Farklı transistör türleri ve çalışmaları

Beynimiz bir şeyleri düşünmek ve ezberlemek için kullanılan Nöron adı verilen 100 milyar hücreden oluştuğundan. Bilgisayarda olduğu gibi Transistörler adlı milyarlarca küçük beyin hücresi de var. Silikon adı verilen kumdan elde edilen kimyasal element ekstraktından oluşur. Transistörler, yarım asır önce John Bardeen, Walter Brattain ve William Shockley tarafından tasarlandığı için elektronik teorisini kökten değiştiriyor.

Öyleyse size nasıl çalıştıklarını veya gerçekte ne olduklarını söyleyeceğiz?

Transistörler nedir?

Bu cihazlar, yaygın olarak amplifikasyon veya anahtarlama amacıyla kullanılan yarı iletken malzemeden yapılmıştır, ayrıca voltaj ve akım akışını kontrol etmek için de kullanılabilir. Ayrıca, giriş sinyallerini çıkış sinyalinin kapsamına yükseltmek için kullanılır. Bir transistör, genellikle yarı iletken malzemelerden oluşan bir katı hal elektronik cihazdır. Elektronik akım sirkülasyonu, elektronların eklenmesiyle değiştirilebilir. Bu süreç, çıkış akımındaki birçok varyasyonu orantılı olarak etkilemek için voltaj varyasyonlarını getirir ve amplifikasyonu meydana getirir. Elektronik cihazların hepsi değil, çoğu bir veya daha fazla tipte transistör içerir. Transistörlerin bazıları ayrı ayrı veya genellikle durum uygulamalarına göre değişen entegre devrelere yerleştirilir.

"Transistör, bazı cihazlara tek başına yerleştirilen ancak bilgisayarlarda küçük mikroçiplerde milyonlarca sayıda paketlenmiş üç ayaklı böcek türü bir bileşendir"

Bir transistör nelerden oluşur?

Transistör, akımı tutma özelliğine sahip üç yarı iletken katmanından oluşur. Silikon ve germanyum gibi elektrik ileten malzemeler, plastik tellerle çevrelenmiş iletkenler ve izolatör arasında elektrik taşıma özelliğine sahiptir. Yarı iletken malzemeler, yarı iletkenin katkılanması adı verilen bazı kimyasal prosedürlerle işlenir. Silisyum arsenik, fosfor ve antimon ile katkılanırsa, bazı ekstra yük taşıyıcıları, yani elektronlar, N-tipi veya negatif yarı iletken olarak bilinirken, silikon bor, galyum, alüminyum gibi başka safsızlıklar ile katkılanırsa, elde edilir. daha az yük taşıyıcı, yani delikler, P tipi veya pozitif yarı iletken olarak bilinir.

Transistör Nasıl Çalışır?

Çalışma konsepti, bir transistörün nasıl kullanılacağını veya nasıl çalıştığını anlamanın ana parçasıdır, transistörde üç terminal vardır:

• Baz: Transistör elektrotlarına baz verir.

• Verici: Bundan çıkan yük taşıyıcıları.

• Toplayıcı: Bununla toplanan yük taşıyıcıları.

Eğer transistör NPN tipidir, bunu tetiklemek için 0.7V bir gerilim uygulamak gerekir ve gerilim baz pin uygulanan transistör dönüşler hangi AÇIK olduğu ileri koşulu önyargılı yayıcı kollektör (diğer adıyla doygunluk akan ve mevcut başlangıç bölge). Transistör ters taraflı durumda olduğunda veya taban pimi topraklandığında veya üzerinde voltaj olmadığında, transistör KAPALI durumda kalır ve kolektörden yayıcıya akım akışına izin vermez (kesme bölgesi olarak da adlandırılır).

Eğer transistör PNP tipi olup, normal AÇIK durumda değil ama taban pimi mükemmel topraklı olur kadar üzerinde mükemmel söylenecek. Taban pimini toprakladıktan sonra, transistör ters taraflı durumda olacaktır veya AÇIK konuma getirileceği söylenecektir. Taban pimine sağlanan besleme, toplayıcıdan yayıcıya akım iletmeyi durdurur ve transistörün KAPALI durumda veya ileriye dönük durumda olduğu söylenir.

Transistörün korunması için, onunla seri olarak bir direnç bağlarız, bu direncin değerini bulmak için aşağıdaki formülü kullanırız:

R _B = V _BE / I _B

Farklı Transistör Türleri:

Temel olarak Transistörü Bipolar Bağlantı Transistörü (BJT) ve Alan Etkili Transistör (FET) olarak iki kategoriye ayırabiliriz. Ayrıca, aşağıdaki gibi bölebiliriz:

Bipolar Bağlantı Transistörü (BJT)

Bipolar bağlantı transistörü, üç uçlu, yani taban, verici ve toplayıcıya sahip katkılı yarı iletkenden oluşur. Bu prosedürde hem delikler hem de elektronlar yer alır. Toplayıcıdan yayıcıya geçen büyük miktarda akım, küçük akımı tabandan yayıcı terminallere değiştirerek anahtarlanır. Bunlar aynı zamanda akım kontrollü cihazlar olarak da adlandırılır. NPN ve PNP, daha önce tartıştığımız gibi BJT'lerin iki ana parçasıdır. BJT, tüm transistörler için en düşük empedansa sahip olduğu için tabana girdi vererek açıldı. Amplifikasyon ayrıca tüm transistörler için en yüksektir.

BJT tipleri aşağıdaki gibidir:

1. NPN Transistör:

NPN transistör orta bölgesinde, yani taban p-tipindedir ve iki dış bölge, yani emitör ve toplayıcı n-tipindedir.

İleri aktif modda, NPN transistörü önyargılıdır. DC kaynağı Vbb ile, tabandan yayıcıya birleşme noktası ileriye doğru önyargılı olacaktır. Bu nedenle, bu kavşakta tükenme bölgesi azalacaktır. Kollektörden taban birleşimine ters eğimlidir, kolektörden tabana birleşme yeri tükenme bölgesi artacaktır. Yük taşıyıcılarının çoğu, n-tipi yayıcı için elektronlardır. Baz yayıcı bağlantı noktası öne doğru eğimlidir, bu nedenle elektronlar temel bölgeye doğru hareket eder. Bu nedenle, bu yayıcı akımına Ie neden olur. Taban bölgesi incedir ve delikler tarafından hafifçe katkılanır, elektron-delik kombinasyonu oluşur ve bazı elektronlar taban bölgesinde kalır. Bu, çok küçük taban akımına (Ib) neden olur. Taban toplayıcı bağlantısı, taban bölgesindeki deliklere ve kolektör bölgesindeki elektronlara eğimli olarak tersine çevrilir, ancak ileriye doğru temel bölgedeki elektronlara eğilimlidir. Kollektör terminali tarafından çekilen baz bölgenin kalan elektronları, kollektör akımı Ic'ye neden olur . NPN Transistör hakkında daha fazlasını buradan kontrol edin.

2. PNP Transistörü:

PNP transistör orta bölgesinde, yani taban n-tipindedir ve iki dış bölge, yani toplayıcı ve yayıcı p-tipindedir.

Yukarıda NPN transistöründe tartıştığımız gibi, aynı zamanda aktif modda da çalışıyor. Yük taşıyıcılarının çoğu, p-tipi yayıcı için deliklerdir. Bu delikler için, taban yayıcı bağlantı noktası ileri doğru eğimli olacak ve taban bölgesine doğru hareket edecektir. Bu, yayıcı akımına Ie neden olur. Taban bölgesi incedir ve elektronlar tarafından hafifçe katkılanır, elektron-delik kombinasyonu oluşur ve taban bölgesinde bazı delikler kalır. Bu, çok küçük taban akımına (Ib) neden olur. Taban toplayıcı bağlantısı, taban bölgesindeki deliklere ve kolektör bölgesindeki deliklere eğimli olarak ters çevrilir, ancak taban bölgesindeki deliklere ileriye doğru eğimlidir. Kollektör terminalinin çektiği taban bölgesinde kalan delikler, kolektör akımı Ic'ye neden olur. PNP transistörü hakkında daha fazlasını buradan kontrol edin.

Transistör Yapılandırmaları nelerdir?

Genel olarak, üç tip konfigürasyon vardır ve bunların kazanca göre açıklamaları aşağıdaki gibidir:

Ortak Taban (CB) Yapılandırması: Akım kazancı yoktur ancak voltaj kazancı vardır.

Ortak Kollektör (CC) Konfigürasyonu: Akım kazancı var ancak gerilim kazancı yok.

Ortak Verici (CE) Konfigürasyonu: Hem akım kazancı hem de gerilim kazancı vardır.

Transistör Ortak Taban (CB) Yapılandırması:

Bu devrede, taban hem giriş hem de çıkış için ortak yerleştirilir. Düşük giriş empedansına sahiptir (50-500 ohm). Yüksek çıkış empedansına sahiptir (1-10 mega ohm). Baz terminallerine göre ölçülen voltajlar. Dolayısıyla, giriş voltajı ve akımı Vbe & Ie olacak ve çıkış voltajı ve akımı Vcb & Ic olacaktır.

Mevcut Kazanç, birlikten daha az olacaktır, yani alfa (dc) = Ic / Ie
Gerilim kazancı yüksek olacaktır.
Güç kazancı ortalama olacaktır.

Transistör Ortak Verici (CE) Yapılandırması:

Bu devrede, verici hem giriş hem de çıkış için ortak olarak yerleştirilir. Giriş sinyali baz ve yayıcı arasına uygulanır ve çıkış sinyali toplayıcı ile verici arasına uygulanır. Vbb ve Vcc gerilimlerdir. Yüksek giriş empedansına sahiptir, yani (500-5000 ohm). Düşük çıkış empedansına sahiptir, yani (50-500 kilo ohm).

Mevcut Kazanç yüksek (98), yani beta (dc) = Ic / Ie olacaktır
Güç kazancı 37db'ye kadar.
Çıkış 180 derece faz dışı olacaktır.

Transistör Ortak Toplayıcı Yapılandırması:

Bu devrede, toplayıcı hem giriş hem de çıkışa ortak yerleştirilir. Bu aynı zamanda yayıcı takipçisi olarak da bilinir. Giriş empedansı yüksektir (150-600 kilo ohm). Düşük çıkış empedansına sahiptir (100-1000 ohm).

Mevcut kazanç yüksek olacaktır (99).
Voltaj kazancı birden az olacaktır.
Güç kazancı ortalama olacaktır.

Alan Etkili Transistör (FET):

Alan Etkili Transistör, kaynak, kapı, drenaj gibi üç bölgeyi içerir. Voltaj seviyesini kontrol ettikleri için voltaj kontrollü cihazlar olarak adlandırılırlar. Elektriksel davranışı kontrol etmek için, harici olarak uygulanan elektrik alanı seçilebilir, bu yüzden alan etkili transistörler olarak adlandırılır. Bunda akım, çoğunluk yük taşıyıcılarından, yani elektronlardan dolayı akar, dolayısıyla tek kutuplu transistör olarak da bilinir. Elektrik alanı tarafından kontrol edilen drenaj ve kaynak arasında düşük frekans iletkenliği ile mega ohm cinsinden esas olarak yüksek giriş empedansına sahiptir. FET'ler yüksek verimlidir, güçlüdür ve maliyeti daha düşüktür.

Alan etkili transistörler iki tiptedir, yani Kavşak alanı etkili transistörler (JFET) ve Metal oksit alan etkili transistörler (MOSFET). Akım, n-kanal ve p-kanal olarak adlandırılan iki kanal arasında geçer.

Bağlantı Alan Etkili Transistör (JFET)

Bağlantı alanı etkili transistörün PN bağlantısı yoktur, ancak yüksek dirençli yarı iletken malzemeler yerine, drenaj veya kaynak terminali iki terminalli çoğunluk yük taşıyıcılarının akışı için n & p tipi silikon kanalları oluştururlar. N-kanalında, akımın akışı negatifken, p-kanalında akımın akışı pozitiftir.

JFET'in Çalışması:

JFET'te iki tür kanal vardır: n-kanal JFET ve p-kanal JFET

N-Kanal JFET:

Burada, aşağıdaki gibi iki koşul için n-kanal JFET'in ana işleyişini tartışmalıyız:

İlk olarak, Vgs = 0 olduğunda, Vds'nin pozitif olduğu boşaltma terminaline küçük pozitif voltaj uygulayın. Bu uygulanan voltaj Vds nedeniyle, elektronlar kaynaktan drenaja akar, boşaltma akımı Id'ye neden olur. Drenaj ve kaynak arasındaki kanal direnç görevi görür. N-kanalı tek tip olsun. Boşaltma akımı kimliği tarafından kurulan farklı voltaj seviyeleri ve kaynaktan boşaltmaya doğru hareket eder. Gerilimler, boşaltma terminalinde en yüksek ve kaynak terminalinde en düşüktür. Drenaj ters eğimlidir, bu nedenle tükenme katmanı burada daha geniştir.

Vds artar, Vgs = 0 V

Tükenme katmanı artar, kanal genişliği azalır. Vds, iki tükenme bölgesinin temas ettiği seviyede artar, bu durum kısma işlemi olarak bilinir ve Vp geriliminin kesilmesine neden olur .

Burada, Id kıstırılmış – off 0 MA'ya düşer ve Id doygunluk seviyesine ulaşır. Boşaltma kaynağı doygunluk akımı (Idss) olarak bilinen Vgs = 0 ile id . Mevcut Id'nin aynı kaldığı ve JFET'in sabit bir akım kaynağı olarak davrandığı Vp'de Vds arttı.

İkincisi, Vgs 0'a eşit olmadığında, Negatif Vgs ve Vds uygulayın değişir. Tükenme bölgesinin genişliği artar, kanal daralır ve direnç artar. Daha az boşaltma akımı akar ve doygunluk seviyesine ulaşır. Negatif Vgs nedeniyle doygunluk seviyesi azalır, Id azalır. Sıkıştırma gerilimi sürekli olarak düşüyor. Bu nedenle voltaj kontrollü cihaz denir.

JFET'in özellikleri:

Farklı bölgeleri gösteren özellikler aşağıdaki gibidir:

Ohmik Bölge: Vgs = 0, tükenme katmanı küçük.

Cut-Off Region: Kanal direnci maksimum olduğu için kıstırma bölgesi olarak da bilinir.

Doygunluk veya Aktif Bölge: Boşaltma kaynağı voltajının daha düşük olduğu kapı kaynağı voltajı tarafından kontrol edilir.

Arıza Bölgesi: Drenaj ile kaynak arasındaki gerilimin yüksek olması dirençli kanalda bozulmaya neden olur.

P-Kanal JFET:

p-kanal JFET, n-kanal JFET ile aynı şekilde çalışır, ancak bazı istisnalar meydana gelmiştir, yani, delikler nedeniyle, kanal akımı pozitiftir ve Önyargı voltaj polaritesinin ters çevrilmesi gerekir.

Aktif bölgedeki boşaltma akımı:

Id = Kimlikler

Drenaj kaynağı kanal direnci: Rds = delta Vds / delta Id

Metal Oksit Alan Etkili Transistör (MOSFET):

Metal Oksit Alan Etkili Transistör, voltaj kontrollü alan etkili transistör olarak da bilinir. Burada, metal oksit geçit elektronları n-kanalından ve p-kanalından cam olarak adlandırılan ince silikon dioksit tabakası ile elektriksel olarak izole edilmiştir.

Drenaj ve kaynak arasındaki akım, giriş voltajıyla doğru orantılıdır.

Üç terminalli bir cihazdır, yani geçit, drenaj ve kaynak. Kanalların işleyişine göre iki tür MOSFET vardır, yani, p-kanal MOSFET ve n-kanal MOSFET.

İki tür metal oksit alan etkili transistör vardır, yani Tükenme Tipi ve Geliştirme Tipi.

Tükenme Tipi: Vgs gerektirir, yani kapatmak için geçit kaynağı voltajı ve tükenme modu normalde kapalı anahtara eşittir.

Vgs = 0, Vgs pozitifse, elektronlar daha fazla, Vgs negatifse elektronlar daha azdır.

Geliştirme Türü: Açmak için Vgs yani geçit kaynağı voltajı gerektirir ve geliştirme modu normalde açık anahtara eşittir.

Burada ek terminal, topraklamada kullanılan alt tabakadır.

Kapı kaynağı voltajı (Vgs) Eşik voltajından (Vth) daha büyük

Transistörler İçin Öngerilim Modları:

Önyargı iki yöntemle yapılabilir, yani ileri eğilme ve ters önyargı, önyargıya bağlı olarak, aşağıdaki gibi dört farklı önyargı devresi vardır:

Sabit Taban Eğilimi ve Sabit Direnç Sapması:

Şekilde, taban ile Vcc arasına bağlanan taban direnci Rb. Baz yayıcı bağlantısı, içinden Ib akışına yol açan voltaj düşüşü Rb nedeniyle ileri eğimlidir. Burada Ib şunlardan elde edilir:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Bu, düşük termal stabiliteye yol açan stabilite faktörü (beta +1) ile sonuçlanır. Burada gerilim ve akım ifadeleri yani, Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Toplayıcı Geri Bildirim Yönelimi:

Bu şekilde, transistörün kollektör ve baz terminaline bağlanan taban direnci Rb. Bu nedenle temel voltaj Vb ve kollektör voltajı Vc bu şekilde birbirine benzerdir.

Vb = Vc-IbRb Nerede, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

Bu denklemlere göre, Ic azalır Vc azaltır, Ib, otomatik olarak Ic azaltır.

Burada, (beta +1) faktörü birden az olacaktır ve Ib, amplifikatör kazancını azaltmaya yol açar.

Böylece voltajlar ve akımlar şu şekilde verilebilir:

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie neredeyse Ib'ye eşittir

İkili Geri Besleme Sapması:

Bu şekilde, toplayıcı geri besleme temel devresi üzerinde değiştirilmiş formdur. Kararlılığı artıran ek R1 devresine sahip olduğu için. Bu nedenle, baz direncindeki artış, beta varyasyonlarına, yani kazanca yol açar.

Şimdi, I1 = 0.1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie neredeyse Ic'ye eşittir

Verici Dirençli Sabit Önyargı:

Bu şekilde, sabit öngerilim devresiyle aynıdır, ancak bağlanmış ek bir yayıcı direnci vardır. Ic sıcaklık nedeniyle artar, Ie de artar ve bu da Re boyunca voltaj düşüşünü tekrar artırır. Bu, Vc'de azalma ile sonuçlanır, iC'yi normal değerine geri getiren Ib'yi azaltır. Re varlığında voltaj kazancı azalır.

Şimdi, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie neredeyse Ic'ye eşittir

Verici Eğilimi:

Bu şekilde, iki besleme gerilimi vardır Vcc ve Vee eşittir, ancak kutupları zıttır.Burada, Vee, Re & Vcc tarafından baz yayıcı bağlantısına ileri doğru eğimlidir ve Vcc, kolektör taban bağlantısına ters eğilimlidir.

Şimdi, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie neredeyse Ib'ye eşittir Nerede, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Bu kararlı bir çalışma noktası sağlar.

Verici Geri Bildirim Yönelimi:

Bu şekilde, daha yüksek kararlılık için hem toplayıcıyı hem geri bildirim hem de yayıcı geri bildirimi olarak kullanır. Verici akımın Ie akışına bağlı olarak, yayıcı direnç Re boyunca voltaj düşüşü meydana gelir, bu nedenle yayıcı taban bağlantısı ileri önyargı olacaktır. Burada sıcaklık artar, Ic artar, yani aynı zamanda artar. Bu, Re'de voltaj düşüşüne neden olur, kolektör voltajı Vc azalır ve Ib de azalır. Bu, çıktı kazancının azalacağı sonucunu verir. İfadeler şu şekilde verilebilir:

Irb = 0.1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0.1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie hemen hemen eşittir ben c

Gerilim Bölücü Önyargı:

Bu şekilde, transistörü önyargılı hale getirmek için direnç R1 ve R2'nin voltaj bölücü formunu kullanır. R2'deki voltaj formları, ileriye doğru baz-yayıcı bağlantısına eğildiği için temel voltaj olacaktır. Burada I2 = 10Ib.

Bu, voltaj bölücü akımını ihmal etmek için yapılır ve beta değerinde değişiklikler meydana gelir.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic, hem beta hem de Vbe'deki değişikliklere direnir ve bu da 1'lik bir kararlılık faktörü ile sonuçlanır. Bunda, Ic, sıcaklık arttıkça artar, Ie, Vbe baz gerilimini düşüren yayıcı gerilim Ve'deki artışla artar. Bu, temel akım ib ve ic'nin gerçek değerlerine düşmesine neden olur.

Transistörlerin Uygulamaları

Parçaların çoğu için transistörler, voltaj ve güç amplifikatörleri gibi elektronik uygulamalarda kullanılır.
Birçok devrede anahtar olarak kullanılır.
Dijital mantık devrelerinin yapımında kullanılır, yani AND, NOT vb.
Transistörler her şeye, yani bilgisayarlara soba üstlerine yerleştirilmiştir.
Mikroişlemcide, içine milyarlarca transistörün entegre edildiği çipler olarak kullanılır.
Daha önceki günlerde radyolarda, telefon cihazlarında, işitme başlıklarında vb.
Ayrıca daha önce büyük ebatlarda vakum tüplerinde kullanılırlar.
Ses sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştürmek için mikrofonlarda da kullanılırlar.