Transistors: conceptes bàsics, tipus i modes de reducció

Introducció al transistor:

Abans, el component crític i important d’un dispositiu electrònic era un tub de buit al que s’utilitzava un tub d’electrons controlar el corrent elèctric . Els tubs de buit funcionaven però són voluminosos, requereixen tensions de funcionament més elevades, un alt consum d’energia, una rendibilitat més baixa i s’utilitzen materials que emeten electrons de càtode. Per tant, això va acabar sent una calor que va escurçar la vida del propi tub. Per superar aquests problemes, John Bardeen, Walter Brattain i William Shockley es van inventar un transistor a Bell Labs l'any 1947. Aquest nou dispositiu era una solució molt més elegant per superar moltes de les limitacions fonamentals dels tubs de buit.

El transistor és un dispositiu semiconductor que pot conduir i aïllar. Un transistor pot actuar com a interruptor i com a amplificador. Converteix les ones d’àudio en ones i resistències electròniques, controlant el corrent electrònic. Els transistors tenen una vida molt llarga, de mida més petita, poden funcionar amb subministraments de tensió inferior per a una major seguretat i no necessiten corrent de filament. El primer transistor es va fabricar amb germani. Un transistor realitza la mateixa funció que un triode de tubs de buit però utilitzant juntes semiconductores en lloc d’elèctrodes escalfats en una cambra de buit. És el bloc fonamental dels dispositius electrònics moderns i es troba a tot arreu en els sistemes electrònics moderns.

Conceptes bàsics del transistor:

Un transistor és un dispositiu de tres terminals. És a dir,

• Base: s’encarrega d’activar el transistor.
• Col·leccionista: aquest és l’avantatge positiu.
• Emissor: aquest és l’avantatge negatiu.

La idea bàsica darrere d’un transistor és que permet controlar el flux de corrent a través d’un canal variant la intensitat d’un corrent molt més petit que flueix a través d’un segon canal.

Tipus de transistors:

Hi ha dos tipus de transistors: hi ha transistors d’unió bipolar (BJT), transistors d’efecte de camp (FET). Un petit corrent flueix entre la base i l’emissor; el terminal base pot controlar un flux de corrent més gran entre el col·lector i els terminals de l’emissor. Per a un transistor d’efecte de camp, també té els tres terminals: són porta, font i drenatge, i un voltatge a la porta pot controlar un corrent entre la font i el drenatge. Els diagrames senzills de BJT i ​​FET es mostren a la figura següent:

Transistor de connexió bipolar (BJT)

Transistors d'efecte de camp (FET)

Com podeu veure, els transistors tenen diverses mides i formes. Una cosa que tots aquests transistors tenen en comú és que cadascun té tres derivacions.

• Transistor de connexió bipolar:

Un transistor de connexió bipolar (BJT) té tres terminals connectats a tres regions semiconductores dopades. Ve amb dos tipus, P-N-P i N-P-N.

Transistor P-N-P, format per una capa de semiconductor dopat amb N entre dues capes de material dopat per P. El corrent base que entra al col·lector s’amplifica a la seva sortida.

És aleshores quan el transistor PNP està ACTIVAT quan la seva base es baixa cap a l’emissor. Les fletxes del transistor PNP simbolitzen la direcció del flux de corrent quan el dispositiu està en mode d’enviament actiu.

Transistor N-P-N que consisteix en una capa de semiconductor dopat P entre dues capes de material dopat N. Amplificant el corrent de la base obtenim el corrent elevat de col·lector i emissor.

És aleshores quan el transistor NPN està ACTIVAT quan la seva base es posa baixa en relació amb l'emissor. Quan el transistor està en estat ON, el flux de corrent es troba entre el col·lector i l'emissor del transistor. Basant-se en portadors minoritaris de la regió del tipus P, els electrons es mouen de l’emissor al col·lector. Permet un major corrent i un funcionament més ràpid per aquest motiu, la majoria dels transistors bipolars que s’utilitzen actualment són NPN.

• Transistor d'efecte de camp (FET):

El transistor d’efecte de camp és un transistor unipolar, s’utilitzen FET de canal N o FET de canal P per a la conducció. Els tres terminals de FET són la font, la porta i el drenatge. Els FET bàsics de canal n i canal p es mostren a la part superior. Per a un FET de canal n, el dispositiu està construït a partir de material de tipus n. Entre la font i el drenatge, el material de tipus llavors actua com a resistència.

Aquest transistor controla les portadores positives i negatives relatives a forats o electrons. El canal FET es forma mitjançant el moviment de portadors de càrrega positiva i negativa. El canal de FET que està fet de silici.

Hi ha molts tipus de FET, MOSFET, JFET, etc. Les aplicacions de FET són en un amplificador de baix soroll, un amplificador de memòria intermèdia i un commutador analògic.

Polarització del transistor de la unió bipolar

Els transistors són els dispositius actius de semiconductors més importants essencials per a gairebé tots els circuits. S'utilitzen com a commutadors electrònics, amplificadors, etc. en circuits. Els transistors poden ser NPN, PNP, FET, JFET, etc., que tenen diferents funcions en circuits electrònics. Per al bon funcionament del circuit, és necessari polaritzar el transistor mitjançant xarxes de resistències. El punt de funcionament és el punt de les característiques de sortida que mostra la tensió del col·lector-emissor i el corrent del col·lector sense senyal d’entrada. El punt d’operació també es coneix com a punt de polarització o punt Q (punt de repòs).

Es fa referència a la polarització per proporcionar resistències, condensadors o tensió d'alimentació, etc. per proporcionar les característiques de funcionament adequades dels transistors. La polarització de CC s’utilitza per obtenir el corrent del col·lector de CC a una tensió del col·lector particular. El valor d’aquest voltatge i corrent s’expressa en termes de Q-Point. En una configuració d'amplificador de transistors, l'IC (màxim) és el corrent màxim que pot circular pel transistor i VCE (màxim) és la tensió màxima aplicada al dispositiu. Per treballar el transistor com a amplificador, s’ha de connectar una resistència de càrrega RC al col·lector. La polarització estableix el voltatge i el corrent de funcionament de CC al nivell correcte de manera que el senyal d’entrada de CA pugui ser amplificat correctament pel transistor. El punt de polarització correcte es troba entre els estats completament ON o OFF del transistor. Aquest punt central és el punt Q i, si el transistor està correctament esbiaixat, el punt Q serà el punt central de funcionament del transistor. Això ajuda a augmentar i disminuir el corrent de sortida a mesura que el senyal d’entrada gira durant el cicle complet.

Per establir el punt Q correcte del transistor, s'utilitza una resistència de col·lector per configurar el corrent del col·lector a un valor constant i constant sense cap senyal a la seva base. Aquest punt de funcionament continu de CC està fixat pel valor de la tensió d’alimentació i el valor de la resistència de polarització de la base. Les resistències de polarització de la base s’utilitzen en totes les tres configuracions de transistors, com ara configuracions de base comuna, col·lector comú i emissor comú.

Modes de polarització:

A continuació es detallen els diferents modes de polarització de la base del transistor:

1. Polarització actual:

Com es mostra a la figura 1, s’utilitzen dues resistències RC i RB per establir el biaix de la base. Aquests resistors estableixen la regió de funcionament inicial del transistor amb polarització de corrent fixa.

El transistor biaixos cap endavant amb una tensió de biaix de base positiva a través de RB. La caiguda de tensió de l'emissor base directe és de 0,7 volts. Per tant, el corrent a través de RB és I_B= (V_cc- V_SER) / Jo_B

2. Esbiaixament de comentaris:

La figura 2 mostra la polarització del transistor mitjançant l'ús d'una resistència de retroalimentació. El biaix de la base s’obté a partir de la tensió del col·lector. La retroalimentació del col·lector garanteix que el transistor sempre estigui esbiaixat a la regió activa. Quan el corrent del col·lector augmenta, la tensió del col·lector baixa. Això redueix la unitat base, que al seu torn redueix el corrent del col·lector. Aquesta configuració de retroalimentació és ideal per a dissenys d'amplificadors de transistors.

3. Doble polarització de comentaris:

La figura 3 mostra com s’aconsegueix la polarització mitjançant resistències de retroalimentació doble.

Mitjançant l’ús de dues resistències, RB1 i RB2 augmenten l’estabilitat de les variacions en beta augmentant el flux de corrent a través de les resistències de polarització de la base. En aquesta configuració, el corrent a RB1 és igual al 10% del corrent del col·lector.

4. Polarització de la divisió de la tensió:

La figura 4 mostra la polarització del divisor de tensió en què dos resistors RB1 i RB2 estan connectats a la base del transistor formant una xarxa divisora ​​de tensió. El transistor obté biaixos per la caiguda de tensió a través de RB2. Aquest tipus de configuració de polarització s’utilitza àmpliament en circuits amplificadors.

5. Polarització de la base doble:

La figura 5 mostra una retroalimentació doble per a l'estabilització. Utilitza la retroalimentació de la base de l’emissor i del col·lector per millorar l’estabilització controlant el corrent del col·lector. Els valors de la resistència s’han de seleccionar per establir la caiguda de tensió a la resistència de l’emissor un 10% de la tensió d’alimentació i el corrent a través de RB1, un 10% del corrent del col·lector.

Avantatges del transistor:

1. Sensibilitat mecànica menor.
2. Cost més baix i mida més petita, especialment en circuits de senyal petit.
3. Baixos voltatges de funcionament per a una major seguretat, costos més baixos i distàncies més estretes.
4. Vida extremadament llarga.
5. Sense consum d'energia per un escalfador de càtode.
6. Canvi ràpid.

Pot donar suport al disseny de circuits de simetria complementària, cosa que no és possible amb els tubs de buit. Si teniu cap pregunta sobre aquest tema o elèctric i projectes electrònics deixeu els comentaris a continuació.