Dispozitivul și principiul de funcționare al tranzistorului

Importanța practică a tranzistorului bipolar pentru electronica modernă și ingineria electrică nu poate fi exagerată. Tranzistoarele bipolare sunt folosite peste tot astăzi: pentru a genera și amplifica semnale, în convertoare electrice, în receptoare și transmițătoare și în multe alte locuri, pot fi listate pentru o perioadă foarte lungă de timp.

Prin urmare, în cadrul acestui articol, nu vom atinge toate domeniile posibile de aplicare a tranzistoarelor bipolare, ci doar luăm în considerare dispozitivul și principiul general de funcționare al acestui minunat dispozitiv semiconductor, care din anii 1950 a transformat întreaga industrie electronică și din anii 1970 a contribuit semnificativ la accelerarea progresului tehnic.

Un tranzistor bipolar este un dispozitiv semiconductor cu trei electrozi care include trei baze de conductivitate variabilă ca bază. Astfel, tranzistoarele sunt de tip NPN și PNP. Materialele semiconductoare din care sunt fabricate tranzistoarele sunt în principal: siliciu, germaniu, arseniură de galiu și altele.

Siliciul, germaniul și alte substanțe sunt inițial dielectrice, dar dacă le adăugați impurități, acestea devin semiconductori. Adăugările la siliciu, cum ar fi fosforul (un donor de electroni) vor face din siliciu un semiconductor de tip N, iar dacă borul (un acceptor de electroni) este adăugat la siliciu, atunci siliciul va deveni un semiconductor de tip P.

Ca rezultat, semiconductorii de tip N au conducție electronică, iar semiconductorii de tip P au conducție de orificii. După cum înțelegeți, conductivitatea este determinată de tipul de purtători de sarcină activi.

Deci, o plăcintă cu trei straturi de semiconductori de tip P și de tip N este în esență un tranzistor bipolar. Fiecărui strat sunt atașate terminale numite: Emițător, Colector și Bază.

Baza este un electrod de control al conductivității. Emițătorul este sursa purtătorilor de curent din circuit. Colectorul este locul în direcția căruia purtătorii de curent se repezi sub acțiunea EMF aplicată dispozitivului.

Simbolurile pentru tranzistoarele bipolare NPN și PNP sunt diferite în diagrame. Aceste denumiri reflectă doar dispozitivul și principiul de funcționare a tranzistorului în circuitul electric. Săgeata este întotdeauna trasă între emițător și bază. Direcția săgeții este direcția curentului de control care este alimentat în circuitul emițătorului de bază.

Deci, într-un tranzistor NPN, săgeata indică de la bază la emițător, ceea ce înseamnă că în modul activ, electronii de la emițător se vor repezi către colector, în timp ce curentul de control trebuie direcționat de la bază la emițător.

Într-un tranzistor PNP, este exact opusul: săgeata este îndreptată de la emițător la bază, ceea ce înseamnă că, în modul activ, găurile de la emițător se îndreaptă spre colector, în timp ce curentul de control trebuie direcționat de la emițător la baza.

Să vedem de ce se întâmplă asta. Când se aplică o tensiune pozitivă constantă la baza unui tranzistor NPN (în regiunea de 0,7 volți) în raport cu emițătorul său, joncțiunea pn bază-emițător a acestui tranzistor NPN (vezi figura) este polarizat direct și bariera de potențial dintre joncțiunea colector-bază și emițătorul de bază scade, acum electronii se pot deplasa prin ea sub acțiunea EMF din circuitul colector-emițător.

Cu un curent de bază suficient, un curent colector-emițător va apărea în acest circuit și se va colecta cu curentul de bază-emițător. Tranzistorul NPN se va porni.

Relația dintre curentul colectorului și curentul de control (bază) se numește câștig de curent al tranzistorului. Acest parametru este dat în documentația tranzistorului și poate varia de la unități la câteva sute.

Când o tensiune negativă constantă este aplicată la baza unui tranzistor PNP (în regiunea de -0,7 volți) în raport cu emițătorul său, joncțiunea bază-emițător np a acestui tranzistor PNP este polarizat direct, iar bariera de potențial dintre colector- baza și joncțiunea de bază -emițătorul scade, acum găurile se pot deplasa prin el sub acțiunea EMF din circuitul colector-emițător.

Observați polaritatea alimentării circuitului colector. Cu un curent de bază suficient, un curent colector-emițător va apărea în acest circuit și se va colecta cu curentul de bază-emițător. Tranzistorul PNP se va porni.

Tranzistoarele bipolare sunt utilizate în mod obișnuit în diferite dispozitive în amplificator, barieră sau comutator.

În modul boost, curentul de bază nu scade niciodată sub curentul de menținere, ceea ce menține tranzistorul într-o stare de conducție deschisă în orice moment. În acest mod, oscilațiile scăzute ale curentului de bază inițiază oscilații corespunzătoare la un curent de colector mult mai mare.

În modul cheie, tranzistorul trece de la o stare închisă la una deschisă, acționând ca un comutator electronic de mare viteză. În modul barieră, prin schimbarea curentului de bază, curentul de sarcină inclus în circuitul colectorului este controlat.

Vezi si:Comutator electronic cu tranzistori - Principiul de funcționare și schematică