การกำหนดทรานซิสเตอร์สองขั้วบนไดอะแกรม

ทรานซิสเตอร์สองขั้ว- อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สามขั้ว ทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่ง ในโครงสร้างสารกึ่งตัวนำ 2 ทางแยก pnและการถ่ายโอนประจุในอุปกรณ์นั้นดำเนินการโดยพาหะ 2 ประเภทคืออิเล็กตรอนและรู นั่นคือเหตุผลที่อุปกรณ์ถูกเรียกว่า "ไบโพลาร์"

ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อเพิ่มการสร้างการสั่นของไฟฟ้าและเป็นองค์ประกอบการสลับกระแส ตัวอย่างเช่น ในวงจรลอจิกอิเล็กทรอนิกส์

อิเล็กโทรดเชื่อมต่อกับเซมิคอนดักเตอร์สามชั้นติดต่อกันโดยมีการนำสิ่งเจือปนแบบสลับกัน ตามวิธีการสลับนี้ น-p-nและ p-n-pทรานซิสเตอร์ ( น (เชิงลบ) - การนำสิ่งเจือปนแบบอิเล็กทรอนิกส์ พี (เชิงบวก) - รู).

การทำงานของทรานซิสเตอร์สองขั้วซึ่งแตกต่างจากทรานซิสเตอร์สนามขึ้นอยู่กับการถ่ายโอนประจุสองประเภทพร้อมกันซึ่งเป็นพาหะของอิเล็กตรอนและรู (จากคำว่า "bi" - "สอง") แผนผังของทรานซิสเตอร์แสดงในรูปที่สอง

อิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับชั้นกลางเรียกว่า ฐาน, อิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับชั้นนอกเรียกว่า ปล่อยและ นักสะสม. จากมุมมองของการนำไฟฟ้า ชั้นอีซีแอลและตัวสะสมจะแยกไม่ออกจากกัน แต่ในทางปฏิบัติในการผลิตทรานซิสเตอร์เพื่อปรับปรุงพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของอุปกรณ์นั้นแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในระดับของการเติมสารเจือปน ชั้นอีซีแอลเจือหนัก ชั้นคอลเลคเตอร์เจือเบา ๆ ซึ่งเพิ่มแรงดันคอลเลคเตอร์ที่อนุญาต ค่าของแรงดันย้อนกลับพังทลายของทางแยกอีซีแอลไม่สำคัญ เนื่องจากโดยปกติใน วงจรไฟฟ้าทรานซิสเตอร์ทำงานด้วยจุดเชื่อมต่อ p-n ของอิมิตเตอร์แบบเอนเอียง นอกจากนี้ การเติมสารหนักของชั้นอีซีแอลยังช่วยให้การฉีดสารพาหะส่วนน้อยเข้าสู่ชั้นฐานได้ดีขึ้น ซึ่งจะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสในวงจรฐานทั่วไป นอกจากนี้พื้นที่ของชุมทาง p-n ของตัวรวบรวมระหว่างการผลิตนั้นมีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่ทางแยกของอีซีแอลอย่างมีนัยสำคัญซึ่งให้การรวบรวมผู้ให้บริการส่วนน้อยจากชั้นฐานที่ดีขึ้นและปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน

เพื่อเพิ่มความเร็ว (พารามิเตอร์ความถี่) ของทรานซิสเตอร์สองขั้ว ความหนาของชั้นฐานจะต้องทำให้บางลง เนื่องจากความหนาของชั้นฐาน เหนือสิ่งอื่นใด กำหนดเวลาของ "การบิน" (การแพร่กระจายในอุปกรณ์ที่ไม่มีดริฟท์ ) ของพาหะส่วนน้อย แต่ด้วยความหนาของฐานที่ลดลง การจำกัด แรงดันสะสมดังนั้นความหนาของชั้นฐานจึงถูกเลือกโดยพิจารณาจากการประนีประนอมที่สมเหตุสมผล

อุปกรณ์และหลักการทำงาน

ทรานซิสเตอร์ยุคแรกใช้โลหะเจอร์เมเนียมเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ในปัจจุบัน (2015) ส่วนใหญ่ทำมาจากซิลิกอนผลึกเดี่ยวและแกลเลียมอาร์เซไนด์ผลึกเดี่ยว เนื่องจากสารพาหะในแกลเลียมอาร์เซไนด์เคลื่อนที่ได้สูงมาก อุปกรณ์ที่ใช้จึงมีความเร็วสูงและใช้ในวงจรลอจิกความเร็วสูงพิเศษและในวงจรขยายสัญญาณไมโครเวฟ

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ประกอบด้วยชั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่เจือต่างกันสามชั้น: อิมิตเตอร์ อี(E) เบส บี(B) และนักสะสม ค(ถึง). ขึ้นอยู่กับการสลับประเภทของการนำไฟฟ้าของชั้นเหล่านี้มี น-p-n(ตัวปล่อย − น-สารกึ่งตัวนำ ฐาน − พี- เซมิคอนดักเตอร์, คอลเลคเตอร์ - น- เซมิคอนดักเตอร์) และ p-n-pทรานซิสเตอร์ หน้าสัมผัสที่ไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อกับแต่ละชั้น

ชั้นฐานตั้งอยู่ระหว่างชั้นอีซีแอลและตัวสะสม และมีการเจือปนเล็กน้อย ดังนั้นจึงมีความต้านทานไฟฟ้าสูง พื้นที่สัมผัสเบส-อิมิตเตอร์ทั้งหมดมีขนาดเล็กกว่าพื้นที่สัมผัสฐานของคอลเลคเตอร์อย่างมีนัยสำคัญ (ซึ่งทำด้วยเหตุผลสองประการ - พื้นที่ชุมทางฐานขนาดใหญ่ของคอลเลคเตอร์เพิ่มความน่าจะเป็นของตัวพาประจุขนาดเล็กที่ถูกจับจากฐานไปยังคอลเลคเตอร์ และตั้งแต่ ชุมทางฐานสะสมมักจะเปิดใช้งานในโหมดการทำงานที่มีอคติย้อนกลับ เมื่อใช้งานในชุมทางตัวรวบรวม ส่วนหลักของความร้อนที่กระจายโดยอุปกรณ์จะถูกปล่อยออกมา การเพิ่มขึ้นของพื้นที่มีส่วนช่วยในการระบายความร้อนที่ดีขึ้นจากชุมทางตัวสะสม ) ดังนั้นทรานซิสเตอร์สองขั้วเอนกประสงค์ที่แท้จริงจึงเป็นอุปกรณ์แบบอสมมาตร (ในทางเทคนิคแล้วเป็นไปไม่ได้ที่จะสลับอีซีแอลและคอลเลคเตอร์และรับทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์ดั้งเดิมที่คล้ายคลึงกัน - การเชื่อมต่อผกผัน)

ในโหมดแอ็คทีฟแอมพลิฟายเออร์ ทรานซิสเตอร์จะถูกเปิดเพื่อให้จุดต่ออีซีแอลเป็นแบบเอนเอียงไปข้างหน้า (เปิด) และทางแยกคอลเลคเตอร์เป็นแบบเอนเอียงแบบย้อนกลับ (ปิด)

เพื่อความชัดเจนพิจารณาผลงาน น-p-nทรานซิสเตอร์ อาร์กิวเมนต์ทั้งหมดจะทำซ้ำในลักษณะเดียวกันสำหรับเคส p-n-pทรานซิสเตอร์ด้วยการแทนที่คำว่า "อิเล็กตรอน" ด้วย "รู" และในทางกลับกันเช่นเดียวกับการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดที่มีสัญญาณตรงกันข้าม ที่ น-p-nในทรานซิสเตอร์ อิเล็กตรอน ซึ่งเป็นตัวพาประจุหลักในตัวปล่อย ผ่านชุมทางอิมิตเตอร์-เบสแบบเปิด (ถูกฉีด) เข้าไปในบริเวณฐาน อิเล็กตรอนเหล่านี้บางตัวจะรวมตัวกับตัวพาประจุส่วนใหญ่ในฐาน (รู) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากฐานถูกทำให้บางมากและเจือเพียงเล็กน้อย อิเล็กตรอนส่วนใหญ่ที่ฉีดจากอีซีแอลจะกระจายไปยังบริเวณตัวสะสม เนื่องจากเวลาในการรวมตัวกันใหม่ค่อนข้างนาน แข็งแกร่ง สนามไฟฟ้าชุมทางตัวรวบรวมเอนเอียงแบบย้อนกลับจะจับตัวพาชนกลุ่มน้อยจากฐาน (อิเล็กตรอน) และถ่ายโอนไปยังเลเยอร์ของตัวรวบรวม กระแสของตัวสะสมจึงเท่ากับกระแสของอิมิตเตอร์ ยกเว้นการสูญเสียการรวมตัวใหม่เล็กน้อยในฐาน ซึ่งก่อตัวเป็นกระแสฐาน ( ฉัน e \u003d ฉัน b + ฉันถึง).

ค่าสัมประสิทธิ์ α ที่เกี่ยวข้องกับกระแสอีซีแอลและกระแสสะสม ( ฉัน k \u003d α ฉัน e) ถูกเรียก ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสไฟ. ค่าตัวเลขของสัมประสิทธิ์ α คือ 0.9-0.999 ยิ่งค่าสัมประสิทธิ์สูงเท่าใด ทรานซิสเตอร์ก็จะยิ่งถ่ายโอนกระแสได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น ค่าสัมประสิทธิ์นี้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมฐานและตัวปล่อยเบสเพียงเล็กน้อย ดังนั้นในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้หลากหลายกระแสของตัวสะสมจะเป็นสัดส่วนกับกระแสฐานปัจจัยตามสัดส่วนคือβ = α / (1 - α) จาก 10 ถึง 1,000 ดังนั้นกระแสฐานขนาดเล็กสามารถควบคุมได้โดย กระแสสะสมที่ใหญ่กว่ามาก

โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

แรงดันไฟฟ้า บนอีซีแอล ฐาน, นักสะสม ()	อคติ การเปลี่ยนแปลง ฐาน emitter สำหรับประเภท n-p-n	อคติ การเปลี่ยนแปลง ตัวสะสมฐาน สำหรับประเภท n-p-n	โหมด สำหรับประเภท n-p-n
	โดยตรง	ย้อนกลับ	ปกติ โหมดแอคทีฟ
	โดยตรง	โดยตรง	โหมดอิ่มตัว
	ย้อนกลับ	ย้อนกลับ	โหมดลัด
	ย้อนกลับ	โดยตรง	ผกผัน โหมดแอคทีฟ
แรงดันไฟฟ้า บนอีซีแอล ฐาน, นักสะสม ()	อคติ การเปลี่ยนแปลง ฐาน emitter สำหรับ pnp type	อคติ การเปลี่ยนแปลง ตัวสะสมฐาน สำหรับ pnp type	โหมด สำหรับ pnp type
	ย้อนกลับ	โดยตรง	ผกผัน โหมดแอคทีฟ
	ย้อนกลับ	ย้อนกลับ	โหมดลัด
	โดยตรง	โดยตรง	โหมดอิ่มตัว
	โดยตรง	ย้อนกลับ	ปกติ โหมดแอคทีฟ

โหมดใช้งานปกติ

ชุมทางฐาน emitter อยู่ในทิศทางไปข้างหน้า (เปิด) และทางแยกฐานของตัวรวบรวมอยู่ในทิศทางย้อนกลับ (ปิด):

ยูอีบี > 0; ยู KB< 0 (สำหรับทรานซิสเตอร์ น-p-nชนิด) สำหรับทรานซิสเตอร์ p-n-pเงื่อนไขการพิมพ์จะมีลักษณะดังนี้ U EB<0; U KB > 0.

โหมดใช้งานผกผัน

ชุมทางอีซีแอลเป็นแบบเอนเอียงแบบย้อนกลับและทางแยกคอลเลคเตอร์เป็นแบบเอนเอียงไปข้างหน้า: U KB > 0; U EB< 0 (สำหรับทรานซิสเตอร์ น-p-nพิมพ์).

โหมดอิ่มตัว

ทั้งคู่ pnการเปลี่ยนเป็นแบบลำเอียงไปข้างหน้า (เปิดทั้งคู่) ถ้าอีซีแอลและตัวสะสม อำเภอ- ทรานซิชันเชื่อมต่อกับแหล่งภายนอกในทิศทางไปข้างหน้า ทรานซิสเตอร์จะอยู่ในโหมดอิ่มตัว สนามไฟฟ้าการแพร่กระจายของทางแยกอีซีแอลและตัวรวบรวมจะถูกลดทอนบางส่วน สนามไฟฟ้าเกิดจากแหล่งภายนอก เว็บและ Ukb. เป็นผลให้สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นซึ่งจำกัดการแพร่กระจายของตัวพาประจุหลักจะลดลงและการเจาะ (การฉีด) ของรูจากตัวปล่อยและตัวสะสมเข้าไปในฐานจะเริ่มขึ้นนั่นคือกระแสจะไหลผ่านตัวปล่อยและตัวสะสมของ ทรานซิสเตอร์เรียกว่า กระแสอิ่มตัวของอีซีแอล ( ฉัน E. เรา) และนักสะสม ( ฉันคุณเรา).

แรงดันอิ่มตัวของคอลเลคเตอร์-อิมิตเตอร์(U KE. us) คือแรงดันตกคร่อมทรานซิสเตอร์แบบเปิด (semantic analogue อาร์ เอสไอ. เปิดทรานซิสเตอร์สนามผล) ในทำนองเดียวกัน แรงดันอิ่มตัวของเบส-อิมิตเตอร์(UBE us) คือแรงดันตกระหว่างฐานและตัวปล่อยบนทรานซิสเตอร์แบบเปิด

โหมดลัด

ในโหมดนี้ทั้ง pnการเปลี่ยนภาพจะกลับกัน โหมดลัดสอดคล้องกับเงื่อนไข ยู EB<0, ยู KB<0.

ระบอบการปกครอง

ในโหมดนี้ ฐานทรานซิสเตอร์โดย กระแสตรงลัดวงจรหรือผ่านตัวต้านทานขนาดเล็กถึง นักสะสม, และใน นักสะสมหรือใน ปล่อยวงจรทรานซิสเตอร์จะเปิดตัวต้านทานที่กำหนดกระแสผ่านทรานซิสเตอร์ ในการรวมดังกล่าว ทรานซิสเตอร์เป็นไดโอดชนิดหนึ่งที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวต้านทานการตั้งค่ากระแสไฟ วงจรเรียงซ้อนดังกล่าวมีความโดดเด่นด้วยส่วนประกอบจำนวนน้อย ดีคัปปลิ้งความถี่สูงที่ดี ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้าง และไม่ไวต่อพารามิเตอร์ทรานซิสเตอร์

แผนการสลับ

วงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์ใด ๆ มีลักษณะเป็นตัวบ่งชี้หลักสองตัว:

• กำไรในปัจจุบัน ฉันออก / ฉันป้อนข้อมูล
• อิมพีแดนซ์อินพุต Rใน = ยูใน / ฉันป้อนข้อมูล

แผนภาพการเดินสายไฟที่มีฐานร่วมกัน

รูปแบบการสลับกับฐานทั่วไป

เครื่องขยายเสียงฐานทั่วไป

• ในบรรดาการกำหนดค่าทั้งสามแบบ มีอินพุตที่เล็กที่สุดและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตที่ใหญ่ที่สุด มีอัตราขยายปัจจุบันใกล้เคียงกับความสามัคคีและแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ไม่กลับเฟสของสัญญาณ
• ฉันออก / ฉันใน = ฉันถึง / ฉันอี = α [α<1].
• อิมพีแดนซ์อินพุต Rใน = ยูใน / ฉันใน = ยูเอบี / ฉันอี

ความต้านทานอินพุต (อิมพีแดนซ์อินพุต) ของสเตจแอมพลิฟายเออร์ที่มีฐานร่วมกันนั้นมีขนาดเล็ก ขึ้นอยู่กับกระแสของอีซีแอล โดยการเพิ่มขึ้นของกระแสจะลดลงและไม่เกินหน่วย - หลายร้อยโอห์มสำหรับสเตจพลังงานต่ำตั้งแต่วงจรอินพุต ของสเตจเป็นชุมทางอีซีแอลแบบเปิดของทรานซิสเตอร์

ข้อดี

• อุณหภูมิที่ดีและช่วงความถี่กว้าง เนื่องจากมิลเลอร์เอฟเฟกต์ถูกระงับในวงจรนี้
• แรงดันไฟฟ้าสะสมสูงที่อนุญาต

ข้อเสียของโครงร่างฐานทั่วไป

• เกนปัจจุบันเล็กน้อยเท่ากับ α เนื่องจาก α น้อยกว่า 1 . เล็กน้อยเสมอ
• อิมพีแดนซ์อินพุตต่ำ

วงจรสวิตชิ่งด้วยอีซีแอลทั่วไป

การสลับวงจรด้วยอีซีแอลทั่วไป
ฉันออก = ฉันถึง
ฉันใน = ฉันข
ยูใน = ยูแบ่
ยูออก = ยูเคะ

• กำไรปัจจุบัน: ฉันออก / ฉันใน = ฉันถึง / ฉันข = ฉันถึง /( ฉัน e -I k) = α/(1-α) = β [β>>1]
• อิมพีแดนซ์อินพุต: Rใน = ยูใน / ฉันใน = ยูแบ / ฉันข.

ข้อดี

• กำไรขนาดใหญ่ในปัจจุบัน
• ได้รับแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่
• เพิ่มพลังสูงสุด.
• คุณสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟเพียงตัวเดียว
• แรงดันไฟ AC ขาออกจะกลับด้านเมื่อเทียบกับอินพุต

ข้อบกพร่อง

• มีความคงตัวของอุณหภูมิน้อยกว่า คุณสมบัติความถี่ของการรวมดังกล่าวจะแย่กว่ามากเมื่อเทียบกับวงจรที่มีฐานทั่วไป ซึ่งเป็นผลมาจากผลกระทบของมิลเลอร์

วงจรสะสมทั่วไป

รูปแบบการสลับกับตัวสะสมทั่วไป
ฉันออก = ฉันเอ่อ
ฉันใน = ฉันข
ยูใน = ยู bq
ยูออก = ยูเคะ

• กำไรปัจจุบัน: ฉันออก / ฉันใน = ฉันอี/ ฉันข = ฉันอี / ( ฉัน e -I k) = 1/(1-α) = β [β>>1]
• อิมพีแดนซ์อินพุต: Rใน = ยูใน / ฉันใน = ( ยูแบ + ยูคิ)/ ฉันข.

ข้อดี

• อิมพีแดนซ์อินพุตขนาดใหญ่
• อิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำ

ข้อบกพร่อง

• แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับน้อยกว่า 1 เล็กน้อย

วงจรที่มีการรวมดังกล่าวมักเรียกว่า " ผู้ติดตามอีซีแอล».

พารามิเตอร์หลัก

• ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนปัจจุบัน
• อิมพีแดนซ์อินพุต
• การนำไฟฟ้าขาออก
• กระแสไฟสะสม - อิมิตเตอร์ย้อนกลับ
• เวลาเปิดเครื่อง.
• ความถี่จำกัดของอัตราส่วนการถ่ายโอนกระแสฐาน
• กระแสไฟสะสมย้อนกลับ
• กระแสไฟสูงสุดที่อนุญาต
• ความถี่ตัดของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสในวงจรคอมมอน-อิมิตเตอร์

พารามิเตอร์ทรานซิสเตอร์แบ่งออกเป็นของตัวเอง (หลัก) และรอง พารามิเตอร์ของตัวเองกำหนดลักษณะของทรานซิสเตอร์โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบของการรวม ต่อไปนี้ได้รับการยอมรับว่าเป็นพารามิเตอร์หลักของตัวเอง:

• กำไรปัจจุบัน α;
• อีซีแอล คอลเลคเตอร์ และความต้านทานกระแสสลับพื้นฐาน rเอ่อ rถึง, rข ซึ่งได้แก่
  • r e - ผลรวมของความต้านทานของภูมิภาคอีซีแอลและทางแยกอีซีแอล
  • r k คือผลรวมของความต้านทานของบริเวณตัวสะสมและทางแยกของตัวสะสม
  • r b - ความต้านทานตามขวางของฐาน

วงจรสมมูลทรานซิสเตอร์สองขั้วโดยใช้ ชม.- พารามิเตอร์

พารามิเตอร์ทุติยภูมิจะแตกต่างกันสำหรับวงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์ที่แตกต่างกัน และเนื่องจากความไม่เป็นเชิงเส้นจึงใช้ได้เฉพาะสำหรับ ความถี่ต่ำและแอมพลิจูดของสัญญาณขนาดเล็ก สำหรับพารามิเตอร์ทุติยภูมิ ได้มีการเสนอระบบพารามิเตอร์หลายระบบและวงจรสมมูลที่สอดคล้องกัน พารามิเตอร์หลักเป็นพารามิเตอร์ผสม (ไฮบริด) แทนด้วยตัวอักษร " ชม.».

อิมพีแดนซ์อินพุต- ความต้านทานของทรานซิสเตอร์ต่อกระแสสลับอินพุตที่ ไฟฟ้าลัดวงจรที่ทางออก การเปลี่ยนแปลงของกระแสอินพุทเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟขาเข้า โดยไม่มีผลตอบรับจากแรงดันไฟขาออก

ชม. 11 = ยูม.1 / ฉัน m1 , ที่ ยูม2 = 0

ปัจจัยป้อนกลับแรงดันแสดงเปอร์เซ็นต์ของผลผลิต แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะถูกส่งไปยังอินพุตของทรานซิสเตอร์เนื่องจากมีการป้อนกลับ ไม่มีกระแสสลับในวงจรอินพุตของทรานซิสเตอร์ และการเปลี่ยนแปลงของแรงดันอินพุตเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงแรงดันเอาต์พุตเท่านั้น

ชม. 12 = ยูม.1 / ยู m2 , ที่ ฉันม.1 = 0

อัตราส่วนการถ่ายโอนปัจจุบัน(อัตราขยายปัจจุบัน) ระบุอัตราขยายของกระแสไฟ AC ที่ความต้านทานโหลดเป็นศูนย์ กระแสไฟขาออกขึ้นอยู่กับกระแสอินพุทเท่านั้นที่ไม่ได้รับผลกระทบจากแรงดันไฟขาออก

ชม. 21 = ฉันตร.ม. / ฉัน m1 , ที่ ยูม2 = 0

การนำไฟฟ้าขาออก- การนำภายในสำหรับกระแสสลับระหว่างขั้วเอาท์พุท กระแสไฟขาออกเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟขาออก

ชม. 22 = ฉันตร.ม. / ยู m2 , ที่ ฉันม.1 = 0

ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสสลับและแรงดันทรานซิสเตอร์แสดงโดยสมการ:

ยูม1 = ชม. 11 ฉัน m1+ ชม. 12 ยูตร.ม. ; ฉัน m2 = ชม. 21 ฉัน m1+ ชม. 22 ยู ม2 .

ตัวอักษรจะถูกเพิ่มลงในดัชนีดิจิทัลของพารามิเตอร์ h ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวงจรสวิตชิ่งของทรานซิสเตอร์: "e" - สำหรับวงจร OE, "b" - สำหรับวงจร OB, "k" - สำหรับวงจร OK

สำหรับโครงการ OE: ฉันม1 = ฉัน mb, ฉัน m2 = ฉันเอ็มเค ยูม1 = ยู mb-e, ยู m2 = ยู mk-e. ตัวอย่างเช่น สำหรับสคีมานี้:

ชม. 21e = ฉันเอ็มเค / ฉัน mb = β

สำหรับโครงการ OB: ฉันม1 = ฉันฉัน, ฉัน m2 = ฉันเอ็มเค ยูม1 = ยูฉัน-ข, ยู m2 = ยู mk-b.

พารามิเตอร์ที่แท้จริงของทรานซิสเตอร์เกี่ยวข้องกับ ชม.- พารามิเตอร์ ตัวอย่างเช่น สำหรับโครงร่าง OE:

;

;

;

.

ความถี่ขึ้น อิทธิพลที่ไม่ดีความจุของชุมทางตัวสะสมเริ่มทำงานกับทรานซิสเตอร์ ค k. ความต้านทานความจุลดลงกระแสผ่านความต้านทานโหลดลดลงและส่งผลให้ได้รับαและβ ความต้านทานความจุทางแยกอีซีแอล ค e ก็ลดลงเช่นกัน อย่างไรก็ตาม มันถูกต้านทานโดยการต้านทานการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย rและในกรณีส่วนใหญ่สามารถละเลยได้ นอกจากนี้ ด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์ β ที่ลดลงเพิ่มเติมเกิดขึ้นจากความล่าช้าของเฟสกระแสสะสมจากเฟสกระแสอีซีแอล ซึ่งเกิดจากความเฉื่อยของกระบวนการเคลื่อนย้ายพาหะผ่านฐานจากอิมิตเตอร์ ทางแยกไปยังชุมทางตัวรวบรวมและความเฉื่อยของกระบวนการสะสมประจุและการสลายในฐาน ความถี่ที่สัมประสิทธิ์ α และ β ลดลง 3 dB เรียกว่า จำกัดความถี่ของสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนปัจจุบันสำหรับแผน OB และ OE ตามลำดับ

ในโหมดพัลซิ่ง พัลส์กระแสสะสมเริ่มต้นด้วยการหน่วงเวลาโดยเวลาหน่วง τc ที่สัมพันธ์กับพัลส์กระแสอินพุต ซึ่งเกิดจากเวลาการขนส่งจำกัดของพาหะผ่านฐาน เมื่อตัวพาสะสมอยู่ในฐาน กระแสของตัวสะสมจะเพิ่มขึ้นในช่วงระยะเวลาด้านหน้า τ ฉ ตรงเวลาทรานซิสเตอร์เรียกว่า τ บน = τ c + τ f

เทคโนโลยีการผลิตทรานซิสเตอร์

• การแพร่กระจาย-โลหะผสม

การประยุกต์ใช้ทรานซิสเตอร์

• แอมพลิฟายเออร์ สเตจขยายเสียง
• ดีมอดูเลเตอร์ (เครื่องตรวจจับ)
• อินเวอร์เตอร์ (องค์ประกอบบันทึก)
• ไมโครเซอร์กิตเกี่ยวกับลอจิกทรานซิสเตอร์ (ดู

ครั้งหนึ่งทรานซิสเตอร์มาแทนที่ หลอดสูญญากาศ. เนื่องจากมีขนาดเล็กกว่า มีความน่าเชื่อถือสูง และมีต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่า ทีนี้ ทรานซิสเตอร์สองขั้วเป็นองค์ประกอบพื้นฐานในวงจรขยายสัญญาณทั้งหมด

เป็นองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่มีโครงสร้างสามชั้นซึ่งสร้างทางแยกสองรูอิเล็กตรอน ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงสามารถแสดงเป็นไดโอดแบ็คทูแบ็คสองตัวได้ ขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการขนส่งหลักจะมี p-n-pและ น-p-nทรานซิสเตอร์

ฐาน- เลเยอร์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งเป็นพื้นฐานของการออกแบบทรานซิสเตอร์

ปล่อยเรียกว่าชั้นเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีหน้าที่คือการฉีดสารพาหะประจุเข้าไปในชั้นฐาน

นักสะสมเรียกว่าชั้นเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีหน้าที่รวบรวมตัวพาประจุที่ผ่านชั้นฐาน

ตามกฎแล้วอีซีแอลจะมีประจุพื้นฐานมากกว่าฐานมาก นี่เป็นเงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการทำงานของทรานซิสเตอร์เพราะในกรณีนี้ด้วยความเอนเอียงไปข้างหน้าของทางแยกอีซีแอลกระแสจะถูกกำหนดโดยพาหะหลักของอีซีแอล ตัวปล่อยจะสามารถทำหน้าที่หลักได้ - การฉีดสารพาหะเข้าไปในชั้นฐาน กระแสไฟย้อนกลับมักจะพยายามให้มีขนาดเล็กที่สุด การเพิ่มขึ้นของพาหะส่วนใหญ่ของอีซีแอลทำได้โดยใช้ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนสูง

ฐานทำให้บางที่สุดเท่าที่จะทำได้. นี้เกี่ยวข้องกับอายุการใช้งานของค่าใช้จ่าย ตัวพาประจุต้องข้ามฐานและรวมใหม่ให้น้อยที่สุดกับตัวพาหลักของฐานเพื่อที่จะไปถึงตัวสะสม

เพื่อให้นักสะสมสามารถรวบรวมพาหะที่ผ่านฐานได้เต็มที่มากขึ้น พวกเขากำลังพยายามทำให้กว้างขึ้น

หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์

พิจารณา ตัวอย่าง pnpทรานซิสเตอร์.

ในกรณีที่ไม่มีแรงดันไฟฟ้าภายนอก จะเกิดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างชั้นต่างๆ มีการสร้างสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่ทางข้าม ยิ่งไปกว่านั้น หากจำนวนรูในตัวปล่อยและตัวสะสมเท่ากัน อุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นจะมีความกว้างเท่ากัน

เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้อย่างถูกต้อง ชุมทางอีซีแอลต้องเอนเอียงไปข้างหน้าและทางแยกคอลเลคเตอร์มีอคติย้อนกลับ. ซึ่งจะสอดคล้องกับโหมดแอ็คทีฟของทรานซิสเตอร์ เพื่อที่จะทำการเชื่อมต่อดังกล่าว จำเป็นต้องมีสองแหล่ง แหล่งจ่ายแรงดัน Ue เชื่อมต่อกับขั้วบวกกับตัวปล่อย และขั้วลบกับฐาน แหล่งจ่ายแรงดัน Uk เชื่อมต่อกับขั้วลบกับตัวสะสม และขั้วบวกกับฐาน และอุเอะ< Uк.

ภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้า Ue ชุมทางอีซีแอลจะเลื่อนไปในทิศทางไปข้างหน้า ดังที่ทราบกันดีว่าเมื่อการเปลี่ยนผ่านของรูอิเล็กตรอนมีความเอนเอียงไปข้างหน้า สนามภายนอกจะมุ่งตรงไปตรงข้ามกับสนามการเปลี่ยนแปลงและดังนั้นจึงลดขนาดลง ตัวพาหลักเริ่มผ่านการเปลี่ยนแปลง ในอีซีแอลคือรู 1-5 และในอิเล็กตรอนฐาน 7-8 และเนื่องจากจำนวนรูในอีซีแอลมากกว่าจำนวนอิเล็กตรอนในฐาน กระแสของอีมิตเตอร์ก็เนื่องมาจากพวกมันเป็นหลัก

กระแสอีซีแอลเป็นผลรวมของส่วนประกอบรูของกระแสอีซีแอลและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของฐาน

เนื่องจากมีเพียงส่วนประกอบรูเท่านั้นที่มีประโยชน์ พวกเขาจึงพยายามทำให้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กที่สุด ลักษณะเชิงคุณภาพของทางแยกอีซีแอลคือ อัตราการฉีด.

พวกเขาพยายามทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การฉีดเข้าใกล้ 1

หลุม 1-5 ที่ผ่านเข้าไปในฐานจะสะสมอยู่ที่ขอบทางแยกอีซีแอล ดังนั้น รูที่มีความเข้มข้นสูงจึงถูกสร้างขึ้นใกล้กับอีซีแอลและความเข้มข้นต่ำใกล้กับทางแยกของคอลเลคเตอร์ อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของรูกระจายจากอีซีแอลไปยังชุมทางคอลเลคเตอร์เริ่มต้นขึ้น แต่ใกล้ทางแยกของคอลเลคเตอร์ ความเข้มข้นของรูยังคงเป็นศูนย์ เพราะทันทีที่รูไปถึงทางแยก รูเหล่านี้จะถูกเร่งโดยสนามภายในและดึง (ดึง) เข้าไปในคอลเลคเตอร์ อิเล็กตรอนถูกขับไล่โดยสนามนี้

ในขณะที่รูข้ามชั้นฐาน พวกมันจะรวมตัวกับอิเล็กตรอนที่อยู่ตรงนั้น เช่น เป็นรูที่ 5 และอิเล็กตรอน 6 และเนื่องจากรูเข้ามาอย่างต่อเนื่อง พวกมันจึงสร้างประจุบวกส่วนเกิน ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงต้องเข้ามาด้วยซึ่งถูกดึงออกมา ผ่านขั้วฐานและสร้าง Ibr ปัจจุบันฐาน นี่เป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการทำงานของทรานซิสเตอร์ – ความเข้มข้นของรูในฐานควรเท่ากับความเข้มข้นของอิเล็กตรอนโดยประมาณกล่าวอีกนัยหนึ่ง ต้องมีความเป็นกลางทางไฟฟ้าของฐาน

จำนวนรูที่ถึงตัวสะสมจะน้อยกว่าจำนวนรูที่ปล่อยตัวปล่อยตามจำนวนรูที่รวมใหม่ในฐาน นั่นคือ, กระแสสะสมแตกต่างจากกระแสอีซีแอลโดยกระแสฐาน

จากนี้ไป ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนผู้ให้บริการซึ่งพวกเขายังพยายามเข้าใกล้ 1

กระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบรู Icr และกระแสย้อนกลับของตัวสะสม

กระแสของตัวสะสมย้อนกลับเกิดขึ้นจากอคติย้อนกลับของชุมทางตัวสะสม ดังนั้นจึงประกอบด้วยพาหะส่วนน้อยของรู 9 และอิเล็กตรอน 10 อย่างแม่นยำเพราะกระแสย้อนกลับเกิดขึ้นจากพาหะส่วนน้อยซึ่งขึ้นอยู่กับ กระบวนการสร้างความร้อน นั่นคือ เกี่ยวกับอุณหภูมิ จึงมักเรียกกันว่า กระแสความร้อน.

คุณภาพของทรานซิสเตอร์ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสความร้อน ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าใด ทรานซิสเตอร์ก็ยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

กระแสของตัวสะสมควบคู่ไปกับอีซีแอล อัตราส่วนการถ่ายโอนปัจจุบัน.

กระแสในทรานซิสเตอร์สามารถแสดงได้ดังนี้

อัตราส่วนพื้นฐานสำหรับกระแสทรานซิสเตอร์

กระแสสะสมสามารถแสดงเป็น

จากที่กล่าวมาสรุปได้ว่า โดยการเปลี่ยนกระแสในวงจรเบส-อิมิตเตอร์ เราสามารถควบคุมกระแสเอาท์พุตของคอลเลคเตอร์ได้ นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในกระแสฐานทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในกระแสของตัวสะสม

ขึ้นอยู่กับหลักการของการทำงานและคุณสมบัติการออกแบบ ทรานซิสเตอร์แบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่: ไบโพลาร์และ สนาม.

ทรานซิสเตอร์สองขั้ว- นี่คืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีจุดเชื่อมต่อ pn แบบโต้ตอบสองจุดและข้อสรุปสามข้อขึ้นไป

คริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ของทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยสามส่วนที่มีการนำไฟฟ้าแบบสลับกันซึ่งมีสองส่วน r-p-การเปลี่ยนแปลง ภาคกลางมักจะทำให้บางมาก (เศษส่วนของไมครอน) ดังนั้น r-pช่วงการเปลี่ยนภาพจะเว้นระยะห่างกันอย่างใกล้ชิด

ขึ้นอยู่กับลำดับของการสลับของภูมิภาคเซมิคอนดักเตอร์ด้วย หลากหลายชนิดการนำไฟฟ้าแยกแยะทรานซิสเตอร์ r-p-rและ พี-อาร์-พี-ประเภท . โครงสร้างแบบง่ายและ UGOs ประเภทต่างๆทรานซิสเตอร์แสดงในรูปที่ 1.23 เอ, ข.

รูปที่ 1.23 - โครงสร้างและ UGO ของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

ทรานซิสเตอร์สองขั้วเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้งานบ่อยที่สุด ปัจจุบันซิลิคอนถูกใช้เป็นวัสดุหลักในการผลิตทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ในกรณีนี้ ทรานซิสเตอร์ส่วนใหญ่จะผลิตขึ้น p-r-p-ประเภท ซึ่งตัวพาประจุหลักคืออิเล็กตรอนที่มีการเคลื่อนที่สูงกว่าการเคลื่อนที่ของรูสองถึงสามเท่า

การควบคุมค่ากระแสที่ไหลในวงจรเอาท์พุท (ในวงจรสะสมหรือวงจรอีซีแอล) ของทรานซิสเตอร์สองขั้วนั้นดำเนินการโดยใช้ กระแสในวงจรของอิเล็กโทรดควบคุม - ฐาน. ฐาน เรียกว่า เฉลี่ยชั้นในโครงสร้างทรานซิสเตอร์ ชั้นนอกเรียกว่า ปล่อย (ปล่อยออก) และ นักสะสม (รวมตัว). ความเข้มข้นของสิ่งเจือปน (และด้วยเหตุนี้ ตัวพาประจุหลัก) ในตัวปล่อยจะสูงกว่าในฐานมากและสูงกว่าในตัวสะสม ดังนั้นเขตอีซีแอลจึงมากที่สุด ความต้านทานต่ำ.

เพื่อแสดงกระบวนการทางกายภาพในทรานซิสเตอร์ เราใช้โครงสร้างแบบง่ายของทรานซิสเตอร์ พี-อาร์-พี-ชนิดที่แสดงในรูปที่ 1.24 เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ สิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่ต้องพิจารณาคือ r-pทางแยกทรานซิสเตอร์มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างมาก ซึ่งหมายความว่ากระแสของทางแยกหนึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อกระแสของอีกทางหนึ่ง และในทางกลับกัน

ในโหมดแอคทีฟ (เมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นองค์ประกอบขยายสัญญาณ) แหล่งจ่ายไฟสองตัวจะเชื่อมต่อกับทรานซิสเตอร์ในลักษณะที่ ปล่อยย้ายการเปลี่ยนแปลงแล้ว ซึ่งไปข้างหน้า, แ นักสะสม - ตรงข้าม(รูปที่ 1.24). ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด อีพ.ศ. ผ่านทางแยกอีซีแอลจะไหลไปข้างหน้าขนาดใหญ่เพียงพอ ฉัน E ซึ่งให้บริการโดย ฉีดอิเล็กตรอนจากอีซีแอลเข้าสู่ฐาน การฉีดรูจากฐานเข้าไปในตัวปล่อยจะไม่มีนัยสำคัญเนื่องจากความแตกต่างข้างต้นในความเข้มข้นของอะตอมสิ่งเจือปน

รูปที่ 1.24 - กระบวนการทางกายภาพในทรานซิสเตอร์สองขั้ว

การไหลของอิเล็กตรอนให้กระแส ฉัน E ผ่านตัวปล่อยการเปลี่ยนแปลง - ฐานแสดงในรูปที่ 1.24 พร้อมลูกศรกว้าง ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนที่ฉีดเข้าไปในบริเวณฐาน (1 ... 5%) รวมตัวกันใหม่กับตัวพาประจุหลักสำหรับภูมิภาคนี้ - รูสร้างกระแสในวงจรภายนอกของฐาน ฉัน B. เนื่องจากความแตกต่างอย่างมากในความเข้มข้นของตัวพาประจุหลักในตัวปล่อยและฐาน อิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการชดเชยที่ถูกฉีดเข้าไปในฐานจะเคลื่อนที่ลึกเข้าไปในตัวสะสม.

ใกล้นักสะสม ร-p-อิเล็กตรอนทรานซิชัน อยู่ภายใต้สนามไฟฟ้าเร่งการเปลี่ยนแปลงแบบลำเอียงแบบย้อนกลับนี้ และเนื่องจากเป็นผู้ให้บริการรายย่อยในฐานข้อมูล จึงเกิดขึ้น การหดตัว (การสกัด ) อิเล็กตรอนเข้าสู่บริเวณตัวสะสม ในตัวสะสม อิเล็กตรอนจะกลายเป็นตัวพาประจุหลักและเข้าถึงขั้วของตัวสะสมได้ง่าย ทำให้เกิดกระแสในวงจรภายนอกของทรานซิสเตอร์

ทางนี้, กระแสผ่านขั้วฐานของทรานซิสเตอร์ถูกกำหนดโดยส่วนประกอบกระแสตรงสองทิศทาง. หากไม่มีกระบวนการรวมตัวกันอีกครั้งในฐาน กระแสเหล่านี้จะเท่ากัน และกระแสฐานที่ได้จะเท่ากับศูนย์ แต่เนื่องจากกระบวนการรวมตัวกันใหม่มีอยู่ในทรานซิสเตอร์จริงใดๆ กระแสอีซีแอล pn-เปลี่ยนมากกว่ากระแสสะสมเล็กน้อย pn-การเปลี่ยนแปลง

สำหรับกระแสสะสม เราสามารถเขียนสมการต่อไปนี้ได้

, (1.9)

ที่ไหน เซนต์- ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสคงที่ของอีซีแอล

ฉัน KBO- กระแสย้อนกลับของทางแยกสะสม (กระแสความร้อน) (สำหรับทรานซิสเตอร์พลังงานต่ำที่อุณหภูมิปกติคือ 0.015 ... 1 μA)

ในทางปฏิบัติ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสคงที่ a เซนต์สามารถรับค่าได้ในช่วง 0.95 ... 0.998 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของทรานซิสเตอร์

กระแสอีซีแอลในทรานซิสเตอร์เป็นตัวเลขที่ใหญ่ที่สุดและเท่ากับ

, (1.11)

โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสคงที่ของฐานในวงจรที่มีอีซีแอลร่วมกัน (ในเอกสารอ้างอิง การกำหนดจะใช้ ชม. 21อี, มักจะใช้ค่า b เซนต์= 20 ... 1,000 ขึ้นอยู่กับชนิดและกำลังของทรานซิสเตอร์)

จากข้างต้นทรานซิสเตอร์เป็นองค์ประกอบควบคุมเนื่องจากค่าของกระแสสะสม (เอาต์พุต) ขึ้นอยู่กับค่าของอีซีแอลและกระแสฐาน

เมื่อพิจารณาถึงหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เสร็จสิ้นแล้ว ควรสังเกตว่าความต้านทานของจุดแยกคอลเลคเตอร์แบบเอนเอียงแบบย้อนกลับ (เมื่อใช้แรงดันย้อนกลับ) นั้นสูงมาก (หลายร้อยกิโล-โอห์ม) นั่นเป็นเหตุผลที่ ในวงจรตัวสะสม คุณสามารถรวมตัวต้านทานโหลดได้มาก ความต้านทานที่ดี ดังนั้นจึงไม่เปลี่ยนแปลงค่าของกระแสสะสม ดังนั้นพลังงานที่สำคัญจะถูกจัดสรรในวงจรโหลด

ความต้านทานของทางแยกอิมิตเตอร์แบบเอนเอียงไปข้างหน้า ตรงกันข้าม มีขนาดเล็กมาก (หลายสิบถึงหลายร้อยโอห์ม) ดังนั้น เวลาเกือบ มีค่าเท่ากันกระแสอีซีแอลและตัวสะสมพลังงานที่ใช้ในวงจรอีซีแอลจะน้อยกว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาในวงจรโหลดอย่างมีนัยสำคัญ นี่แสดงว่า ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ขยายกำลัง.

เทคโนโลยีการผลิตของทรานซิสเตอร์สองขั้วอาจแตกต่างกัน: ฟิวชั่น, การแพร่กระจาย , epitaxy. สิ่งนี้กำหนดลักษณะของอุปกรณ์เป็นส่วนใหญ่ โครงสร้างทั่วไปของทรานซิสเตอร์สองขั้วที่ผลิตขึ้น วิธีการต่างๆแสดงในรูปที่ 1.25 โดยเฉพาะในรูปที่ 1.25 เอแสดงโครงสร้าง ลอยได้, ในรูป 1.25, ข - epitaxially-การแพร่กระจาย, ในรูป 1.25, ใน - ระนาบ, ในรูป 1.25, จี - mesaplanarทรานซิสเตอร์

รูปที่ 1.25 - วิธีการผลิตทรานซิสเตอร์สองขั้ว

โหมดการทำงานและวงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์

แต่ละ ร-p-ชุมทางทรานซิสเตอร์สามารถป้อนได้ทั้งแรงดันไปข้างหน้าและย้อนกลับ ตามนี้สี่โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์สองขั้วมีความโดดเด่น: โหมด ตัดออก, โหมด ความอิ่มตัว, คล่องแคล่วโหมดและ ผกผันโหมด.

คล่องแคล่วโหมดนี้มีให้โดยการจ่ายแรงดันไฟตรงไปยังทางแยกอีซีแอล และแรงดันย้อนกลับไปยังทางแยกคอลเลคเตอร์ (โหมดการทำงานหลักของทรานซิสเตอร์) โหมดนี้สอดคล้องกับค่าสูงสุดของสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสของอีซีแอล และรับรองความผิดเพี้ยนขั้นต่ำของสัญญาณที่ขยาย

ที่ ผกผัน โหมดที่แนบมากับชุมทางตัวรวบรวม แรงดันไปข้างหน้า, ไปยังอีซีแอล - ตรงกันข้าม (a เซนต์®นาที; ไม่ค่อยได้ใช้)

อยู่ในโหมด ความอิ่มตัว ทางแยกทั้งสองอยู่ภายใต้อคติไปข้างหน้า ในกรณีนี้ กระแสไฟขาออกไม่ได้ขึ้นอยู่กับกระแสไฟเข้าและถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์โหลดเท่านั้น

อยู่ในโหมด ตัดออก ทางแยกทั้งสองมีอคติย้อนกลับ กระแสไฟขาออกใกล้เคียงกับศูนย์

ใช้โหมดอิ่มตัวและโหมดตัดพร้อมกันใน แผนสำคัญ(เมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดคีย์)

เมื่อใช้ทรานซิสเตอร์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ต้องใช้พินสองตัวเพื่อจ่ายสัญญาณอินพุตและพินสองตัวเพื่อเชื่อมต่อโหลด (ถอดสัญญาณเอาต์พุต) เนื่องจากทรานซิสเตอร์มีเพียงสามพิน ดังนั้นหนึ่งในนั้นจึงต้องใช้ร่วมกันกับสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต

ขึ้นอยู่กับเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์ทั่วไปเมื่อเชื่อมต่อแหล่งสัญญาณและโหลดมีรูปแบบการสลับทรานซิสเตอร์สามแบบ: ด้วย ฐานทั่วไป(OB) (รูปที่ 1.26, เอ); กับ อีซีแอลทั่วไป(OE) (รูปที่ 1.26, ข); กับ นักสะสมทั่วไป(ตกลง) (รูปที่ 1.26, ใน).

ในไดอะแกรมเหล่านี้ แหล่งที่มา แรงดันคงที่และตัวต้านทานให้โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์สำหรับกระแสตรงนั่นคือค่าแรงดันและกระแสเริ่มต้นที่จำเป็น สัญญาณอินพุต AC ถูกสร้างขึ้นโดยแหล่งที่มา และใน.พวกเขาเปลี่ยนกระแสอีซีแอล (ฐาน) ของทรานซิสเตอร์และตามกระแสของตัวสะสม การสะสมที่เพิ่มขึ้นในปัจจุบัน (รูปที่ 1.26, เอ, ข) และกระแสอีซีแอล (รูปที่ 1.26, ใน) จะสร้างตามลำดับบนตัวต้านทาน อาร์เคและ อีกครั้งแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นซึ่งเป็นสัญญาณเอาท์พุต และออก.

เอ บี ซี

รูปที่ 1.26 - วงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์

เมื่อพิจารณาวงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์จำเป็นต้องคำนึงถึงความจริงที่ว่าความต้านทานของแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงสำหรับ AC นั้นใกล้เคียงกับศูนย์

ลักษณะแรงดันกระแสของทรานซิสเตอร์

คุณสมบัติของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ได้รับการอธิบายอย่างครบถ้วนที่สุดโดยใช้ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟแบบสถิต ในกรณีนี้ คุณลักษณะ I–V อินพุตและเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์จะแตกต่างกัน เนื่องจากกระแสทั้งสาม (เบส ตัวสะสม และอีซีแอล) ในทรานซิสเตอร์เชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิด เมื่อวิเคราะห์การทำงานของทรานซิสเตอร์ จึงจำเป็นต้องใช้คุณลักษณะ I–V ทั้งอินพุตและเอาท์พุต

วงจรสวิตชิ่งแต่ละวงจรของทรานซิสเตอร์มีลักษณะเฉพาะของกระแส-แรงดัน ซึ่งขึ้นอยู่กับการทำงานของกระแสผ่านทรานซิสเตอร์บนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ เนื่องจากลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นของการพึ่งพาเหล่านี้จึงมักถูกนำเสนอในรูปแบบกราฟิก

ทรานซิสเตอร์มีลักษณะเป็นควอดริโพล ป้อนข้อมูลและ สุดสัปดาห์ลักษณะ I–V แบบคงที่แสดงตามลำดับการพึ่งพาของกระแสอินพุตกับแรงดันอินพุต (ที่ค่าคงที่ของแรงดันเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์) และกระแสไฟขาออกบนแรงดันเอาต์พุต (ที่กระแสอินพุตคงที่ของทรานซิสเตอร์ ).

รูปที่ 1.27 แสดงลักษณะ I–V แบบคงที่ r-p-r-ทรานซิสเตอร์เชื่อมต่อตามแบบแผนกับ OE (ที่ใช้กันมากที่สุดในทางปฏิบัติ)

ข

รูปที่ 1.27 - ลักษณะ Static IV ของทรานซิสเตอร์สองขั้วที่เชื่อมต่อตามวงจรด้วย OE

อินพุต CVC (รูปที่ 1.27, เอ) คล้ายกับสาขาตรงของ CVC ของไดโอด แสดงถึงการพึ่งพาอาศัยกันในปัจจุบัน ไอ บีจากแรงดันไฟฟ้า ยูเบ้ U CEก็คือการพึ่งพารูปแบบ

. (1.12)

จากรูปที่ 1.27, เอจะเห็นได้ว่าแรงดันไฟฟ้ายิ่งสูง U CEยิ่งสาขาของอินพุต CVC ถูกเลื่อนไปทางขวามาก เนื่องจากเมื่อแรงดันไบแอสย้อนกลับเพิ่มขึ้น U CEมีการเพิ่มขึ้นของความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นของตัวสะสม R-พี-การเปลี่ยนแปลง และเนื่องจากในทรานซิสเตอร์ ตัวสะสมและตัวปล่อย R-พี-ทางแยกมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรง ในทางกลับกัน ทำให้กระแสฐานลดลงที่แรงดันคงที่ ยูเบ้.

ลักษณะ Static IV นำเสนอในรูปที่ 1.27 เอถ่ายที่อุณหภูมิปกติ (20 องศาเซลเซียส) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ลักษณะเหล่านี้จะเลื่อนไปทางซ้าย และเมื่ออุณหภูมิลดลง ก็จะเลื่อนไปทางขวา เนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าที่แท้จริงของเซมิคอนดักเตอร์จะเพิ่มขึ้น

สำหรับวงจรเอาท์พุตของทรานซิสเตอร์ที่เชื่อมต่อตามวงจร OE จะมีการสร้างตระกูลของลักษณะเอาต์พุต I–V (รูปที่ 1.27, ข). นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ากระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ไม่เพียงขึ้นอยู่ (และไม่มากเท่าที่เห็นจากรูป) กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับชุมทางสะสม แต่ยังรวมถึงกระแสฐานด้วย ดังนั้นลักษณะแรงดันกระแสไฟขาออกสำหรับวงจรที่มี OE คือการพึ่งพากระแส ฉันจากแรงดันไฟฟ้า U CEที่กระแสคงที่ ไอ บีก็คือการพึ่งพารูปแบบ

. (1.13)

แต่ละลักษณะเอาต์พุต I–V ของทรานซิสเตอร์สองขั้วนั้นมีลักษณะเฉพาะที่จุดเริ่มต้นโดยกระแสไฟขาออกที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ฉันด้วยแรงดันไฟขาออกที่เพิ่มขึ้น U CEและจากนั้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสจะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย

สามารถจำแนกได้สามภูมิภาคบนคุณลักษณะเอาต์พุต I–V ของทรานซิสเตอร์ ซึ่งสอดคล้องกับโหมดการทำงานที่แตกต่างกันของทรานซิสเตอร์: ความอิ่มตัว, พื้นที่ ตัดออกและพื้นที่ งานประจำ(ได้รับ) , สอดคล้องกับสถานะแอคทีฟของทรานซิสเตอร์เมื่อ ½ ยูเบ้½ > 0 และ ½ U CE½> 0.

ลักษณะ I–V คงที่อินพุตและเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์ใช้ในการคำนวณเชิงกราฟเชิงวิเคราะห์ของน้ำตกที่มีทรานซิสเตอร์

ลักษณะเฉพาะของอินพุตและเอาต์พุตแบบสถิตของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ R-พี-R- ประเภทวงจรสวิตชิ่งที่มี OB แสดงในรูปที่ 1.28 เอและ 1.28 ขตามลำดับ

ข

รูปที่ 1.28 - ลักษณะ Static IV ของทรานซิสเตอร์สองขั้วสำหรับวงจรสวิตชิ่งที่มี ABOUT

สำหรับวงจรที่มีคุณลักษณะ I–V คงที่ของอินพุต การพึ่งพาปัจจุบันเรียกว่า เช่นจากแรงดันไฟฟ้า U EBที่ค่าแรงดันคงที่ ยู KBก็คือการพึ่งพารูปแบบ

. (1.14)

ลักษณะ I–V แบบคงที่ของเอาต์พุตสำหรับวงจรที่มี OB เรียกว่าการพึ่งพากระแสไฟ ฉันจากแรงดันไฟฟ้า ยู KBที่กระแสคงที่ เช่นก็คือการพึ่งพารูปแบบ

. (1.15)

ในรูปที่ 1.28 ขสามารถแยกแยะได้สองส่วนซึ่งสอดคล้องกับโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์สองโหมด: คล่องแคล่วโหมด ( ยู KB< 0 и коллекторный переход смещен в обратном направлении); режим ความอิ่มตัว(U KB > 0 และชุมทางคอลเลคเตอร์เป็นแบบเอนเอียงไปข้างหน้า)

แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

จนถึงปัจจุบันรู้จักทรานซิสเตอร์สองขั้วไฟฟ้าหลายรุ่น ในการออกแบบระบบอัตโนมัติ (CAD) ของวิธีการทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันมากที่สุดคือ: รุ่น Ebers-Moll, รูปแบบการควบคุมการชาร์จ Hummel-Poon ทั่วไป, รุ่น Linville รวมถึงแบบจำลอง P และ T ในพื้นที่ของ Giacolleto ของการเพิ่มขึ้นเชิงเส้น .

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาหนึ่งในตัวแปรของรุ่น Ebers-Moll (รูปที่ 1.29) ซึ่งสะท้อนถึงคุณสมบัติของโครงสร้างทรานซิสเตอร์ในโหมดการทำงานเชิงเส้นและในโหมดตัด

รูปที่ 1.29 - วงจรสมมูลทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ (รุ่น Ebers-Moll)

รูปที่ 1.29 ใช้สัญกรณ์: อีกครั้ง, r b, r ถึง- ความต้านทานตามลำดับของภูมิภาคอีซีแอลฐานและตัวสะสมของทรานซิสเตอร์และหน้าสัมผัส ฉันข , ฉันถึง - ควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ทางแยกอินพุต แหล่งกระแสสะท้อนการถ่ายเทกระแสผ่านทรานซิสเตอร์ R eb- ความต้านทานการรั่วไหลของทางแยกฐาน - อิมิตเตอร์ R กิโล -ความต้านทานการรั่วไหลของชุมทางตัวรวบรวมฐาน แหล่งที่มาปัจจุบัน ฉันขสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าที่ทางแยกโดยความสัมพันธ์

, (1.15)

ที่ไหน ฉัน BO- กระแสความอิ่มตัวของการเปลี่ยนฐาน - อิมิตเตอร์ (กระแสย้อนกลับ);

y ถึง= (0.3 ... 1.2) V - สัมผัสความต่างศักย์ (ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์);

t- สัมประสิทธิ์เชิงประจักษ์

ขนานกับทางแยกฐาน-อิมิตเตอร์ อุปสรรคความจุ ซี แบและ การแพร่กระจายความจุ ซี เดการเปลี่ยนแปลง ค่า ซี แบมุ่งมั่น แรงดันย้อนกลับที่ทางข้าม และ nและพึ่งตนได้ตามกฎหมาย

, (1.16)

โดยที่ С 0 ข - ความจุการถ่ายโอนที่ และ n = 0;

g = 0.3 ... 0.5 - ค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับการกระจายของสิ่งสกปรกในบริเวณฐานของทรานซิสเตอร์

ความสามารถในการแพร่เป็นหน้าที่ของกระแส ฉันขไหลผ่านการเปลี่ยนแปลงและถูกกำหนดโดยนิพจน์

ที่ไหน แต่ -ค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงและอุณหภูมิ

ชุมทางฐานสะสมถูกจำลองในทำนองเดียวกัน ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือคำนึงถึงความจุของสิ่งกีดขวางของทางแยกเท่านั้น

, (1.18)

เนื่องจากเมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดเชิงเส้นและในโหมดตัดกระแสของตัวสะสม การเปลี่ยนแปลงนี้จะถูกปิด นิพจน์สำหรับปัจจุบัน แหล่งกระแสสะสมควบคุม, การสร้างแบบจำลองคุณสมบัติการขยายเสียงของทรานซิสเตอร์, มีรูปแบบ

, (1.19)

ที่ไหน b เซนต์- ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสคงที่ของฐานของทรานซิสเตอร์ในวงจรที่มีอีซีแอลทั่วไป

พารามิเตอร์ของแบบจำลอง Ebers-Moll สามารถรับได้โดยการคำนวณโดยอิงจากการวิเคราะห์แบบจำลองทางกายภาพและโทโพโลยีของทรานซิสเตอร์ หรือวัดจากการทดลอง พารามิเตอร์คงที่ของแบบจำลองนั้นกำหนดได้ง่ายที่สุดที่กระแสตรง

ทั่วโลกแบบจำลองทางไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบไม่ต่อเนื่องโดยคำนึงถึงความเหนี่ยวนำและความจุของเอาต์พุตแสดงในรูปที่ 1.30

รูปที่ 1.30 - โมเดลทั่วโลกของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

พารามิเตอร์พื้นฐานของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

เมื่อกำหนดองค์ประกอบตัวแปรของกระแสและแรงดัน (นั่นคือเมื่อวิเคราะห์ วงจรไฟฟ้าบน กระแสสลับ) และหากทรานซิสเตอร์อยู่ในโหมดแอ็คทีฟก็มักจะแสดงเป็นสี่เหลี่ยมจตุรัสเชิงเส้น (รูปที่ 1.31, เอ). ชื่อ (สาระสำคัญทางกายภาพ) ของกระแสอินพุตและเอาต์พุตและแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายสี่ขั้วนั้นขึ้นอยู่กับวงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์

ข

รูปที่ 1.31 - การเป็นตัวแทนของทรานซิสเตอร์สองขั้วโดย quadripole เชิงเส้น

สำหรับวงจรสวิตชิ่งของทรานซิสเตอร์ที่มีอีซีแอลทั่วไป กระแสและแรงดันของควอดริโพล (รูปที่ 1.31, ข) สอดคล้องกับกระแสทรานซิสเตอร์และแรงดันไฟฟ้าต่อไปนี้:

- ผม 1 - องค์ประกอบตัวแปรของกระแสฐาน

- ยู 1 - องค์ประกอบตัวแปรของแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวปล่อย

- ผม 2 - องค์ประกอบตัวแปรของกระแสสะสม;

- ยู 2 - องค์ประกอบตัวแปรของแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อย

ทรานซิสเตอร์อธิบายไว้อย่างสะดวกโดยใช้สิ่งที่เรียกว่า ชม.-ตัวเลือก. ในกรณีนี้ ระบบสมการของควอดริโพลในรูปแบบเมทริกซ์จะอยู่ในรูป

. (1.20)

อัตราต่อรอง สวัสดี(นั่นคือ ชม.-พารามิเตอร์) กำหนด เชิงประจักษ์โดยใช้วงจรไฟฟ้าลัดวงจรและโหมดว่างที่อินพุตและเอาต์พุตของควอดริโพล

แก่นแท้ ชม.- พารามิเตอร์สำหรับวงจรสวิตชิ่งของทรานซิสเตอร์ที่มี OE มีดังนี้:

- - ความต้านทานอินพุตของทรานซิสเตอร์สำหรับสัญญาณตัวแปรที่มีการลัดวงจรที่เอาต์พุต

- - การนำเอาท์พุตของทรานซิสเตอร์ที่ไม่ได้ใช้งานที่อินพุท

- - ค่าสัมประสิทธิ์ป้อนกลับของแรงดันเมื่อไม่มีโหลดที่อินพุต

- - ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสของทรานซิสเตอร์ในกรณีที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรที่เอาต์พุต

การใช้วงจรสมมูลของทรานซิสเตอร์ คุณสามารถหาการพึ่งพาได้ ชม.- พารามิเตอร์จากพารามิเตอร์ทรานซิสเตอร์

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าสำหรับวงจรสวิตชิ่งของทรานซิสเตอร์ที่มี OE มีความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:

ในสูตรข้างต้น พารามิเตอร์ต่อไปนี้ทรานซิสเตอร์:

- r b- ความต้านทานโอห์มมิกของตัวฐาน สำหรับทรานซิสเตอร์จริงถึงค่า 100 ... 200 โอห์ม;

- อีกครั้ง- ความต้านทาน R-พี-transition ค่าที่ขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์และการเปลี่ยนแปลงในโหมดแอคทีฟภายในเศษส่วน - สิบโอห์ม

ข- ดิฟเฟอเรนเชียลแฟกเตอร์การส่งกระแสฐาน กำหนดจากนิพจน์

; (1.25)

ความต้านทานของภูมิภาคสะสม พิจารณาจากนิพจน์

, (1.26)

ที่ไหน r ถึง- ความต้านทานส่วนต่างของจุดแยกสะสม (โดยปกติอยู่ภายในเศษส่วน - สิบ MΩ) กำหนดจากนิพจน์

(1.27)

ที่เพิ่ม 21 ตุลาคม 2016, 17:45 น

บทที่ 2 - ทฤษฎีอุปกรณ์โซลิดสเตต

ทรานซิสเตอร์สองขั้วได้รับการตั้งชื่อเช่นนั้นเนื่องจากการทำงานของมันเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของตัวพาประจุสองตัว: อิเล็กตรอนและรูในผลึกเดียวกัน ทรานซิสเตอร์สองขั้วตัวแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นที่ Bell Labs โดย William Shockley, Walter Brattain และ John Bardeen ในช่วงปลายปี 1947 ดังนั้นจึงไม่ได้รับการตีพิมพ์จนกระทั่งปี 1948 ดังนั้นข้อความจำนวนมากจึงแตกต่างกันในวันที่ประดิษฐ์ Brattain สร้างทรานซิสเตอร์จุดเจอร์เมเนียมซึ่งมีความคล้ายคลึงกับไดโอดจุด ภายในหนึ่งเดือน Shockley มีทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยกที่ใช้งานได้จริงมากขึ้น ซึ่งเราอธิบายไว้ด้านล่าง ในปี 1956 สำหรับการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ พวกเขาได้รับรางวัล รางวัลโนเบลในวิชาฟิสิกส์

ทรานซิสเตอร์สองขั้วที่แสดงในรูปด้านล่าง (a) เป็นแซนวิชเซมิคอนดักเตอร์สามชั้นของ NPN ที่มีตัวส่งและตัวสะสมที่ปลายและฐานอยู่ระหว่าง ราวกับว่ามีการเพิ่มเลเยอร์ที่สามลงในไดโอดสองชั้น แต่ถ้านั่นเป็นข้อกำหนดเพียงอย่างเดียว ไดโอดแบ็คทูแบ็คคู่หนึ่งก็เพียงพอแล้ว และง่ายกว่ามากที่จะสร้างไดโอดสองตัวที่อยู่ด้านหลัง แต่พื้นฐานของการสร้างทรานซิสเตอร์สองขั้วคือการทำให้ชั้นกลาง ฐาน บางที่สุดเท่าที่จะทำได้โดยไม่ทำให้ชั้นนอก ตัวส่ง และฐานลัดวงจร ความสำคัญของพื้นที่ฐานบางไม่สามารถเน้นมากเกินไปได้

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ใน Figurebelow (a) มีสองทางแยก ระหว่างอีซีแอลและเบส และระหว่างเบสกับคอลเลคเตอร์ และบริเวณพร่องสองบริเวณ

(ก) ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ NPN
(b) การใช้อคติย้อนกลับกับชุมทางตัวรวบรวมฐาน

เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ความเอนเอียงแบบย้อนกลับกับชุมทางตัวเก็บรวบรวมฐานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ดังแสดงในรูปด้านบน (b) โปรดทราบว่าสิ่งนี้จะเพิ่มความกว้างของพื้นที่พร่อง แรงดันไบแอสย้อนกลับสำหรับทรานซิสเตอร์ส่วนใหญ่สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่สองสามโวลต์จนถึงหลายสิบโวลต์ ขณะนี้ไม่มีกระแสในวงจรตัวสะสมนอกจากกระแสไฟรั่ว

ในรูปด้านล่าง (a) แหล่งจ่ายแรงดันอื่นถูกเพิ่มเข้าไปในวงจรระหว่างตัวปล่อยและฐาน โดยปกติ เราใช้อคติไปข้างหน้ากับชุมทางอิมิตเตอร์-เบสที่เอาชนะอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นที่ 0.6V ซึ่งคล้ายกับการให้น้ำหนักแบบฟอร์เวิร์ดไบแอสเซมิคอนดักเตอร์ไดโอด แหล่งจ่ายแรงดันไฟต้องเกิน 0.6V เพื่อให้ตัวพาส่วนใหญ่ (อิเล็กตรอนสำหรับ NPN) เริ่มไหลจากอิมิตเตอร์ไปยังฐาน กลายเป็นพาหะประจุส่วนน้อยในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P

หากบริเวณฐานมีความหนา เช่นเดียวกับไดโอดแบ็คทูแบ็คคู่หนึ่ง กระแสทั้งหมดที่ไหลเข้าสู่ฐานจะไหลผ่านตะกั่วฐาน ในตัวอย่างทรานซิสเตอร์ NPN ของเรา อิเล็กตรอนที่ปล่อยอิมิตเตอร์ไปที่ฐานจะรวมกับรูในฐาน ทำให้มีที่ว่างสำหรับสร้างรูเพิ่มเติมบนขั้ว (+) ของแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับฐานเมื่ออิเล็กตรอนออกไป

อย่างไรก็ตามฐานทำให้บาง ตัวพาส่วนใหญ่หลายตัวในตัวปล่อยที่แนะนำในฐานะพาหะส่วนน้อยในฐานจะรวมกันใหม่ ดูรูปด้านล่าง (b) อิเล็กตรอนหลายตัวที่อีซีแอลนำเข้าไปในฐานของทรานซิสเตอร์ NPN จะตกลงไปในรู นอกจากนี้ อิเล็กตรอนสองสามตัวที่เข้าสู่ฐานจะไหลผ่านฐานโดยตรงไปยังขั้วบวกของแบตเตอรี่ ฟลักซ์อิเล็กตรอนของอีซีแอลส่วนใหญ่กระจายผ่านฐานบางเข้าไปในตัวสะสม นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในกระแสฐานส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในกระแสของตัวสะสม หากแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานลดลงต่ำกว่าประมาณ 0.6 โวลต์สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน ทรานซิสเตอร์จะหยุดไหล กระแสสูง emitter-collector

Collector-Base Reverse Bipolar NPN ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์: (a) การเพิ่มอคติไปข้างหน้าไปยังชุมทางเบส - อิมิตเตอร์ส่งผลให้ (b) กระแสเบสต่ำและอีซีแอลสูงและกระแสสะสม

ในรูปด้านล่าง เราจะพิจารณากลไกการขยายสัญญาณปัจจุบันอย่างละเอียดยิ่งขึ้น เรามีมุมมองที่ขยายใหญ่ขึ้นของรอยต่อของทรานซิสเตอร์สองขั้ว NPN โดยเน้นที่บริเวณฐานบาง แม้ว่าจะไม่แสดง แต่เราถือว่ามีการเชื่อมต่อแหล่งแรงดันไฟฟ้าภายนอก: (1) ชุมทางอิมิตเตอร์-เบสแบบเอนเอียงไปข้างหน้า (2) ชุมทางตัวรวบรวมเบสเอนเอียงแบบย้อนกลับ อิเล็กตรอนซึ่งเป็นพาหะส่วนใหญ่ ป้อนอิมิตเตอร์จากขั้ว (-) ของแบตเตอรี่ กระแสฐานสอดคล้องกับอิเล็กตรอนที่ออกจากขั้วฐานไปยังขั้ว (+) ของแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตามนี่เป็นกระแสขนาดเล็กเมื่อเทียบกับกระแสอีซีแอล

อิเล็กตรอนรวมอยู่ในฐาน:
(ก) สูญหายเนื่องจากการรวมตัวกันใหม่กับรูฐาน
(b) เอาต์พุตฐานขาออก
(c) ส่วนใหญ่กระจายจากตัวปล่อยผ่านฐานบางไปยังบริเวณพร่องของตัวรวบรวมฐาน
และ (d) ถูกดักจับอย่างรวดเร็วโดยสนามไฟฟ้าของบริเวณที่มีการพร่องอย่างรุนแรงเข้าไปในตัวสะสม

ตัวพาส่วนใหญ่ภายในตัวปล่อยชนิด N คืออิเล็กตรอนที่กลายเป็นพาหะส่วนน้อยเมื่อเข้าสู่ฐานประเภท P อิเล็กตรอนเหล่านี้กระทบฐานบางประเภท P มีความเป็นไปได้สี่ประการ อิเล็กตรอนสองสามตัว (ในรูป (a) ด้านบน) จะเข้าไปในรูที่ฐาน ซึ่งช่วยให้กระแสไหลไปยังขั้วฐานจากขั้ว (+) ของแบตเตอรี่ สิ่งนี้ไม่ได้แสดงให้เห็น แต่รูในฐานสามารถกระจายเข้าไปในตัวปล่อยและรวมกับอิเล็กตรอน ทำให้กระแสไหลผ่านตะกั่วฐาน หลาย (b) ไหลผ่านฐานไปยังขั้ว (+) ของแบตเตอรี่ราวกับว่าฐานเป็นเพียงตัวต้านทาน อิเล็กตรอนทั้งสองกลุ่ม (a) และ (b) มีส่วนทำให้เกิดกระแสเบสน้อยมาก สำหรับทรานซิสเตอร์กำลังต่ำ กระแสพื้นฐานโดยทั่วไปคือ 1% ของกระแสอีซีแอลหรือตัวสะสม อิเล็กตรอนอิมิตเตอร์ส่วนใหญ่กระจายผ่านเบสบาง (c) ไปยังบริเวณพร่องของตัวรวบรวมเบส สังเกตขั้วของบริเวณพร่องรอบอิเล็กตรอนใน (d) สนามไฟฟ้าแรงสูงกวาดอิเล็กตรอนเข้าไปในตัวสะสมอย่างรวดเร็ว ความแรงของสนามเป็นสัดส่วนกับแรงดันแบตเตอรี่สะสม ดังนั้น 99% ของกระแสอีซีแอลจะไปที่ตัวสะสม มันถูกควบคุมโดยกระแสฐานซึ่งเป็น 1% ของกระแสอีซีแอล นี่คือการขยายกระแสที่อาจเกิดขึ้น 99 เท่า อัตราส่วน I K / I B หรือที่เรียกว่า beta β

สิ่งนี้น่าทึ่งมาก 99% ของตัวพาอีซีแอลที่แพร่กระจายผ่านฐานจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อฐานบางมากเท่านั้น จะเกิดอะไรขึ้นกับตัวพาอีซีแอลหลักถ้าฐานหนาขึ้น 100 เท่า? คาดว่าการรวมตัวใหม่จะเพิ่มขึ้น จำนวนอิเล็กตรอนที่ตกลงไปในรูจะมีจำนวนมากขึ้น บางที 99% ไม่ใช่ 1% อาจจะเข้าไปในหลุม ไม่เคยไปถึงตัวสะสมเลย จุดที่สองคือกระแสฐานสามารถขับ 99% ของกระแสอีซีแอลได้ก็ต่อเมื่อ 99% ของกระแสอีซีแอลกระจายเข้าไปในตัวสะสม หากกระแสทั้งหมดไหลออกจากฐาน จะไม่สามารถควบคุมได้

คุณลักษณะอื่นที่จำเป็นในการถ่ายโอน 99% ของอิเล็กตรอนจากอีซีแอลไปยังตัวเก็บประจุคือทรานซิสเตอร์สองขั้วของจริงใช้อีซีแอลเจือหนักขนาดเล็ก ความเข้มข้นสูงของอิเลคตรอนอีซีแอลทำให้อิเล็กตรอนกระจายเข้าสู่ฐานมากขึ้น ความเข้มข้นของสารเจือปนที่ต่ำกว่าในฐานหมายความว่ามีรูน้อยลงที่กระจายเข้าไปในตัวปล่อย ซึ่งอาจเพิ่มกระแสฐานได้ การแพร่กระจายของตัวพาประจุจากตัวปล่อยไปยังฐานนั้นได้เปรียบอย่างมาก

ฐานบางและอีซีแอลเจือหนักช่วยรักษาประสิทธิภาพของอีซีแอลสูง เช่น 99% ซึ่งสอดคล้องกับ 100% ของกระแสอีซีแอลที่แบ่งใช้ระหว่างฐาน (1%) และตัวสะสม (99%) ประสิทธิภาพของอีซีแอลเรียกว่า α = I K / I E

ทรานซิสเตอร์สองขั้วสามารถมีได้ทั้งโครงสร้าง NPN และ PNP เราจะเปรียบเทียบโครงสร้างทั้งสองนี้ในรูปด้านล่าง ความแตกต่างอยู่ในขั้วของรอยต่อ PN ของเบส-อิมิตเตอร์ ซึ่งระบุโดยทิศทางของลูกศรอีซีแอลบนสัญลักษณ์ มันชี้ไปในทิศทางเดียวกับลูกศรบนขั้วบวกของไดโอด ตรงข้ามกับทิศทางของอิเล็กตรอน

ดูสัญลักษณ์บนภาพในการเปลี่ยน P-N จุดเริ่มต้นของลูกศรและจุดสิ้นสุดสอดคล้องกับเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และ N ตามลำดับ สำหรับตัวปล่อย NPN และ PNP ลูกศรจะชี้จากฐานไปยังฐานตามลำดับ ไม่มีลูกศรบนท่อร่วมบนสัญลักษณ์ อย่างไรก็ตาม ชุมทางเบส-คอลเล็กเตอร์มีขั้วเดียวกับไดโอดกับทางแยกเบส-อิมิตเตอร์ โปรดทราบว่าเรากำลังพูดถึงขั้วของไดโอด ไม่ใช่แหล่งจ่ายไฟ

เปรียบเทียบทรานซิสเตอร์ NPN (a) กับทรานซิสเตอร์ PNP (b) ให้ความสนใจกับลูกศรอีซีแอลและขั้วของแหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายแรงดันไฟสำหรับทรานซิสเตอร์ PNP จะกลับด้านเมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์ NPN ดังแสดงในรูปด้านบน ชุมทางเบส-อิมิตเตอร์ต้องมีความเอนเอียงไปข้างหน้าในทั้งสองกรณี ฐานของทรานซิสเตอร์ PNP มีความเอนเอียงในเชิงลบ (b) เมื่อเทียบกับค่าบวก (a) สำหรับทรานซิสเตอร์ NPN ในทั้งสองกรณี ชุมทางตัวรวบรวมฐานจะเอนเอียงไปในทิศทางตรงกันข้าม แหล่งจ่ายไฟสะสมของทรานซิสเตอร์ PNP มีขั้วลบ เมื่อเปรียบเทียบกับขั้วบวกของทรานซิสเตอร์ NPN

ทรานซิสเตอร์แบบแยกขั้วสองขั้ว (BJT): (a) ส่วนตัดขวางของอุปกรณ์แต่ละตัว, (b) สัญลักษณ์, (c) ส่วนตัดขวางของวงจรรวม

โปรดทราบว่าทรานซิสเตอร์สองขั้ว (BJT) ในรูปที่ (a) ด้านบนมีอีซีแอลเจือหนัก ซึ่งแสดงว่า N+ ฐานมีระดับ P-doping ปกติ ฐานมีความบางกว่าที่แสดงไว้ในภาพตัดขวางมากจนไม่สามารถวัดได้ ตัวสะสมถูกเจือเล็กน้อยซึ่งแสดงโดย N - ตัวสะสมจะต้องเจือเบา ๆ เพื่อให้ชุมทางฐานสะสมมี ไฟฟ้าแรงสูงชำรุด. ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าของตัวรวบรวมพลังงานสูง แรงดันพังทลายสำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอนกำลังต่ำคือ 60-80 โวลต์ สำหรับทรานซิสเตอร์แรงดันสูง สามารถเข้าถึงหลายร้อยโวลต์ ตัวเก็บประจุยังต้องถูกเจืออย่างหนักเพื่อลดการสูญเสียความต้านทานหากทรานซิสเตอร์รองรับกระแสสูง ความต้องการที่ขัดแย้งกันเหล่านี้เกิดจากการผสมที่แข็งแกร่งขึ้นของตัวสะสมในพื้นที่สัมผัสโลหะ ตัวสะสมใกล้ฐานมีการเจือปนเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับตัวปล่อย ยาสลบในอีซีแอลในปริมาณมากส่งผลให้แรงดันพังทลายของจุดเชื่อมต่ออีซีแอลต่ำ ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 7 โวลต์สำหรับทรานซิสเตอร์กำลังต่ำ อีซีแอลเจือหนักทำให้ชุมทางอิมิตเตอร์-เบสแบบเอนเอียงกลับมีความคล้ายคลึงกันในด้านประสิทธิภาพการทำงานกับซีเนอร์ไดโอด

ฐานของทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก ซึ่งเป็นเพลตเซมิคอนดักเตอร์ เป็นตัวสะสมที่ติดตั้ง (ในกรณีของทรานซิสเตอร์กำลังสูง) บนกล่องโลหะ นั่นคือตัวเรือนโลหะเชื่อมต่อด้วยไฟฟ้ากับตัวสะสม ฐานของทรานซิสเตอร์กำลังต่ำสามารถห่อหุ้มด้วยอีพ็อกซี่ได้ ในทรานซิสเตอร์กำลังสูง อะลูมิเนียม สายต่อเชื่อมต่อกับฐานและอีซีแอลและเชื่อมต่อกับตะกั่วของร่างกาย ฐานของทรานซิสเตอร์กำลังต่ำสามารถติดตั้งได้โดยตรงบนตัวนำเอาท์พุต ชิปตัวเดียวสามารถสร้างทรานซิสเตอร์ได้หลายตัว ซึ่งจะเรียกว่าวงจรรวม ตัวรวบรวมสามารถติดตั้งได้ไม่ได้อยู่ที่เคส แต่บนเอาต์พุต วงจรรวมอาจมีตัวนำภายในเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์และส่วนประกอบรวมอื่นๆ ทรานซิสเตอร์สองขั้วในตัวที่แสดงในรูป (c) ด้านบนนั้นบางกว่าที่แสดงในรูปที่ "ไม่ปรับขนาด" มาก ภูมิภาค P+ แยกทรานซิสเตอร์หลายตัวในชิปตัวเดียว ชั้นชุบอะลูมิเนียม (ไม่แสดง) เชื่อมต่อทรานซิสเตอร์หลายตัวและส่วนประกอบอื่นๆ บริเวณอีซีแอลเจือด้วย N+ อย่างหนักเมื่อเปรียบเทียบกับฐานและตัวสะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของอีซีแอล

ทรานซิสเตอร์ PNP แบบไม่ต่อเนื่องมีคุณภาพสูงเกือบเท่ากับทรานซิสเตอร์ NPN อย่างไรก็ตามทรานซิสเตอร์ PNP แบบรวมนั้นไม่ดีเท่ากับ NPN ในชิปวงจรรวมที่คล้ายกัน ดังนั้นวงจรรวมจึงใช้ทรานซิสเตอร์ NPN ให้เกิดประโยชน์สูงสุด

สรุป

• ทรานซิสเตอร์สองขั้วนำกระแสโดยใช้ทั้งอิเล็กตรอนและรูในอุปกรณ์เดียวกัน
• การทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เป็นแอมพลิฟายเออร์ปัจจุบันต้องการให้ชุมทางคอลเลคเตอร์เบสมีความเอนเอียงแบบย้อนกลับและทางแยกอีซีแอลเบสเป็นแบบเอนเอียงไปข้างหน้า
• ทรานซิสเตอร์แตกต่างจากไดโอดแบ็คทูแบ็คคู่หนึ่งตรงที่ฐาน (ชั้นกลาง) นั้นบางมาก สิ่งนี้ทำให้ตัวพาประจุส่วนใหญ่จากอีซีแอลสามารถกระจายตัวผ่านฐานไปยังบริเวณพร่องของจุดแยกฐาน-ตัวเก็บประจุ ซึ่งพวกมันจะถูกดึงขึ้นมาโดยสนามไฟฟ้าแรง
• ประสิทธิภาพของอีซีแอลได้รับการปรับปรุงโดยการเติมยาสลบที่หนักกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับตัวสะสม ประสิทธิภาพของอีซีแอล: α = I C / I E คือ 0.99 สำหรับทรานซิสเตอร์พลังงานต่ำ
• อัตราขยายปัจจุบัน: β=I C /I B สำหรับทรานซิสเตอร์กำลังต่ำอยู่ในช่วง 100 ถึง 300

หากเราพิจารณาแอนะล็อกเชิงกล การทำงานของทรานซิสเตอร์จะคล้ายกับหลักการทำงานของพวงมาลัยเพาเวอร์แบบไฮดรอลิกในรถยนต์ แต่ความคล้ายคลึงกันนั้นใช้ได้ในการประมาณครั้งแรกเท่านั้น เนื่องจากไม่มีวาล์วในทรานซิสเตอร์ ในบทความนี้ เราจะพิจารณาการทำงานของทรานซิสเตอร์สองขั้วแยกกัน

อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์สองขั้ว

พื้นฐานของอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์สองขั้วคือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ คริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ตัวแรกสำหรับทรานซิสเตอร์ทำจากเจอร์เมเนียม ปัจจุบันมีการใช้ซิลิกอนและแกลเลียมอาร์เซไนด์มากกว่า ขั้นแรกให้ผลิตวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ด้วยการสั่งซื้อที่ดี ตาข่ายคริสตัล. จากนั้นคริสตัลจะได้รับรูปร่างที่จำเป็นและมีการนำสิ่งเจือปนพิเศษเข้ามาในองค์ประกอบของมัน (วัสดุเป็นโลหะผสม) ซึ่งทำให้มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าบางอย่าง ถ้าค่าการนำไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนส่วนเกิน ค่านี้จะถูกกำหนดให้เป็นผู้บริจาค (อิเล็กทรอนิกส์) ชนิด n หากค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์เกิดจากการแทนที่ตำแหน่งว่างอย่างต่อเนื่อง รูที่เรียกว่าอิเล็กตรอน การนำไฟฟ้าดังกล่าวจะเรียกว่าตัวรับ (รู) และแสดงโดยค่าการนำไฟฟ้าแบบ p

รูปที่ 1

คริสตัลทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยสามส่วน (ชั้น) โดยมีการสลับประเภทของการนำไฟฟ้า (n-p-n หรือ p-n-p) แบบอนุกรม การเปลี่ยนจากชั้นหนึ่งไปสู่อีกชั้นหนึ่งเป็นอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้น การเปลี่ยนจากเบสเป็นอีซีแอลเรียกว่า ปล่อย(EP) ถึงนักสะสม - นักสะสม(เคพี). รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างทรานซิสเตอร์แบบสมมาตรและอุดมคติ ในทางปฏิบัติ ในระหว่างการผลิต ขนาดของพื้นที่มีความไม่สมมาตรอย่างมีนัยสำคัญ โดยประมาณดังแสดงในรูปที่ 2 พื้นที่เชื่อมต่อของตัวรวบรวมเกินจุดเชื่อมต่ออีซีแอลอย่างมีนัยสำคัญ ชั้นฐานมีความบางมาก โดยมีขนาดไม่กี่ไมครอน

รูปที่ 2

หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

ทางแยก p-n ของทรานซิสเตอร์ทำงานเหมือนกัน เมื่อความต่างศักย์ถูกนำไปใช้กับขั้วของมัน จะเกิดการ "เปลี่ยน" ขึ้น หากความต่างศักย์ที่ใช้เป็นค่าบวกตามเงื่อนไข และจุดเชื่อมต่อ p-n เปิดขึ้น ทางแยกจะถือว่ามีความเอนเอียงไปข้างหน้า เมื่อใช้ผลต่างศักย์เชิงลบแบบมีเงื่อนไข การเปลี่ยนแปลงจะมีอคติแบบย้อนกลับ ซึ่งจะถูกล็อค คุณลักษณะของการทำงานของทรานซิสเตอร์คือด้วยความเอนเอียงเชิงบวกของการเปลี่ยนแปลงอย่างน้อยหนึ่งครั้ง พื้นที่ส่วนกลางที่เรียกว่าฐานนั้นอิ่มตัวด้วยอิเล็กตรอนหรือตำแหน่งงานว่างทางอิเล็กทรอนิกส์ (ขึ้นอยู่กับประเภทของการนำไฟฟ้าของวัสดุฐาน) ซึ่งทำให้ การลดลงอย่างมีนัยสำคัญในอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นของการเปลี่ยนแปลงครั้งที่สองและเป็นผลให้การนำไฟฟ้าภายใต้อคติย้อนกลับ

โหมดการทำงาน

วงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ปกติและ ผกผัน.

รูปที่ 3

วงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์ปกติเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนค่าการนำไฟฟ้าของทางแยกคอลเลคเตอร์โดยการควบคุมออฟเซ็ตของทางแยกอีซีแอล

วงจรผกผันตรงกันข้ามกับปกติ ให้คุณควบคุมการนำไฟฟ้าของทางแยกอีซีแอลโดยควบคุมอคติของตัวสะสม วงจรผกผันเป็นแอนะล็อกสมมาตรของวงจรปกติ แต่เนื่องจากความไม่สมดุลของโครงสร้างของทรานซิสเตอร์สองขั้ว จึงไม่ได้ผลสำหรับการใช้งาน มีข้อจำกัดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับพารามิเตอร์สูงสุดที่อนุญาต และไม่ได้ใช้งานจริง

ด้วยรูปแบบการสลับใดๆ ทรานซิสเตอร์สามารถทำงานในสามโหมด: โหมดลัด, โหมดแอคทีฟและ โหมดอิ่มตัว.

เพื่ออธิบายทิศทางงาน กระแสไฟฟ้าในบทความนี้จะใช้เงื่อนไขเป็นทิศทางของอิเล็กตรอนเช่น จากขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟไปยังขั้วบวก ลองใช้ไดอะแกรมในรูปที่ 4 สำหรับสิ่งนี้

รูปที่ 4

โหมดลัด

สำหรับทางแยก pn มีค่าสำหรับแรงดันไบแอสไปข้างหน้าขั้นต่ำที่อิเล็กตรอนสามารถเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นของทางแยกนี้ นั่นคือ ที่แรงดันไบอัสไปข้างหน้าจนถึงขีดจำกัดนี้ กระแสไฟไม่สามารถไหลผ่านทางแยกได้ สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิกอน ค่าของเกณฑ์ดังกล่าวจะอยู่ที่ประมาณ 0.6 โวลต์ ดังนั้นในวงจรสวิตชิ่งปกติ เมื่ออคติไปข้างหน้าของทางแยกอีซีแอลไม่เกิน 0.6 โวลต์ (สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน) จะไม่มีกระแสไหลผ่านฐาน ไม่อิ่มตัวด้วยอิเล็กตรอนและด้วยเหตุนี้จึงไม่มีการปล่อยอิเล็กตรอนฐานเข้าสู่บริเวณตัวสะสม ไม่มีกระแสสะสม (ศูนย์)

ดังนั้น สำหรับระบอบการตัดสิทธิ์ ข้อมูลประจำตัวต่อไปนี้จึงเป็นเงื่อนไขที่จำเป็น:

ยูเบ้<0,6 В

ฉัน B \u003d 0

โหมดแอคทีฟ

ในโหมดแอ็คทีฟ ชุมทางอีซีแอลจะมีอคติในทิศทางไปข้างหน้าจนถึงโมเมนต์ของการปลดล็อก (จุดเริ่มต้นของกระแสไฟ) ที่มีแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 0.6 V (สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน) และทางแยกคอลเลคเตอร์จะเอนเอียงไปในทิศทางตรงกันข้าม . หากฐานมีค่าการนำไฟฟ้าแบบ p แสดงว่ามีการถ่ายโอนอิเล็กตรอน (การฉีด) จากอีซีแอลไปยังฐาน ซึ่งจะกระจายทันทีในชั้นบางๆ ของฐาน และเกือบทั้งหมดไปถึงขอบเขตของตัวสะสม ความอิ่มตัวของฐานที่มีอิเล็กตรอนทำให้ขนาดของชุมทางตัวสะสมลดลงอย่างมีนัยสำคัญซึ่งอิเล็กตรอนภายใต้การกระทำของศักย์ลบจากอีซีแอลและเบสจะถูกแทนที่ไปยังบริเวณสะสมซึ่งไหลผ่านตัวสะสม ขั้วจึงทำให้เกิดกระแสสะสม ชั้นที่บางมากของฐานจำกัดกระแสสูงสุดที่ไหลผ่านส่วนตัดขวางที่เล็กมากในทิศทางของตะกั่วฐาน แต่ฐานที่มีความหนาเพียงเล็กน้อยนี้ทำให้อิเลคตรอนอิ่มตัวอย่างรวดเร็ว พื้นที่ทางแยกมีขนาดที่สำคัญ ซึ่งสร้างเงื่อนไขสำหรับการไหลของตัวปล่อย-ตัวรวบรวมกระแสที่สำคัญ ซึ่งสูงกว่ากระแสฐานสิบและหลายร้อยเท่า ดังนั้นโดยการส่งผ่านกระแสที่ไม่มีนัยสำคัญผ่านฐาน เราสามารถสร้างเงื่อนไขสำหรับการผ่านของกระแสที่มีขนาดใหญ่กว่ามากผ่านตัวสะสม ยิ่งกระแสฐานมากเท่าไหร่ ความอิ่มตัวของสีก็จะมากขึ้นเท่านั้น และกระแสของตัวสะสมก็จะยิ่งมากขึ้น โหมดนี้ช่วยให้คุณควบคุม (ควบคุม) การนำไฟฟ้าของชุมทางตัวสะสมได้อย่างราบรื่นโดยการเปลี่ยนแปลง (การควบคุม) ของกระแสฐานที่สอดคล้องกัน คุณสมบัติของโหมดแอ็คทีฟของทรานซิสเตอร์นี้ใช้ในวงจรของแอมพลิฟายเออร์ต่างๆ

ในโหมดแอ็คทีฟ กระแสอีซีแอลของทรานซิสเตอร์คือผลรวมของกระแสฐานและกระแสสะสม:

ฉัน อี \u003d ไอเค + ไอ บี

กระแสสะสมสามารถแสดงเป็น:

ฉันเค = α เช่น

โดยที่ α คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสของอีซีแอล

จากสมการข้างต้น จะได้ดังนี้

โดยที่ β คือปัจจัยการขยายกระแสฐาน

โหมดอิ่มตัว

ขีด จำกัด ของการเพิ่มขึ้นของกระแสฐานจนถึงช่วงเวลาที่กระแสสะสมยังคงไม่เปลี่ยนแปลงกำหนดจุดอิ่มตัวสูงสุดของฐานด้วยอิเล็กตรอน การเพิ่มขึ้นของกระแสฐานจะไม่เปลี่ยนแปลงระดับของความอิ่มตัวของมัน และไม่มีผลกระทบต่อกระแสของตัวสะสมแต่อย่างใด มันสามารถนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไปของวัสดุในพื้นที่สัมผัสฐานและความล้มเหลวของทรานซิสเตอร์ ในข้อมูลอ้างอิงสำหรับทรานซิสเตอร์ สามารถระบุกระแสอิ่มตัวและกระแสเบสสูงสุดที่อนุญาต หรือแรงดันอิ่มตัวของเบสอิมิตเตอร์และแรงดันเบสอีมิตเตอร์สูงสุดที่อนุญาตได้ ขีดจำกัดเหล่านี้จะกำหนดโหมดความอิ่มตัวของทรานซิสเตอร์ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ

โหมดคัทออฟและโหมดความอิ่มตัวจะมีผลเมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับสวิตชิ่งสัญญาณและวงจรไฟฟ้า

ความแตกต่างในหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่มีโครงสร้างต่างกัน

กรณีของงานถือว่าข้างต้น ทรานซิสเตอร์ np-nโครงสร้าง ทรานซิสเตอร์ PNP ทำงานในลักษณะเดียวกัน แต่มีความแตกต่างพื้นฐานที่คุณควรระวัง วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าของตัวรับชนิด p มีความสามารถในการส่งผ่านอิเล็กตรอนค่อนข้างต่ำ เนื่องจากเป็นไปตามหลักการของการเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากตำแหน่งว่าง (รู) หนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง เมื่อตำแหน่งว่างทั้งหมดถูกแทนที่ด้วยอิเล็กตรอน การเคลื่อนที่ของพวกมันจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อตำแหน่งว่างปรากฏขึ้นจากทิศทางของการเคลื่อนที่เท่านั้น ด้วยความยาวที่สำคัญของส่วนของวัสดุดังกล่าว มันจะมีความต้านทานไฟฟ้าที่สำคัญ ซึ่งนำไปสู่ปัญหาใหญ่เมื่อใช้เป็นตัวสะสมและอีซีแอลขนาดใหญ่ที่สุดของทรานซิสเตอร์สองขั้ว ประเภท pnpกว่าเมื่อใช้ในชั้นฐานที่บางมากของทรานซิสเตอร์ NPN วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ผู้บริจาคชนิด n มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าของโลหะนำไฟฟ้า ซึ่งทำให้ได้เปรียบกว่าที่จะใช้เป็นตัวปล่อยและตัวสะสม เช่นเดียวกับในทรานซิสเตอร์ชนิด n-p-n

ลักษณะเด่นของโครงสร้างที่แตกต่างกันของทรานซิสเตอร์สองขั้วทำให้เกิดปัญหาอย่างมากในการผลิตส่วนประกอบคู่ที่มีโครงสร้างต่างกันและลักษณะทางไฟฟ้าที่คล้ายคลึงกัน หากคุณให้ความสนใจกับข้อมูลอ้างอิงของคุณลักษณะของคู่ทรานซิสเตอร์ คุณจะเห็นว่าเมื่อคุณลักษณะเดียวกันของทรานซิสเตอร์สองชนิดประเภทต่างๆ เช่น KT315A และ KT361A บรรลุผล แม้ว่าจะมีกำลังสะสมเท่ากัน (150 mW) และกระแสที่เพิ่มขึ้นโดยประมาณเท่ากัน (20-90) พวกมันต่างกันในกระแสสะสมสูงสุดที่อนุญาต แรงดันไฟฟ้าฐานอีซีแอล ฯลฯ

ป.ล. คำอธิบายของหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์นี้ถูกตีความจากมุมมองของทฤษฎีรัสเซีย ดังนั้นจึงไม่มีคำอธิบายของการกระทำของสนามไฟฟ้าเกี่ยวกับประจุบวกและประจุลบที่สมมติขึ้น Russian Physics ทำให้สามารถใช้แบบจำลองทางกลที่เข้าใจง่ายกว่าและใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากที่สุด มากกว่านามธรรมในรูปของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ประจุบวกและประจุไฟฟ้า ซึ่งโรงเรียนแบบเดิมๆ หลอกเราอย่างทรยศหักหลัง ด้วยเหตุผลนี้ ฉันไม่แนะนำให้ใช้ทฤษฎีที่ระบุโดยไม่มีการวิเคราะห์เบื้องต้นและการไตร่ตรองเมื่อเตรียมส่งการควบคุม เอกสารภาคเรียน และงานประเภทอื่นๆ ครูของคุณอาจไม่ยอมรับความขัดแย้ง แม้แต่การแข่งขันและค่อนข้างสอดคล้องกันจากประเด็นของ มุมมองของสามัญสำนึกและตรรกะ นอกจากนี้ ในส่วนของฉัน นี่เป็นความพยายามครั้งแรกในการอธิบายการทำงานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์จากตำแหน่งของ Russian Physics ซึ่งสามารถปรับแต่งและเสริมได้ในอนาคต