МОП-транзистор: принцип действия и сфера применения. Принцип действия транзисторБиполярный транзистор. Принцип действия, конструкция и схема включения :: SYL.ruОбщее описание Биполярный транзистор представляет собой электропреобразовательный прибор полупроводникового типа, предназначенный для усиления мощности сигналов и состоящий из трех зон с чередующимися типами электропроводимости. Благодаря своей универсальности, такие устройства сегодня широко используются в разнообразных усилителях, импульсных приборах и генераторах. Первый биполярный транзистор был точечного типа и характеризовался недостаточной устойчивостью работы. В настоящее время выпускаются и применяются биполярные транзисторы плоскостного типа, которые отличаются гораздо большей надежностью и широкими функциональными возможностями. Структура биполярных транзисторов Данное устройство состоит из трех полупроводниковых областей (электродов). Две крайние из них имеют одинаковый тип электропроводимости, а средняя – противоположный им. Такое строение называют n-p-n-структурой. В электрическую схему биполярный транзистор включается посредством внешних выводов своих электродов. Характерной особенностью данного устройства являются разные размеры его крайних областей. Меньшая из них, называемая эмиттером, выполняет функцию создания мощного потока носителей электрического заряда (электронов), который пронизывает всю структуру устройства. Поэтому основной характеристикой эмиттера является высокая степень его легирования. Другая крайняя зона транзистора данного типа – коллектор – предназначается для сбора эмитируемого потока, что обусловливает его большие размеры в транзисторной структуре. Средняя область, в свою очередь, называется базовой. Типы и принцип работы Транзистор биполярный может быть изготовлен по различным технологиям – методом сплавления, диффузии и прочими, что в значительной степени определяет технические характеристики устройства. Что же касается материала, из которого изготавливаются подобные устройства, то для создания трехслойной структуры используются кремниевые или германиевые пластины. Электрод базовой части всегда смещен в сторону эмиттера, что придает устройству некоторую асимметричность. Ширина средней части, которая зависит от частот, на которых работает транзистор, может варьироваться в определенных пределах. Чем ниже частота устройства, тем шире его база. Работа устройства основана на управлении движением носителей заряда в соответствии с приложенными к его переходам напряжениями. Схема включения Наибольшее применение нашла такая схема, по которой производится включение транзистора данного типа с общим эмиттерным выводом. Основными элементами этой схемы служат источник питания, сам транзистор и резисторный компонент. Этими элементами образуется цепь линейного каскада, где за счет протекания управляемых токов на выходе схемы образовывается усиленное напряжение переменного характера. Все прочие элементы такой цепи играют сугубо вспомогательную роль. Например, конденсатор выполняет разделительную функцию. При отсутствии этого элемента цепь источника входящего сигнала характеризовалась бы постоянным током от источника питания. В большинстве электрических схем биполярный транзистор применяется в качестве четырехполюсного компонента. Иначе говоря - как устройство, имеющее по два входных и выходных вывода. Поскольку транзисторы такого типа имеют только три контакта, для применения данных устройств в качестве четырехполюсников нужно один из контактов сделать совместным. Как правило, таковым делается эмиттерный электрод. Поэтому часто применяется биполярный транзистор с общим эмиттером. www.syl.ru ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРАТранзисторы можно разделить на два класса - биполярные и униполярные. В биполярных транзисторах как положительные, так и отрицательные носители принимают участие в работе прибора, отсюда и термин «биполярный». Заряд избыточных неосновных носителей, инжектированных в базу, компенсируется равным по величине зарядом основных носителей, так что электрическая нейтральность в базе сохраняется. С другой стороны, в униполярных приборах ток обусловлен только свободными основными носителями в проводящем канале и влияние малого количества неосновных носителей несущественно, отсюда и термин «униполярный» [1]. Полевой транзистор (ПТ) является униполярным прибором, в котором количество носителей в токе через проводящую область определяется электрическим полем, приложенным к поверхности (или p-n-переходу) полупроводника. В полевом транзисторе поток электронов направлен от истока, представляющего омический контакт, через проводящий канал к стоку, также представляющему омический контакт (рис. 1). Канал имеет длину в направлении протекания тока и соответственно ширину в направлении, перпендикулярном току и поверхности. В полевом транзисторе с p-n-переходом управляющим электродом (затвором) является слой полупроводника, тип проводимости которого (р-тип) противоположен типу проводимости канала (n-тип). Управляющий p-n-переход, обратно смещённый относительно канала, образует изолирующий обеднённый слой, который, распространяясь в проводящий канал, эффективно ограничивает его размеры. Увеличение отрицательного потенциала вызывает дальнейшее сужение канала, уменьшающее его проводимость, а уменьшение отрицательного потенциала наоборот, приводит к расширению канала, увеличивающему его проводимость. При определённом значении напряжения на затворе, называемом напряжением отсечки, проводимость канала в идеальном случае уменьшается до нуля. Нормальная работа ПТ с каналом р-типа обеспечивается подачей положительного смещения на затвор.
Рис. 1. Схематичное изображение полевого транзистора с p-n-переходом.1 - исток; 2 - затвор p-типа; 3 - сток; 4 - обеднённая область; 5 - канал n-типа; 6 - затвор p-типа. Максимальный ток стока и максимальная крутизна у ПТ с управляющим р-n-переходом (как с каналом р-типа, так и с каналом n-типа) наблюдается при нулевом смещении на затворе. При подаче прямого смещения на затвор ПТ появляется прямой ток через участок затвор-исток и резко уменьшается входное сопротивление транзистора. На сток полевого транзистора с каналом n-типа необходимо подавать напряжение положительной полярности, а с каналом p-типа - отрицательной полярности.
Рис. 2. Условные обозначения ПТ с р-n-переходом.а - с каналом p-типа; б - с каналом n-типа. Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом приведены на рис. 2. CONTENTS NEXT
Принцип действия транзисторов | Двигатель прогрессаMarch 29, 2016 Транзистор это радиодеталь, в основе которой лежит полупроводниковый металл, чаще всего германивый либо кремниевый сплав. Транзистор нужен для генерации, усиления и преобразования электрических колебаний. Как работает транзистор? Транзистор, если сказать понятными словами, управляет током, проходящим через него. Транзистором легко назвать любое устройство ,которое способно регулировать силу тока на главных его переходах, в зависимости от сигнала на управляющем электроде. Транзисторы бывают двух основных типов, полевые и биполярные. В качестве основных материалов выступают кремний и германий. Но обычно к ним примешивают и другие элементы, с целью улучшить токопроводящие свойства. Чтобы по максимуму доступно объяснить, как действует транзистор, мы поговорим об обоих типах. Любой биполярный транзистор состоит из трех проводящих переходов.
В устройствах биполярного типа частички несущие заряд идут от эмиттера к коллектору. Управляющим электродом является база. В случае если к базе прилаживается какой-нибудь заряд, на участке эмиттер – коллектор осуществляется движение электронов, и интенсивность его зависит от силы тока на базе. Именно так, посредством слабого сигнала, можно управлять основным током, что и делает возможным применять транзистор в качестве усилителя. Главным применением любого транзистора выступает управление посредством тока базы всем током нагрузки. В полевых транзисторах течение электронов, а значит, и тока происходит немного иначе. Присутствует переход, в легированном полупроводнике в зазоре между нелегированной подложкой и затвором. В самой подложке нет заряда, и она не может проводить ток. Перед затвором присутствует диапазон обеднения, в котором нет частичек, способных переносить заряд. Получается что общая площадь канала это участок между подложкой и зоной объединения. Напряжение, которое мы подаем на затвор, варьирует интенсивность зоны объединения, и конечно же ширину канала, управляя, всем, током. Немало не опытных радиолюбителей выдели работу транзисторов совсем по-иному. По их мнению, транзистор способен просто усилить ток блока питания, например, но считать так не правильно. На самом деле транзистор просто осуществляет управление большим током эмиттер – коллектор, посредством слабого напряжения базы. И это не усиление, а управление. lab-37.com Принцип действия транзистораПринцип действия транзистора рассмотрим на примере структуры типа р-n-р (рис. 3.2, а). На рис. 3.2, б показано распределение концентрации основных носителей заряда в слоях транзисторной структуры в равновесном состоянии, а на рис. 3.2, в – потенциальная диаграмма, создаваемая объемными зарядами р-n-переходов в отсутствии внешних напряжений. Соотношение концентраций основных носителей заряда в эмиттерном и коллекторном слоях транзистора несущественно, и на рис. 3.2, б они приняты одинаковыми. Отличие же в концентрациях основных носителей заряда эмиттерного и базового слоев весьма важно, т. к. оно влияет на основные параметры транзистора. Эмиттер должен быть более сильно легирован, поэтому концентрация основных носителей заряда pp >> nn, т. е. эмиттерный переход должен быть существенно несимметричным. В рабочем режиме внешние напряжения подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного перехода – в обратном направлении.В простейшем случае это достигается с помощью двух источников питания Uэи Uк.
А – структура, б – распределение концентраций носителей заряда, в – потенциальная диаграмма в равновесном состоянии; г – потенциальная диаграмма при прямом смещении эмиттерного и обратном смещении коллекторного перехода Через прямосмещённый эмиттерный переход, как через обычный р-n-переход, протекает ток Iэ (рис. 3.2, г). Этот ток создается потоком дырок, инжектированных из эмиттера в базу, и электронов – из базы в эмиттер. Дырки в базе создают избыточный положительный заряд. Для его компенсации в базу входят электроны, а база в целом остается нейтральной. Часть дырок рекомбинирует с электронами, а взамен рекомбинировавших в базу входят новые электроны, создавая электронный ток базы. Инжектированные дырки вдоль базы распределены неравномерно. У границы с коллектором концентрация дырок мала, поэтому в базе возникает градиент их концентрации. Дырки диффундируют в сторону коллектора, втягиваются полем коллекторного перехода и создают дырочный ток коллектора. Благодаря малой толщине базы большая часть дырок доходит до коллектора, не успевая рекомбинировать с электронами. Поэтому через обратносмещённый коллекторный переход протекает ток, значительно превышающий неуправляемый ток обычного обратносмещённого р-n-перехода. На рис. 3.3 показаны направления потоков дырок и электронов при прямом смещении эмиттерного и обратном смещении коллекторного переходов и направления токов Iэ, Iк, Iб в выводах транзистора.
Рис. 3.3. Токи транзистора Ток эмиттера равен сумме токов, создаваемых потоками дырок и электронов: Iэ = Iэр + Iэn . (3.1) Дырочная составляющая тока Iэр создается потоком дырок, инжектированных из эмиттера в базу. Большинство дырок посредством диффузии достигают коллектора, создают ток Iкр,который составляет основную часть коллекторного тока. Электронная составляющая тока Iэnзамыкается по цепи эмиттер – база и не участвует в создании коллекторного тока. Для оценки эффективности эмиттера используется параметр, называемый коэффициентом инжекции gЭ, gэ = Iэр /Iэ . (3.2) Коэффициент gэпоказывает, какая часть общего тока эмиттера Iэ создаётся потоком дырок Iэр. Ток коллектора общий равен: Iк = Iкр + Iк0, (3.3) где Iк0 – неуправляемый ток через коллекторный переход. Это ток неосновных носителей, как и ток протекающий через обычный обратносмещенный переход. Ток базы Iб состоит из двух составляющих: электронной составляющей тока эмиттера Iэn и тока рекомбинации (Iэр – Iкр). Рекомбинационные потери дырок в базе учитываются коэффициентом переноса ε: ε = Iкр/Iэр . (3.4) Управляемая часть коллекторного тока транзистора, создаваемая дырочной составляющей эмиттерного тока Iкр, связана с током эмиттера Iэ коэффициентом передачи эмиттерного тока a: a = Iкр/Iэ. (3.5) Умножив числитель и знаменатель этого соотношения на Iэр, получим: Следовательно, коэффициент a тем ближе к единице, чем меньше отличаются от единицы коэффициенты gэ и ε. Повышение эффективности эмиттера gэ достигается значительным превышением (на два-три порядка) концентрации основных носителей в эмиттере (дырок) над концентрацией основных носителей в базе (электронов). Желательно, чтобы величина коэффициента εкак можно меньше отличалась от единицы. Это достигается увеличением времени жизни дырок в базе и сокращением времени нахождения их в базе. Последнее достигается путём уменьшения ширины базы. Наличие в общем токе Iк неуправляемого тока Iк0 является одной из основных причин температурной нестабильности характеристик и параметров транзистора. Основное соотношение для токов транзистора составляется по первому закону Кирхгофа: Iэ = Iк + Iб . (3.7) С учетом теплового тока Iко токи Iки Iб можно выразить через ток Iэ: Iк = a Iэ + Iко; Iб = (1 – a) Iэ – Iко. (3.8) Подобные же процессы происходят и в транзисторе n-p-n-типа, но там меняются ролями дырки и электроны, а также изменяются полярности питающих напряжений и направления токов, показанных на рис. 3.3. Наиболее распространены транзисторы n-p-n-типа, поэтому далее будем рассматривать транзисторы n-p-n-типа.
Похожие статьи:poznayka.org принцип действия и сфера примененияИзучение свойств такого материала, как полупроводник, позволило сделать революционные открытия. Со временем появились технологии, позволяющие в промышленных масштабах изготавливать диоды, МОП-транзистор, тиристор и другие элементы. Они с успехом заменили электронные лампы и позволили реализовать самые смелые идеи. Полупроводниковые элементы используются во всех сферах нашей жизни. Они помогают нам обрабатывать колоссальные объемы информации, на их базе производятся компьютеры, магнитофоны, телевизоры и т.д.
Эти исследования привели к появлению такого прибора, как МОП-транзистор. Принцип работы его основан на том, что под действием электрического поля (отсюда еще одно название - полевой), изменяется проводимость приповерхностного слоя полупроводника, расположенного на границе с диэлектриком. Именно это свойство и используется в электронных схемах различного назначения. МОП-транзистор обладает такой структурой, которая позволяет понижать сопротивление между стоком и истоком под действием управляющего сигнала практически до нуля.
Перспективы применения этих приборов достаточно большие. Совершенствование технологии их изготовления идет по пути уменьшения кристалла (масштабирования затвора). Постепенно появляются приборы, которые способны управлять все более мощными электродвигателями. fb.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Рис. 3.2. Транзистор р-n-р-типа:
(3.6)
С момента изобретения первого транзистора, а это было в 1948 году, прошло уже немало времени. Появились разновидности этого элемента: точечный германиевый, кремниевый, полевой или МОП-транзистор. Все они широко применяются в радиоэлектронной аппаратуре. Изучение свойств полупроводников не останавливается и в наше время.
Его свойства отличны от биполярного “конкурента”. Именно они и определяют сферу его применения.
При проектировании и работе с такими элементами необходимо учитывать некоторые особенности. МОП-транзисторы чувствительны к обратному перенапряжению и легко выходят из строя. В схемах с индуктивностью обычно применяют быстродействующие диоды Шоттки для сглаживания обратного импульса по напряжению, который возникает при коммутации.
