกรับรู้โดยคนรักดนตรีเกือบจะเหมือนหลอด บางทีอาจจะแย่กว่านี้เล็กน้อย แต่ดีกว่าแอมป์ทรานซิสเตอร์ซิลิคอนมาก นี่เป็นเพียงการอ้างอิง

ทรานซิสเตอร์ทำงานอย่างไร

เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของทรานซิสเตอร์เราจะต้องกลับไปสู่โลกของอิเล็กตรอนหลุมผู้บริจาคและผู้ยอมรับ จริงตอนนี้มันจะค่อนข้างง่ายและน่าสนใจยิ่งกว่าในส่วนก่อนหน้าของบทความ คำพูดเช่นนี้จะต้องทำเพื่อไม่ให้ผู้อ่านหวาดกลัวอนุญาตให้อ่านทั้งหมดนี้จนถึงที่สุด

รูปที่ 3 ด้านบนแสดงการกำหนดกราฟิกแบบมีเงื่อนไขของทรานซิสเตอร์ในวงจรไฟฟ้าและด้านล่างจุดแยก p-n ของทรานซิสเตอร์จะแสดงในรูปแบบของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งรวมอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม การเป็นตัวแทนนี้สะดวกมากเมื่อตรวจสอบทรานซิสเตอร์ด้วยมัลติมิเตอร์

รูปที่ 3

และรูปที่ 4 แสดงโครงสร้างภายในของทรานซิสเตอร์

ในรูปนี้คุณจะต้องรอสักครู่เพื่อพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติม

รูปที่ 4

ดังนั้นปัจจุบันจะผ่านหรือไม่

ที่นี่แสดงให้เห็นว่าแหล่งจ่ายไฟเชื่อมต่อกับทรานซิสเตอร์ของโครงสร้าง n-p-n ได้อย่างไรและอยู่ในขั้วที่เชื่อมต่อกับทรานซิสเตอร์จริงในอุปกรณ์จริง แต่ถ้าคุณมองอย่างใกล้ชิดปรากฎว่าผ่านทางแยกสองทางของ p-n ผ่านอุปสรรคสองอย่างที่เป็นไปได้กระแสจะไม่ผ่าน: ไม่ว่าคุณจะเปลี่ยนขั้วของแรงดันไฟฟ้าหรือไม่จุดเชื่อมต่ออันใดอันหนึ่งจะอยู่ในสถานะล็อค ดังนั้นขอทิ้งทุกอย่างตามที่แสดงในรูปและดูว่าเกิดอะไรขึ้นที่นั่น

ไม่มีการควบคุมในปัจจุบัน

เมื่อคุณเปิดแหล่งที่มาปัจจุบันดังแสดงในรูปการเปลี่ยนแปลงตัวส่งสัญญาณ (n-p) อยู่ในสถานะเปิดและจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากซ้ายไปขวาได้อย่างง่ายดาย หลังจากนั้นอิเล็กตรอนจะชนกับอีซีแอลตัวแยกปิด (p-n) ซึ่งจะหยุดการเคลื่อนไหวนี้เส้นทางสำหรับอิเล็กตรอนจะถูกปิด

แต่เช่นเคยและทุกที่มีข้อยกเว้นสำหรับกฎทั้งหมด: อิเล็กตรอนที่คล่องแคล่วมากจะสามารถเอาชนะสิ่งกีดขวางนี้ได้ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ ดังนั้นแม้ว่ากระแสที่ไม่มีนัยสำคัญที่มีการรวมเช่นนี้จะยังคงอยู่ กระแสไฟฟ้ารองนี้เรียกว่ากระแสเริ่มต้นหรือกระแสอิ่มตัว นามสกุลคือความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนอิสระทุกตัวที่สามารถเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่กำหนดมีส่วนร่วมในการก่อตัวของกระแสนี้

ปัจจุบันเริ่มต้นไม่สามารถควบคุมได้มันสามารถใช้ได้สำหรับทรานซิสเตอร์ใด ๆ แต่ในขณะเดียวกันก็ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าภายนอก ถ้าเป็นเช่นนั้นแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (ภายในช่วงที่เหมาะสมที่ระบุไว้ในไดเรกทอรี), กระแสเริ่มต้นจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก แต่ผลกระทบทางความร้อนของกระแสไฟฟ้านี้เห็นได้ชัดเจนมาก

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของกระแสเริ่มต้นซึ่งจะนำไปสู่การให้ความร้อนเพิ่มเติมของทางแยก pn ความไม่แน่นอนทางความร้อนดังกล่าวสามารถนำไปสู่การสลายความร้อนการทำลายของทรานซิสเตอร์ ดังนั้นจึงควรใช้มาตรการในการทำให้ทรานซิสเตอร์เย็นลงและอย่าใช้แรงกดที่อุณหภูมิสูง

ตอนนี้จำฐาน

การรวมทรานซิสเตอร์ dangling-base ที่อธิบายไว้ข้างต้นไม่ได้ใช้ในรูปแบบการปฏิบัติ ดังนั้นรูปที่ 5 แสดงการรวมที่ถูกต้องของทรานซิสเตอร์ ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กบางส่วนกับฐานสัมพันธ์กับตัวส่งและในทิศทางไปข้างหน้า (เรียกคืนไดโอดและดูรูปที่ 3 อีกครั้ง)

รูปที่ 5

หากในกรณีของไดโอดทุกอย่างดูเหมือนจะชัดเจน - กระแสเปิดและผ่านไปแล้วเหตุการณ์อื่น ๆ ที่เกิดขึ้นในทรานซิสเตอร์ ภายใต้การกระทำของกระแส emitter อิเล็กตรอนจะพุ่งไปที่ฐานด้วยค่าการนำไฟฟ้า p จากตัวปล่อยด้วยค่าการนำไฟฟ้า n ในกรณีนี้ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนจะเต็มไปด้วยหลุมที่ตั้งอยู่ในภูมิภาคฐานและการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ไม่มีนัยสำคัญผ่านขั้วฐาน - กระแสฐาน Ib นี่คือที่ที่ควรจำไว้ว่าฐานบางและมีรูเล็ก ๆ

อิเล็กตรอนที่เหลือซึ่งไม่มีรูในฐานบางเพียงพอจะพุ่งเข้าสู่ตัวสะสมและจะถูกแยกออกจากที่นั่นด้วยศักยภาพที่สูงขึ้นของแบตเตอรี่ตัวสะสมเอกสิทธิ์ ภายใต้อิทธิพลนี้อิเล็กตรอนจะเอาชนะสิ่งกีดขวางที่มีศักยภาพที่สองและกลับไปที่ตัวปล่อยผ่านแบตเตอรี่

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กที่ใช้กับชุมทางเบส - อิมิตเตอร์ช่วยเปิดทางแยกเบส - สะสมซึ่งมีความเอนเอียงไปในทิศทางตรงกันข้าม จริงๆแล้วนี่คือผลของทรานซิสเตอร์

มันยังคงมีเพียงการพิจารณาว่า "แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก" นี้มีผลกับฐานมีผลต่อกระแสของตัวสะสมอย่างไรค่าและอัตราส่วนของมันคืออะไร แต่เกี่ยวกับเรื่องนี้ในส่วนถัดไปของบทความเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์

ความต่อเนื่องของบทความ: ลักษณะของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

Boris Aladyshkin