Il dispositivo e il funzionamento del transistor bipolare

Un transistor è un dispositivo a semiconduttore attivo, con l'aiuto del quale viene eseguita l'amplificazione, la conversione e la generazione di oscillazioni elettriche. Tale applicazione del transistor può essere osservata nella tecnologia analogica. A parte quello transistori Sono anche utilizzati nella tecnologia digitale, dove sono utilizzati in modalità chiave. Ma nelle apparecchiature digitali, quasi tutti i transistor sono "nascosti" all'interno dei circuiti integrati, e in grandi quantità e in dimensioni microscopiche.

Qui non ci soffermeremo più troppo sugli elettroni, sui buchi e sugli atomi, che erano già stati descritti nelle parti precedenti dell'articolo, ma alcuni di questi, se necessario, dovranno ancora essere ricordati.

Il diodo a semiconduttore è costituito da una giunzione p-n, le cui proprietà sono state descritte nella parte precedente dell'articolo. Il transistor, come sapete, consiste quindi di due transizioni diodo a semiconduttore può essere considerato come il precursore del transistor o della sua metà.

Se la giunzione p-n è ferma, i fori e gli elettroni vengono distribuiti, come mostrato nella Figura 1, formando una potenziale barriera. Cercheremo di non dimenticare le convenzioni di elettroni, lacune e ioni mostrate in questa figura.

Figura 1

Come è un transistor bipolare

dispositivo transistor bipolare semplice a prima vista. Per fare ciò, è sufficiente creare due giunzioni pn su una piastra a semiconduttore, chiamata base. Sono stati descritti alcuni metodi per creare una giunzione pn. nelle parti precedenti dell'articolopertanto non ripeteremo qui.

Se la conducibilità di base è di tipo p, il transistor risultante avrà la struttura n-p-n (pronunciata "en-pe-en"). E quando una piastra di tipo n viene utilizzata come base, otteniamo un transistor della struttura p-n-p (pe-en-pe).

Non appena si arriva alla base, è necessario prestare attenzione a questa cosa: il wafer a semiconduttore utilizzato come base è molto sottile, molto più sottile dell'emettitore e del collettore. Questa affermazione dovrebbe essere ricordata, perché sarà necessaria nel processo di spiegazione del funzionamento del transistor.

Naturalmente, per connettersi al "mondo esterno" da ogni regione p e n arriva l'uscita del filo. Ognuno di essi ha il nome dell'area a cui è collegato: emettitore, base, collettore. Tale transistor è chiamato transistor bipolare, poiché utilizza due tipi di portatori di carica: fori ed elettroni. La struttura schematica dei transistor di entrambi i tipi è mostrata nella Figura 2.

Figura 2

Attualmente, i transistor al silicio sono utilizzati in misura maggiore. I transistor al germanio sono quasi completamente obsoleti, essendo sostituiti dal silicio, quindi l'ulteriore storia riguarderà loro, anche se a volte verrà menzionato il germanio. La maggior parte dei transistor al silicio ha una struttura n-p-n, poiché questa struttura è tecnologicamente più avanzata nella produzione.

Coppie complementari di transistor

Per i transistor al germanio, apparentemente, la struttura p-n-p era più tecnologicamente avanzata, quindi i transistor al germanio per la maggior parte avevano esattamente questa struttura. Sebbene, come parte di coppie complementari (i transistor si chiudono nei parametri, che differivano solo per il tipo di conduttività), sono stati prodotti anche transistor al germanio di diversa conduttività, ad esempio GT402 (p-n-p) e GT404 (n-p-n).

Tale coppia è stata utilizzata come transistor di uscita nell'ULF di varie apparecchiature radio. E se i transistor al germanio non moderni sono passati alla storia, allora vengono ancora prodotte coppie complementari di transistor al silicio, che vanno dai transistor in pacchetti SMD ai transistor potenti fino agli stadi di uscita dell'ULF.

A proposito, gli amplificatori del suono sui transistor al germanio erano percepiti dagli amanti della musica quasi come quelli a valvole. Bene, forse un po 'peggio, ma molto meglio degli amplificatori a transistor al silicio. Questo è solo per riferimento.

Come funziona un transistor

Per capire come funziona il transistor, dovremo di nuovo tornare al mondo di elettroni, lacune, donatori e accettori. È vero, ora sarà un po 'più semplice e persino più interessante rispetto alle parti precedenti dell'articolo. Una simile osservazione doveva essere fatta per non spaventare il lettore, per consentire di leggere tutto questo fino alla fine.

La Figura 3 sopra mostra la designazione grafica condizionale dei transistor sui circuiti elettrici e sotto le giunzioni p-n dei transistor sono presentate sotto forma di diodi a semiconduttore, anch'essi inclusi nella direzione opposta. Questa rappresentazione è molto comoda quando si controlla il transistor con un multimetro.

Figura 3

E la figura 4 mostra la struttura interna del transistor.

In questa figura, devi soffermarti un po 'a considerarlo in modo più dettagliato.

Figura 4

Quindi passerà la corrente o no?

Qui viene mostrato come la fonte di alimentazione è collegata al transistor della struttura n-p-n, ed è in tale polarità che è collegata a transistor reali in dispositivi reali. Ma, se guardi da vicino, si scopre che attraverso due giunzioni p-n, attraverso due potenziali barriere, la corrente non passerà: indipendentemente da come cambi la polarità della tensione, una delle giunzioni sarà necessariamente in uno stato bloccato e non conduttivo. Quindi per ora lasciamo tutto come mostrato nella figura e vediamo cosa succede lì.

Corrente incontrollata

Quando si accende la sorgente corrente, come mostrato nella figura, la transizione emettitore-base (n-p) è nello stato aperto e passerà facilmente gli elettroni nella direzione da sinistra a destra. Dopo di che gli elettroni si scontreranno con un emettitore della base di giunzione chiusa (p-n), che fermerà questo movimento, il percorso per gli elettroni verrà chiuso.

Ma, come sempre e ovunque, ci sono eccezioni a tutte le regole: alcuni elettroni molto agili saranno in grado di superare questa barriera sotto l'influenza della temperatura. Pertanto, anche se una corrente insignificante con tale inclusione sarà ancora. Questa corrente minore è chiamata corrente iniziale o corrente di saturazione. Il cognome è dovuto al fatto che tutti gli elettroni liberi in grado di superare la potenziale barriera a una data temperatura partecipano alla formazione di questa corrente.

La corrente iniziale è incontrollabile, è disponibile per qualsiasi transistor, ma allo stesso tempo dipende poco dalla tensione esterna. Se la tensione viene aumentata in modo significativo (entro l'intervallo ragionevole indicato nelle directory), la corrente iniziale non cambierà molto. Ma l'effetto termico su questa corrente è molto evidente.

Un ulteriore aumento della temperatura provoca un aumento della corrente iniziale, che a sua volta può portare ad un ulteriore riscaldamento della giunzione pn. Tale instabilità termica può portare a guasti termici, distruzione del transistor. Pertanto, è necessario adottare misure per raffreddare i transistor e non applicare sollecitazioni estreme a temperature elevate.

Ora ricorda la base

L'inclusione di un transistor a base pendente sopra descritto non viene applicata da nessuna parte negli schemi pratici. Pertanto, la Figura 5 mostra la corretta inclusione del transistor. Per fare questo, è stato necessario applicare una piccola tensione alla base rispetto all'emettitore, e nella direzione in avanti (richiamare il diodo e guardare di nuovo la Figura 3).

Figura 5

Se nel caso del diodo, tutto sembra essere chiaro, - la corrente si è aperta e l'ha attraversata, quindi si verificano altri eventi nel transistor. Sotto l'azione della corrente dell'emettitore, gli elettroni si precipitano alla base con conduttività p dall'emettitore con conduttività n. In questo caso, parte degli elettroni sarà riempita da buchi situati nella regione di base e una corrente insignificante scorre attraverso il terminale di base - la corrente di base Ib. È qui che bisogna ricordare che la base è sottile e ci sono alcuni buchi.

Gli elettroni rimanenti, che non avevano abbastanza buchi nella base sottile, si precipitano nel collettore e saranno estratti da lì dal potenziale più elevato della batteria del collettore Ek-e. Sotto questa influenza, gli elettroni superano la seconda potenziale barriera e ritornano all'emettitore attraverso la batteria.

Pertanto, una piccola tensione applicata alla giunzione base-emettitore aiuta ad aprire la giunzione base-collettore, che è polarizzata nella direzione opposta. In realtà, questo è l'effetto transistor.

Resta solo da considerare come questa "piccola tensione" applicata alla base influenzi la corrente del collettore, quali sono i suoi valori e rapporti. Ma di questa storia nella prossima parte dell'articolo sui transistor.

Continuazione dell'articolo: Caratteristiche dei transistor bipolari

Boris Aladyshkin

Comments

[#1]

Qualcosa nelle figure in particolare 1 e 2 (altri non hanno ancora guardato) non è chiaramente ciò che dovrebbe essere visualizzato (a giudicare dai collegamenti dal testo)

[#2 Nadia]

Grazie mille Chiarito infine.

[#3]

Sì, e con la confusione di corrente iniziale e di saturazione iniziale.