Введение в биполярные переходные транзисторы (BJT)
Глава 4 - Биполярные переходные транзисторы
Изобретение биполярного транзистора в 1948 году привело к революции в электронике. Технические умения, ранее требующие относительно больших, механически хрупких, энергоемких вакуумных ламп, неожиданно достигались с помощью крошечных, механически прочных, энергосберегающих пятен кристаллического кремния. Эта революция позволила разработать и изготовить легкие, недорогие электронные устройства, которые мы сейчас считаем само собой разумеющимися. Понимание того, как функционируют транзисторы, имеет первостепенное значение для всех, кто интересуется современной электроникой.
Мое намерение состоит в том, чтобы максимально сосредоточиться на практической функции и применении биполярных транзисторов, а не исследовать квантовый мир теории полупроводников. По моему мнению, обсуждения дырок и электронов лучше оставить в другой главе. Здесь я хочу изучить, как использовать эти компоненты, а не анализировать их интимные внутренние детали. Я не имею в виду преуменьшить важность понимания физики полупроводников, но иногда интенсивное внимание к твердотельной физике умаляет понимание функций этих устройств на уровне компонентов. Однако, применяя этот подход, я полагаю, что читатель обладает определенным минимальным знанием полупроводников: разница между легированными полупроводниками «P» и «N», функциональными характеристиками PN (диодного) перехода и значениями термов «Обратное предвзятое» и «прямое предвзятое». Если эти понятия неясны для вас, лучше обратиться к предыдущим главам в этой книге, прежде чем приступать к этому.
Биполярный транзистор состоит из трехслойного «сэндвича» легированных (внешних) полупроводниковых материалов, либо PNP на рис. Ниже (b), либо NPN на (d). Каждый слой, образующий транзистор, имеет определенное имя, и каждый слой снабжен проводным контактом для подключения к цепи. Схематические символы показаны на рисунках ниже (a) и (d).
BJT-транзистор: (a) схематический символ PNP, (b) физическая компоновка (c) символ NPN, (d) макет.
Функциональной разницей между PNP-транзистором и NPN-транзистором является правильное смещение (полярность) контактов при работе. Для любого заданного состояния тока текущие направления и полярности напряжения для каждого типа транзистора точно противоположны друг другу.
Биполярные транзисторы работают как регуляторы тока с регулируемым током. Другими словами, транзисторы ограничивают количество проходящего тока в соответствии с меньшим управляющим током. Основной ток, который контролируется, поступает от коллектора к эмиттеру или от эмиттера к коллектору в зависимости от типа транзистора (PNP или NPN, соответственно). Малый ток, который управляет основным током, переходит от базового к эмиттеру или от источника к основанию, снова в зависимости от типа транзистора (PNP или NPN, соответственно). Согласно стандартам символики полупроводника, стрелка всегда указывает на направление электронного потока. (Figurebelow)
Малый ток базового излучателя контролирует большой ток коллектора-эмиттера, протекающий против излучателя стрелка.
Биполярные транзисторы называются биполярными, поскольку основной поток электронов через них происходит в двух типах полупроводникового материала: P и N, поскольку основной ток идет от эмиттера к коллектору (или наоборот). Другими словами, два типа носителей заряда - электроны и дырки - содержат этот основной ток через транзистор.
Как вы можете видеть, управляющий ток и управляемый ток всегда соединяются вместе через провод эмиттера, и их электроны всегда текут против направления стрелки транзистора. Это первое и главное правило в использовании транзисторов: все токи должны идти в правильных направлениях, чтобы устройство работало как регулятор тока. Малый управляющий ток обычно называют просто базовым током, потому что он является единственным током, который проходит через базовый провод транзистора. И наоборот, большой управляемый ток называется током коллектора, поскольку он является единственным током, проходящим через коллекторный провод. Ток эмиттера представляет собой сумму базового и коллекторного токов в соответствии с действующим законом Кирхгофа.
Отсутствие тока через базу транзистора, отключает его как открытый выключатель и предотвращает ток через коллектор. Базовый ток, превращает транзистор как закрытый выключатель и позволяет пропорциональное количество тока через коллектор. Ток коллектора в основном ограничивается базовым током, независимо от количества напряжения, доступного для его нажатия. В следующем разделе будет более подробно рассмотрено использование биполярных транзисторов в качестве переключающих элементов.
- ОБЗОР:
- Биполярные транзисторы названы так потому, что управляемый ток должен проходить через два типа полупроводникового материала: P и N. Ток состоит из потока электронов и дырок в разных частях транзистора.
- Биполярные транзисторы состоят из PNP или NPN полупроводниковой «сэндвич-структуры».
- Три провода биполярного транзистора называются излучателем, базой и коллектором.
- Транзисторы функционируют как регуляторы тока, позволяя малым токам управлять большим током. Величина допустимого тока между коллектором и эмиттером определяется в основном количеством тока, движущегося между базой и эмиттером.
- Для правильного функционирования транзистора в качестве регулятора тока управляющий (базовый) ток и управляемые (коллекторные) токи должны идти в правильном направлении: сцепляться аддитивно на эмиттере и идти против символа стрелка эмиттера.