Принцип роботи приладу
Транзистор - напівпровідниковий прилад, призначений для посилення електричного сигналу. Завдяки особливій будові кристалічних граток і напівпровідникових властивостями, цей прилад здатний збільшувати амплітуду струму, що протікає.
Напівпровідники - речовини, які здатні проводити струм, а також перешкоджати його проходженню. Найяскравішими їх представниками є кремній і германій. Існує два види напівпровідників:
- Електронні.
- Діркові.
У напівпровідниках електричний струм виникає через нестачу або надлишку вільних електронів. Наприклад, кристалічна решітка атома складається з трьох електронів. Однак якщо ввести в цю речовину атом, що складається з чотирьох електронів, один буде зайвим. Він є вільним електроном. Відповідно, чим більше таких електронів, тим ближче ця речовина за своїми властивостями до металу. А значить, і провідність струму більше. Такі напівпровідники називаються електронними.
Тепер поговоримо про доручених. Для їх створення в речовина вводяться атоми іншого речовини, кристалічна решітка якого містить більше атомів. Відповідно, в нашому полупроводнике стає менше електронів. Утворюються вакантні місця для електронів. Валентні зв'язки будуть руйнуватися, так як електрони будуть прагнути зайняти ці вакантні місця. Далі, ми будемо називати їх дірками.
Електрони постійно прагнуть зайняти дірку і, починаючи рух, утворюють нову дірку. Такою поведінкою мають абсолютно всі електрони. У напівпровіднику відбувається їх рух, а значить, починає проводитися струм. Такі напівпровідники називаються дірковими.
Таким чином, вводячи недолік або надлишок електронів в кремній або германій, ми сприяємо їх руху. Виходить струм. Транзистори складаються із з'єднань цих напівпровідників за певним принципом. З їх допомогою можна управляти протікають струмами і іншими параметрами електричних сигналів.
види транзисторів
Існує кілька видів транзисторів. Їх близько чотирьох. Однак основні з них це:
- Польові.
- Біполярні.
Решта види збираються з польових і біполярних. Розглянемо більш докладно кожен вид.
польові
Суть цього приладу полягає в управлінні параметрами електричного сигналу за допомогою електричного поля. Воно з'являється при подачі напруги до якого-небудь з висновків:
- Затвор потрібен для регулювання параметрів сигналу, завдяки подачі напруги на нього.
- Сток - висновок, через який з каналу йдуть носії заряду (дірки і електрони).
- Исток - висновок, через який в канал приходять електрони і дірки.
Такий транзистор складається з напівпровідника з певною провідністю і двох областей, поміщених в нього з протилежного провідністю. При подачі напруги на затвор між цими двома областями з'являється простір, через яке протікає струм. Це простір називається каналом. Ширина цього каналу регулюється напругою, яке ми подаємо на затвор. Відповідно, можна збільшувати і зменшувати ширину каналу і управляти струмом, що протікає.
Тепер поговоримо про прилад з ізольованим затвором. Різниця в тому, що в першому випадку цей перехід є завжди, навіть коли на затвор подавалося напруга. А при його подачі, перехід і струмопровідний канал змінювалися в залежності від полярності і амплітуди напруги. Металевий затвор в таких транзисторах ізольований діелектриком від напівпровідникової області. Їх вхідний опір набагато більше.
Існує два види приладів з ізольованим затвором:
- З вбудованим каналом.
- З індукованим каналом.
Вбудований канал дозволяє протікати електричного струму з певною амплітудою. При подачі напруги з певною амплітудою і полярністю ми можемо змінювати ширину каналу і його провідність. Цей канал вбудовується в транзистори на виробничих підприємствах.
Індукований канал з'являється між двома областями, про які ми говорили вище, тільки при подачі напруги певної полярності на затвор. Тобто, коли на затвор напругу не подається, ток в ньому не протікає.
Всі види польових транзисторів відрізняються один від одного за такими параметрами:
- Вхідний опір.
- Амплітуда напруги, яке необхідно подати на затвор.
- Полярність.
Кожен з цих видів польових транзисторів необхідний для складання певних електричних і логічних схем. Так як для реалізації двох різних пристроїв необхідно різні електричні параметри.
біполярні
Слово «біполярні» означає дві полярності. Тобто, такі прилади мають дві полярності, завдяки особливостям своєї будови. Особливість їх будови полягає в тому, що вони складаються з трьох напівпровідникових областей. Типи провідності бувають наступними:
- Електронна, далі n.
- Діркова, далі p.
Відповідно, можна зробити висновок, що існує два види біполярних транзисторів:
- pnp;
- npn.
Різниця між ними полягає в тому, що для коректної роботи необхідно подавати напругу різної полярності. До кожної з трьох напівпровідникових областей підключено по одному висновку. Всього їх три:
- База - центральний шар. Він є самим тонким. На виведення бази знаходиться керуючий струм з невеликою амплітудою.
- Колектор - один з крайніх шарів. Він є самим широким. На нього подається струм з великою амплітудою.
- Емітер - висновок, на який подається струм з колектора. На його виході амплітуда струму трохи більше, ніж на вході.
Існує три схеми підключення біполярних транзисторів:
- Із загальним емітером - вхідний сигнал подається на базу, а вихідний знімається з колектора.
- Із загальним колектором - вхідний сигнал подається на базу, а знімається з емітера.
- З загальною базою - вхідний сигнал подається на емітер, а знімається з колектора.
Завдяки кільком електронно-дірковий переходами, що утворюється в біполярному транзисторі, можна управляти параметрами електричного сигналу. Полярність і амплітуда напруги, що подається залежать від типу біполярного транзистора.
Застосування транзисторів в життя
Транзистори застосовуються в дуже багатьох технічних пристроях. Найяскравіші приклади:
- Підсилювальні схеми.
- Генератори сигналів.
- Електронні ключі.
У всіх пристроях зв'язку посилення сигналу необхідно. По-перше, електричні сигнали мають природне затухання. По-друге, досить часто буває, що амплітуди одного з параметрів сигналу недостатньо для коректної роботи пристрою. Інформація передається за допомогою електричних сигналів. Щоб доставка була гарантованої і якість інформації високим, нам необхідно підсилювати сигнали.
Транзистори здатні впливати не тільки на амплітуду, але і на форму електричного сигналу. Залежно від необхідної форми генерується сигналу в генераторі буде встановлено відповідний тип напівпровідникового приладу.
Електронні ключі потрібні для управління силою струму в ланцюзі. До складу цих ключів входить безліч транзисторів. Електронні ключі є одним з найважливіших елементів схем. На їх основі працюють комп'ютери, телевізори та інші електричні прилади, без яких в сучасному житті не обійтися.
Література по електроніці
Наука, яка вивчає транзистори і інші прилади, називається електроніка. Цілий її розділ присвячений напівпровідникових приладів. Якщо вам цікаво отримати більше інформації про роботу транзисторів, можна почитати наступні книги з цієї тематики:
- Цифрова схемотехніка та архітектура комп'ютера - Девід М.
- Операційні системи. Розробка і реалізація - Ендрю Т.
- Силова електроніка для любителів і професіоналів - Б. Ю. Семенов.
У цих книгах описуються різні засоби програмованої електроніки. Звичайно ж, в основі всіх програмованих схем, лежать транзистори. Завдяки цим книгам ви не тільки отримаєте нові знання про транзисторах, а й навички, які, можливо, принесуть вам дохід.
Тепер ви знаєте, як працюють транзистори, і де вони застосовуються в житті. Якщо вам цікава ця тема, продовжуйте її вивчати, адже прогрес не стоїть на місці, і всі технічні пристрої постійно удосконалюються. У цій справі дуже важливо йти в ногу з часом. Успіхів вам!