Nama asal komponen radio ialah triod, berdasarkan bilangan kenalan. Elemen radio ini mampu mengawal arus masuk litar elektrik, di bawah pengaruh isyarat luaran. Sifat unik digunakan dalam penguat, pengayun dan penyelesaian litar lain yang serupa.

Penetapan transistor pada rajah

Untuk masa yang lama, triod tiub memerintah dalam elektronik radio. Di dalam kelalang tertutup, dalam persekitaran gas atau vakum khas, tiga komponen utama triod diletakkan:

• Katod
• bersih

Apabila isyarat kawalan kuasa rendah digunakan pada grid, nilai yang tidak dapat ditandingi lebih besar boleh dihantar antara katod dan anod. Arus operasi triod adalah berkali ganda lebih tinggi daripada arus kawalan. Sifat inilah yang membolehkan elemen radio bertindak sebagai penguat.

Triod berdasarkan tiub radio berfungsi dengan cekap, terutamanya pada kuasa tinggi. Walau bagaimanapun, dimensi mereka tidak membenarkan penggunaannya dalam peranti kompak moden.

Bayangkan telefon bimbit atau pemain poket yang dibuat pada elemen tersebut.

Masalah kedua ialah katering. Untuk operasi biasa, katod mestilah sangat panas untuk pelepasan elektron bermula. Memanaskan gegelung memerlukan banyak tenaga elektrik. Oleh itu, saintis di seluruh dunia sentiasa berusaha untuk mencipta peranti yang lebih padat dengan sifat yang sama.

Sampel pertama muncul pada tahun 1928, dan pada pertengahan abad yang lalu triod semikonduktor berfungsi yang dibuat menggunakan teknologi bipolar telah diperkenalkan. Nama "transistor" telah diberikan kepadanya.

Apakah transistor?

Transistor ialah peranti elektrik semikonduktor dengan atau tanpa perumah, yang mempunyai tiga sesentuh untuk operasi dan kawalan. Sifat utama adalah sama seperti triod - menukar parameter semasa antara elektrod kerja menggunakan isyarat kawalan.

Disebabkan ketiadaan keperluan untuk pemanasan, transistor menghabiskan sejumlah kecil tenaga untuk memastikan prestasi mereka sendiri. A dimensi padat kristal semikonduktor yang berfungsi, membenarkan penggunaan komponen radio dalam struktur bersaiz kecil.

Berkat kemerdekaan daripada persekitaran kerja, kristal semikonduktor boleh digunakan dalam pakej berasingan dan dalam litar mikro. Lengkap dengan unsur radio lain, transistor ditanam terus pada satu kristal.

Sifat mekanikal yang luar biasa bagi semikonduktor telah menemui aplikasi dalam peranti mudah alih dan mudah alih. Transistor tidak sensitif kepada getaran dan kejutan tajam. Mereka mempunyai rintangan suhu yang baik (pada beban berat radiator penyejuk digunakan).

Jika kita mempertimbangkan analog mekanikal, operasi transistor menyerupai prinsip operasi stereng kuasa hidraulik di dalam kereta. Tetapi persamaan itu hanya sah pada anggaran pertama, kerana transistor tidak mempunyai injap. Dalam artikel ini kita akan mempertimbangkan kerja secara berasingan transistor bipolar.

Peranti transistor bipolar

Asas peranti transistor bipolar ialah bahan semikonduktor. Kristal semikonduktor pertama untuk transistor dibuat daripada germanium; hari ini silikon dan galium arsenide lebih kerap digunakan. Pertama, bahan semikonduktor tulen dengan kekisi kristal yang teratur terhasil. Kemudian mereka melampirkan borang yang diperlukan kristal dan kekotoran khas dimasukkan ke dalam komposisinya (bahan itu didop), yang memberikan sifat kekonduksian elektrik tertentu. Jika kekonduksian disebabkan oleh pergerakan elektron berlebihan, ia ditakrifkan sebagai penderma jenis-n (elektronik). Jika kekonduksian semikonduktor disebabkan oleh penggantian berturut-turut kedudukan kosong, yang dipanggil lubang, oleh elektron, maka kekonduksian tersebut dipanggil penerima (lubang) dan ditetapkan kekonduksian jenis-p.

Gambar 1.

Kristal transistor terdiri daripada tiga bahagian (lapisan) dengan jenis kekonduksian berurutan bergantian (n-p-n atau p-n-p). Peralihan dari satu lapisan ke satu lagi membentuk halangan yang berpotensi. Peralihan dari asas kepada pemancar dipanggil pemancar(EP), kepada pengumpul - pengumpul(KP). Dalam Rajah 1, struktur transistor ditunjukkan sebagai simetri, ideal. Dalam amalan, semasa pengeluaran, dimensi kawasan adalah tidak simetri dengan ketara, kira-kira seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Luas persimpangan pemungut adalah jauh lebih besar daripada persimpangan pemancar. Lapisan asas sangat nipis, mengikut urutan beberapa mikron.

Rajah 2.

Prinsip operasi transistor bipolar

Mana-mana simpang p-n transistor berfungsi sama. Apabila beza keupayaan digunakan pada kutubnya, ia "displaced". Jika beza keupayaan yang digunakan adalah positif bersyarat, dan simpang pn terbuka, simpang itu dikatakan pincang ke hadapan. Apabila beza keupayaan negatif bersyarat digunakan, pincang songsang simpang berlaku, di mana ia dikunci. Satu ciri operasi transistor ialah dengan bias positif sekurang-kurangnya satu peralihan, kawasan umum, dipanggil asas, tepu dengan elektron atau kekosongan elektron (bergantung pada jenis kekonduksian bahan asas), yang menyebabkan pengurangan ketara dalam halangan potensi peralihan kedua dan, sebagai akibatnya, kekonduksiannya di bawah pincang songsang.

Mod pengendalian

Semua litar sambungan transistor boleh dibahagikan kepada dua jenis: biasa Dan songsang.

Rajah 3.

Litar pensuisan transistor biasa melibatkan perubahan kekonduksian elektrik simpang pengumpul dengan mengawal pincang simpang pemancar.

Skim songsang, berbanding biasa, membolehkan anda mengawal kekonduksian simpang pemancar dengan mengawal pincang simpang pemungut. Litar songsang adalah analog simetri daripada yang biasa, tetapi disebabkan oleh asimetri struktur transistor bipolar, ia tidak berkesan untuk digunakan dan mempunyai sekatan yang lebih ketat pada maksimum. parameter yang boleh diterima dan boleh dikatakan tidak digunakan.

Dengan sebarang skema sambungan, transistor boleh beroperasi tiga mod: Mod pemotongan, mod aktif Dan mod ketepuan.

Untuk arahan penerangan kerja arus elektrik dalam artikel ini, ia secara konvensional diambil sebagai arah elektron, i.e. dari kutub negatif bekalan kuasa ke kutub positif. Mari gunakan rajah dalam Rajah 4 untuk ini.

Rajah 4.

Mod pemotongan

Untuk simpang p-n ada maknanya voltan minimum pincang ke hadapan, di mana elektron dapat mengatasi halangan potensi peralihan ini. Iaitu, pada voltan pincang ke hadapan sehingga nilai ambang ini, tiada arus boleh mengalir melalui persimpangan. Untuk transistor silikon nilai ambang sedemikian adalah kira-kira 0.6 V. Oleh itu, dengan litar pensuisan biasa, apabila pincang ke hadapan simpang pemancar tidak melebihi 0.6 V (untuk transistor silikon), tiada arus mengalir melalui tapak, ia tidak tepu dengan elektron, dan akibatnya tiada pelepasan elektron bes ke kawasan pengumpul, i.e. Tiada arus pengumpul (sifar).

Oleh itu, untuk mod cutoff syarat yang perlu ialah identiti:

U BE<0,6 В

I B =0

Mod aktif

Dalam mod aktif, persimpangan pemancar dipincang ke arah hadapan sehingga saat membuka kunci (arus mula mengalir) dengan voltan lebih besar daripada 0.6 V (untuk transistor silikon), dan persimpangan pengumpul dalam arah sebaliknya. Jika asas mempunyai kekonduksian jenis-p, elektron dipindahkan (disuntik) daripada pemancar ke dalam pangkalan, yang serta-merta diedarkan dalam lapisan nipis asas dan hampir kesemuanya mencapai sempadan pengumpul. Ketepuan asas dengan elektron membawa kepada pengurangan ketara dalam saiz persimpangan pengumpul, di mana elektron, di bawah pengaruh potensi negatif dari pemancar dan bes, dipaksa ke kawasan pengumpul, mengalir melalui terminal pengumpul, dengan itu menyebabkan arus pengumpul. Lapisan asas yang sangat nipis mengehadkan arus maksimumnya yang melalui keratan rentas yang sangat kecil ke arah pintu keluar asas. Tetapi ketebalan asas yang kecil ini menyebabkan ketepuan yang cepat dengan elektron. Kawasan persimpangan adalah ketara, yang mewujudkan keadaan untuk pengaliran arus pengumpul pemancar yang ketara, berpuluh-puluh dan beratus-ratus kali lebih besar daripada arus asas. Oleh itu, dengan menghantar arus yang tidak ketara melalui pangkalan, kita boleh mewujudkan keadaan untuk laluan arus yang lebih besar melalui pengumpul. Semakin besar arus asas, semakin besar tepunya, dan semakin besar arus pengumpul. Mod ini membolehkan anda mengawal (mengawal) kekonduksian simpang pengumpul dengan lancar dengan menukar (mengawal) arus asas. Sifat mod aktif transistor ini digunakan dalam pelbagai litar penguat.

Dalam mod aktif, arus pemancar transistor ialah jumlah asas dan arus pengumpul:

Saya E = Saya K + saya B

Arus pengumpul boleh dinyatakan sebagai:

I K = α saya E

di mana α ialah pekali pemindahan arus pemancar

Daripada persamaan di atas kita boleh mendapatkan yang berikut:

di mana β ialah faktor penguatan arus asas.

Mod ketepuan

Had untuk meningkatkan arus asas sehingga saat arus pengumpul kekal tidak berubah menentukan titik tepu maksimum tapak dengan elektron. Peningkatan selanjutnya dalam arus asas tidak akan mengubah tahap ketepuannya, dan tidak akan menjejaskan arus pengumpul dalam apa-apa cara; ia boleh menyebabkan terlalu panas bahan di kawasan sentuhan asas dan kegagalan transistor. Data rujukan untuk transistor boleh menunjukkan nilai arus tepu dan arus asas maksimum yang dibenarkan, atau voltan tepu asas pemancar dan voltan asas pemancar maksimum yang dibenarkan. Had ini menentukan mod ketepuan transistor di bawah keadaan operasi biasa.

Mod cutoff dan mod ketepuan berkesan apabila transistor beroperasi sebagai suis elektronik untuk menukar isyarat dan litar kuasa.

Perbezaan dalam prinsip operasi transistor dengan struktur yang berbeza

Kes operasi transistor n-p-n telah dipertimbangkan di atas. Transistor struktur pnp berfungsi sama, tetapi terdapat perbezaan asas yang perlu anda ketahui. Bahan semikonduktor dengan kekonduksian penerima jenis p mempunyai daya hantar elektron yang agak rendah, kerana ia berdasarkan prinsip peralihan elektron dari satu tapak kosong (lubang) ke tapak lain. Apabila semua kekosongan digantikan oleh elektron, pergerakannya hanya mungkin apabila kekosongan muncul dalam arah pergerakan. Dengan kawasan yang ketara bagi bahan sedemikian, ia akan mempunyai rintangan elektrik yang ketara, yang membawa kepada masalah yang lebih besar apabila digunakan sebagai pengumpul dan pemancar transistor bipolar p-n-p yang paling besar berbanding apabila digunakan dalam lapisan asas transistor n-p-n yang sangat nipis. Bahan semikonduktor dengan kekonduksian penderma jenis n mempunyai sifat elektrik logam konduktif, menjadikannya lebih berfaedah untuk digunakan sebagai pemancar dan pengumpul, seperti dalam transistor n-p-n.

Ciri tersendiri bagi struktur transistor bipolar yang berbeza ini membawa kepada kesukaran yang besar dalam menghasilkan pasangan komponen dengan struktur yang berbeza dan ciri elektrik yang serupa antara satu sama lain. Jika anda memberi perhatian kepada data rujukan untuk ciri pasangan transistor, anda akan melihat bahawa apabila ciri yang sama dicapai untuk dua transistor jenis yang berbeza, contohnya KT315A dan KT361A, walaupun kuasa pengumpul yang sama (150 mW) dan lebih kurang keuntungan semasa yang sama (20-90), mereka mempunyai arus pengumpul maksimum yang dibenarkan berbeza, voltan asas pemancar, dsb.

P.S. Penerangan mengenai prinsip operasi transistor ini ditafsirkan dari kedudukan Teori Rusia, oleh itu tidak ada penerangan mengenai tindakan medan elektrik pada caj positif dan negatif rekaan. Fizik Rusia memungkinkan untuk menggunakan model mekanikal yang lebih mudah dan mudah difahami yang lebih dekat dengan realiti daripada abstraksi dalam bentuk medan elektrik dan magnet, cas positif dan elektrik, yang secara khianat sekolah tradisional meninggalkan kita. Atas sebab ini, saya tidak mengesyorkan menggunakan teori yang dinyatakan tanpa analisis dan pemahaman awal semasa membuat persediaan untuk mengambil ujian, kerja kursus dan jenis kerja lain; guru anda mungkin tidak menerima perbezaan pendapat, malah kompetitif dan agak konsisten dari sudut pandangan biasa. akal dan logik. Di samping itu, di pihak saya, ini adalah percubaan pertama untuk menerangkan operasi peranti semikonduktor dari kedudukan Fizik Rusia, ia boleh diperhalusi dan ditambah pada masa hadapan.

Perkara pertama yang terlintas di fikiran apabila anda mendengar soalan yang sama ialah bercakap tentang struktur transistor: persimpangan p-n, gabungannya ke dalam struktur tiga lapisan, dsb. Fizik semikonduktor, jika anda mengambil serius isu ini, agak kompleks dan memerlukan sekurang-kurangnya pengetahuan asas fizik kuantum. Dan ini hanya menyangkut isu pembentangan berkaedah, manakala fizik kuantum itu sendiri, serta teori elektrik klasik, kadangkala tidak dapat menjawab semua persoalan yang timbul. Akibatnya, lebih kerap anda perlu meminta untuk mengambil sesuatu berdasarkan iman selepas pengiraan matematik yang meluas dan banyak lukisan penerangan, dan ini sama sekali tidak menyumbang kepada pemahaman intipati isu itu.

Tetapi adakah penyoal benar-benar berminat dalam fizik semikonduktor? Sesetengah mungkin berminat, tetapi kebanyakan mereka yang bertanya, nampaknya saya, lebih cenderung untuk mendapatkan jawapan kepada soalan lain: bagaimana menggunakan transistor dalam litar secara bermakna?

Transistor adalah salah satu elemen aktif litar elektronik yang paling biasa digunakan. Baru-baru ini, litar sering dibina menggunakan litar mikro, dan pendekatan untuk penciptaannya hanya memerlukan pengetahuan tentang sifat dan kefungsian litar mikro, tetapi harus dilupakan bahawa kedua-dua sifat dan kefungsian litar mikro ditentukan oleh sifat komponen yang tersembunyi. di dalamnya, di mana transistor terus memainkan peranan penting. Jadi persoalan operasi transistor tidak kehilangan kaitannya. Tetapi dengan mengambil kira pendekatan "litar mikro" untuk mencipta peranti, pertimbangan sifat dan kefungsian transistor nampaknya lebih relevan daripada prinsip fizikal yang mendasari operasinya, terutamanya untuk penggemar.

Selalunya, transistor digunakan untuk menguatkan isyarat. Dan walaupun isyarat berbeza, eksperimen paling mudah boleh dijalankan dengan penguatan isyarat sinusoidal. Dan Proteus menyediakan semua yang anda perlukan untuk ini.

Salah satu mesej yang sangat beralasan yang saya temui di forum, di mana bekerja dengan Proteus dibincangkan, mengatakan bahawa persekitaran pembangunan ini direka untuk berfungsi dengan teknologi digital dan mikropengawal, jadi tidak ada sebab untuk mengkaji litar analog di dalamnya. Saya berminat sama ada boleh bercakap tentang penggunaan transistor menggunakan program Proteus? Saya akan cuba lakukan ini.

Jadi. Penguatan isyarat boleh dianggap sebagai keuntungan semasa, keuntungan voltan, dan keuntungan kuasa. Penguatan isyarat semasa transistor adalah disebabkan oleh sifatnya - arus pengumpul dan arus asas dikaitkan dengan hubungan Ik = K*Ib. Lebih-lebih lagi, jika arus asas berubah mengikut beberapa undang-undang, maka arus pengumpul berubah mengikut undang-undang yang sama, iaitu nisbah di atas boleh dipertimbangkan untuk setiap saat dalam masa. Ini, sebenarnya, apa yang saya anggap perlu untuk menjawab persoalan bagaimana transistor berfungsi.

Apabila bekerja dengan isyarat simetri, transistor biasanya dihidupkan supaya voltan pengumpul adalah sama dengan separuh voltan bekalan. Dalam kes paling mudah, ini dicapai dengan memilih perintang dalam litar asas.

nasi. 3.1. Menetapkan mod pengendalian transistor

Jika dalam litar sedemikian anda menukar nilai rintangan R1, yang dalam Proteus dicapai dengan mengklik kanan pada komponen ini dan kemudian memilih Edit Properties dari menu lungsur, yang seterusnya membuka kotak dialog sifat perintang, di mana rintangan nilai ditetapkan, jadi, jika anda menukar R1, anda boleh mendapatkan voltan yang berbeza pada pengumpul transistor.

Walau bagaimanapun, adalah lebih berguna untuk menyambungkan penjana voltan sinusoidal ke litar angka sebelumnya menggunakan kekunci Mod Penjana (ikon pada bar alat kiri dalam bentuk bulatan dengan gelombang sinus). Jika anda kini melukis graf menggunakan kekunci Mod Graf, anda boleh memilih ANALOG daripada pilihan yang dibentangkan, tambah probe voltan, menetapkan labelnya sebagai output , kemudian selepas menyediakan graf, dalam sifatnya saya menetapkan masa kepada 10 mS ( 10m), memandangkan saya menetapkan penjana gelombang sinus kepada 10 mV (10m RMS) dan frekuensi 1 kHz (1k), tambahkan jejak untuk graf menggunakan item menu lungsur Tambah Jejak..., anda kini boleh memerhati isyarat keluaran selepas menjalankan simulasi dalam item menu lungsur Simulate Graph pada nilai rintangan yang berbeza untuk menilai pemilihan kesan titik operasi untuk hasil yang terhasil.

nasi. 3.2. Pemerhatian isyarat sinusoidal pada pengumpul transistor

Mengapakah terdapat kapasitor pada input transistor? Supaya rintangan penjana, dan penjana mempunyai beberapa rintangan dalaman, tidak mengubah mod yang ditetapkan. Kapasitor tidak melepasi arus terus, yang bermaksud ia tidak akan mengubah tetapan kami. Anda boleh menghidupkan sumber isyarat yang berbeza, anda boleh menukar rintangan dalam litar pengumpul, anda boleh melihat banyak perkara dalam program Proteus, dan anda boleh menyemak sama ada benar-benar terdapat hubungan antara arus asas dan arus pengumpul, yang dikatakan pada mulanya, dan anda boleh menyemak sama ada arus (semasa, bukan voltan, seperti saya) pemungut mengulangi undang-undang perubahan dalam arus asas. Dengan cara ini, anda juga boleh menyemak hubungan fasa antara voltan pada dasar transistor dan voltan pada pengumpulnya. Ini boleh dilakukan dengan mudah dengan menambah graf kedua untuk isyarat input dalam Rajah 3.2.

saya Saya mahu melakukan ujian lain. Mengikut cerita yang saya temui tentang Proteus

V Internet, maka operasi penguat tidak bergantung pada transistor yang anda gunakan. Apabila memilih transistor berbeza daripada perpustakaan komponen, saya ingin melihat tindak balas frekuensi penguat yang terhasil. Untuk tujuan ini, saya akan menggunakan litar yang sama, menambah bilangan transistor tertentu ke set saya, kemudian, menukar transistor, saya akan melihat sama ada tindak balas frekuensi mereka benar-benar sama?

nasi. 3.3. Menguji transistor berbeza dalam Proteus

Untuk transistor AC127, seperti yang boleh dilihat daripada graf, kekerapan potong adalah lebih kurang 5 MHz. Adakah ini kelihatan benar? Saya tidak mahu melakukan pengiraan, tetapi jika transistor berkuasa rendah moden mempunyai frekuensi cutoff apabila dihidupkan dengan asas biasa kira-kira 300 MHz, dan keuntungan kira-kira 100, maka frekuensi cutoff hendaklah kira-kira 3 MHz.

Apabila mereka bercakap tentang struktur transistor bipolar, mereka selalu menyebut bahawa ia mempunyai dua kawasan sempadan di persimpangan semikonduktor jenis kekonduksian yang berbeza, sangat serupa dalam sifat kepada kapasitor bercas. Transistor berhutang kelakuannya apabila menguatkan isyarat frekuensi berbeza kepada sifat ini. Tingkah lakunya boleh disimulasikan menggunakan litar RC. Tindak balas frekuensi amplitud bagi litar RC penyepaduan dan penguat transistor satu peringkat akan mempunyai sifat yang sama. Anda boleh membandingkan graf dalam Rajah. 1.14 dan yang sebelumnya untuk melihat kehadiran kekerapan had atas dalam kedua-dua kes dan penurunan dalam tindak balas frekuensi amplitud pada kadar 20 dB setiap dekad. Saiz kapasitor setara bergantung pada model transistor tertentu. Jika anda menggantikan satu model transistor dengan yang lain, maka anda boleh menjangkakan bahawa tindak balas frekuensi amplitud lata akan berubah, jika, sudah tentu, mereka mempunyai parameter yang berbeza seperti frekuensi cutoff amplifikasi.

Jadi saya ingin menggantikan transistor dengan TIP31.

nasi. 3.4. Tindak balas frekuensi amplitud selepas menggantikan transistor

Saya tidak tahu tentang anda, tetapi bagi saya kekerapan had atas "terbang" melebihi 10 MHz. Sekarang saya tidak pasti bahawa Proteus tidak sesuai untuk simulasi litar analog. Untuk menghilangkan keraguan saya, saya akan mengembalikan transistor AC127 dan menambah perintang pada litar pemancar. Perintang ini, adalah lebih mudah untuk mempertimbangkan operasinya dalam litar Rajah 3.1, akan menyebabkan voltan pemancar asas transistor berubah. Akan ada penurunan voltan merentasinya, yang mesti ditolak daripada voltan antara asas dan wayar biasa untuk mendapatkan voltan pemancar asas. Voltan masukan untuk transistor ialah voltan pemancar asas. Oleh itu, perintang dalam litar pemancar mengurangkan isyarat input kepada transistor. Ia, perintang, adalah perintang maklum balas - kami telah menambah sebahagian daripada isyarat keluaran (dan perintang dalam litar pemancar sebahagian besarnya dipengaruhi oleh isyarat keluaran) dengan mengambil kira fasa dengan isyarat input, penambahan "dengan mengambil kira fasa” dalam kes ini menunjukkan bahawa maklum balas akan menjadi negatif. Dan, setakat yang saya tahu, maklum balas negatif harus mengembangkan julat frekuensi operasi peringkat penguatan, iaitu, kekerapan had atas harus meningkat. Mari semak sama ada ini benar?

nasi. 3.5. Respons kekerapan dengan maklum balas negatif

Saya tidak menghilangkan sebarang keraguan; kekerapan potong atas lata sekali lagi ternyata melebihi 10 MHz, seperti yang ditetapkan oleh teori dan amalan untuknya. Nampaknya profesional tidak berpuas hati dengan ketepatan pemodelan berbanding dengan pengiraan atau pelaksanaan praktikal litar, tetapi dalam amalan amatur, jika anda menyemak hasil simulasi pada papan roti, program ini akan menjadi pembantu yang layak.

Mari kita jalankan satu lagi eksperimen, yang sebahagiannya menjawab persoalan kebolehgunaan Proteus pada litar analog, sebahagian lagi persoalan bagaimana transistor berfungsi?

Pada mulanya, saya mengatakan bahawa arus asas dan arus pengumpul berkaitan dengan nisbah, tetapi saya tidak menamakan nisbah ini. Faktor "K" ialah keuntungan semasa statik. Anda boleh menemuinya dalam borang Vst dan dalam borang h21. Ini adalah sambungan antara asas dan arus DC pengumpul. Tetapi apabila mengendalikan transistor dalam litar, kita mungkin lebih berminat dengan gandingan dinamik arus ini. Mari lihat sama ada Proteus boleh membantu kami dengan ini.

Tetapi pertama, kerana kita tidak melakukan ini, kita akan mendapati keuntungan semasa yang sangat statik ini sebagai nisbah arus pengumpul terus kepada arus asas dalam mod yang dipilih. Dalam litar Rajah 3.1 saya akan menambah dua meter arus, ammeter, satu ke litar asas, satu lagi ke litar pengumpul. Dalam sifat ammeter ini (klik kanan, dalam menu lungsur turun sifat, kemudian tetingkap Julat Paparan) saya akan menggantikan satu dalam litar asas dengan mikroammeter, dan dalam litar pengumpul dengan miliammeter.

nasi. 3.6. Pengukuran keuntungan semasa statik

Kini anda boleh membahagikan 5.67 mA dengan 22.6 µA, yang akan memberikan nilai pekali lebih kurang 250.

Saya ingin melakukan sesuatu yang serupa dengan arus input dan output litar dalam Rajah. 3.4. Siasatan semasa ditambah pada litar input dan grafik berfungsi, tetapi grafik, jika anda menambah siasatan semasa pada litar pengumpul, tidak mahu berfungsi. Tetapi ini tidak terlalu mengganggu saya, kerana probe semasa dalam litar biasa sesuai dengan saya dengan baik, arus dalam litar biasa adalah jumlah arus asas dan pengumpul, tetapi arus asas adalah lebih rendah daripada arus pengumpul, jadi untuk pengiraan anggaran anda boleh mengambil jumlah mereka.

Anda boleh, sudah tentu, cuba memikirkan mengapa graf tidak mahu disimulasikan jika probe semasa dipasang dalam litar pengumpul. Anda boleh kembali kepada masalah ini kemudian, atau anda tidak boleh menganggapnya sebagai masalah sehingga saat dimensi sedemikian menjadi sangat diperlukan. Buat masa ini anda boleh lakukan dengan apa yang anda ada.

Dalam bidang kerja umum, graf adalah sedikit kecil, dan jika ini, seperti dalam kes ini, menghalang saya daripada menentukan nilai, anda boleh memilih Maksimumkan (Tunjukkan Tetingkap) daripada menu lungsur selepas mengklik kanan pada graf , yang akan membawa kepada kemunculan tetingkap paparan dengan graf yang besar.

nasi. 3.7. Arus dalam litar input dan output penguat

Graf paling atas menunjukkan voltan isyarat pada pengumpul transistor. Dalam tetingkap tontonan, mudah untuk mengetahui bahawa amplitud berganda isyarat adalah kira-kira 8.5 - 3.5 = 5 V. Oleh itu, amplitud hendaklah 2.5 V. Sama ada saya betul atau salah, dengan rintangan beban 1 kOhm, arus melalui rintangan ini hendaklah 2.5 mA.

Graf berikut menunjukkan isyarat arus asas transistor, yang mempunyai nilai puncak ke puncak 24 µA dan isyarat puncak ke puncak 12 µA.

Graf terakhir ialah jumlah isyarat arus, sebagai jumlah algebra bagi asas dan arus pengumpul, yang saya, tanpa teragak-agak, ambil sebagai arus keluaran dengan amplitud 2.5 mA. Dalam kes ini, keuntungan semasa, sebagai nisbah mudah arus keluaran kepada arus masukan, akan menjadi kira-kira 208. Ini hampir dengan keuntungan semasa statik. Selain itu, mengetahui bahawa isyarat masukan ialah amplitud 10 mV RSM atau 14 mV dan isyarat keluaran ialah 2.5 V, seseorang boleh memperoleh keuntungan voltan kira-kira 178. Nilai ini, dinyatakan dalam desibel, memberikan nilai 45 dB. Nilai yang sama terdapat dalam tindak balas frekuensi amplitud litar ini. Nilai keuntungan voltan yang dikira adalah kira-kira 200. Setakat ini ia kelihatan serupa.

Salah satu buku rujukan memberikan nilai pengiraan keuntungan voltan sebagai nisbah nilai rintangan dalam litar pengumpul dan pemancar untuk Rajah. 3.5. Dalam kes ini, ia akan menjadi 1000/300 = 3.3 atau dalam desibel 20log(3.3) = 10.4. Nilai ini terdapat pada tindak balas frekuensi amplitud.

Nah, saya gembira untuk mengatakan bahawa saya yakin bahawa adalah mustahil untuk bekerja dengan litar analog, tetapi saya masih belum yakin. Malangnya!

Transistor dipanggil peranti semikonduktor yang direka untuk menguatkan dan menjana ayunan elektrik. Jadi apakah transistor? - Ia adalah kristal yang diletakkan di dalam perumahan yang dilengkapi dengan plumbum. Kristal diperbuat daripada bahan semikonduktor. Dari segi sifat elektriknya, semikonduktor menduduki kedudukan pertengahan antara konduktor dan bukan konduktor (penebat).

Hablur kecil bahan semikonduktor (semikonduktor), selepas pemprosesan teknologi yang sesuai, menjadi mampu mengubah kekonduksian elektriknya dalam julat yang sangat luas apabila ayunan elektrik yang lemah dan voltan pincang malar digunakan padanya.

Kristal diletakkan di dalam bekas logam atau plastik dan dilengkapi dengan tiga petunjuk, keras atau lembut, disambungkan ke kawasan kristal yang sepadan. Kes logam kadangkala mempunyai terminal sendiri, tetapi salah satu daripada tiga elektrod transistor disambungkan ke kes itu.

Pada masa ini, dua jenis transistor digunakan - bipolar dan medan. Transistor bipolar muncul dahulu dan menjadi paling meluas. Oleh itu, mereka biasanya hanya dipanggil transistor. Transistor kesan medan muncul kemudian dan masih digunakan kurang kerap daripada yang bipolar.

Transistor bipolar

Transistor bipolar dipanggil kerana arus elektrik di dalamnya dibentuk oleh cas elektrik kekutuban positif dan negatif. Pembawa cas positif biasanya dipanggil lubang, cas negatif dibawa oleh elektron. Transistor bipolar menggunakan kristal yang diperbuat daripada germanium atau silikon, bahan semikonduktor utama yang digunakan untuk membuat transistor dan diod.

Itulah sebabnya transistor dipanggil sama silikon, lain - germanium. Kedua-dua jenis transistor bipolar mempunyai ciri tersendiri, yang biasanya diambil kira semasa mereka bentuk peranti.

Untuk membuat kristal, bahan ultra-tulen digunakan, di mana kuantiti khas yang ketat ditambah; kekotoran. Mereka menentukan penampilan dalam kristal kekonduksian yang disebabkan oleh lubang (p-konduksi) atau elektron (n-konduksi). Dengan cara ini, salah satu elektrod transistor, yang dipanggil asas, terbentuk.

Jika kini kekotoran khas dimasukkan ke dalam permukaan hablur asas dengan satu kaedah teknologi atau yang lain, menukar jenis kekonduksian tapak kepada terbalik supaya zon n-p-n atau p-n-p yang berdekatan terbentuk, dan petunjuk disambungkan ke setiap zon, transistor telah ditubuhkan.

Salah satu zon ekstrem dipanggil pemancar, iaitu, sumber pembawa caj, dan yang kedua ialah pengumpul, pengumpul pembawa ini. Kawasan antara pemancar dan pengumpul dipanggil pangkalan. Terminal transistor biasanya diberi nama yang serupa dengan elektrodnya.

Sifat penguatan transistor ditunjukkan dalam fakta bahawa jika kini voltan elektrik kecil digunakan pada pemancar dan pangkalan - isyarat input, maka arus akan mengalir dalam litar pengumpul - pemancar, dalam bentuk mengulangi arus input isyarat input antara asas dan pemancar, tetapi berkali-kali lebih besar dalam nilai .

Untuk operasi normal transistor, pertama sekali perlu menggunakan voltan bekalan pada elektrodnya. Dalam kes ini, voltan di pangkalan relatif kepada pemancar (voltan ini sering dipanggil voltan pincang) hendaklah sama dengan beberapa persepuluh volt, dan pada pengumpul relatif kepada pemancar - beberapa volt.

Kemasukan transistor n-p-n dan p-n-p dalam litar berbeza hanya dalam kekutuban voltan pengumpul dan pincang. Transistor silikon dan germanium struktur yang sama berbeza antara satu sama lain hanya dalam nilai voltan pincang. Untuk silikon ia adalah lebih kurang 0.45 V lebih daripada untuk germanium.

nasi. 1

Dalam Rajah. Rajah 1 menunjukkan simbol grafik transistor satu dan struktur lain, dibuat berdasarkan germanium dan silikon, dan voltan pincang biasa. Elektrod transistor ditetapkan oleh huruf pertama perkataan: pemancar - E, asas - B, pengumpul - K.

Voltan pincang (atau, seperti yang mereka katakan, mod) ditunjukkan secara relatif kepada pemancar, tetapi dalam praktiknya, voltan pada elektrod transistor ditunjukkan relatif kepada wayar biasa peranti. Wayar biasa dalam peranti dan dalam rajah ialah wayar yang disambungkan secara galvani kepada input, output, dan selalunya kepada sumber kuasa, iaitu, biasa kepada input, output dan sumber kuasa.

Penguatan dan sifat lain transistor dicirikan oleh beberapa parameter elektrik, yang paling penting dibincangkan di bawah.

Pekali pemindahan arus asas statik h 21E menunjukkan berapa kali arus pengumpul transistor bipolar lebih besar daripada arus tapaknya, yang menyebabkan arus ini. Bagi kebanyakan jenis transistor, nilai berangka pekali ini dari contoh ke contoh boleh berbeza dari 20 hingga 200. Terdapat transistor dengan nilai yang lebih rendah - 10...15, dan dengan nilai yang lebih besar - sehingga 50...800 (ini dipanggil transistor penguatan super).

Selalunya dipercayai bahawa keputusan yang baik hanya boleh diperolehi dengan transistor yang mempunyai nilai h21e yang besar. Walau bagaimanapun, amalan menunjukkan bahawa dengan reka bentuk peralatan yang mahir adalah agak mungkin untuk bertahan dengan transistor yang mempunyai h 2 l E sama dengan hanya 12...20. Ini ditunjukkan oleh kebanyakan reka bentuk yang diterangkan dalam buku ini.

Sifat frekuensi transistor mengambil kira hakikat bahawa transistor mampu menguatkan isyarat elektrik dengan frekuensi tidak melebihi had tertentu untuk setiap transistor. Kekerapan di mana transistor kehilangan sifat penguatannya dipanggil kekerapan penguatan mengehadkan transistor.

Untuk membolehkan transistor memberikan penguatan isyarat yang ketara, adalah perlu bahawa kekerapan operasi maksimum isyarat sekurang-kurangnya 10...20 kali kurang daripada frekuensi mengehadkan f t transistor. Sebagai contoh, untuk menguatkan isyarat frekuensi rendah dengan berkesan (sehingga 20 kHz), transistor frekuensi rendah digunakan, yang mengehadkan frekuensi tidak kurang daripada 0.2...0.4 MHz.

Untuk menguatkan isyarat daripada stesen radio dalam julat gelombang panjang dan gelombang sederhana (frekuensi isyarat tidak lebih tinggi daripada 1.6 MHz), hanya transistor frekuensi tinggi dengan frekuensi maksimum tidak lebih rendah daripada 16...30 MHz yang sesuai.

Pelesapan kuasa maksimum yang dibenarkan- ini adalah kuasa terbesar yang transistor boleh hilang untuk masa yang lama tanpa risiko kegagalan. Dalam buku rujukan transistor, kuasa maksimum pengumpul Yaktakh yang dibenarkan biasanya ditunjukkan, kerana dalam litar pemancar pengumpul kuasa terbesar dikeluarkan dan arus dan voltan tertinggi bertindak.

Arus asas dan pengumpul, yang mengalir melalui kristal transistor, memanaskannya. Kristal germanium boleh beroperasi secara normal pada suhu tidak lebih daripada 80, dan kristal silikon - tidak lebih daripada 120°C. Haba yang dijana dalam kristal dipindahkan ke persekitaran melalui badan transistor, serta melalui sink haba tambahan (radiator), yang juga dibekalkan kepada transistor berkuasa tinggi.

Bergantung kepada tujuan, transistor kuasa rendah, sederhana dan tinggi dihasilkan. Yang berkuasa rendah digunakan terutamanya untuk penguatan dan penukaran isyarat lemah frekuensi rendah dan tinggi, kuasa tinggi - pada peringkat akhir penguatan dan penjanaan ayunan elektrik frekuensi rendah dan tinggi.

Keupayaan penguatan peringkat pada transistor bipolar bergantung bukan sahaja pada kuasa yang dimilikinya, tetapi juga pada transistor tertentu yang dipilih, dalam mod operasi apa dalam arus ulang alik dan terus ia beroperasi (khususnya, apakah arus pengumpul dan voltan antara pengumpul dan pemancar ), apakah hubungan antara frekuensi operasi isyarat dan kekerapan mengehadkan transistor.

Apakah transistor kesan medan

Transistor kesan medan ialah peranti semikonduktor di mana arus antara dua elektrod, yang dibentuk oleh pergerakan terarah pembawa cas lubang atau elektron, dikawal oleh medan elektrik yang dicipta oleh voltan pada elektrod ketiga.

Elektrod di antara mana arus terkawal mengalir dipanggil sumber dan longkang, dan punca dianggap sebagai elektrod dari mana pembawa cas muncul (aliran).

Yang ketiga, kawalan, elektrod dipanggil gerbang. Bahagian pengalir arus bahan semikonduktor antara sumber dan longkang biasanya dipanggil saluran, oleh itu nama lain untuk transistor ini - transistor saluran. Di bawah pengaruh voltan pada pintu relatif kepada sumber, rintangan saluran berubah, dan oleh itu arus melaluinya.

Bergantung pada jenis pembawa caj, transistor dibezakan dengan saluran-n atau saluran p. Dalam saluran saluran-n, arus saluran ditentukan oleh pergerakan arah elektron, dan dalam saluran saluran p, oleh lubang. Sehubungan dengan ciri transistor kesan medan ini, ia kadangkala juga dipanggil unipolar. Nama ini menekankan bahawa arus di dalamnya dibentuk oleh pembawa hanya satu tanda, yang membezakan transistor kesan medan daripada yang bipolar.

Untuk pembuatan transistor kesan medan, silikon digunakan terutamanya, yang disebabkan oleh keanehan teknologi pengeluaran mereka.

Parameter asas transistor kesan medan

Kecerunan ciri input S atau kekonduksian pemindahan arus hadapan Y 21 menunjukkan berapa miliamp arus saluran berubah apabila voltan masukan antara get dan punca berubah sebanyak 1 V. Oleh itu, nilai kecerunan ciri input ialah ditentukan dalam mA / V, sama seperti kecerunan ciri tiub radio.

Transistor kesan medan moden mempunyai transkonduktans dari persepuluh hingga puluhan malah ratusan miliamp setiap volt. Jelas sekali, lebih besar transkonduktans, lebih besar keuntungan yang boleh diberikan oleh transistor kesan medan. Tetapi nilai cerun yang besar sepadan dengan arus saluran yang besar.

Oleh itu, dalam amalan, arus saluran biasanya dipilih di mana, dalam satu pihak, keuntungan yang diperlukan dicapai, dan sebaliknya, kecekapan yang diperlukan dalam penggunaan semasa dipastikan.

Sifat frekuensi transistor kesan medan, serta transistor bipolar, dicirikan oleh nilai frekuensi mengehadkan. Transistor kesan medan juga dibahagikan kepada frekuensi rendah, frekuensi pertengahan dan frekuensi tinggi, dan juga untuk mendapatkan keuntungan tinggi, frekuensi isyarat maksimum mestilah sekurang-kurangnya 10...20 kali kurang daripada frekuensi mengehadkan transistor.

Pelesapan kuasa malar maksimum yang dibenarkan bagi transistor kesan medan ditentukan dengan cara yang sama seperti untuk transistor bipolar. Industri ini menghasilkan transistor kesan medan kuasa rendah, sederhana dan tinggi.

Untuk operasi normal transistor kesan medan, voltan pincang awal yang tetap mesti digunakan pada elektrodnya. Kekutuban voltan pincang ditentukan oleh jenis saluran (n atau p), dan nilai voltan ini ditentukan oleh jenis transistor tertentu.

Perlu ditegaskan di sini bahawa di antara transistor kesan medan terdapat pelbagai jenis reka bentuk kristal yang lebih besar daripada di kalangan transistor bipolar. Yang paling meluas dalam reka bentuk amatur dan dalam produk perindustrian ialah transistor kesan medan dengan apa yang dipanggil saluran terbina dalam dan persimpangan p-n.

Ia tidak bersahaja dalam operasi, beroperasi pada julat frekuensi yang luas, dan mempunyai galangan input yang tinggi, mencapai beberapa megaohm pada frekuensi rendah, dan beberapa puluh atau ratusan kiloohms pada frekuensi sederhana dan tinggi, bergantung pada siri.

Sebagai perbandingan, kami menunjukkan bahawa transistor bipolar mempunyai rintangan input yang jauh lebih rendah, biasanya hampir 1...2 kOhm, dan hanya peringkat pada transistor komposit boleh mempunyai rintangan input yang lebih tinggi. Ini adalah kelebihan hebat transistor kesan medan berbanding transistor bipolar.

Dalam Rajah. Rajah 2 menunjukkan simbol transistor kesan medan dengan saluran terbina dalam dan persimpangan p-n, dan juga menunjukkan nilai tipikal voltan pincang. Terminal ditetapkan mengikut huruf pertama nama elektrod.

Ia adalah tipikal bahawa untuk transistor dengan saluran p voltan pada longkang relatif kepada sumber harus negatif, dan pada pintu relatif kepada sumber - positif, dan untuk transistor dengan saluran-n - sebaliknya.

Dalam peralatan industri dan kurang kerap dalam peralatan radio amatur, transistor kesan medan dengan pintu bertebat juga digunakan. Transistor sedemikian mempunyai rintangan input yang lebih tinggi dan boleh beroperasi pada frekuensi yang sangat tinggi. Tetapi mereka mempunyai kelemahan yang ketara - kekuatan elektrik rendah pintu terlindung.

Untuk kerosakan dan kegagalan transistor, walaupun caj elektrik statik yang lemah, yang sentiasa ada pada tubuh manusia, pada pakaian, pada alat, cukup mencukupi.

Atas sebab ini, terminal transistor kesan medan dengan pintu bertebat semasa penyimpanan hendaklah diikat bersama dengan wayar kosong lembut, apabila memasang transistor, tangan dan alatan harus "dibumikan," dan langkah perlindungan lain harus digunakan.

Sastera: Vasilyev V.A. Penerima untuk radio amatur pemula (MRB 1072).

Apakah maksud nama "transistor"?

Transistor tidak segera menerima nama yang tidak asing lagi. Pada mulanya, dengan analogi dengan teknologi lampu, ia dipanggil triod semikonduktor. Nama moden terdiri daripada dua perkataan. Perkataan pertama ialah "pemindahan" (di sini "pengubah" segera terlintas di fikiran) bermaksud penghantar, penukar, pembawa. Dan separuh kedua perkataan itu menyerupai perkataan "perintang" - sebahagian daripada litar elektrik, sifat utamanya ialah rintangan elektrik.

Rintangan inilah yang terdapat dalam undang-undang Ohm dan banyak formula kejuruteraan elektrik lain. Oleh itu, perkataan "transistor" boleh ditafsirkan sebagai penukar rintangan. Dengan cara yang sama seperti dalam hidraulik, perubahan dalam aliran bendalir dikawal oleh injap. Dalam transistor, "selak" sedemikian mengubah jumlah cas elektrik yang menghasilkan arus elektrik. Perubahan ini tidak lebih daripada perubahan dalam rintangan dalaman peranti semikonduktor.

Penguatan isyarat elektrik

Operasi yang paling biasa dilakukan transistor, ialah penguatan isyarat elektrik. Tetapi ini bukan ungkapan yang betul sepenuhnya, kerana isyarat lemah dari mikrofon kekal begitu.

Penguatan juga diperlukan dalam penerimaan radio dan televisyen: isyarat lemah daripada antena dengan kuasa sepersejuta watt mesti cukup dikuatkan untuk menghasilkan bunyi atau imej pada skrin. Dan ini sudah menjadi kuasa beberapa puluh, dan dalam beberapa kes beratus-ratus watt. Oleh itu, proses penguatan adalah menggunakan sumber tenaga tambahan yang diterima daripada bekalan kuasa untuk mendapatkan salinan kuat isyarat input yang lemah. Dalam erti kata lain, pengaruh input kuasa rendah mengawal aliran tenaga yang berkuasa.

Pengukuhan dalam bidang teknologi dan alam semula jadi yang lain

Contoh sedemikian boleh didapati bukan sahaja dalam litar elektrik. Sebagai contoh, apabila anda menekan pedal minyak, kelajuan kereta meningkat. Pada masa yang sama, anda tidak perlu menekan pedal gas dengan kuat - berbanding dengan kuasa enjin, kuasa yang anda tekan pada pedal adalah diabaikan. Untuk mengurangkan kelajuan, anda perlu melepaskan sedikit pedal dan melemahkan pengaruh input. Dalam keadaan ini, petrol adalah sumber tenaga yang kuat.

Kesan yang sama boleh diperhatikan dalam hidraulik: tenaga yang sangat sedikit digunakan untuk membuka injap elektromagnet, contohnya dalam alat mesin. Dan tekanan minyak pada omboh mekanisme boleh mencipta daya beberapa tan. Daya ini boleh dilaraskan jika injap boleh laras disediakan dalam saluran minyak, seperti dalam paip dapur biasa. Tutupnya sedikit - tekanan menurun, daya berkurangan. Jika saya membukanya lebih banyak, tekanan meningkat.

Memusingkan injap juga tidak memerlukan banyak usaha. Dalam kes ini, sumber tenaga luaran ialah stesen pam mesin. Dan banyak pengaruh yang serupa dapat dilihat dalam alam semula jadi dan teknologi. Namun begitu, kami lebih berminat dengan transistor, jadi kami perlu mempertimbangkan lebih lanjut...

Penguat Isyarat Elektrik