Comprendiamo insieme i principi del transistor

I transistor sono componenti attivi e sono utilizzati ovunque nei circuiti elettronici come amplificatori e dispositivi di commutazione. (chiavi transistor). Come dispositivi di amplificazione, sono utilizzati in dispositivi ad alta e bassa frequenza, generatori di segnali modulatori, rivelatori e molti altri circuiti. Nei circuiti digitali, in alimentatori a impulsi e azionamenti elettrici controllati servono come chiavi.

Transistor bipolari

Questo è il nome del tipo più comune di transistor. Sono divisi in tipi npn e pnp. Il materiale per loro è più spesso silicio o germanio. All'inizio, i transistor erano fatti di germanio, ma erano molto sensibili alla temperatura. I dispositivi in ​​silicio sono molto più resistenti alle sue fluttuazioni e meno costosi da produrre.

Vari transistor bipolari sono mostrati nella foto sotto. I dispositivi a bassa potenza si trovano in piccoli contenitori cilindrici in plastica o metallo. Hanno tre conclusioni: per la base (B), l'emettitore (E) e il collettore (K). Ciascuno di essi è collegato a uno dei tre strati di silicio con una conduttività di n- (gli elettroni liberi formano una corrente), o di tipo p (i cosiddetti "buchi" a carica positiva formano una corrente), di cui è costituita la struttura a transistor.

Come funziona transistor bipolare?

I principi di funzionamento del transistor devono essere studiati, a partire dal suo dispositivo. Si consideri la struttura del transistor npn, che è mostrato nella figura seguente.

Come puoi vedere, contiene tre livelli: due con conduttività di tipo n e uno di tipo p. Il tipo di conduttività degli strati è determinata dal grado di drogaggio con impurità speciali di varie parti del cristallo di silicio. L'emettitore di tipo n è pesantemente drogato per ottenere una varietà di elettroni liberi come i principali vettori attuali. Una base di tipo p molto sottile è leggermente drogata con impurità e presenta un'elevata resistenza e il collettore di tipo n è molto pesantemente drogato per conferirgli una bassa resistenza.

Principi di funzionamento del transistor

Il modo migliore per conoscerli è attraverso un modo sperimentale. Di seguito è riportato un semplice schema elettrico. Usa un transistor di potenza per controllare la lampadina. Avrete anche bisogno di una batteria, una piccola lampada da una torcia di circa 4,5 V / 0,3 A, un potenziometro in forma di resistenza variabile (5K) e una resistenza da 470 ohm. Questi componenti devono essere collegati come mostrato nella figura a destra del diagramma.

Portare il cursore del potenziometro nella sua posizione più bassa. Ciò ridurrà la tensione di base (tra la base e la massa) a zero volt (U _BE = 0). La lampada non si illumina, il che significa assenza di corrente attraverso il transistor.

Se ora ruoti la maniglia dalla sua posizione inferiore, allora U _BE aumenta gradualmente. Quando raggiunge 0,6 V, la corrente inizia a fluire nella base del transistor e la lampada inizia a brillare. Quando la maniglia si muove ulteriormente, la tensione U _BE rimane a 0,6 V, ma la corrente di base aumenta e questo aumenta la corrente attraverso il circuito collettore-emettitore. Se la maniglia viene spostata nella posizione superiore, la tensione alla base verrà leggermente aumentata a 0,75 V, ma la corrente aumenterà in modo significativo e la lampada si illuminerà intensamente.

E se misuri le correnti del transistor?

Se accendiamo l'amperometro tra il collettore (C) e la lampada (per misurare I _C ), un altro amperometro tra la base (B) e il potenziometro (per misurare I _B ), così come un voltmetro tra il filo comune e la base e ripetiamo l'intero esperimento, possiamo ottenere alcuni dati interessanti. Quando la manopola del potenziometro si trova nella sua posizione più bassa, U _BE è 0 V, così come le correnti I _C e I _B. Quando la manopola viene spostata, questi valori aumentano fino a quando la lampadina si illumina quando sono uguali: U _BE = 0,6 V, I _B = 0,8 mA e I _C = 36 mA.

Come risultato, otteniamo i seguenti principi di funzionamento transistor da questo esperimento: in assenza di una tensione di polarizzazione positiva (per tipo npn) basata sulle correnti attraverso i suoi terminali sono zero, e in presenza di tensione e corrente di base, le loro modifiche influenzano la corrente collettore-emettitore.

Cosa succede quando viene accesa la potenza del transistor

Durante il normale funzionamento, la tensione applicata alla giunzione base-emettitore viene distribuita in modo tale che il potenziale di base (tipo p) sia superiore di circa 0,6 V rispetto a quello dell'emettitore (tipo n). In questo caso, viene applicata una tensione diretta a questa transizione, viene spostata nella direzione avanti ed è aperta affinché la corrente scorra dalla base all'emettitore.

Una tensione molto più alta viene applicata alla giunzione base-collettore e il potenziale del collettore (tipo n) è maggiore di quello della base (tipo p). Quindi la tensione inversa viene applicata alla giunzione e viene spostata nella direzione opposta. Ciò porta alla formazione di uno strato depleto di elettroni piuttosto spessi nel collettore vicino alla base, quando viene applicata una tensione di alimentazione al transistore. Di conseguenza, la corrente attraverso il circuito collettore-emettitore non passa. La distribuzione delle cariche nelle zone di transizione del transistor npn è mostrata nella figura seguente.

Qual è il ruolo della corrente di base?

Come far funzionare il nostro dispositivo elettronico? Il principio del transistor è l'influenza della corrente di base sullo stato della giunzione base-collettore chiusa. Quando la transizione dell'emettitore base viene polarizzata nella direzione in avanti, una piccola corrente fluirà alla base. Qui i suoi trasportatori hanno buchi caricati positivamente. Sono combinati con gli elettroni provenienti dall'emettitore, fornendo una corrente I _BE . Tuttavia, a causa del fatto che l'emettitore è molto drogato, molti più elettroni fluiscono da esso nella base di quanto non sia in grado di connettersi con i fori. Ciò significa che vi è una grande concentrazione di elettroni nella base, e la maggior parte di essi si interseca e cade nello strato di collettore esaurito di elettroni. Qui cadono sotto l'influenza di un forte campo elettrico applicato alla transizione del collettore di base, passano attraverso lo strato impoverito dagli elettroni e il volume principale del collettore alla sua conclusione.

I cambiamenti nella corrente che fluisce nella base influenzano il numero di elettroni attratti dall'emettitore. Pertanto, il principio di funzionamento del transistor può essere integrato dalla seguente affermazione: variazioni molto piccole nella corrente di base provocano cambiamenti molto grandi nella corrente che fluisce dall'emettitore al collettore, vale a dire. si verifica l'amplificazione di corrente.

Tipi di transistor ad effetto di campo

In inglese, sono designati FET - Transistor ad effetto di campo, che possono essere tradotti come "transistor ad effetto di campo". Sebbene ci sia molta confusione nei nomi per loro, ci sono principalmente due tipi principali di questi:

1. Con il controllo pn-junction. Nella letteratura in lingua inglese, sono indicati come JFET o JET FET, che può essere tradotto come "transistor ad effetto di campo". In caso contrario, vengono definiti JUGFET o Junction Unipolar Gate FET.

2. Con gate isolato (altrimenti transistor MOS o MOS). In inglese, sono indicati come IGFET o FET di Gate isolato.

Esternamente, sono molto simili al bipolare, che conferma la foto qui sotto.

Dispositivo FET

Tutti i transistor ad effetto di campo possono essere chiamati dispositivi UNIPOLAR, perché i portatori di carica che formano corrente attraverso di essi sono del solo tipo per questo transistor - sia elettroni o "buchi", ma non entrambi allo stesso tempo. Ciò distingue il principio di funzionamento di un transistor ad effetto di campo da un transistor bipolare, in cui la corrente è generata simultaneamente da entrambi questi tipi di portanti.

I corrieri attuali fluiscono in transistori ad effetto di campo con un controllo di giunzione pn su uno strato di silicio senza giunzioni a pn, chiamato canale, con conduttività di tipo n o p tra due terminali, chiamati "source" e "drain" - emettitori e analoghi collettori o più precisamente il catodo e l'anodo del triodo sotto vuoto. Il terzo pin, il gate (un analogo della griglia del triodo), è collegato a uno strato di silicio con un diverso tipo di conducibilità rispetto al canale source-drain. La struttura di tale dispositivo è mostrata nella figura seguente.

Come funziona il transistor ad effetto campo? Il principio del suo funzionamento è controllare la sezione trasversale del canale applicando la tensione alla transizione del canale di gate. È sempre spostato nella direzione opposta, quindi il transistor praticamente non consuma corrente attraverso il circuito di gate, mentre il dispositivo bipolare ha bisogno di una certa corrente di base per funzionare. Quando la tensione di ingresso cambia, l'area del gate può espandersi, bloccando il canale di source-drain fino alla sua chiusura completa, controllando così la corrente di drain.