המכשיר והפעולה של הטרנזיסטור הדו קוטבי

טרנזיסטור הוא מכשיר מוליכים למחצה פעיל, בעזרתו מתבצעת הגברה, המרה ויצירת תנודות חשמליות. ניתן לצפות ביישום כזה של הטרנזיסטור בטכנולוגיה אנלוגית. חוץ מזה טרנזיסטורים הם משמשים גם בטכנולוגיה דיגיטלית, שם הם משמשים במצב מפתח. אולם בציוד דיגיטלי כמעט כל הטרנזיסטורים "מוסתרים" בתוך מעגלים משולבים, ובכמויות אדירות ובגדלים מיקרוסקופיים.

כאן לא נתעכב יותר מדי על האלקטרונים, החורים והאטומים, שכבר תוארו בחלקים הקודמים של המאמר, אבל עדיין צריך לזכור חלק מזה, במידת הצורך.

דיודת מוליכים למחצה מורכבת מצומת p-n אחת שתכונותיה תוארו בחלק הקודם של המאמר. הטרנזיסטור, כידוע, מורכב משני מעברים, אם כן דיודה מוליכים למחצה יכול להיחשב כמבשר לטרנזיסטור, או למחציתו.

אם צומת ה- p-n נמצא במנוחה, אז החורים והאלקטרונים מופצים, כפי שמוצג באיור 1, ויוצרים מחסום פוטנציאלי. ננסה לא לשכוח את מוסכמות האלקטרונים, החורים והיונים המוצגים באיור זה.

איור 1

איך טרנזיסטור דו קוטבי

מכשיר טרנזיסטור דו קוטבי פשוט במבט ראשון. כדי לעשות זאת, מספיק ליצור שני צמתים pn בצלחת מוליכים למחצה אחת, המכונה הבסיס. תוארו כמה שיטות ליצירת צומת pn. בחלקים קודמים של המאמרלכן לא נחזור כאן.

אם מוליכות הבסיס היא מסוג p, אז לטרנזיסטור שהתקבל יהיה המבנה n-p-n (מבוטא "en-pe-en"). וכאשר משמשת צלחת מסוג n כבסיס, נקבל טרנזיסטור של מבנה ה- p-n-p (pe-en-pe).

ברגע שזה הגיע לבסיס, כדאי לשים לב לדבר הזה: רקיק המוליכים למחצה המשמש כבסיס דק מאוד, דק הרבה יותר מהפולט והאספן. יש לזכור אמירה זו, מכיוון שהיא תידרש בתהליך ההסבר על פעולת הטרנזיסטור.

באופן טבעי, כדי להתחבר ל"עולם החיצון "מכל אזור p ו- n מגיע פלט תיל. לכל אחד מהם שם האזור אליו הוא מחובר: פולט, בסיס, אספן. טרנזיסטור כזה נקרא טרנזיסטור דו קוטבי, מכיוון שהוא משתמש בשני סוגים של נושאי מטען - חורים ואלקטרונים. המבנה הסכמטי של טרנזיסטורים משני הסוגים מוצג באיור 2.

איור 2

נכון לעכשיו, טרנזיסטורים סיליקון משמשים במידה רבה יותר. טרנזיסטורים גרמניום מיושנים כמעט לחלוטין, ומוחלפים על ידי סיליקון, כך שהסיפור הנוסף יהיה עליהם, אם כי לפעמים ייזכר גרמניום. לרוב הטרנזיסטורים הסיליקון יש מבנה n-p-n, שכן מבנה זה מתקדם יותר טכנולוגית בייצור.

זוגות טרנזיסטורים משלימים

עבור טרנזיסטורים גרמניום, ככל הנראה, מבנה ה- p-n-p היה מתקדם יותר מבחינה טכנולוגית, כך שלטרנזיסטורים גרמניום לרוב היה בדיוק מבנה זה. אם כי כחלק מזוגות משלימים (טרנזיסטורים קרובים בפרמטרים, אשר נבדלו זה מזה בסוג המוליכות), הופקו גם טרנזיסטורים גרמניום בעלי מוליכות שונה, למשל GT402 (p-n-p) ו- GT404 (n-p-n).

זוג כזה שימש כטרנזיסטורי פלט ב- ULF של ציוד רדיו שונים. ואם טרנזיסטורים גרמניום לא מודרניים ירדו בהיסטוריה, אז עדיין מייצרים זוגות משלימים של טרנזיסטורים סיליקון, החל מטרנזיסטורים בחבילות SMD ועד טרנזיסטורים חזקים לשלבי פלט של ULF.

אגב, מגברי הקול בטרנזיסטורים גרמניום נתפסו על ידי אוהבי המוסיקה כמעט כמו שפופרות. ובכן, אולי קצת יותר גרוע, אבל טוב בהרבה ממגברי טרנזיסטור סיליקון. זה רק לעיון.

איך עובד טרנזיסטור

על מנת להבין כיצד הטרנזיסטור עובד, נצטרך שוב לחזור לעולם האלקטרונים, החורים, התורמים והקולטנים. נכון, עכשיו זה יהיה קצת יותר פשוט, ואפילו יותר מעניין מאשר בחלקים הקודמים של המאמר. היה צורך להעיר הערה כזו כדי לא להפחיד את הקורא, לאפשר לקרוא את כל זה עד הסוף.

איור 3 לעיל מציג את הייעוד הגרפי המותנה של טרנזיסטורים במעגלים חשמליים, ומתחת לצמתים p-n של טרנזיסטורים מוצגים בצורה של דיודות מוליכות למחצה, הכלולות גם בכיוון ההפוך. ייצוג זה נוח מאוד כאשר בודקים את הטרנזיסטור עם מודד.

איור 3

ואיור 4 מראה את המבנה הפנימי של הטרנזיסטור.

בנתון זה, עליכם להשתהות מעט כדי לשקול זאת ביתר פירוט.

איור 4

אז האם הנוכחי יעבור או לא?

כאן מוצג כיצד מקור הכוח מחובר לטרנזיסטור של מבנה ה- n-p-n, והוא נמצא בקוטביות כזו שהוא מחובר לטרנזיסטורים אמיתיים במכשירים אמיתיים. אבל, אם מתבוננים מקרוב, מסתבר שהזרם לא יעבור בשני צמתים p-n, דרך שני חסמים פוטנציאליים: לא משנה איך תשנה את קוטביות המתח, אחד הצמתים יהיה בהכרח במצב נעול ולא מוליך. אז לעת עתה בואו נשאיר את הכל כמוצג באיור ונראה מה קורה שם.

זרם לא מבוקר

כשאתה מדליק את המקור הנוכחי, כפי שמוצג באיור, מעבר הפולט-בסיס (n-p) נמצא במצב פתוח ויאפשר בקלות לאלקטרונים לעבור משמאל לימין. לאחר מכן האלקטרונים יתנגשו בפולט בסיס צומת סגור (p-n), אשר יעצור את התנועה הזו, ייסגר מסלול האלקטרונים.

אבל, כמו תמיד ובכל מקום, ישנם חריגים לכל הכללים: כמה אלקטרונים זריזים מאוד יוכלו להתגבר על המחסום הזה בהשפעת הטמפרטורה. לכן, למרות שזרם לא חשוב עם הכללה כזו עדיין יהיה. זרם מינורי זה נקרא זרם ראשוני או זרם רוויה. שם המשפחה נובע מהעובדה שכל האלקטרונים החופשיים המסוגלים להתגבר על המחסום הפוטנציאלי בטמפרטורה נתונה משתתפים בהיווצרות זרם זה.

הזרם הראשוני אינו ניתן לשליטה, הוא זמין לכל טרנזיסטור, אך יחד עם זאת הוא תלוי מעט במתח חיצוני. אם זה, המתח, מוגבר בצורה משמעותית (בטווח הסביר המצוין בספריות), הזרם הראשוני לא ישתנה הרבה. אבל ההשפעה התרמית על זרם זה מורגשת מאוד.

עלייה נוספת בטמפרטורה גורמת לעלייה בזרם ההתחלתי, מה שבתורו יכול להביא לחימום נוסף של צומת ה- pn. חוסר יציבות תרמית כזו יכולה להוביל להתמוטטות תרמית, להרס הטרנזיסטור. לפיכך יש לנקוט בצעדים לצינון הטרנזיסטורים, ואל תפעילו לחצים קיצוניים בטמפרטורות גבוהות.

עכשיו זכרו את הבסיס

ההכללה של טרנזיסטור בסיס משתלשל שתואר לעיל אינה מיושמת בשום מקום בתכניות מעשיות. לכן איור 5 מציג את ההכללה הנכונה של הטרנזיסטור. לשם כך היה צורך להחיל מעט מתח קטן על הבסיס ביחס לפולט, ובכיוון קדימה (זכור את הדיודה, ושוב התבונן באיור 3).

איור 5

אם במקרה של הדיודה, הכל נראה ברור - הזרם נפתח ועבר אותו, אז אירועים אחרים מתרחשים בטרנזיסטור. תחת פעולת זרם הפולט האלקטרונים ממהרים לבסיס עם מוליכות p מהפולט עם מוליכות n. במקרה זה, חלק מהאלקטרונים יתמלאו על ידי חורים הממוקמים באזור הבסיס וזרם לא חשוב זורם דרך מסוף הבסיס - זרם הבסיס Ib. כאן צריך לזכור שהבסיס דק ויש בו מעט חורים.

שאר האלקטרונים הנותרים, שלא היו להם מספיק חורים בבסיס הדק, ממהרים אל הקולט ויופקעו משם על ידי הפוטנציאל הגבוה יותר של סוללת האספן של Ek-e. תחת השפעה זו האלקטרונים מתגברים על המחסום הפוטנציאלי השני וחוזרים לפולט דרך הסוללה.

לפיכך, מתח קטן המופעל על צומת פולט הבסיס עוזר לפתוח את צומת הבסיס-אספן, אשר מוטה בכיוון ההפוך. למעשה, זהו אפקט הטרנזיסטור.

נותר רק לקחת בחשבון כיצד ה"מתח הקטן "הזה המופעל על הבסיס משפיע על זרם האספנים, מהם הערכים והיחס שלהם. אבל על הסיפור הזה בחלק הבא של המאמר על טרנזיסטורים.

המשך המאמר: מאפייני טרנזיסטורים דו קוטביים

בוריס אלאדישקין

Comments

[#1]

משהו בדמויות בפרט 1 ו -2 (אחרות טרם הסתכלו) הוא בבירור לא מה שאמור להיות מוצג (אם לשפוט לפי הקישורים מהטקסט)

[#2 נדיה]

תודה רבה לך. הובהר לבסוף.

[#3]

כן, ועם הזרם ההתחלתי וזרם הרוויה.