Tranzistora ierīce un darbības princips
Bipolārā tranzistora praktisko nozīmi mūsdienu elektronikā un elektrotehnikā nevar pārvērtēt. Bipolāri tranzistori mūsdienās tiek izmantoti visur: signālu ģenerēšanai un pastiprināšanai, elektriskajos pārveidotājos, uztvērējos un raidītājos un daudzās citās vietās, tos var uzskaitīt ļoti ilgi.
Tāpēc šī raksta ietvaros mēs neskarsim visas iespējamās bipolāro tranzistoru pielietošanas jomas, bet tikai aplūkosim šīs brīnišķīgās pusvadītāju ierīces ierīci un vispārējo darbības principu, kas no pagājušā gadsimta piecdesmitajiem gadiem pagrieza visu elektronikas nozari un kopš 1970. gadiem ir būtiski veicinājuši tehniskā progresa paātrināšanos.
Bipolārais tranzistors ir trīs elektrodu pusvadītāju ierīce, kuras pamatā ir trīs mainīgas vadītspējas bāzes. Tādējādi tranzistori ir NPN un PNP tipa. Pusvadītāju materiāli, no kuriem izgatavoti tranzistori, galvenokārt ir: silīcijs, germānija, gallija arsenīds un citi.
Silīcijs, germānija un citas vielas sākotnēji ir dielektriķi, bet, ja tiem pievieno piemaisījumus, tie kļūst par pusvadītājiem. Silīcija pievienošana, piemēram, fosfors (elektronu donors), padarīs silīciju par N tipa pusvadītāju, un, ja silīcijam pievieno boru (elektronu akceptoru), tad silīcijs kļūs par P tipa pusvadītāju.
Rezultātā N tipa pusvadītājiem ir elektronu vadītspēja un P tipa pusvadītājiem ir caurumu vadītspēja. Kā jūs saprotat, vadītspēju nosaka aktīvo lādiņu nesēju veids.
Tātad trīsslāņu P-veida un N-veida pusvadītāju pīrāgs būtībā ir bipolārs tranzistors. Katram slānim ir pievienoti termināļi, ko sauc: Emitter, Collector un Base.
Pamatne ir vadītspējas kontroles elektrods. Emitētājs ir strāvas nesēju avots ķēdē. Kolektors ir vieta, kuras virzienā ierīcei pielietotā EML iedarbībā steidzas strāvas nesēji.
NPN un PNP bipolāro tranzistoru simboli diagrammās ir atšķirīgi. Šie apzīmējumi atspoguļo tikai ierīci un tranzistora darbības principu elektriskā ķēdē. Bultiņa vienmēr ir novilkta starp emitētāju un pamatni. Bultiņas virziens ir vadības strāvas virziens, kas tiek ievadīts bāzes emitera ķēdē.
Tātad NPN tranzistorā bultiņa ir vērsta no bāzes uz emitētāju, kas nozīmē, ka aktīvajā režīmā elektroni no emitētāja steidzas uz kolektoru, savukārt vadības strāva ir jānovirza no bāzes uz emitētāju.
PNP tranzistorā ir tieši otrādi: bultiņa ir vērsta no emitera uz pamatni, kas nozīmē, ka aktīvajā režīmā caurumi no emitera plūst uz kolektoru, savukārt vadības strāva ir jānovirza no emitera uz bāze.
Apskatīsim, kāpēc tas notiek. Ja NPN tranzistora pamatnei tiek pielikts nemainīgs pozitīvs spriegums (apmēram 0,7 volti) attiecībā pret tā emitētāju, šī NPN tranzistora bāzes-emitera pn pāreja (sk. attēlu) ir nobīde uz priekšu un potenciāla barjera starp samazinās kolektora pāreja -bāze un bāzes emitētājs, tagad elektroni var pārvietoties pa to EML iedarbībā kolektora-emitera ķēdē.
Ar pietiekamu bāzes strāvu šajā ķēdē radīsies kolektora-emitera strāva, kas savāks kopā ar bāzes emitētāja strāvu. NPN tranzistors ieslēgsies.
Sakarību starp kolektora strāvu un vadības strāvu (bāzi) sauc par tranzistora strāvas pastiprinājumu. Šis parametrs ir norādīts tranzistora dokumentācijā, un tas var atšķirties no vienībām līdz vairākiem simtiem.
Ja PNP tranzistora pamatnei tiek pielikts pastāvīgs negatīvs spriegums (apmēram -0,7 volti) attiecībā pret tā emitētāju, šī PNP tranzistora np bāzes-emitera pāreja ir novirzīta uz priekšu un potenciāla barjera starp kolektoru- bāzes un bāzes krustojums - izstarotājs samazinās, tagad caurumi var pārvietoties caur to EML iedarbībā kolektora-emitera ķēdē.
Ievērojiet kolektora ķēdes padeves polaritāti. Ar pietiekamu bāzes strāvu šajā ķēdē radīsies kolektora-emitera strāva, kas savāks kopā ar bāzes emitētāja strāvu. PNP tranzistors ieslēgsies.
Bipolāri tranzistori parasti tiek izmantoti dažādās ierīcēs pastiprinātājā, barjerā vai slēdžā.
Pastiprināšanas režīmā bāzes strāva nekad nav zemāka par turēšanas strāvu, kas visu laiku uztur tranzistoru atvērtā vadošā stāvoklī. Šajā režīmā zemas bāzes strāvas svārstības ierosina atbilstošas svārstības pie daudz lielākas kolektora strāvas.
Atslēgas režīmā tranzistors pārslēdzas no slēgta uz atvērtu stāvokli, darbojoties kā ātrgaitas elektroniskais slēdzis. Barjeras režīmā, mainot bāzes strāvu, tiek kontrolēta kolektora ķēdē iekļautā slodzes strāva.
Skatīt arī:Tranzistoru elektroniskais slēdzis - darbības princips un shēma