Různé typy tranzistorů a jejich funkce

Tranzistor je aktivní složka, která vytváří všechny elektronické obvody. Používají se jako zesilovače a spínací přístroje. Jako zesilovače se používají ve vysokých a nízkých úrovních, kmitočtové stupně, oscilátory, modulátory, detektory a v jakémkoli obvodu musí vykonávat funkci. V digitálních obvodech se používají jako spínače. Přibližně po celém světě existuje obrovské množství výrobců, kteří vyrábějí polovodiče (tranzistory jsou členy této rodiny přístrojů), takže existují přesně tisíce různých typů. Existují tranzistory s nízkým, středním a vysokým výkonem, které fungují s vysokými a nízkými frekvencemi, fungují s velmi vysokým proudem nebo vysokými napětími. Tento článek poskytuje přehled toho, co je tranzistor, různé typy tranzistorů a jejich aplikace.

Co je to tranzistor

Tranzistor je elektronické zařízení. Vyrábí se prostřednictvím polovodiče typu p a n. Když je polovodič umístěn uprostřed mezi stejným typem polovodičů, uspořádání se nazývá tranzistory. Můžeme říci, že tranzistor je kombinace dvou diod, jedná se o spojení zády k sobě. Tranzistor je zařízení, které reguluje tok proudu nebo napětí a funguje jako tlačítko nebo brána pro elektronické signály.

Typy tranzistorů

Tranzistory se skládají ze tří vrstev a polovodičové zařízení , každý schopný pohybovat proudem. Polovodič je materiál, jako je germanie a křemík, který vede elektřinu „napůl nadšeně“. Je kdekoli mezi skutečným vodičem, jako je měď, a izolátorem (podobně jako zhruba zabalené plastové dráty).

Symbol tranzistoru

Je vystavena schematická forma n-p-n a p-n-p tranzistoru. V okruhu je použita forma nakreslená připojením. Symbol šipky definoval proud emitoru. Ve spojení n-p-n identifikujeme tok elektronů do emitoru. To znamená, že konzervativní proud proudí z vysílače, jak je naznačeno odchozí šipkou. Stejně tak je vidět, že pro připojení p-n-p proudí konzervativní proud do emitoru, jak je znázorněno šipkou dovnitř na obrázku.

Tranzistory PNP a NPN

Existuje tolik typů tranzistorů a každý se liší svými vlastnostmi a každý má své výhody a nevýhody. Některé typy tranzistorů se používají hlavně pro přepínání aplikací. Jiné lze použít jak pro přepínání, tak pro zesílení. Přesto jsou ostatní tranzistory ve vlastní speciální skupině, jako např fototranzistory , které reagují na množství světla, které na něj svítí, a vytvářejí ním proud. Níže je uveden seznam různých typů tranzistorů, kterými projdeme charakteristiky, které je vytvářejí

Jaké jsou dva hlavní typy tranzistorů?

Tranzistory jsou klasifikovány do dvou typů, jako jsou BJT a FET.

Bipolární tranzistor (BJT)

Bipolární tranzistory jsou tranzistory, které se skládají ze 3 oblastí, základny, kolektoru a vysílače. Tranzistory s bipolárním spojením, různé tranzistory FET, jsou zařízení řízená proudem. Malý proud vstupující do základní oblasti tranzistoru způsobuje mnohem větší proudový tok z emitoru do oblasti kolektoru. Bipolární přechodové tranzistory se dodávají ve dvou hlavních typech, NPN a PNP. Tranzistor NPN je tranzistor, ve kterém většinu proudových nosičů tvoří elektrony.

Elektron proudící z emitoru do kolektoru tvoří základ většiny proudu proudícího tranzistorem. Další typy nábojů, díry, jsou menšinou. Tranzistory PNP jsou opakem. V tranzistorech PNP většina současných nosných děr. Tranzistory BJT jsou k dispozici ve dvou typech, jmenovitě PNP a NPN

Bipolární tranzistorové piny

Tranzistor PNP

Tento tranzistor je dalším druhem BJT - bipolárních spojovacích tranzistorů a obsahuje dva polovodičové materiály typu p. Tyto materiály jsou rozděleny přes tenkou polovodičovou vrstvu typu n. V těchto tranzistorech jsou většinové nosiče náboje díry, zatímco menšinové nosiče náboje jsou elektrony.

V tomto tranzistoru symbol šipky označuje konvenční tok proudu. Směr toku proudu v tomto tranzistoru je od terminálu emitoru ke terminálu kolektoru. Tento tranzistor se zapne, jakmile se základní terminál přetáhne na LOW ve srovnání s terminálem emitoru. PNP tranzistor se symbolem je uveden níže.

NPN tranzistor

NPN je také jeden druh BJT (bipolární spojovací tranzistory) a zahrnuje dva polovodičové materiály typu n, které jsou rozděleny tenkou polovodičovou vrstvou typu p. V tranzistoru NPN jsou většinovými nosiči náboje elektrony, zatímco menšinovými nosiči náboje jsou díry. Tok elektronů z terminálu emitoru do terminálu kolektoru vytvoří tok proudu uvnitř terminálu základny tranzistoru.

V tranzistoru může menší množství proudu na svorce základny způsobit dodávku velkého množství proudu ze svorky emitoru do kolektoru. V současné době jsou běžně používanými BJT tranzistory NPN, protože mobilita elektronů je vyšší ve srovnání s mobilitou otvorů. Tranzistor NPN se symbolem je uveden níže.

Tranzistor s efektem pole

Tranzistory s efektem pole jsou tvořeny 3 oblastmi, bránou, zdrojem a odtokem. Různé bipolární tranzistory, FET, jsou zařízení řízená napětím. Napětí umístěné na bráně řídí tok proudu ze zdroje do odtoku tranzistoru. Tranzistory s efektem pole mají velmi vysokou vstupní impedanci, od několika mega ohmů (MΩ) odporu až po mnohem, mnohem větší hodnoty.

Tato vysoká vstupní impedance způsobuje, že jim prochází velmi malý proud. (Podle Ohmova zákona je proud nepřímo ovlivňován hodnotou impedance obvodu. Pokud je impedance vysoká, je proud velmi nízký.) Takže oba FET odebírají z napájecího zdroje obvodu velmi malý proud.

Tranzistory s efektem pole

To je tedy ideální, protože nenarušují původní napájecí prvky obvodu, ke kterým jsou připojeny. Nezpůsobí to, že bude zdroj energie nabitý. Nevýhodou FET je, že neposkytují stejné zesílení, jaké by bylo možné získat z bipolárních tranzistorů.

Bipolární tranzistory jsou lepší v tom, že poskytují větší zesílení, přestože FET jsou lepší v tom, že způsobují menší zatížení, jsou levnější a snadněji se vyrábějí. Tranzistory s efektem pole se dodávají ve 2 hlavních typech: JFET a MOSFET. JFET a MOSFET jsou velmi podobné, ale MOSFET mají ještě vyšší hodnoty vstupní impedance než JFET. To způsobí v obvodu ještě menší zatížení. Tranzistory FET se dělí na dva typy, jmenovitě JFET a MOSFET.

JFET

JFET je zkratka pro tranzistor Junction-Field-Effect. Toto je jednoduché, stejně jako počáteční typ tranzistorů FET, které se používají jako rezistory, zesilovače, spínače atd. Toto je zařízení řízené napětím a nepoužívá žádný předpínací proud. Jakmile je mezi svorkami brány a zdroje přivedeno napětí, řídí tok proudu mezi zdrojem a odtokem tranzistoru JFET.

The Tranzistor s efektem spojovacího pole (JUGFET nebo JFET) nemá žádné PN přechody, ale místo toho má úzkou část polovodičového materiálu s vysokým odporem, který tvoří „kanál“ křemíku typu N nebo P pro průchod většiny nosičů dvěma ohmickými elektrickými spoji na obou koncích se obvykle nazývá Drain a Zdroj.

Tranzistory s efektem spojovacího pole

Existují dvě základní konfigurace tranzistoru s efektem spojovacího pole, N-kanál JFET a P-kanál JFET. Kanál N-kanálu JFET je dotován donorovými nečistotami, což znamená, že tok proudu kanálem je negativní (odtud termín N-kanál) ve formě elektronů. Tyto tranzistory jsou přístupné v typech kanálů P i N.

MOSFET

Mezi všemi druhy tranzistorů se nejčastěji používá tranzistor s efektem pole MOSFET nebo Metal-Oxide-Semiconductor. Jak název napovídá, obsahuje terminál kovové brány. Tento tranzistor obsahuje čtyři terminály, jako je zdroj, odtok, hradlo a substrát nebo tělo.

MOSFET

Ve srovnání s BJT a JFET má MOSFET několik výhod, protože poskytuje vysokou i / p impedanci i nízkou o / p impedanci. MOSFETy se používají hlavně v obvodech s nízkým výkonem, zejména při navrhování čipů. Tyto tranzistory jsou k dispozici ve dvou typech, jako je vyčerpání a vylepšení. Dále jsou tyto typy kategorizovány do typů P-kanálů a N-kanálů.

Hlavní funkce FET zahrnout následující.

• Je unipolární, protože za přenos jsou odpovědné nosiče náboje, jako jsou elektrony nebo díry.
• V FET bude vstupní proud protékat kvůli zpětnému zkreslení. Proto je vstupní impedance tohoto tranzistoru vysoká.
• Když je o / p napětí tranzistoru s efektem pole řízeno vstupním napětím brány, pak se tento tranzistor jmenuje napěťově řízené zařízení.
• V pruhu vedení nejsou přítomny žádné křižovatky. FET mají tedy ve srovnání s BJT menší šum.
• Charakterizaci zisku lze provést pomocí transkonduktance, protože se jedná o poměr změny proudu o / p a změny vstupního napětí
• O / p impedance FET je nízká.

Výhody FET

Mezi výhody FET ve srovnání s BJT patří následující.

• FET je unipolární zařízení, zatímco BJT je bipolární zařízení
• FET je zařízení poháněné napětím, zatímco BJT je zařízení poháněné proudem
• I / p impedance FET je vysoká, zatímco BJT má nízkou
• Úroveň šumu FET je ve srovnání s BJT nízká
• U FET je tepelná stabilita vysoká, zatímco BJT má nízkou.
• Zisková charakteristika FET může být provedena pomocí transkonduktance, zatímco v BJT s napěťovým ziskem

Aplikace FET

Mezi aplikace FET patří následující.

• Tyto tranzistory se používají v různých obvodech ke snížení účinku načítání.
• Používají se v několika obvodech, jako jsou oscilátory s fázovým posunem, voltmetry a vyrovnávací zesilovače.

Terminály FET

FET má tři terminály, jako je zdroj, brána a odtok, které nejsou podobné terminálům BJT. Ve FET je zdrojový terminál podobný terminálu Emitter BJT, zatímco terminál Gate je podobný terminálu Base & Drain terminálu terminálu Collector.

Zdrojový terminál

• Ve FET je zdrojový terminál terminál, kterým nosiče náboje vstupují do kanálu.
• To je podobné emitorovému terminálu BJT
• Zdrojový terminál může být reprezentován písmenem „S“.
• Tok proudu kanálem na zdrojovém terminálu lze specifikovat jako IS.
  Terminál brány
• V FET hraje terminál Gate zásadní roli pro řízení toku proudu v celém kanálu.
• Tok proudu lze regulovat přes hradlový terminál poskytnutím externího napětí.
• Terminál brány je směsice dvou terminálů, které jsou interně připojeny a jsou silně dotovány. Vodivost kanálu lze modulovat prostřednictvím terminálu Gate.
• Je to podobné jako u základního terminálu BJT
• Terminál brány může být znázorněn písmenem „G“.
• Tok proudu kanálem na terminálu Gate lze specifikovat jako IG.

Odtokový terminál

• U FET je odtokový terminál terminál, kterým nosiče opouštějí kanál.
• To je analogické s terminálem kolektoru v bipolárním spojovacím tranzistoru.
• Napětí odtoku ke zdroji je označeno jako VDS.
• Odtokový terminál lze označit jako D.
• Tok proudu pohybujícího se od kanálu na odtokové svorce lze specifikovat jako ID.

Různé typy tranzistorů

K dispozici jsou různé typy tranzistorů založené na funkci, jako je malý signál, malé spínání, výkon, vysoká frekvence, fototranzistor, UJT. Některé druhy tranzistorů se používají hlavně pro zesílení, jinak pro přepínání.

Malé typy signálů tranzistorů

Malé signální tranzistory se používají hlavně k zesílení nízkoúrovňových signálů, ale mohou také dobře fungovat jako přepínače. Tyto tranzistory jsou k dispozici prostřednictvím hodnoty hFE, která určuje, jak tranzistor zesiluje vstupní signály. Rozsah typických hodnot hFE je od 10 do 500, včetně nejvyšších hodnot proudu kolektorového proudu (Ic) od 80 mA do 600 mA.

Tyto tranzistory jsou k dispozici ve dvou formách, jako jsou PNP a NPN. Nejvyšší provozní frekvence tohoto tranzistoru mají od 1 do 300 MHz. Tyto tranzistory se používají při zesilování malých signálů, jako je několik voltů, a jednoduše, když se používá proudový proud. Výkonový tranzistor je použitelný, jakmile je použito obrovské napětí i proud.

Malé typy spínacích tranzistorů

Malé spínací tranzistory se používají jako spínače i zesilovače. Typické hodnoty hFE pro tyto tranzistory se pohybují od 10 do 200, včetně nejmenších proudů kolektoru, které se pohybují od 10 mA do 1000 mA. Tyto tranzistory jsou k dispozici ve dvou formách, jako jsou PNP a NPN

Tyto tranzistory nejsou schopné zesílení malého signálu tranzistorů, které může zahrnovat až 500 zesílení. Díky tomu budou tranzistory užitečnější pro přepínání, i když mohou být použity jako zesilovače pro zajištění zisku. Jakmile budete potřebovat další zisk, pak by tyto tranzistory fungovaly lépe jako zesilovače.

Výkonové tranzistory

Tyto tranzistory jsou použitelné tam, kde se používá velké množství energie. Sběratelská svorka tohoto tranzistoru je spojena s kovovou svorkou základny, takže funguje jako chladič a rozpouští přebytečnou energii. Rozsah typických jmenovitých výkonů se pohybuje hlavně od přibližně 10 W do 300 W, včetně frekvenčních rozsahů od 1 MHz do 100 MHz.

Výkonový tranzistor

Hodnoty nejvyššího proudu kolektoru se budou pohybovat mezi 1 A - 100 A. Výkonové tranzistory jsou k dispozici ve formách PNP a NPN, zatímco Darlingtonův tranzistor se dodává ve formách PNP nebo NPN.

Vysokofrekvenční typy tranzistorů

Vysokofrekvenční tranzistory se používají zejména pro malé signály, které pracují na vysokých frekvencích a používají se ve spínacích aplikacích založených na vysokorychlostních aplikacích. Tyto tranzistory jsou použitelné ve vysokofrekvenčních signálech a měly by být schopné zapnutí / vypnutí při extrémně vysokých rychlostech.

Mezi aplikace vysokofrekvenčních tranzistorů patří zejména zesilovače HF, UHF, VHF, MATV a CATV a také aplikace oscilátorů. Rozsah maximálního jmenovitého kmitočtu je asi 2 000 MHz a nejvyšší kolektorové proudy se pohybují od 10 mA do 600 mA. Lze je získat ve formách PNP i NPN.

Fototranzistor

Tyto tranzistory jsou citlivé na světlo a běžný typ tohoto tranzistoru vypadá jako bipolární tranzistor, kde je odstraněn základní vodič tohoto tranzistoru a měněn v oblasti citlivé na světlo. To je důvod, proč fototranzistor obsahuje jednoduše dvě svorky namísto tří svorek. Jakmile bude vnější oblast stinná, zařízení se vypne.

Fototranzistor

V zásadě nedochází k žádnému toku proudu z oblastí kolektoru do emitoru. Ale kdykoli je oblast citlivá na světlo vystavena dennímu světlu, může být vytvořeno malé množství základního proudu pro řízení mnohem vysokého proudu kolektoru k emitoru.

Podobně jako u normálních tranzistorů to mohou být jak FET, tak BJT. FET jsou tranzistory citlivé na světlo, ne jako foto bipolární tranzistory, foto FET využívá světlo k výrobě hradlového napětí, které se používá hlavně pro řízení proudu odtokového zdroje. Jsou velmi citlivé na změny ve světle a také citlivější ve srovnání s bipolárními fototranzistory.

Unijunkční typy tranzistorů

Unijunkční tranzistory (UJT) zahrnují tři vodiče, které fungují úplně jako elektrické spínače, takže se nepoužívají jako zesilovače. Tranzistory obecně fungují jako přepínač i jako zesilovač. UJT však díky své konstrukci nedává žádný druh zesílení. Není tedy navržen pro poskytování dostatečného napětí, jinak proudu.

Vývody těchto tranzistorů jsou vývody B1, B2 a emitor. Provoz tohoto tranzistoru je jednoduchý. Pokud existuje napětí mezi jeho emitorem nebo základnovou svorkou, pak bude existovat malý tok proudu z B2 na B1.

Unijunkční tranzistor

Řídicí vodiče v jiných typech tranzistorů poskytnou malý přídavný proud, zatímco v UJT je zcela opačný. Primárním zdrojem tranzistoru je jeho emitorový proud. Tok proudu z B2 do B1 je jednoduše malé množství celého kombinovaného proudu, což znamená, že UJT nejsou vhodné pro zesílení, ale jsou vhodné pro přepínání.

Heterojunkční bipolární tranzistor (LGBT)

Heterojunkční bipolární tranzistory AlgaAs / GaAs (HBT) se používají pro digitální a analogové mikrovlnné aplikace s frekvencemi tak vysokými jako pásmo Ku. HBT mohou dodávat rychlejší spínací rychlosti než křemíkové bipolární tranzistory, hlavně kvůli sníženému odporu základny a kapacitě kolektoru k podkladu. Zpracování HBT vyžaduje méně náročnou litografii než GaAs FET, proto mohou být HBT neocenitelné pro výrobu a mohou poskytnout lepší litografický výtěžek.

Tato technologie může také poskytnout vyšší průrazná napětí a snazší přizpůsobení širokopásmové impedance než GaAs FET. Při hodnocení s bipolárními tranzistory Si (BJT) vykazují HBT lepší prezentaci, pokud jde o účinnost vstřikování emitoru, odpor základny, kapacitu základny a emitoru a mezní frekvenci. Představují také dobrou linearitu, nízký fázový šum a vysokou přidanou účinnost. HBT se používají v ziskových i vysoce spolehlivých aplikacích, jako jsou výkonové zesilovače v mobilních telefonech a laserové ovladače.

Darlingtonův tranzistor

Darlingtonský tranzistor, někdy nazývaný „Darlingtonův pár“, je tranzistorový obvod, který je vyroben ze dvou tranzistorů. Sidney Darlington to vynalezl. Je to jako tranzistor, ale má mnohem vyšší schopnost získat proud. Obvod může být vyroben ze dvou diskrétních tranzistorů nebo může být uvnitř integrovaného obvodu.

Parametr hfe s a Darlingtonův tranzistor je každý tranzistor hfe vzájemně násoben. Obvod je užitečný v audio zesilovačích nebo v sondě, která měří velmi malý proud, který prochází vodou. Je tak citlivý, že dokáže zachytit proud v kůži. Pokud jej připojíte ke kovovému dílu, můžete vytvořit dotykové tlačítko.

Darlingtonův tranzistor

Schottkyho tranzistor

Schottkyho tranzistor je kombinace tranzistoru a Schottkyho dioda který zabraňuje nasycení tranzistoru odkloněním extrémního vstupního proudu. Nazývá se také Schottkyho tranzistor.

Tranzistor s více vysílači

Tranzistor s více emitory je specializovaný bipolární tranzistor, který se často používá jako vstupy tranzistorová logika (TTL) NAND logické brány . Vstupní signály jsou aplikovány na emitory. Sběratelský proud přestane jednoduše proudit, pokud jsou všechny emitory poháněny logickým vysokým napětím, čímž provádí logický proces NAND pomocí jediného tranzistoru. Tranzistory s více emitory nahrazují diody DTL a souhlasí se snížením doby spínání a ztrátového výkonu.

Dual Gate MOSFET

Jednou z forem MOSFET, která je obzvláště populární v několika RF aplikacích, je dual-gate MOSFET. Dual-gate MOSFET se používá v mnoha RF a dalších aplikacích, kde jsou vyžadovány dvě řídicí brány v sérii. Dual-gate MOSFET je v zásadě forma MOSFET, kde jsou dvě brány vytvořeny po délce kanálu jeden po druhém.

Tímto způsobem obě brány ovlivňují hladinu proudu protékajícího mezi zdrojem a odtokem. Ve skutečnosti lze operaci MOSFET se dvěma branami považovat za stejnou jako dvě zařízení MOSFET v sérii. Obě brány ovlivňují obecný provoz MOSFET a tedy i výstup. Dual-gate MOSFET lze použít v mnoha aplikacích, včetně RF směšovačů / multiplikátorů, RF zesilovačů, zesilovačů s řízením zisku a podobně.

Lavinový tranzistor

Lavinový tranzistor je bipolární spojovací tranzistor navržený pro proces v oblasti jeho napěťových charakteristik kolektor-proud / kolektor-emitor nad průrazným napětím mezi kolektorem a emitorem, který se nazývá oblast průrazu lavinou. Tato oblast je charakterizována lavinovým rozpadem, výskytem podobným Townsendovým výbojům pro plyny a negativním diferenciálním odporem. Provoz v oblasti zhroucení laviny se nazývá provoz v lavinovém režimu: poskytuje lavinovým tranzistorům schopnost přepínat velmi vysoké proudy s dobami náběhu a pádu za méně než nanosekundu (doby přechodu).

Tranzistory, které nejsou speciálně navrženy pro tento účel, mohou mít přiměřeně konzistentní lavinové vlastnosti, například 82% vzorků 15V vysokorychlostního spínače 2N2369 vyrobeného po dobu 12 let bylo schopno generovat lavinové poruchové impulsy s dobou náběhu 350 ps nebo méně, s použitím 90V napájecího zdroje, jak píše Jim Williams.

Difúzní tranzistor

Difúzní tranzistor je bipolární spojovací tranzistor (BJT) vytvořený difúzí dopantů do polovodičového substrátu. Proces difúze byl implementován později než spojovací proces slitiny a rozšířené spojovací procesy pro výrobu BJT. Společnost Bell Labs vyvinula první prototypové difúzní tranzistory v roce 1954. Původní difúzní tranzistory byly tranzistory s rozptýlenou bází.

Tyto tranzistory stále měly zářiče slitin a někdy i kolektory slitin, jako dřívější tranzistory se slitinovým spojem. Pouze základna byla difundována do substrátu. Někdy substrát produkoval kolektor, ale v tranzistorech, jako jsou Philcoovy mikro slitinové difuzní tranzistory, byl substrát převážnou částí základny.

Aplikace typů tranzistorů

Vhodná aplikace výkonových polovodičů vyžaduje pochopení jejich maximálních jmenovitých hodnot a elektrických charakteristik, informací, které jsou uvedeny v datovém listu zařízení. Dobrá designová praxe využívá limity datových listů, nikoli informace získané z malých šarží vzorků. Hodnocení je maximální nebo minimální hodnota, která stanoví limit schopností zařízení. Jednat nad rámec hodnocení může mít za následek nevratnou degradaci nebo poruchu zařízení. Maximální hodnocení znamená extrémní schopnosti zařízení. Nemají být použity jako konstrukční okolnosti.

Charakteristika je míra výkonu zařízení za jednotlivých provozních podmínek vyjádřená minimálními, charakteristickými a / nebo maximálními hodnotami nebo vyjádřená graficky.

O toto tedy jde co je to tranzistor a různé typy tranzistorů a jejich aplikace. Doufáme, že jste lépe porozuměli tomuto konceptu nebo realizovat elektrické a elektronické projekty , uveďte své cenné návrhy komentářem v sekci komentářů níže. Zde je otázka, jaká je hlavní funkce tranzistoru?