بشروط الترانزستور ثنائي القطبيمكن رسمها على شكل رقاقة شبه موصلة ذات مناطق متغيرة ذات موصلية مختلفة، وتتكون من وصلتين p-n. علاوة على ذلك، فإن المناطق الخارجية من اللوحة لها موصلية من نوع واحد، والمنطقة الوسطى من النوع المعاكس، ولكل منطقة مخرجاتها الشخصية.

اعتمادًا على تناوب هذه المناطق، تتمتع الترانزستورات بموصلية p-n-p وn-p-n، على التوالي.

وإذا أخذنا أي جزء من الترانزستور وقمنا بتغطيته، فسنحصل على شبه موصل بوصلة p-n واحدة أو صمام ثنائي. يشير هذا إلى الاستنتاج القائل بأنه يمكن تمثيل الترانزستور ثنائي القطب بشكل تقليدي على شكل اثنين أشباه الموصلاتمع منطقة مشتركة واحدة، متصلة من الخلف إلى الخلف.

يسمى جزء الترانزستور الذي يهدف إلى حقن حاملات الشحنة في القاعدة بالباعث، و المقابلة ص نالوصلة هي باعث، وهذا الجزء من العنصر، الذي يهدف إلى إزالة أو استخراج حاملات الشحنة من القاعدة، يسمى المجمع، والوصلة p-n هي المجمع. المنطقة العامة كانت تسمى القاعدة.

الفرق في تسميات الهياكل المختلفة هو فقط في اتجاه سهم الباعث: في p-n-p يتم توجيهه نحو القاعدة، وفي n-p-n، على العكس من ذلك، بعيدًا عن القاعدة.

في فترة أوليةأثناء تطوير إلكترونيات أشباه الموصلات، كانت تُصنع فقط من الجرمانيوم باستخدام تقنية دمج الشوائب، ولهذا سُميت بالسبائك. على سبيل المثال، القاعدة عبارة عن بلورة من الجرمانيوم وأقوم بإذابة قطع صغيرة من الإنديوم فيها.

تخترق ذرات الإنديوم جسم بلورة الجرمانيوم، مما يخلق منطقتين فيه - المجمع والباعث. بينهما تبقى طبقة رقيقة جدًا من بضعة ميكرونات من أشباه الموصلات من النوع المعاكس - القاعدة. ولإخفاء البلورة عن الضوء يتم إخفاؤها في مسكن.

يوضح الشكل أن الحامل البلوري ملحوم بالقرص المعدني، وهو مخرج القاعدة، وفي الجزء السفلي من القرص يوجد مخرج السلك الخارجي الخاص به.

يتم لحام الأطراف الداخلية للمجمع والباعث بموصلات الأقطاب الكهربائية الخارجية.

مع تطور الإلكترونيات، بدأوا في معالجة بلورات السيليكون واخترعوا أجهزة السيليكون، التي عطلت ترانزستورات الجرمانيوم بالكامل تقريبًا.

إنهم قادرون على العمل مع المزيد درجات حرارة عالية، لديهم قيمة تيار عكسي أقل وجهد انهيار أعلى.

طريقة التصنيع الرئيسية هي التكنولوجيا المستوية. لمثل هذه الترانزستورات، توجد تقاطعات p-n في نفس المستوى. يعتمد مبدأ الطريقة على نشر أو دمج الشوائب في رقاقة السيليكون، والتي يمكن أن تكون في شكل غازي أو سائل أو صلب. عند تسخينها إلى درجة حرارة ثابتة بشكل صارم، تنتشر عناصر الشوائب في السيليكون.

في في هذه الحالةتُنشئ إحدى الكرات منطقة قاعدة رفيعة، بينما تُنشئ الأخرى منطقة باعث. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل اثنين من تقاطعات p-n في السيليكون. وباستخدام هذه التكنولوجيا، يتم إنتاج الأنواع الأكثر شيوعًا من ترانزستورات السيليكون في المصانع.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الطرق المدمجة على نطاق واسع لتصنيع هياكل الترانزستور: الانصهار والانتشار أو خيارات مختلفةالانتشار، على سبيل المثال، في اتجاهين أو مزدوج في اتجاه واحد.

لنقم بإجراء تجربة عملية، ولهذا سنحتاج إلى أي ترانزستور ومصباح كهربائي متوهج من مصباح يدوي قديم وقليل من سلك التثبيت حتى نتمكن من تجميع هذه الدائرة.

عملية تشغيل الترانزستور تجربة عملية للمبتدئين

يتوهج المصباح الكهربائي بسبب تطبيق جهد انحياز أمامي على تقاطع المجمع، مما يؤدي إلى فتح تقاطع المجمع ويتدفق تيار المجمع Ik من خلاله. تعتمد قيمته على مقاومة فتيل المصباح والمقاومة الداخلية للبطارية أو مصدر الطاقة.

الآن دعونا نقدم هذا المخطط في الشكل الهيكلي:

نظرًا لأن حاملات الشحنة الرئيسية في المنطقة N هي الإلكترونات، فإنها تمر عبر الإمكانات حاجز p-nالانتقال، تقع في منطقة الثقب من النوع p وتصبح حاملات شحنة أقلية، حيث تبدأ في امتصاصها من قبل حاملات شحنة الأغلبية عن طريق الثقوب. وبنفس الطريقة، تميل الثقوب الموجودة في المجمع إلى الدخول إلى منطقة القاعدة ويتم امتصاصها بواسطة حاملات الشحنة الرئيسية، وهي الإلكترونات.

وبما أن القاعدة أقل من مصدر الطاقة، فإن العديد من الإلكترونات سوف تتدفق إليها، لتعويض الخسائر من منطقة القاعدة. والمجمع المتصل بالزائد من خلال فتيل المصباح قادر على استقبال نفس العدد، وبالتالي سيتم استعادة تركيز الثقوب.

ستزداد موصلية الوصلة pn بشكل كبير وسيبدأ تيار المجمع بالتدفق عبر تقاطع المجمع إيك. وكلما زاد ارتفاعه، كلما كان المصباح المتوهج أقوى.

تحدث عمليات مماثلة في دائرة تقاطع الباعث. يوضح الشكل خيار توصيل الدائرة للتجربة الثانية.

لنقم بإجراء تجربة عملية أخرى ونقوم بتوصيل قاعدة الترانزستور بمصدر الطاقة الزائد. المصباح الكهربائي لا يضيء، لأننا قمنا بتوصيل تقاطع p-n الخاص بالترانزستور في الاتجاه المعاكس وزادت مقاومة الوصلة بشكل حاد ولا يتدفق عبرها سوى تيار مجمع عكسي صغير جدًا، وهو غير قادر على إشعال الضوء خيوط لمبة.

لنقم بتجربة أخرى مثيرة للاهتمام: قم بتوصيل المصباح الكهربائي وفقًا للصورة. الضوء لا يضيء، فلنكتشف السبب.

إذا تم تطبيق الجهد على الباعث والمجمع، فبالنسبة لأي قطبية لمصدر الطاقة، سيكون أحد التحولات للأمام والآخر للخلف، وبالتالي لن يتدفق أي تيار ولن يضيء المصباح الكهربائي.

من الواضح جدًا من المخطط التفصيلي أن تقاطع الباعث متحيز الاتجاه إلى الأماموهو مفتوح وينتظر استقبال الإلكترونات الحرة. وعلى العكس من ذلك، فإن وصلة المجمع متصلة في الاتجاه المعاكس وتمنع الإلكترونات من دخول القاعدة. يتم تشكيل حاجز محتمل بين المجمع والقاعدة، مما سيوفر مقاومة كبيرة للتيار ولن يضيء المصباح.

دعونا نضيف وصلة واحدة فقط إلى دائرتنا، والتي سوف تربط الباعث والقاعدة، ولكن المصباح الكهربائي لا يزال لا يضيء.

هنا، من حيث المبدأ، كل شيء واضح: عندما يتم تقصير القاعدة والباعث باستخدام وصلة العبور، يتحول تقاطع المجمع إلى صمام ثنائي يتلقى جهدًا متحيزًا عكسيًا.

بدلاً من وصلة العبور، لنقم بتركيب مقاومة Rb بقيمة اسمية 200 - 300 أوم، ومصدر طاقة آخر 1.5 فولت. نقوم بتوصيل ناقصه من خلال Rb بالقاعدة، وزائده بالباعث. وحدثت معجزة، أضاء المصباح الكهربائي.

أضاء المصباح لأننا قمنا بتوصيل مصدر طاقة إضافي بين القاعدة والباعث، وبالتالي طبقنا جهدًا مباشرًا على وصلة الباعث، مما أدى إلى فتحها ويتدفق تيار مباشر من خلالها، مما يفتح وصلة المجمع للترانزستور. يفتح الترانزستور ويتدفق من خلاله تيار المجمع Ik، وهو أكبر بعدة مرات من تيار قاعدة الباعث. وهكذا أضاء هذا التيار المصباح الكهربائي.

إذا قمنا بتغيير قطبية مصدر الطاقة الإضافي وقمنا بتطبيق الزائد على القاعدة، فسيتم إغلاق تقاطع الباعث، يليه تقاطع المجمع. سوف يتدفق الإكبو العكسي عبر الترانزستور وسيتوقف المصباح الكهربائي عن الإضاءة.

وتتمثل المهمة الرئيسية للمقاوم Rb في الحد من التيار في الدائرة الأساسية. إذا تم توفير كل 1.5 فولت إلى القاعدة، فسوف يتدفق الكثير من التيار عبر الوصلة، ونتيجة لذلك سيحدث الانهيار الحراري للوصلة وقد يحترق الترانزستور. بالنسبة لترانزستورات الجرمانيوم، يجب أن يكون جهد البوابة حوالي 0.2 فولت، وبالنسبة لترانزستورات السيليكون 0.7 فولت.

دعنا ننتقل إلى المخطط التفصيلي: عندما يتم تطبيق جهد إضافي على القاعدة، يتم فتح وصلة الباعث ويتم امتصاص الثقوب الحرة من الباعث بشكل متبادل مع الإلكترونات الأساسية، مما يؤدي إلى إنشاء تيار أساسي مباشر Ib.

ولكن ليس كل الثقوب التي تدخل القاعدة تتحد مع الإلكترونات. نظرًا لأن مساحة القاعدة ضيقة جدًا، فإن جزءًا صغيرًا فقط من الثقوب تمتصه الإلكترونات الأساسية.

يتخطى الحجم الرئيسي لثقوب الباعث القاعدة ويندرج تحت المزيد مستوى عالالجهد السلبي في المجمع، ومع فتحات المجمع يتدفق إلى طرفه السلبي، حيث يتم امتصاصها بشكل متبادل بواسطة الإلكترونات من مصدر الطاقة الرئيسي GB. تنخفض مقاومة دائرة مجمع الباعث وقاعدة المجمع بشكل حاد ويبدأ تيار المجمع المباشر Ik بالتدفق فيها، وهو أكبر بعدة مرات من التيار الأساسي Ib لدائرة قاعدة الباعث.

كلما ارتفع مستوى جهد الفتح عند القاعدة، كلما زاد عدد الثقوب من الباعث إلى القاعدة، وكلما ارتفعت القيمة الحالية في المجمع. وعلى العكس من ذلك، كلما انخفض جهد الفتح عند القاعدة، انخفض التيار في دائرة المجمع.

في هذه التجارب التي أجراها أحد هواة الراديو المبتدئين حول مبادئ تشغيل الترانزستور، كان في إحدى الحالتين: مفتوح أو مغلق. يتم تحويله من حالة إلى أخرى تحت تأثير فتح الجهد عند القاعدة Ub. يسمى وضع تشغيل الترانزستور في الإلكترونيات بالوضع الرئيسي. يتم استخدامه في الأدوات وأجهزة التشغيل الآلي.

في وضع التضخيم، يعمل مضخم الترانزستور في دوائر الاستقبال والمضخم تردد الصوت(USCH وULF). أثناء التشغيل يتم استخدام تيارات صغيرة في الدائرة الأساسية والتي تتحكم في التيارات الكبيرة في المجمع وهذا هو الفرق بين وضع التضخيم ووضع التبديل الذي يفتح أو يغلق الترانزستور فقط حسب الجهد عند القاعدة

الترانزستور هو مكون راديو نشط شائع جدًا ويوجد في جميع الدوائر تقريبًا، وفي كثير من الأحيان، خاصة أثناء الدورات التجريبية لتعلم أساسيات الإلكترونيات، يفشل. لذلك، بدون مهارة فحص الترانزستورات، من الأفضل عدم التدخل في الإلكترونيات. لذلك دعونا معرفة كيفية التحقق من الترانزستور.

اعتمادًا على موقع طبقات أشباه الموصلات، الترانزستوراتوتنقسم إلى نوعين رئيسيين - الترانزستورات NPN والترانزستورات PNP.

تسمى أقطاب الترانزستور ثنائي القطب التقليدي بالقاعدة والباعث والمجمع. يشكل المجمع والباعث الدائرة الرئيسية التيار الكهربائيفي الترانزستور، والقاعدة مخصصة للتحكم في كمية التيار في هذه الدائرة.

على رمز الترانزستور، يظهر سهم طرف الباعث اتجاه التيار.

كيف يعمل الترانزستور؟

تتحكم الدائرة الأساسية للترانزستور في تدفق التيار في دائرة المجمع والباعث. من خلال تغيير الجهد الصغير المطبق على القاعدة ضمن حدود صغيرة، من الممكن تغيير التيار في دائرة المجمع والباعث ضمن نطاق واسع إلى حد ما.

دائرة توضح مبدأ تشغيل الترانزستور

دعونا نجمع الرسم البياني الذي يوضح ذلك بوضوح عملية الترانزستور
ومبدأ تضمينه. سنحتاج إلى ترانزستور ببنية NPN، على سبيل المثال 2N3094، ومقاوم متغير أو ضبط، ومقاوم بـ مقاومة ثابتةومصباح يدوي. يشار إلى تصنيفات الأجهزة الإلكترونية في الرسم البياني.

تغيير المقاومة مقاومة متغيرة R1، سوف نلاحظ كيف يتغير سطوع المصباح الكهربائي H1.

يلعب المقاوم الثابت R2 في هذه الدائرة دور المحدد، حيث يحمي قاعدة الترانزستور من التيار الزائد الذي يمكن توفيره له في الوقت الذي تميل فيه مقاومة المقاوم المتغير إلى الصفر. المقاوم المحدد يمنع الترانزستور من الفشل.

الآن دعونا نحاول استبدال المصباح بمحرك كهربائي منخفض الطاقة. ومن خلال تدوير محور المقاومة المتغيرة، يمكننا ملاحظة تغير سلس في سرعة دوران المحرك الكهربائي M1.

تستخدم الترانزستورات في دوائر الروبوت لتضخيم الإشارات الصادرة من أجهزة الاستشعار، للتحكم في المحركات، ويمكن استخدام الترانزستورات لتجميع العناصر المنطقية التي تنفذ عمليات النفي المنطقي والضرب المنطقي والجمع المنطقي. الترانزستورات هي أساس جميع الدوائر الدقيقة الحديثة تقريبًا.

تنقسم الترانزستورات إلى مجموعتين فرعيتين كبيرتين - ثنائي القطب والميدان. وهي تستخدم عادة لتضخيم وتوليد وتحويل الإشارات الكهربائية.حصل ويليام شوكلي وجون باردين ووالتر براتين على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1956 لاختراعهم الترانزستور ثنائي القطب.

الترانزستورات ثنائية القطب.

الترانزستور ثنائي القطب هو جهاز أشباه الموصلات مع وصلتين p-n وثلاثة أطراف. يعتمد تشغيل الترانزستور ثنائي القطب على استخدام حاملات الشحنة لكلا العلامتين (الثقوب والإلكترونات)، ويتم التحكم في التيار المتدفق عبره باستخدام تيار التحكم.

الترانزستور ثنائي القطب هو أكثر أجهزة أشباه الموصلات النشطة شيوعًا.

جهاز الترانزستور.يحتوي الترانزستور ثنائي القطب بشكل أساسي على ثلاث طبقات من أشباه الموصلات (p-n-p أو n-p-n)، وبالتالي، وصلتان p-n. يتم توصيل كل طبقة من أشباه الموصلات من خلال اتصال شبه موصل معدني غير مصحح إلى طرف خارجي.

تسمى الطبقة الوسطى والإخراج المقابل بالقاعدة، وتسمى إحدى الطبقات المتطرفة والإخراج المقابل بالباعث، وتسمى الطبقة المتطرفة الأخرى والإخراج المقابل بالمجمع.

دعونا نعطي صورة تخطيطية ومبسطة لبنية الترانزستور من هذا النوع ن-ر-ن(الشكل 1، أ) ومتغيران مقبولان للتسمية الرسومية التقليدية (الشكل 1، ب). نوع الترانزستور ص-ن-صمرتبة بالمثل. في هذه الحالة، سيتم توجيه "سهم" الباعث في الاتجاه المعاكس - نحو القاعدة. تظهر أسهم الباعث اتجاه التيارات عبر الترانزستور.

أرز. 1. التمثيل التخطيطي لهيكل الترانزستور

يسمى الترانزستور ثنائي القطبلأن عملية تدفق التيار الكهربائي تتضمن حاملات للكهرباء ذات علامتين - الإلكترونات والثقوب. ولكن في أنواع مختلفةفي الترانزستورات، يختلف دور الإلكترونات والثقوب.

الترانزستورات نوع ن-ن-نهي أكثر شيوعًا من ترانزستورات p-n-p، لأنها عادةً ما تحتوي على معلمات أفضل. وأوضح هذا بالطريقة الآتية: الدور الرئيسي في العمليات الكهربائيةفي الترانزستورات من النوع n-p-n، تلعب الإلكترونات، وفي الترانزستورات بي إن بي- الثقوب. من ناحية أخرى، تتمتع الإلكترونات بقدرة على الحركة أكبر مرتين إلى ثلاث مرات من حركة الثقوب.

من المهم أن نلاحظ أنه في الواقع مساحة تقاطع المجمع أكبر بكثير من مساحة تقاطع الباعث، لأن هذا عدم التماثل يحسن بشكل كبير خصائص الترانزستور.

تم تقديم التفسيرات اللازمة، دعنا نصل إلى هذه النقطة.

الترانزستورات. التعريف والتاريخ

الترانزستور- جهاز إلكتروني من أشباه الموصلات يتم فيه التحكم في التيار في دائرة مكونة من قطبين بواسطة قطب كهربائي ثالث. (الترانزستورات.ru)

كانت الترانزستورات ذات التأثير الميداني أول من تم اختراعه (1928)، وظهرت الترانزستورات ثنائية القطب في عام 1947 في مختبرات بيل. وكانت بلا مبالغة ثورة في مجال الإلكترونيات.

بسرعة كبيرة، حلت الترانزستورات محل الأنابيب المفرغة في مختلف المجالات الأجهزة الإلكترونية. وفي هذا الصدد، زادت موثوقية هذه الأجهزة وانخفض حجمها بشكل ملحوظ. وحتى يومنا هذا، بغض النظر عن مدى "تعقيد" الدائرة الدقيقة، فإنها لا تزال تحتوي على العديد من الترانزستورات (وكذلك الثنائيات والمكثفات والمقاومات وما إلى ذلك). فقط صغيرة جدا.

بالمناسبة، كانت "الترانزستورات" في البداية عبارة عن مقاومات يمكن تغيير مقاومتها باستخدام مقدار الجهد المطبق. إذا تجاهلنا فيزياء العمليات، فيمكن أيضًا تمثيل الترانزستور الحديث كمقاومة تعتمد على الإشارة المقدمة إليه.

ما هو الفرق بين التأثير الميداني والترانزستورات ثنائية القطب؟ الجواب يكمن في أسمائهم ذاتها. في الترانزستور ثنائي القطب، يتضمن نقل الشحنة والإلكترونات, والثقوب ("الظهور" - مرتين). وفي الميدان (المعروف أيضًا باسم أحادي القطب) - أوالإلكترونات, أوالثقوب.

كما تختلف هذه الأنواع من الترانزستورات في مجالات التطبيق. يتم استخدام القطبين بشكل رئيسي في التكنولوجيا التناظرية، والميدان - في التكنولوجيا الرقمية.

وأخيرا: المجال الرئيسي لتطبيق أي الترانزستورات- تقوية الإشارة الضعيفة بسبب مصدر طاقة إضافي.

الترانزستور ثنائي القطب. مبدأ التشغيل. الخصائص الرئيسية

يتكون الترانزستور ثنائي القطب من ثلاث مناطق: الباعث، والقاعدة، والمجمع، ويتم تزويد كل منها بالجهد. اعتمادا على نوع الموصلية لهذه المناطق، يتم تمييز الترانزستورات n-p-n و p-n-p. عادةً ما تكون منطقة المجمع أوسع من منطقة الباعث. القاعدة مصنوعة من مادة شبه موصلة مطلية بشكل خفيف (ولهذا السبب تتمتع بمقاومة عالية) وهي رقيقة جدًا. نظرًا لأن منطقة الاتصال بقاعدة الباعث أصغر بكثير من منطقة الاتصال بمجمع القاعدة، فمن المستحيل تبديل الباعث والمجمع عن طريق تغيير قطبية الاتصال. وبالتالي، فإن الترانزستور هو جهاز غير متماثل.

قبل النظر في فيزياء كيفية عمل الترانزستور، دعونا نلخص المشكلة العامة.



وهي كالتالي: يتدفق تيار قوي بين الباعث والمجمع ( تيار جامع) ، وبين الباعث والقاعدة يوجد تيار تحكم ضعيف ( التيار الأساسي). سوف يتغير تيار المجمع اعتمادًا على التغير في تيار القاعدة. لماذا؟
دعونا ننظر في تقاطعات p-n للترانزستور. هناك نوعان منهم: قاعدة الباعث (EB) ومجمع القاعدة (BC). في الوضع النشط لتشغيل الترانزستور، الأول منهما متصل بالتحيز الأمامي، والثاني بالتحيز العكسي. ماذا يحدث عند تقاطعات p-n؟ لمزيد من اليقين، سوف ننظر في الترانزستور n-p-n. بالنسبة إلى p-n-p، كل شيء متشابه، فقط كلمة "إلكترونات" هي التي يجب استبدالها بكلمة "ثقوب".

نظرًا لأن الوصلة EB مفتوحة، فإن الإلكترونات "تعبر" بسهولة إلى القاعدة. هناك يتحدون جزئيًا مع الثقوب، ولكن يامعظمهم، بسبب سماكة القاعدة الصغيرة ومنشطاتها المنخفضة، تمكنوا من الوصول إلى انتقال المجمع الأساسي. والتي، كما نتذكر، يتم تضمينها مع التحيز العكسي. وبما أن الإلكترونات الموجودة في القاعدة هي حاملات شحنة أقلية، فإن المجال الكهربائي للانتقال يساعدها على التغلب عليها. وبالتالي، فإن تيار المجمع أقل بقليل من تيار الباعث. الآن انتبه إلى يديك. إذا قمت بزيادة التيار الأساسي، سيتم فتح الوصلة EB بقوة أكبر، وسيتمكن المزيد من الإلكترونات من الانزلاق بين الباعث والمجمع. وبما أن تيار المجمع أكبر في البداية من تيار القاعدة، فإن هذا التغيير سيكون ملحوظًا جدًا. هكذا، سيكون هناك تضخيم للإشارة الضعيفة التي تستقبلها القاعدة. مرة أخرى، التغيير الكبير في تيار المجمع هو انعكاس متناسب لتغير بسيط في تيار القاعدة.

أتذكر أنه تم شرح مبدأ تشغيل الترانزستور ثنائي القطب لزملائي باستخدام مثال صنبور الماء. الماء الموجود فيه هو تيار المجمع، وتيار التحكم الأساسي هو مقدار دوران المقبض. قوة صغيرة (إجراء تحكم) كافية لزيادة تدفق الماء من الصنبور.

بالإضافة إلى العمليات التي تم النظر فيها، يمكن أن يحدث عدد من الظواهر الأخرى عند تقاطعات p-n للترانزستور. على سبيل المثال، مع زيادة قوية في الجهد عند تقاطع مجمع القاعدة، قد يبدأ تكاثر شحنة الانهيار الجليدي بسبب التأين التأثير. وبالاقتران مع تأثير النفق، سيؤدي ذلك أولاً إلى انهيار كهربائي، ثم (مع زيادة التيار) انهيار حراري. ومع ذلك، يمكن أن يحدث الانهيار الحراري في الترانزستور دون انهيار كهربائي (أي دون زيادة جهد المجمع إلى جهد الانهيار). سيكون تيارًا واحدًا زائدًا عبر المجمع كافيًا لهذا الغرض.

هناك ظاهرة أخرى ترجع إلى حقيقة أنه عندما تتغير الفولتية الموجودة في تقاطعات المجمع والباعث، يتغير سمكها. وإذا كانت القاعدة رقيقة جدا، فقد يحدث تأثير إغلاق (ما يسمى "ثقب" القاعدة) - اتصال بين تقاطع المجمع وتقاطع الباعث. في هذه الحالة تختفي منطقة القاعدة ويتوقف الترانزستور عن العمل بشكل طبيعي.

يكون تيار المجمع للترانزستور في الوضع النشط العادي لتشغيل الترانزستور أكبر من التيار الأساسي بعدد معين من المرات. هذا الرقم يسمى المكسب الحاليوهي واحدة من المعالم الرئيسية للترانزستور. تم تعيينه ح21. إذا تم تشغيل الترانزستور دون تحميل على المجمع، فمتى الجهد المستمرسوف تعطي نسبة المجمع إلى الباعث لتيار المجمع إلى التيار الأساسي كسب الحالي ثابت. يمكن أن يكون مساويا لعشرات أو مئات الوحدات، لكن الأمر يستحق النظر في حقيقة أن هذا المعامل في الدوائر الحقيقية أصغر بسبب حقيقة أنه عند تشغيل الحمل، ينخفض ​​\u200b\u200bتيار المجمع بشكل طبيعي.

المعلمة الثانية المهمة هي مقاومة المدخلاتالترانزستور. وفقًا لقانون أوم، فهو نسبة الجهد بين القاعدة والباعث إلى تيار التحكم في القاعدة. كلما كان أكبر، كلما انخفض التيار الأساسي وزاد الكسب.

المعلمة الثالثة للترانزستور ثنائي القطب هي كسب الجهد. هو يساوي النسبةالسعة أو القيم الفعالة للجهد المتناوب للخرج (مجمع الباعث) والمدخلات (الباعث الأساسي). وبما أن القيمة الأولى عادة ما تكون كبيرة جدًا (وحدات وعشرات الفولتات)، والثانية صغيرة جدًا (أعشار الفولتات)، فإن هذا المعامل يمكن أن يصل إلى عشرات الآلاف من الوحدات. تجدر الإشارة إلى أن كل إشارة تحكم أساسية لها كسب جهد خاص بها.

الترانزستورات لديها أيضا استجابة التردد، والذي يميز قدرة الترانزستور على تضخيم الإشارة التي يقترب ترددها من تردد التضخيم المقطوع. والحقيقة هي أنه مع زيادة تردد إشارة الدخل، ينخفض ​​الكسب. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن وقت حدوث العمليات الفيزيائية الرئيسية (زمن انتقال الموجات الحاملة من الباعث إلى المجمع، وشحن وتفريغ وصلات الحاجز السعوي) يصبح متناسبًا مع فترة تغير إشارة الدخل . أولئك. ببساطة ليس لدى الترانزستور الوقت للرد على التغييرات في إشارة الإدخال وفي مرحلة ما يتوقف ببساطة عن تضخيمها. التردد الذي يحدث فيه هذا يسمى الحدود.

أيضًا معلمات الترانزستور ثنائي القطب هي:

• عكس باعث المجمع الحالي
• في الوقت المحدد
• عكس تيار المجمع
• الحد الأقصى المسموح به الحالي

الشرط تدوين n-p-nوتختلف ترانزستورات pnp فقط في اتجاه السهم الذي يشير إلى الباعث. يوضح كيفية تدفق التيار في ترانزستور معين.

أوضاع تشغيل الترانزستور ثنائي القطب

يمثل الخيار الذي تمت مناقشته أعلاه الوضع النشط العادي لتشغيل الترانزستور. ومع ذلك، هناك عدة مجموعات أخرى من وصلات p-n المفتوحة/المغلقة، كل منها يمثل وضعًا منفصلاً لتشغيل الترانزستور.

1. الوضع النشط العكسي. هنا يكون انتقال BC مفتوحًا، ولكن على العكس من ذلك، يكون EB مغلقًا. خصائص التضخيم في هذا الوضع، بطبيعة الحال، هي أسوأ من أي وقت مضى، لذلك نادرا ما تستخدم الترانزستورات في هذا الوضع.
2. وضع التشبع. كلا المعبرين مفتوحان. وبناء على ذلك، فإن ناقلات الشحن الرئيسية للمجمع والباعث "تركض" إلى القاعدة، حيث تتحد بنشاط مع ناقلاتها الرئيسية. بسبب الزيادة الناتجة في حاملات الشحنة، تنخفض مقاومة القاعدة وتقاطعات p-n. لذلك، يمكن اعتبار الدائرة التي تحتوي على ترانزستور في وضع التشبع دائرة قصيرة، ويمكن تمثيل عنصر الراديو نفسه كنقطة تساوي الجهد.
3. وضع القطع. كلا التحولات من الترانزستور مغلقة، أي. يتوقف تيار حاملات الشحنة الرئيسية بين الباعث والمجمع. إن تدفقات حاملات الشحنة الأقلية لا تخلق سوى تيارات انتقالية حرارية صغيرة لا يمكن السيطرة عليها. بسبب فقر القاعدة والانتقالات مع حاملات الشحن، تزداد مقاومتها بشكل كبير. لذلك، يُعتقد غالبًا أن الترانزستور الذي يعمل في وضع القطع يمثل دائرة مفتوحة.
4. وضع الحاجزفي هذا الوضع، تكون القاعدة متصلة مباشرة أو من خلال مقاومة منخفضة بالمجمع. يتم تضمين المقاوم أيضًا في دائرة المجمع أو الباعث، والتي تحدد التيار عبر الترانزستور. وهذا يخلق ما يعادل دائرة الصمام الثنائي مع المقاوم على التوالي. يعد هذا الوضع مفيدًا جدًا، لأنه يسمح للدائرة بالعمل على أي تردد تقريبًا، وعلى نطاق واسع من درجات الحرارة، كما أنها تتجاهل معلمات الترانزستورات.

تبديل الدوائر للترانزستورات ثنائية القطب

بما أن الترانزستور لديه ثلاث جهات اتصال، إذن الحالة العامةويجب أن يتم إمداده بالطاقة من مصدرين، ينتجان معاً أربعة مخارج. لذلك، يجب تزويد أحد موصلات الترانزستور بجهد بنفس الإشارة من كلا المصدرين. واعتمادًا على نوع الاتصال، هناك ثلاث دوائر لتوصيل الترانزستورات ثنائية القطب: مع باعث مشترك (CE)، ومجمع مشترك (OC) وقاعدة مشتركة (CB). كل واحد منهم لديه مزايا وعيوب. يتم الاختيار بينهما اعتمادًا على المعلمات المهمة بالنسبة لنا والتي يمكن التضحية بها.

دائرة اتصال مع باعث مشترك

توفر هذه الدائرة أكبر مكاسب في الجهد والتيار (وبالتالي في الطاقة - تصل إلى عشرات الآلاف من الوحدات)، وبالتالي فهي الأكثر شيوعًا. هنا يتم تشغيل تقاطع قاعدة الباعث مباشرة، ويتم تشغيل تقاطع مجمع القاعدة بشكل عكسي. وبما أن القاعدة والمجمع مزودان بجهد بنفس العلامة، فيمكن تغذية الدائرة من مصدر واحد. في هذه الدائرة، مرحلة الإخراج AC الجهدالتغييرات بالنسبة لمرحلة جهد التيار المتردد المدخلات بمقدار 180 درجة.

ولكن بالإضافة إلى كل الأشياء الجيدة، فإن مخطط OE لديه أيضا عيب كبير. يكمن في حقيقة أن الزيادة في التردد ودرجة الحرارة تؤدي إلى تدهور كبير في خصائص تضخيم الترانزستور. وبالتالي، إذا كان يجب أن يعمل الترانزستور بترددات عالية، فمن الأفضل استخدام دائرة تبديل مختلفة. على سبيل المثال، مع قاعدة مشتركة.

مخطط اتصال مع قاعدة مشتركة

لا توفر هذه الدائرة تضخيمًا كبيرًا للإشارة، ولكنها جيدة عند الترددات العالية، لأنها تتيح الاستخدام الكامل لاستجابة التردد للترانزستور. إذا تم توصيل الترانزستور نفسه أولاً بدائرة مع باعث مشترك، ثم بقاعدة مشتركة، ففي الحالة الثانية ستكون هناك زيادة كبيرة في تردد قطع التضخيم. نظرًا لأن مقاومة الإدخال منخفضة ومقاومة الخرج ليست عالية جدًا مع مثل هذا الاتصال، يتم استخدام مراحل الترانزستور المجمعة وفقًا لدائرة OB في مضخمات الهوائي، حيث لا تتجاوز المعاوقة المميزة للكابلات عادةً 100 أوم.

في دائرة ذات قاعدة مشتركة، لا ينعكس طور الإشارة، وينخفض ​​مستوى الضوضاء عند الترددات العالية. ولكن، كما ذكرنا سابقًا، فإن مكاسبها الحالية تكون دائمًا أقل بقليل من الوحدة. صحيح أن كسب الجهد هنا هو نفسه كما هو الحال في الدائرة ذات الباعث المشترك. تشمل عيوب الدائرة الأساسية المشتركة أيضًا الحاجة إلى استخدام مصدري طاقة.

مخطط اتصال مع جامع مشترك

تكمن خصوصية هذه الدائرة في أن جهد الإدخال ينتقل بالكامل مرة أخرى إلى الإدخال، أي أن ردود الفعل السلبية قوية جدًا.

اسمحوا لي أن أذكرك أن السلبية تسمى هكذا تعليق، حيث يتم تغذية إشارة الخرج مرة أخرى إلى الإدخال، وبالتالي تقليل مستوى إشارة الإدخال. وبالتالي، يحدث التعديل التلقائي عندما تتغير معلمات إشارة الإدخال عن طريق الخطأ

الكسب الحالي هو نفسه تقريبًا كما هو الحال في دائرة الباعث المشتركة. لكن كسب الجهد صغير (العيب الرئيسي لهذه الدائرة). إنه يقترب من الوحدة، لكنه دائمًا أقل منها. وبالتالي، فإن كسب الطاقة يساوي بضع عشرات من الوحدات فقط.

في دائرة المجمع المشتركة، لا يوجد إزاحة طور بين جهد الدخل والخرج. نظرًا لأن كسب الجهد قريب من الوحدة، فإن جهد الخرج يطابق جهد الدخل في الطور والسعة، أي يكرره. ولهذا السبب تسمى هذه الدائرة بمتابع الباعث. الباعث - لأنه تتم إزالة جهد الخرج من الباعث بالنسبة للسلك المشترك.

يتم استخدام هذا الاتصال لمطابقة مراحل الترانزستور أو عندما يكون لمصدر إشارة الإدخال مقاومة دخل عالية (على سبيل المثال، لاقط كهرضغطية أو ميكروفون مكثف).

كلمتين عن الشلالات

يحدث أنك تحتاج إلى زيادة طاقة الخرج (أي زيادة تيار المجمع). في هذه الحالة، يتم استخدام الاتصال المتوازي رقم مطلوبالترانزستورات.

وبطبيعة الحال، ينبغي أن تكون هي نفسها تقريبا في الخصائص. ولكن يجب أن نتذكر أن الحد الأقصى لتيار المجمع الإجمالي يجب ألا يتجاوز 1.6-1.7 من الحد الأقصى لتيار المجمع لأي من الترانزستورات المتتالية.
ومع ذلك (شكرًا على الملاحظة)، لا يُنصح بفعل ذلك في حالة الترانزستورات ثنائية القطب. لأن الترانزستورين، حتى من نفس النوع، يختلفان قليلاً عن بعضهما البعض على الأقل. وبناء على ذلك متى اتصال موازيةسوف تتدفق من خلالها تيارات ذات أحجام مختلفة. ولمعادلة هذه التيارات، يتم تركيب مقاومات متوازنة في دوائر باعث الترانزستورات. يتم حساب قيمة مقاومتهم بحيث يكون انخفاض الجهد عبرهم في نطاق تيار التشغيل 0.7 فولت على الأقل. ومن الواضح أن هذا يؤدي إلى تدهور كبير في كفاءة الدائرة.

قد تكون هناك حاجة أيضًا إلى ترانزستور يتمتع بحساسية جيدة وفي نفس الوقت كسب جيد. في مثل هذه الحالات، يتم استخدام سلسلة من الترانزستور الحساس ولكن منخفض الطاقة (VT1 في الشكل)، والذي يتحكم في مصدر الطاقة لزميل أكثر قوة (VT2 في الشكل).

تطبيقات أخرى للترانزستورات ثنائية القطب

يمكن استخدام الترانزستورات ليس فقط في دوائر تضخيم الإشارة. على سبيل المثال، نظرًا لحقيقة أنها يمكن أن تعمل في وضعي التشبع والقطع، يتم استخدامها كمفاتيح إلكترونية. من الممكن أيضًا استخدام الترانزستورات في دوائر مولد الإشارة. إذا كانت تعمل في الوضع الرئيسي، فسيتم إنشاء إشارة مستطيلة، وإذا كانت في وضع التضخيم، فسيتم إنشاء إشارة ذات شكل تعسفي، اعتمادًا على إجراء التحكم.

العلامات

نظرًا لأن المقالة قد نمت بالفعل إلى حجم كبير بشكل غير لائق، في هذه المرحلة سأقدم ببساطة رابطين جيدين يصفان بالتفصيل أنظمة وضع العلامات الرئيسية لأجهزة أشباه الموصلات (بما في ذلك الترانزستورات): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all ملف .html و.xls (35 كيلو بايت).

تعليقات مفيدة:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

العلامات: إضافة العلامات

تمت الإضافة في 21 أكتوبر 2016 الساعة 5:45 مساءً

الفصل الثاني - نظرية أجهزة الحالة الصلبة

سمي الترانزستور ثنائي القطب بهذا الاسم لأن عمله يتضمن حركة حاملين للشحنة: الإلكترونات والثقوب في نفس البلورة. تم اختراع أول ترانزستور ثنائي القطب في مختبرات بيل بواسطة ويليام شوكلي، ووالتر براتين، وجون باردين في أواخر عام 1947، وبالتالي لم يتم نشره حتى عام 1948. وهكذا تختلف العديد من النصوص في تاريخ الاختراع. أنتج براتين ترانزستور نقطة نقطة الجرمانيوم الذي يحمل بعض التشابه مع الصمام الثنائي نقطة نقطة. وفي غضون شهر، أصبح لدى شوكلي ترانزستور ثنائي القطب أكثر عملية، والذي سنصفه أدناه. وفي عام 1956، حصلوا على جائزة جائزة نوبلفي الفيزياء.

الترانزستور ثنائي القطب الموضح في الشكل أدناه (أ) عبارة عن شطيرة شبه موصلة ثلاثية الطبقات NPN مع باعث ومجمع في الأطراف وقاعدة بينهما. يبدو الأمر كما لو تمت إضافة طبقة ثالثة إلى صمام ثنائي ثنائي الطبقة. ولكن إذا كان هذا هو المطلب الوحيد، فإن زوجًا من الثنائيات المتتالية سيكون كافيًا. ومن الأسهل بكثير إنشاء زوج من الثنائيات الموجودة في الخلف. لكن أساس صنع الترانزستور ثنائي القطب هو جعل الطبقة الوسطى، القاعدة، رقيقة قدر الإمكان دون تقصير الطبقات الخارجية، الباعث والقاعدة. لا يمكن المبالغة في التأكيد على أهمية منطقة القاعدة الرفيعة.

يحتوي جهاز أشباه الموصلات الموضح في الشكل أدناه (أ) على وصلتين، قاعدة باعث وقاعدة مجمعة، ومنطقتي استنفاد.

(أ) الترانزستور NPN ثنائي القطب.
(ب) تطبيق التحيز العكسي على تقاطع جامع القاعدة.

من المعتاد تطبيق انحياز عكسي على وصلة المجمع الأساسي للترانزستور ثنائي القطب، كما هو موضح في الشكل أعلاه (ب). لاحظ أن هذا يزيد من عرض منطقة النضوب. يمكن أن يتراوح جهد الانحياز العكسي لمعظم الترانزستورات من بضعة فولتات إلى عشرات الفولتات. في هذه اللحظةلا يوجد تيار في دائرة المجمع باستثناء تيار التسرب.

في الشكل أدناه (أ) يضاف مصدر جهد آخر إلى الدائرة بين الباعث والقاعدة. عادةً، نطبق انحيازًا أماميًا على تقاطع قاعدة الباعث، متغلبين على الحاجز المحتمل البالغ 0.6 فولت. وهذا مشابه للانحياز الأمامي لثنائي أشباه الموصلات. يجب أن يتجاوز مصدر الجهد 0.6 فولت بالنسبة لحاملات الأغلبية (إلكترونات NPN) لبدء التدفق من الباعث إلى القاعدة، لتصبح حاملات شحنة أقلية في أشباه الموصلات من النوع P.

إذا كانت منطقة القاعدة سميكة، مثل زوج من الثنائيات المتعاقبة، فإن كل التيار الذي يدخل إلى القاعدة سوف يتدفق عبر طرف القاعدة. في مثالنا لترانزستور NPN، ستتحد الإلكترونات التي تترك الباعث في القاعدة مع ثقوب في القاعدة، مما يفسح المجال لمزيد من الثقوب التي سيتم إنشاؤها عند الطرف (+) للبطارية المتصلة بالقاعدة بمجرد اختفاء الإلكترونات.

ومع ذلك، فإن القاعدة رقيقة. يتم إعادة توحيد العديد من ناقلات الأغلبية في الباعث، والتي يتم تقديمها كحاملات أقلية في القاعدة. انظر الصورة أدناه (ب). وينتهي الأمر بعدد قليل من الإلكترونات التي يدخلها الباعث إلى قاعدة ترانزستور NPN في الثقوب. وأيضًا، ستتدفق بعض الإلكترونات التي تدخل القاعدة مباشرةً عبر القاعدة إلى الطرف الموجب للبطارية. ينتشر معظم تدفق الإلكترونات الباعث عبر القاعدة الرقيقة إلى المجمع. بالإضافة إلى ذلك، فإن التغييرات الصغيرة في تيار القاعدة تؤدي إلى تغييرات كبيرة في تيار المجمع. إذا انخفض الجهد الأساسي إلى ما دون حوالي 0.6 فولت لترانزستور السيليكون، فإن تيار مجمع الباعث الكبير يتوقف عن التدفق.

الترانزستور ثنائي القطب NPN مع تقاطع قاعدة المجمع متحيز عكسيًا: (أ) يؤدي إضافة انحياز أمامي إلى تقاطع باعث القاعدة إلى (ب) تيار قاعدة صغير وتيارات باعث وجامع كبيرة.

في الشكل أدناه نلقي نظرة فاحصة على آلية التضخيم الحالية. لدينا نظرة عن قرب لوصلات الترانزستور ثنائي القطب NPN، مع التركيز على منطقة القاعدة الرقيقة. على الرغم من عدم توضيح ذلك، فإننا نفترض أن مصادر الجهد الخارجية متصلة: (1) انحياز أمامي لوصلة قاعدة الباعث، (2) انحياز عكسي لوصلة مجمع القاعدة. تدخل الإلكترونات، وهي الناقلات الأولية، إلى الباعث من الطرف (-) للبطارية. يتوافق التيار الأساسي مع الإلكترونات التي تغادر الطرف الأساسي إلى الطرف (+) للبطارية. ومع ذلك، هذا تيار صغير مقارنة بتيار الباعث.

الإلكترونات الموجودة في القاعدة:
(أ) القواعد المفقودة بسبب إعادة التركيب مع الثقوب.
(ب) القواعد الصادرة.
(ج) تنتشر الأغلبية من الباعث عبر القاعدة الرفيعة إلى منطقة استنفاد المجمع الأساسي،
و (د) يتم الاستيلاء عليها بسرعة من قبل الأقوياء الحقل الكهربائيمنطقة النضوب في المجمع.

حاملات الأغلبية داخل باعث النوع N هي الإلكترونات، والتي تصبح حاملات أقلية عندما تدخل قاعدة النوع P. تحتوي هذه الإلكترونات التي تسقط في القاعدة الرقيقة من النوع P على أربعة الخيارات الممكنة. تسقط بضعة إلكترونات (في الصورة (أ) أعلاه) في الفتحات الموجودة في القاعدة، مما يساعد على تدفق التيار إلى طرف القاعدة من الطرف (+) للبطارية. غير موضح، لكن الثقوب الموجودة في القاعدة يمكن أن تنتشر إلى الباعث وتتحد مع الإلكترونات للمساعدة في تدفق التيار عبر طرف القاعدة. تتدفق عدة (ب) عبر القاعدة إلى الطرف (+) للبطارية، كما لو كانت القاعدة مجرد مقاومة. تساهم مجموعتا الإلكترونات (أ) و(ب) بشكل ضئيل جدًا في تيار القاعدة. بالنسبة للترانزستورات منخفضة الطاقة، يكون التيار الأساسي عادة 1% من تيار الباعث أو المجمع. تنتشر معظم إلكترونات الباعث عبر القاعدة الرقيقة (ج) إلى منطقة استنفاد مجمع القاعدة. لاحظ قطبية منطقة النضوب المحيطة بالإلكترون في (د). قوي الحقل الكهربائييكتسح الإلكترون بسرعة في المجمع. تتناسب شدة المجال مع جهد بطارية المجمع. وهكذا فإن 99% من تيار الباعث يتدفق إلى المجمع. ويتم التحكم فيه عن طريق التيار الأساسي وهو 1% من تيار الباعث. هذا هو تضخيم تيار محتمل قدره 99 مرة، نسبة IK/IB، المعروفة أيضًا باسم بيتا β.

وهذا أمر مدهش، حيث أن نشر 99% من حاملات الباعث عبر القاعدة لا يكون ممكنًا إلا إذا كانت القاعدة رفيعة جدًا. ماذا سيحدث لحاملات الباعث الرئيسية إذا كانت القاعدة أكثر سمكًا بـ 100 مرة؟ يمكن للمرء أن يتوقع زيادة في إعادة التركيب؛ حيث سيكون عدد الإلكترونات التي تدخل الثقوب أكبر بكثير. ربما 99%، وليس 1%، سينتهي بهم الأمر في الثقوب، ولن يصلوا أبدًا إلى المشعب. النقطة الثانية هي أن التيار الأساسي لا يمكنه سوى دفع 99٪ من تيار الباعث إذا انتشر 99٪ من تيار الباعث إلى المجمع. إذا تدفق كل التيار من القاعدة، فلن يكون من الممكن التحكم فيه.

هناك ميزة أخرى مطلوبة لنقل 99٪ من الإلكترونات من الباعث إلى المجمع وهي أن الترانزستورات ثنائية القطب الحقيقية تستخدم باعثًا صغيرًا ومخدرًا بشكل كبير. تركيز عاليتتسبب الإلكترونات الباعثة في انتشار المزيد من الإلكترونات في القاعدة. ويعني انخفاض تركيز المادة الشائبة في القاعدة انتشار عدد أقل من الثقوب في الباعث، مما قد يؤدي إلى زيادة تيار القاعدة. يعد توزيع ناقلات الشحنة من الباعث إلى القاعدة ذا فائدة كبيرة.

تساعد القاعدة الرفيعة والباعث المشبع بشدة في الحفاظ على كفاءة الباعث العالية، مثل 99%. وهذا يتوافق مع 100% من تيار الباعث الذي يتم تقاسمه بين القاعدة (1%) والمجمع (99%). تُعرف كفاءة الباعث بـ α = I K /I E.

يمكن أن تحتوي الترانزستورات ثنائية القطب على هياكل NPN وPNP. سنقدم مقارنة بين هذين الهيكلين في الشكل أدناه. يكمن الاختلاف في قطبية وصلات PN للباعث الأساسي، والتي يشار إليها من خلال اتجاه سهم الباعث على الرمز. ويشير في نفس اتجاه سهم أنود الدايود، عكس اتجاه حركة الإلكترون.

انظر الرمز الموجود على الصورة في مرحلة انتقالية PN. تتوافق بداية ونهاية السهم مع أشباه الموصلات من النوع P والنوع N، على التوالي. بالنسبة لبواعث الترانزستورات NPN وPNP، يشير السهم إلى الاتجاهين البعيد ونحو القاعدة، على التوالي. لا يوجد سهم على المشعب الموجود على الرمز. ومع ذلك، فإن تقاطع المجمع الأساسي له نفس قطبية الصمام الثنائي مثل تقاطع القاعدة والباعث. لاحظ أننا نتحدث عن قطبية الصمام الثنائي، وليس مصدر الطاقة.

قارن ترانزستور NPN (أ) مع ترانزستور PNP (ب). انتبه إلى سهم الباعث وقطبية مصدر الطاقة.

يتم عكس مصادر الجهد لترانزستورات PNP مقارنة بترانزستورات NPN، كما هو موضح في الشكل أعلاه. يجب أن يكون تقاطع الباعث الأساسي متحيزًا للأمام في كلتا الحالتين. يتم تطبيق انحياز سلبي (ب) على قاعدة ترانزستور PNP، مقارنة بالتحيز الإيجابي (أ) لترانزستور NPN. في كلتا الحالتين، يكون تقاطع المجمع الأساسي متحيزًا في الاتجاه المعاكس. يمتلك مصدر طاقة المجمع لترانزستور PNP قطبية سلبية، مقارنة بالقطبية الإيجابية لترانزستور NPN.

ترانزستور الوصل ثنائي القطب (BJT): (أ) مقطع عرضي لجهاز فردي، (ب) رمز رسومي، (ج) مقطع عرضي لدائرة متكاملة.

لاحظ أن الترانزستور ثنائي القطب (BJT) في الشكل (أ) أعلاه به منشطات ثقيلة عند الباعث، ويرمز له بـ N+. القاعدة لديها مستوى طبيعي من المنشطات P. القاعدة أرق بكثير مما هو موضح في الصورة المقطع العرضيلا لتوسيع نطاق. المجمع مخدر بشكل خفيف، وهو ما يشار إليه بـ N - . يجب أن يتم تخدير المجمع بشكل خفيف بحيث يكون تقاطع قاعدة المجمع موجودًا الجهد العاليانفصال. وهذا يؤدي إلى ارتفاع الجهد المسموح به لإمدادات الطاقة للمجمع. جهد الانهيار لترانزستورات السيليكون منخفضة الطاقة هو 60-80 فولت. بالنسبة للترانزستورات ذات الجهد العالي يمكن أن تصل إلى مئات الفولتات. يجب أيضًا أن يتم تخدير المجمع بشكل كبير لتقليل خسائر المقاومة إذا كان يجب على الترانزستور التعامل مع التيارات العالية. يتم استيفاء هذه المتطلبات المتضاربة من خلال زيادة المنشطات للمجمع في منطقة الاتصال من المعدن إلى المعدن. المجمع القريب من القاعدة مخدر بشكل خفيف مقارنة بالباعث. يعطي المنشطات الثقيلة في الباعث جهد منخفضانهيار تقاطع قاعدة الباعث، وهو ما يقرب من 7 فولت للترانزستورات منخفضة الطاقة. يجعل الباعث المخدر بشدة تقاطع قاعدة الباعث عند الانحياز العكسي مشابهًا في خصائص صمام ثنائي زينر.

قاعدة ترانزستور الوصل ثنائي القطب، وهي عبارة عن رقاقة شبه موصلة، عبارة عن مجمع مركب (في حالة ترانزستورات الطاقة) على غلاف معدني. أي أن الجسم المعدني متصل كهربائيًا بالمجمع. يمكن وضع قاعدة الترانزستورات منخفضة الطاقة راتنجات الايبوكسي. في الترانزستورات القويةيتم توصيل أسلاك التوصيل المصنوعة من الألومنيوم بالقاعدة والباعث ومتصلة بأطراف الجسم. يمكن تركيب قواعد الترانزستورات منخفضة الطاقة مباشرة على موصلات الخرج. يمكن تصنيع عدة ترانزستورات على شريحة واحدة، والتي ستسمى بالدائرة المتكاملة. يمكن حتى تثبيت المجمع ليس على السكن، ولكن على الإخراج. قد تحتوي الدائرة المتكاملة على موصلات داخلية تربط الترانزستورات والمكونات المتكاملة الأخرى. إن الترانزستور ثنائي القطب المتكامل الموضح في الشكل (ج) أعلاه هو أرق بكثير مما هو موضح في شكل "غير قابل للقياس". تقوم منطقة P+ بعزل ترانزستورات متعددة في شريحة واحدة. تربط طبقة معدنة الألومنيوم (غير موضحة) عدة ترانزستورات ومكونات أخرى. منطقة الباعث مطلية بشكل كبير بـ N+ مقارنة بالقاعدة والمجمع من أجل تحسين كفاءة الباعث.

منفصلة الترانزستورات PNPتقريبا ذات جودة عالية الترانزستورات NPN. ومع ذلك، فإن ترانزستورات PNP المدمجة ليست جيدة مثل NPN في قالب دائرة متكاملة مماثل. وبالتالي، فإن الدوائر المتكاملة تحقق أقصى استفادة من الترانزستورات NPN.

دعونا نلخص ذلك

• تقوم الترانزستورات ثنائية القطب بتوصيل التيار باستخدام كل من الإلكترونات والثقوب الموجودة في نفس الجهاز.
• يتطلب عمل الترانزستور ثنائي القطب كمضخم تيار أن تكون وصلة قاعدة المجمع منحازة عكسيًا، ويجب أن تكون وصلة قاعدة الباعث منحازة للأمام.
• يختلف الترانزستور عن زوج الثنائيات المتعاقبة في أن القاعدة (الطبقة المركزية) رقيقة جدًا. يسمح هذا لحاملات الأغلبية من الشحنة من الباعث بالانتشار، كحاملات أقلية، عبر القاعدة إلى منطقة النضوب في تقاطع مجمع القاعدة، حيث يتم التقاطها بواسطة مجال كهربائي قوي.
• تم تحسين كفاءة الباعث من خلال زيادة المنشطات مقارنة بالمجمع. كفاءة الباعث: α = I C /I E، هي 0.99 للترانزستورات منخفضة الطاقة.
• الكسب الحالي: β=I C /I B، للترانزستورات منخفضة الطاقة يقع في النطاق من 100 إلى 300.

الترانزستور ثنائي القطب - عنصر أشباه الموصلات مع اثنين تقاطعات p-nوثلاثة دبابيس تعمل على تضخيم الإشارات أو تبديلها. أنها تأتي في أنواع p-n-p و n-p-n. يوضح الشكل 7.1 أ و ب رموزهما.

الشكل 7.1. الترانزستورات ثنائية القطب ودوائرها المكافئة للصمام الثنائي:أ) p-n-p، ب) الترانزستور n-p-n

يتكون الترانزستور من ثنائيين متصلين بشكل متعاكس، ولهما طبقة p- أو n مشتركة. يسمى القطب المتصل به القاعدة B. ويطلق على القطبين الآخرين اسم الباعث E والمجمع K. الدائرة المكافئة للصمام الثنائي الموضحة بجوار رمزيشرح هيكل التبديل للتحولات الترانزستور. على الرغم من أن هذا المخطط لا يصف وظائف الترانزستور بشكل كامل، إلا أنه يجعل من الممكن تخيل الفولتية العكسية والأمامية العاملة فيه. عادةً ما تكون الوصلة بين الباعث والقاعدة منحازة للأمام (مفتوحة)، وتكون الوصلة مع المجمع الأساسي منحازة عكسيًا (مغلقة). ولذلك، يجب تشغيل مصادر الجهد، كما هو مبين في الشكل 7.2.

الشكل 7.2. تبديل القطبية: أ) n-p-n، ب) الترانزستور p-n-p

تخضع الترانزستورات N-p-n للقواعد التالية (للترانزستورات نوع ص ن فتظل القواعد كما هي، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه يجب عكس قطبي الجهد):

1. يمتلك المجمع إمكانات أكثر إيجابية من الباعث.

2. تعمل دوائر الباعث الأساسي والمجمع الأساسي مثل الثنائيات (الشكل 7.1). عادةً ما تكون الوصلة بين القاعدة والباعث مفتوحة وتكون الوصلة مع المجمع الأساسي منحازة عكسيًا، أي. الجهد المطبق يمنع التيار من التدفق من خلاله. ويترتب على هذه القاعدة أن الجهد بين القاعدة والباعث لا يمكن زيادته إلى أجل غير مسمى، لأن إمكانات القاعدة ستتجاوز إمكانات الباعث بأكثر من 0.6 - 0.8 فولت (الجهد الأمامي للصمام الثنائي)، وينشأ تيار كبير جدًا. وبالتالي، في الترانزستور العامل، ترتبط الفولتية عند القاعدة والباعث بالعلاقة التالية: UB ≈ UE+0.6V؛ (UB = UE + UBE).

3. يتميز كل ترانزستور بالقيم القصوى IK، IB، UKE. إذا تم تجاوز هذه المعلمات، يجب استخدام ترانزستور آخر. يجب أن تتذكر أيضًا القيم الحدية للمعلمات الأخرى، على سبيل المثال، تبديد طاقة RC، ودرجة الحرارة، وUBE، وما إلى ذلك.

4. إذا تم اتباع القواعد 1-3، فإن تيار المجمع يتناسب طرديا مع تيار القاعدة. نسبة تيارات المجمع والباعث متساوية تقريبًا

IК = αIE، حيث α=0.95…0.99 هو معامل نقل تيار الباعث. الفرق بين الباعث و تيارات المجمعوفقًا لقانون كيرشوف الأول (وكما يتبين من الشكل 7.2، أ) هو التيار الأساسي IB = IE - IK. يعتمد تيار المجمع على تيار القاعدة وفقًا للتعبير: IK = βIB، حيث β=α/(1-α) هو معامل نقل التيار الأساسي، β >>1.

تحدد القاعدة 4 الخاصية الأساسية للترانزستور: تيار قاعدة صغير يتحكم في تيار مجمع كبير.

أوضاع تشغيل الترانزستور. يمكن تشغيل كل وصلة للترانزستور ثنائي القطب إما في الاتجاه الأمامي أو العكسي. اعتمادا على هذا، يتم تمييز أوضاع التشغيل الأربعة التالية للترانزستور.

تعزيز أو الوضع النشط- يتم تطبيق الجهد المباشر على تقاطع الباعث، ويتم تطبيق الجهد العكسي على تقاطع المجمع. إن وضع تشغيل الترانزستور هذا هو الذي يتوافق مع القيمة القصوى لمعامل نقل تيار الباعث. يتناسب تيار المجمع مع التيار الأساسي، مما يضمن الحد الأدنى من التشوه للإشارة المضخمة.

الوضع العكسي- يتم تطبيق الجهد المباشر على تقاطع المجمع، ويتم تطبيق الجهد العكسي على تقاطع الباعث. يؤدي الوضع العكسي إلى انخفاض كبير في معامل نقل التيار الأساسي للترانزستور مقارنة بتشغيل الترانزستور في الوضع النشط وبالتالي يتم استخدامه عمليًا فقط في الدوائر الرئيسية.

وضع التشبع- كلا الوصلتين (الباعث والمجمع) تحت جهد مباشر. لا يعتمد تيار الخرج في هذه الحالة على تيار الإدخال ويتم تحديده فقط من خلال معلمات التحميل. بسبب الجهد المنخفض بين محطات المجمع والباعث، يتم استخدام وضع التشبع لإغلاق دوائر نقل الإشارة.

وضع القطع- يتم تطبيق الفولتية العكسية على كلا التقاطعين. نظرًا لأن تيار الخرج للترانزستور في وضع القطع هو صفر تقريبًا، يتم استخدام هذا الوضع لفتح دوائر نقل الإشارة.

وضع التشغيل الرئيسي للترانزستورات ثنائية القطب في الأجهزة التناظرية هو الوضع النشط. في الدوائر الرقمية، يعمل الترانزستور في وضع التبديل، أي. إنه فقط في وضع القطع أو التشبع، متجاوزًا الوضع النشط.