الجهاز وتشغيل الترانزستور ثنائي القطب

الترانزستور هو جهاز أشباه الموصلات نشط ، مع مساعدة من الذي يتم تنفيذ التضخيم والتحويل وتوليد التذبذبات الكهربائية. يمكن ملاحظة مثل هذا التطبيق للترانزستور في التكنولوجيا التناظرية. بخلاف ذلك الترانزستورات كما أنها تستخدم في التكنولوجيا الرقمية ، حيث يتم استخدامها في وضع المفاتيح. لكن في المعدات الرقمية ، يتم إخفاء جميع الترانزستورات تقريبًا داخل الدوائر المتكاملة وبكميات ضخمة وبأحجام مجهرية.

هنا لن نركز كثيرًا على الإلكترونات والثقوب والذرات ، التي سبق وصفها في الأجزاء السابقة من المقالة ، ولكن بعض هذا ، إذا لزم الأمر ، لا يزال يتعين تذكره.

يتكون ديود أشباه الموصلات من تقاطع p-n ، وقد تم وصف خصائصه في الجزء السابق من المقال. الترانزستور ، كما تعلمون ، يتكون من تحولين ، لذلك ديود أشباه الموصلات يمكن اعتبار السلائف من الترانزستور ، أو نصفه.

إذا كان تقاطع p-n في حالة راحة ، فسيتم توزيع الثقوب والإلكترونات ، كما هو مبين في الشكل 1 ، مما يشكل حاجزًا محتملًا. سنحاول ألا ننسى اصطلاحات الإلكترونات والثقوب والأيونات الموضحة في هذا الشكل.

الشكل 1

كيف هو الترانزستور ثنائي القطب

جهاز الترانزستور ثنائي القطب بسيطة للوهلة الأولى. للقيام بذلك ، يكفي إنشاء تقاطعات pn على رقاقة واحدة لأشباه الموصلات ، تسمى القاعدة. تم وصف بعض الطرق لإنشاء تقاطع pn. في الأجزاء السابقة من المقاللذلك لن نكرر هنا.

إذا كانت الموصلية الأساسية من النوع p ، فسيكون للترانزستور الناتج بنية n-p-n (وضوحا "en-pe-en"). وعندما يتم استخدام لوحة n-type كقاعدة ، فإننا نحصل على ترانزستور لهيكل p-n-p (pe-en-pe).

بمجرد أن يصل الأمر إلى القاعدة ، يجب الانتباه إلى هذا الشيء: رقاقة أشباه الموصلات المستخدمة لأن القاعدة رفيعة جدًا ، أرق كثيرًا من باعث والمجمع. يجب أن نتذكر هذا البيان ، لأنه سيكون مطلوبًا في عملية شرح عمل الترانزستور.

بطبيعة الحال ، للاتصال بـ "العالم الخارجي" من كل منطقة p و n يأتي خرج السلك. كل واحد منهم لديه اسم المنطقة التي يرتبط بها: باعث ، قاعدة ، جامع. يسمى مثل هذا الترانزستور الترانزستور ثنائي القطب ، لأنه يستخدم نوعين من ناقلات الشحنة - الثقوب والإلكترونات. يظهر الهيكل التخطيطي للترانزستورات من كلا النوعين في الشكل 2.

الشكل 2

حاليا ، يتم استخدام الترانزستورات السيليكون إلى حد أكبر. ترانزستورات الجرمانيوم عتيقة بالكامل تقريبًا ، حيث تحل محلها السيليكون ، وبالتالي فإن القصة الأخرى ستكون عنهم ، على الرغم من أنه سيتم ذكر الجرمانيوم أحيانًا. معظم ترانزيستورات السيليكون لها بنية n-p-n ، لأن هذا الهيكل أكثر تطوراً تكنولوجياً في الإنتاج.

أزواج تكميلية من الترانزستورات

بالنسبة إلى ترانزستورات الجرمانيوم ، على ما يبدو ، كان هيكل p-n-p أكثر تقدماً من الناحية التكنولوجية ، وبالتالي فإن ترانزستورات الجرمانيوم في معظمها كانت على وجه التحديد هذه البنية. على الرغم من أنه ، كجزء من الأزواج التكميلية (ترانزستورات قريبة من المعلمات ، والتي تختلف فقط في نوع الموصلية) ، تم أيضًا إنتاج ترانزستورات الجرمانيوم ذات الموصلية المختلفة ، على سبيل المثال ، GT402 (p-n-p) و GT404 (n-p-n).

تم استخدام هذا الزوج كترانزستورات خرج في ULF لمعدات الراديو المختلفة. وإذا كانت الترانزستورات الجرمانيوم غير الحديثة قد سقطت في التاريخ ، فلا يزال يتم إنتاج أزواج من ترانزستورات السيليكون ، والتي تتراوح من الترانزستورات في حزم SMD وحتى الترانزستورات القوية لمراحل إخراج ULF.

بالمناسبة ، كان محبو الموسيقى ينظرون إلى مكبرات الصوت على ترانزستورات الجرمانيوم تشبه تقريبًا الأنابيب. حسنا ، ربما أسوأ قليلا ، ولكن أفضل بكثير من مكبرات الصوت الترانزستور السيليكون. هذا هو للاشارة فقط.

كيف يعمل الترانزستور

من أجل فهم كيفية عمل الترانزستور ، سيتعين علينا مرة أخرى العودة إلى عالم الإلكترونات والثقوب والمانحين والمستقبلين. صحيح ، الآن سيكون الأمر أكثر بساطة ، وأكثر إثارة للاهتمام مما كان عليه في الأجزاء السابقة من المقال. كان يجب تقديم مثل هذه الملاحظة حتى لا تخيف القارئ ، للسماح بقراءة كل هذا حتى النهاية.

يوضح الشكل 3 أعلاه تعيين الرسومات الشرطية للترانزستورات على الدوائر الكهربائية ، وتحت تقاطع p-n من الترانزستورات في شكل ثنائيات أشباه الموصلات ، والتي يتم تضمينها أيضًا في الاتجاه المعاكس. هذا التمثيل ملائم للغاية عند فحص الترانزستور بمقياس متعدد.

الشكل 3

ويوضح الشكل 4 البنية الداخلية للترانزستور.

في هذا الشكل ، عليك أن تبقي قليلاً للنظر فيه بمزيد من التفصيل.

الشكل 4

فهل سيمر التيار أم لا؟

يظهر هنا كيف يتم توصيل مصدر الطاقة بترانزستور بنية n-p-n ، وهو في قطبية بحيث يتم توصيله الترانزستورات الحقيقية في الأجهزة الحقيقية. لكن إذا نظرت عن كثب ، اتضح أن التيار لن يمر عبر مفترق p-n ، من خلال عائقين محتملين: بغض النظر عن كيفية تغيير قطبية الجهد ، سيكون أحد الوصلات بالضرورة في حالة مغلقة وغير موصلة. لذلك دعونا الآن نترك كل شيء كما هو موضح في الشكل ونرى ما يحدث هناك.

الحالي غير المنضبط

عندما تقوم بتشغيل المصدر الحالي ، كما هو موضح في الشكل ، فإن انتقال قاعدة الباعث (n-p) يكون في الحالة المفتوحة ويمرر الإلكترونات بسهولة في الاتجاه من اليسار إلى اليمين. بعد ذلك سوف تصطدم الإلكترونات مع باعث قاعدة الوصلة المغلقة (p-n) ، والذي سيوقف هذه الحركة ، سيتم إغلاق مسار الإلكترونات.

ولكن ، كما هو الحال دائمًا وفي كل مكان ، هناك استثناءات لجميع القواعد: بعض الإلكترونات الذكية للغاية ستكون قادرة على التغلب على هذا الحاجز تحت تأثير درجة الحرارة. لذلك ، على الرغم من وجود تيار ضئيل مع مثل هذا الإدراج لا يزال. يسمى هذا التيار الثانوي الحالي الحالي أو الحالي التشبع. يرجع الاسم الأخير إلى حقيقة أن جميع الإلكترونات الحرة القادرة على التغلب على الحاجز المحتمل عند درجة حرارة معينة تشارك في تكوين هذا التيار.

لا يمكن التحكم في التيار الأولي ، وهو متاح لأي ترانزستور ، لكنه في الوقت نفسه يعتمد قليلاً على الجهد الخارجي. إذا تم زيادة الجهد بشكل كبير (ضمن النطاق المعقول المشار إليه في الدلائل) ، فلن يتغير التيار الأولي كثيرًا. لكن التأثير الحراري على هذا التيار هو ملحوظ جدا.

زيادة أخرى في درجة الحرارة تسبب زيادة في التيار الأولي ، والذي بدوره يمكن أن يؤدي إلى تسخين إضافي في تقاطع pn. يمكن أن يؤدي عدم الاستقرار الحراري إلى الانهيار الحراري وتدمير الترانزستور. لذلك ، ينبغي اتخاذ تدابير لتبريد الترانزستورات ، وعدم تطبيق الضغوط الشديدة في درجات حرارة مرتفعة.

الآن تذكر القاعدة

لا يتم تطبيق إدراج ترانزستور ذو قاعدة متدلية موصوف أعلاه في أي مكان في مخططات عملية. لذلك ، يوضح الشكل 5 التضمين الصحيح للترانزستور. للقيام بذلك ، كان من الضروري تطبيق بعض الجهد الصغير على قاعدة نسبة إلى باعث ، وفي الاتجاه الأمامي (أذكر الصمام الثنائي ، وننظر مرة أخرى في الشكل 3).

الشكل 5

إذا كان الأمر يبدو واضحًا في حالة الصمام الثنائي ، فقد تم فتح التيار وتجاوزه ، ثم تحدث أحداث أخرى في الترانزستور. تحت تأثير تيار الباعث ، تندفع الإلكترونات إلى القاعدة بموصلية p من المرسل مع الموصلية n. في هذه الحالة ، سيتم ملء جزء من الإلكترونات بواسطة ثقوب موجودة في منطقة الأساس ويتدفق تيار ضئيل من خلال محطة القاعدة ، أي هذا هو المكان الذي يجب أن نتذكر فيه أن القاعدة رفيعة وهناك ثقوب قليلة فيها.

الإلكترونات المتبقية ، التي لم يكن بها ثقوب كافية في القاعدة الرقيقة ، تندفع إلى المجمع وستُستخرج من هناك بسبب الإمكانات الأعلى لبطارية جامع Ek-e. تحت هذا التأثير ، ستتغلب الإلكترونات على الحاجز المحتمل الثاني وستعود إلى باعث البطارية.

وبالتالي ، فإن الجهد الصغير المطبق على مفترق باعث القاعدة يساعد على فتح مفترق جامع القاعدة ، وهو متحيز في الاتجاه المعاكس. في الواقع ، وهذا هو تأثير الترانزستور.

يبقى فقط النظر في كيفية تأثير هذا "الجهد الصغير" المطبق على القاعدة على تيار المجمع ، ما هي قيمها ونسبها. ولكن عن هذه القصة في الجزء التالي من المقالة حول الترانزستورات.

استمرار المقال: خصائص الترانزستورات ثنائية القطب

بوريس الأديشين

Comments

[#1]

من الواضح أن شيئًا ما في الأشكال 1 و 2 (لم يطلع عليها الآخرون بعد) ليس من المفترض أن يتم عرضه (إذا حكمنا على روابط النص)

[#2 نادية]

شكرا جزيلا وأوضح أخيرا.

[#3]

نعم ، ومع التشويش الحالي الحالي والتشبع الحالي.