Verschillende soorten transistors en hun werking

Omdat onze hersenen bestaan uit 100 miljard cellen die neuronen worden genoemd en die worden gebruikt om te denken en dingen te onthouden. Net als een computer hebben ook miljarden kleine hersencellen genaamd Transistors. Het is samengesteld uit een extract van chemische elementen uit zand, Silicium genaamd. Transistors veranderen de theorie van elektronica radicaal, aangezien het meer dan een halve eeuw eerder is ontworpen door John Bardeen, Walter Brattain en William Shockley.

Dus we zullen je vertellen hoe ze werken of wat ze eigenlijk zijn?

Wat zijn transistors?

Deze apparaten zijn gemaakt van halfgeleidermateriaal dat gewoonlijk wordt gebruikt voor versterking of schakeling, het kan ook worden gebruikt voor het regelen van de stroom van spanning en stroom. Het wordt ook gebruikt om de ingangssignalen te versterken tot het uitgebreide uitgangssignaal. Een transistor is meestal een elektronisch apparaat in vaste toestand dat is gemaakt van halfgeleidende materialen. De elektronische stroomcirculatie kan worden gewijzigd door elektronen toe te voegen. Dit proces zorgt ervoor dat spanningsvariaties proportioneel vele variaties in de uitgangsstroom beïnvloeden, waardoor versterking ontstaat. Niet alle, maar de meeste elektronische apparaten bevatten een of meer soorten transistors. Sommige van de transistors zijn afzonderlijk of anders in het algemeen in geïntegreerde schakelingen geplaatst die variëren afhankelijk van hun toestandstoepassingen.

"Transistor is een component van het insectentype met drie poten, die afzonderlijk in sommige apparaten wordt geplaatst, maar in computers in miljoenen aantallen in kleine microchips is verpakt"

Waaruit bestaat een transistor?

Transistor bestaat uit drie lagen halfgeleider, die de mogelijkheid hebben om stroom vast te houden. Het elektrisch geleidende materiaal zoals silicium en germanium heeft de mogelijkheid om elektriciteit te transporteren tussen geleiders en isolator die omsloten was door plastic draden. Halfgeleidende materialen worden behandeld met een chemische procedure die doping van de halfgeleider wordt genoemd. Als silicium is gedoteerd met arseen, fosfor en antimoon, zal het wat extra ladingsdragers verkrijgen, dwz elektronen, die bekend staan als N-type of negatieve halfgeleider, terwijl als silicium wordt gedoteerd met andere onzuiverheden zoals boor, gallium, aluminium, het zal verkrijgen minder ladingsdragers, dwz gaten, staan bekend als een P-type of positieve halfgeleider.

Hoe werkt transistor?

Het werkconcept is het belangrijkste onderdeel om te begrijpen hoe een transistor moet worden gebruikt of hoe het werkt? Er zijn drie aansluitingen in de transistor:

• Basis: geeft basis aan de transistorelektroden.

• Emitter: Laaddragers die hierdoor worden uitgezonden.

• Collector: Laaddragers die hierdoor worden verzameld.

Als de transistor van het NPN-type is, moeten we een spanning van 0,7 V toepassen om deze te activeren en als de spanning die op de basispin wordt toegepast, wordt de transistor ingeschakeld, wat de voorwaartse voorinstelling is en de stroom begint door de collector naar de emitter te stromen (ook wel verzadiging genoemd). regio). Wanneer de transistor zich in een omgekeerde voorgespannen toestand bevindt of de basispen is geaard of er geen spanning op staat, blijft de transistor in de UIT-toestand en staat de stroom niet toe van collector naar emitter (ook wel afsnijgebied genoemd).

Als de transistor van het PNP-type is, is deze normaal gesproken AAN, maar niet perfect te zeggen totdat de basispin perfect is geaard. Na het aarden van de basispen zal de transistor in omgekeerde voorgespannen toestand zijn of naar verluidt AAN staan. Terwijl de voeding naar de basispen wordt geleverd, stopt deze met het geleiden van stroom van collector naar emitter en de transistor zou in de UIT-toestand of voorwaarts voorgespannen toestand zijn.

Voor de bescherming van de transistor verbinden we er een weerstand in serie mee, om de waarde van die weerstand te vinden gebruiken we onderstaande formule:

R _B = V _BE / IK _B

Verschillende soorten transistors:

We kunnen de transistor voornamelijk in twee categorieën verdelen: bipolaire junctie-transistor (BJT) en veldeffecttransistor (FET). Verder kunnen we het verdelen zoals hieronder:

Bipolaire junctie-transistor (BJT)

Een bipolaire junctie-transistor bestaat uit een gedoteerde halfgeleider met drie aansluitingen, dwz basis, emitter en collector. Bij deze procedure zijn beide gaten en elektronen betrokken. Een grote hoeveelheid stroom die in de collector naar de emitter gaat, schakelt omhoog door de kleine stroom van de basis- naar de emitteraansluitingen te wijzigen. Deze worden ook wel stroomgestuurde apparaten genoemd. NPN en PNP zijn twee belangrijke onderdelen van BJT's, zoals we eerder hebben besproken. BJT ingeschakeld door input te geven aan de basis omdat deze de laagste impedantie heeft voor alle transistors. De versterking is ook het hoogst voor alle transistors.

De soorten BJT zijn als volgt:

1. NPN-transistor:

In het middengebied van de NPN-transistor, dwz de basis is van het p-type en de twee buitenste gebieden, dwz de emitter en de collector, zijn van het n-type.

In voorwaartse actieve modus is de NPN-transistor voorgespannen. Door gelijkstroombron Vbb zal de basis-naar-emitterovergang voorwaarts voorgespannen zijn. Daarom zal op dit kruispunt het uitputtingsgebied worden verminderd. De collector-naar-basisovergang is in tegengestelde richting voorgespannen, het uitputtingsgebied van de collector naar de basisovergang zal worden vergroot. De meeste ladingsdragers zijn elektronen voor de n-type emitter. De basis-emitterovergang is voorwaarts voorgespannen zodat elektronen naar het basisgebied bewegen. Daarom veroorzaakt dit de emitterstroom Ie. Het basisgebied is dun en licht gedoteerd door gaten, een combinatie van elektronen en gaten is gevormd en sommige elektronen blijven in het basisgebied. Dit veroorzaakt een zeer kleine basisstroom Ib. De basiscollectorovergang is omgekeerd voorgespannen naar gaten in het basisgebied en elektronen in het collectorgebied, maar is voorwaarts voorgespannen naar elektronen in het basisgebied. De resterende elektronen van het basisgebied die worden aangetrokken door de collectorterminal veroorzaken de collectorstroom Ic. Bekijk hier meer over NPN Transistor.

2. PNP-transistor:

In het middengebied van de PNP-transistor, dwz de basis is van het n-type en de twee buitenste gebieden, dwz de collector en de emitter, zijn van het p-type.

Zoals we hierboven hebben besproken in de NPN-transistor, werkt deze ook in de actieve modus. De meeste ladingsdragers zijn gaten voor een p-type emitter. Voor deze gaten zal de basis-emitterovergang naar voren zijn voorgespannen en naar het basisgebied bewegen. Dit veroorzaakt de emitterstroom Ie. Het basisgebied is dun en licht gedoteerd door elektronen, een combinatie van elektronen en gaten is gevormd en sommige gaten blijven in het basisgebied. Dit veroorzaakt een zeer kleine basisstroom Ib. De basiscollectorovergang is omgekeerd voorgespannen naar gaten in het basisgebied en gaten in het collectorgebied, maar is voorwaarts voorgespannen naar gaten in het basisgebied. Resterende gaten van het basisgebied aangetrokken door de collectorterminal veroorzaken collectorstroom Ic. Bekijk hier meer over PNP-transistor.

Wat zijn transistorconfiguraties?

Over het algemeen zijn er drie soorten configuraties en hun beschrijvingen met betrekking tot versterking zijn als volgt:

Common Base (CB) -configuratie: het heeft geen stroomversterking maar heeft spanningsversterking.

Common Collector (CC) -configuratie: het heeft stroomversterking maar geen spanningsversterking.

Common Emitter (CE) -configuratie: het heeft zowel stroomversterking als spanningsversterking.

Transistor Common Base (CB) -configuratie:

In dit circuit wordt de basis gemeenschappelijk geplaatst voor zowel invoer als uitvoer. Het heeft een lage ingangsimpedantie (50-500 ohm). Het heeft een hoge uitgangsimpedantie (1-10 mega ohm). Spanningen gemeten met betrekking tot basisaansluitingen. De ingangsspanning en -stroom zijn dus Vbe & Ie en de uitgangsspanning en -stroom zijn Vcb & Ic.

De huidige versterking zal kleiner zijn dan eenheid, dwz alpha (dc) = Ic / Ie
De spanningsversterking zal hoog zijn.
De vermogenswinst zal gemiddeld zijn.

Transistor Common Emitter (CE) Configuratie:

In dit circuit wordt de emitter gemeenschappelijk geplaatst voor zowel invoer als uitvoer. Het ingangssignaal wordt aangelegd tussen basis en emitter en het uitgangssignaal wordt aangelegd tussen collector en emitter. Vbb & Vcc zijn de spanningen. Het heeft een hoge ingangsimpedantie, dwz (500-5000 ohm). Het heeft een lage uitgangsimpedantie, dwz (50-500 kilo ohm).

De huidige versterking zal hoog zijn (98), dwz bèta (dc) = Ic / Ie
De vermogenswinst is tot 37db.
De uitvoer is 180 graden uit fase.

Transistor Common Collector-configuratie:

In dit circuit wordt de collector gemeenschappelijk geplaatst voor zowel invoer als uitvoer. Dit wordt ook wel emittervolger genoemd. Het heeft een hoge ingangsimpedantie (150-600 kilo ohm) en een lage uitgangsimpedantie (100-1000 ohm).

De huidige winst zal hoog zijn (99).
De spanningsversterking is minder dan de eenheid.
De vermogenswinst zal gemiddeld zijn.

Veldeffecttransistor (FET):

Veldeffecttransistor bevat de drie gebieden, zoals een bron, een poort, een afvoer. Ze worden spanningsgestuurde apparaten genoemd omdat ze het spanningsniveau regelen. Om het elektrische gedrag te regelen, kan het extern aangelegde elektrische veld worden gekozen, daarom worden ze veldeffecttransistors genoemd. Hierin vloeit stroom als gevolg van meerderheidsladingsdragers, dwz elektronen, vandaar ook bekend als de unipolaire transistor. Het heeft voornamelijk een hoge ingangsimpedantie in mega-ohm met een laagfrequente geleiding tussen afvoer en bron gecontroleerd door een elektrisch veld. FET's zijn zeer efficiënt, krachtig en goedkoper.

Veldeffecttransistors zijn van twee typen, namelijk junctie veldeffecttransistors (JFET) en metaaloxide veldeffecttransistors (MOSFET). De stroom gaat tussen de twee kanalen genaamd n-kanaal en p-kanaal.

Junction Field Effect Transistor (JFET)

De junctie-veldeffecttransistor heeft geen PN-junctie, maar in plaats van halfgeleidermaterialen met een hoge soortelijke weerstand, vormen ze siliciumkanalen van het n & p-type voor de doorstroming van de meeste ladingsdragers met twee aansluitingen, ofwel afvoer ofwel een bronaansluiting. In n-kanaal is de stroomstroom negatief, terwijl in p-kanaal de stroom positief is.

Werking van JFET:

Er zijn twee soorten kanalen in JFET genaamd: n-channel JFET & p-channel JFET

N-kanaal JFET:

Hier moeten we de hoofdwerking van n-kanaal JFET voor twee voorwaarden als volgt bespreken:

Ten eerste, wanneer Vgs = 0, Pas een kleine positieve spanning toe op de afvoeraansluiting waar Vds positief is. Vanwege deze aangelegde spanning Vds stromen elektronen van bron naar afvoer en veroorzaken afvoerstroom Id. Kanaal tussen afvoer en bron fungeert als weerstand. Laat n-kanaal uniform zijn. Verschillende spanningsniveaus ingesteld door afvoerstroom Id en beweegt van bron naar afvoer. De spanningen zijn het hoogst bij de afvoeraansluiting en het laagst bij de bronaansluiting. De afvoer is omgekeerd, dus de uitputtingslaag is hier breder.

Vds neemt toe, Vgs = 0 V

De uitputtingslaag neemt toe, de kanaalbreedte neemt af. Vds neemt toe op het niveau waar twee uitputtingsgebieden elkaar raken, dit staat bekend als afknijpproces en veroorzaakt afknijpspanning Vp.

Hier, Id pinched-off zakt naar 0 MA & Id bereikt het verzadigingsniveau. Id met Vgs = 0 bekend als afvoerbronverzadigingsstroom (Idss). Vds is verhoogd bij Vp waarbij de huidige ID hetzelfde blijft en JFET fungeert als een constante stroombron.

Ten tweede, wanneer Vgs niet gelijk is aan 0, Pas negatieve Vgs toe en Vds varieert. De breedte van het uitputtingsgebied neemt toe, het kanaal wordt smal en de weerstand neemt toe. Minder afvoerstroom vloeit en bereikt tot verzadigingsniveau. Door negatieve Vgs neemt het verzadigingsniveau af, Id neemt af. De afknijpspanning daalt continu. Daarom wordt het spanningsgestuurd apparaat genoemd.

Kenmerken van JFET:

De kenmerken lieten verschillende regio's zien die als volgt zijn:

Ohmse regio: Vgs = 0, uitputtingslaag klein.

Afsnijgebied: Ook bekend als afknijpgebied, omdat de kanaalweerstand maximaal is.

Verzadiging of actief gebied: gecontroleerd door poortbronspanning waar de drainbronspanning lager is.

Breakdown Region: Spanning tussen drain en source is hoog, veroorzaakt doorslag in resistief kanaal.

P-kanaal JFET:

p-kanaals JFET werkt hetzelfde als n-kanaals JFET, maar er zijn enkele uitzonderingen opgetreden, dwz vanwege gaten is de kanaalstroom positief en moet de voorspanningspolariteit worden omgekeerd.

Afvoerstroom in actieve regio:

Id = Idss

Afvoerbron kanaalweerstand: Rds = delta Vds / delta Id

Metaaloxide veldeffecttransistor (MOSFET):

Metaaloxide veldeffecttransistor is ook bekend als spanningsgestuurde veldeffecttransistor. Hier zijn metaaloxide-poortelektronen elektrisch geïsoleerd van n-kanaal en p-kanaal door een dunne laag siliciumdioxide, aangeduid als glas.

De stroom tussen afvoer en bron is recht evenredig met de ingangsspanning.

Het is een apparaat met drie aansluitingen, dwz poort, afvoer en bron. Er zijn twee soorten MOSFET door het functioneren van kanalen, namelijk p-kanaal MOSFET en n-kanaal MOSFET.

Er zijn twee vormen van metaaloxide-veldeffecttransistor, namelijk Depletion Type & Enhancement Type.

Uitputtingstype: het vereist Vgs, dwz de gate-source-spanning om uit te schakelen en de uitputtingsmodus is gelijk aan de normaal gesloten schakelaar.

Vgs = 0, als Vgs positief is, zijn elektronen meer en als Vgs negatief is, zijn elektronen minder.

Verbeteringstype: het vereist Vgs, dwz de poortbronspanning om in te schakelen en de verbeteringsmodus is gelijk aan de normaal open schakelaar.

Hier is de extra terminal een substraat dat wordt gebruikt bij aarding.

Gate-bronspanning (Vgs) is groter dan de drempelspanning (Vth)

Modi van biasing voor transistors:

Biasing kan worden gedaan door de twee methoden, dwz voorwaartse voorspanning en omgekeerde voorspanning, terwijl er, afhankelijk van de voorspanning, vier verschillende circuits van voorspanning zijn als volgt:

Vaste basisafwijking en vaste weerstandsbias:

In de figuur is de basisweerstand Rb verbonden tussen de basis en de Vcc. De basis-emitterovergang is voorwaarts voorgespannen als gevolg van spanningsval Rb die leidt tot stroming Ib erdoorheen. Hier wordt Ib verkregen uit:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Dit resulteert in een stabiliteitsfactor (bèta +1) die leidt tot een lage thermische stabiliteit. Hier de uitdrukkingen van spanningen en stromen, dwz

Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Bias voor feedback van verzamelaars:

In deze figuur is de basisweerstand Rb verbonden over de collector en de basisaansluiting van de transistor. Hierdoor lijken de basisspanning Vb en de collectorspanning Vc op elkaar

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

Door deze vergelijkingen verlaagt Ic Vc, wat Ib vermindert, automatisch verlaagt Ic.

Hier zal de (bèta +1) factor kleiner zijn dan één en de Ib leidt tot een vermindering van de versterkerversterking.

Spanningen en stromen kunnen dus worden gegeven als-

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie is bijna gelijk aan Ib

Dubbele feedbackbias:

In deze figuur is het de gewijzigde vorm over het collector-feedback-basiscircuit. Omdat het een extra circuit R1 heeft dat de stabiliteit verhoogt. Daarom leidt een toename in basisweerstand tot variaties in bèta, dwz winst.

Nu, I1 = 0.1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie is bijna gelijk aan Ic

Vaste bias met zenderweerstand:

In deze figuur is het hetzelfde als een vast instelcircuit, maar het heeft een extra emitterweerstand Re aangesloten. Ic neemt toe als gevolg van temperatuur, dwz neemt ook toe, waardoor de spanningsval over Re weer toeneemt. Dit resulteert in een verlaging van Vc, verlaagt Ib, wat iC terugbrengt naar zijn normale waarde. Spanningsversterking neemt af door aanwezigheid van Re.

Nu, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie is bijna gelijk aan Ic

Emitter bias:

In deze figuur zijn er twee voedingsspanningen Vcc & Vee zijn gelijk maar tegengesteld in polariteit. Hier is Vee voorwaarts voorgespannen naar basis-emitterovergang door Re & Vcc is omgekeerd voorgespannen naar collectorbasisovergang.

Nu, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie is bijna gelijk aan Ib Waar, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Wat een stabiel werkpunt geeft.

Emitter Feedback Bias:

In deze figuur gebruikt het zowel collector als feedback en emitterfeedback voor hogere stabiliteit. Als gevolg van de stroom van emitterstroom Ie, treedt de spanningsval op over de emitterweerstand Re, daarom zal de emitterbasisovergang een voorwaartse voorspanning hebben. Hier stijgt de temperatuur, neemt Ic toe, dus stijgt ook. Dit leidt tot een spanningsval bij Re, de collectorspanning Vc neemt af en Ib neemt ook af. Dit heeft tot gevolg dat de outputversterking wordt verminderd. De uitdrukkingen kunnen worden gegeven als:

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 is bijna gelijk tot ik c

Spanningsdeler Bias:

In deze figuur gebruikt het de spanningsdeler-vorm van weerstand R1 en R2 om de transistor voor te spannen. De spanning die op R2 wordt gevormd, is een basisspanning terwijl deze de basis-emitterovergang voorwaarts instelt. Hier, I2 = 10Ib.

Dit wordt gedaan om de stroom van de spanningsdeler te verwaarlozen en er treden veranderingen op in de waarde van bèta.

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

Ic verzet zich tegen de veranderingen in zowel bèta als Vbe, wat resulteert in een stabiliteitsfactor van 1. Hierin neemt Ic toe met temperatuurstijging, dat wil zeggen stijgt met toename van emitterspanning Ve waardoor de basisspanning Vbe wordt verlaagd. Dit resulteert in een verlaging van de basisstroom ib en ic tot zijn werkelijke waarden.

Toepassingen van transistors

Transistors voor de meeste onderdelen worden gebruikt in elektronische toepassingen zoals spannings- en eindversterkers.
Gebruikt als schakelaars in veel circuits.
Gebruikt bij het maken van digitale logische schakelingen, dwz EN, NIET enz.
Transistors worden in alles gestoken, dwz kachels naar de computers.
Gebruikt in de microprocessor als chips waarin miljarden transistors zijn geïntegreerd.
Vroeger werden ze gebruikt in radio's, telefoonapparatuur, gehoorkoppen enz.
Ook worden ze eerder gebruikt in vacuümbuizen in grote maten.
Ze worden gebruikt in microfoons om ook geluidssignalen om te zetten in elektrische signalen.