אלמנט רדיו-אלקטרוני העשוי מחומר מוליכים למחצה, באמצעות אות כניסה, יוצר, מגביר, משנה פולסים במעגלים משולבים ומערכות לאחסון, עיבוד והעברת מידע. טרנזיסטור הוא התנגדות שתפקידיה מווסתים על ידי המתח בין פולט לבסיס או מקור ושער, בהתאם לסוג המודול.
תוֹכֶן
סוגי טרנזיסטורים
ממירים נמצאים בשימוש נרחב בייצור של מעגלים דיגיטליים ואנלוגיים לאפס זרם צרכני סטטי ולהשגת ליניאריות משופרת. סוגי הטרנזיסטורים נבדלים בכך שחלקם נשלטים על ידי שינוי מתח, והאחרונים מוסדרים על ידי סטיית זרם.
מודולי השדה פועלים עם התנגדות DC מוגברת, טרנספורמציה בתדר גבוה לא מגדילה את עלויות האנרגיה.אם נגיד מהו טרנזיסטור במילים פשוטות, אז זהו מודול עם מרווח רווח גבוה. מאפיין זה גדול יותר במיני שדה מאשר בסוגים דו-קוטביים. לראשונים אין ספיגה של נושאי מטען, מה שמאיץ את הפעולה.
מוליכים למחצה שדה משמשים לעתים קרובות יותר בגלל היתרונות שלהם על פני סוגים דו-קוטביים:
- התנגדות חזקה בכניסה בזרם ישר ובתדר גבוה, זה מפחית את אובדן האנרגיה לשליטה;
- חוסר הצטברות של אלקטרונים קלים, מה שמאיץ את פעולת הטרנזיסטור;
- הובלה של חלקיקים נעים;
- יציבות עם סטיות טמפרטורה;
- רעש קטן עקב חוסר הזרקה;
- צריכת חשמל נמוכה במהלך הפעולה.
סוגי הטרנזיסטורים ותכונותיהם קובעים את המטרה. חימום הממיר מסוג דו קוטבי מגביר את הזרם לאורך הנתיב מהקולט לפולט. יש להם מקדם התנגדות שלילי, ומנשאים ניידים זורמים אל מכשיר האיסוף מהפולט. הבסיס הדק מופרד על ידי צמתים p-n, והזרם נוצר רק כאשר חלקיקים נעים מצטברים ומוזרקים לבסיס. חלק מנשאי המטען נתפסים על ידי צומת p-n סמוך ומואצים, כך מחושבים הפרמטרים של טרנזיסטורים.
ל-FETs יש סוג נוסף של יתרון שצריך להזכיר עבור בובות. הם מחוברים במקביל מבלי להשוות את ההתנגדות. נגדים אינם משמשים למטרה זו, שכן המחוון גדל אוטומטית כאשר העומס משתנה. כדי לקבל ערך גבוה של זרם המיתוג, מגייסים קומפלקס של מודולים, המשמשים בממירים או בהתקנים אחרים.
אי אפשר לחבר טרנזיסטור דו קוטבי במקביל, קביעת הפרמטרים הפונקציונליים מובילה לכך שמתגלה התמוטטות תרמית בעלת אופי בלתי הפיך. מאפיינים אלה קשורים לאיכויות הטכניות של ערוצי p-n פשוטים. המודולים מחוברים במקביל באמצעות נגדים כדי להשוות את הזרם במעגלי הפולט. בהתאם לתכונות הפונקציונליות ולפרטים הפרטניים, נבדלים סוגי דו-קוטביים ושדות בסיווג הטרנזיסטורים.
טרנזיסטורים דו קוטביים
עיצובים דו-קוטביים מיוצרים כהתקני מוליכים למחצה עם שלושה מוליכים. שכבות עם מוליכות p-חור או מוליכות n טומאה מסופקות בכל אחת מהאלקטרודות. הבחירה של סט שלם של שכבות קובעת את השחרור של סוגים של מכשירים מסוג p-n-p או n-p-n. ברגע שהמכשיר מופעל, סוגים שונים של מטענים מועברים בו זמנית על ידי חורים ואלקטרונים, 2 סוגי חלקיקים מעורבים.
נשאים נעים עקב מנגנון הדיפוזיה. אטומים ומולקולות של חומר חודרות לתוך הסריג הבין-מולקולרי של חומר שכן, ולאחר מכן ריכוזם מתפלש בכל הנפח. הובלה מתרחשת מאזורים עם דחיסה גבוהה לאזורים עם תכולה נמוכה.
אלקטרונים מתפשטים גם תחת פעולת שדה כוח סביב חלקיקים עם הכללה לא אחידה של תוספי סגסוגת במסת הבסיס. כדי להאיץ את פעולת המכשיר, האלקטרודה המחוברת לשכבה האמצעית נעשית דקה. המוליכים החיצוניים נקראים פולט וקולטן. המתח ההפוך המאפיין את המעבר אינו חשוב.
FETs
טרנזיסטור אפקט השדה שולט בהתנגדות באמצעות שדה רוחבי חשמלי הנובע מהמתח המופעל. המקום שממנו נעים האלקטרונים לתוך התעלה נקרא מקור, והניקוז נראה כמו נקודת קצה הכניסה של מטענים. מתח הבקרה עובר דרך מוליך הנקרא שער. המכשירים מחולקים ל-2 סוגים:
- עם צומת p-n בקרה;
- טרנזיסטורי MIS עם שער מבודד.
מכשירים מהסוג הראשון מכילים רקיקת מוליכים למחצה בעיצוב, המחוברת למעגל המבוקר באמצעות אלקטרודות בצדדים מנוגדים (ניקוז ומקור). מקום עם סוג אחר של מוליכות מתרחש לאחר חיבור הצלחת לשער. מקור הטיה קבוע המוכנס למעגל הקלט מייצר מתח חסימה בצומת.
מקור הפולס המוגבר נמצא גם במעגל הקלט. לאחר שינוי המתח בכניסה, המחוון המתאים בצומת p-n משתנה. עובי השכבה ושטח החתך של צומת התעלה בגביש, המעביר את זרימת האלקטרונים הטעונים, משתנה. רוחב הערוץ תלוי במרווח בין אזור הדלדול (מתחת לשער) לבין המצע. זרם הבקרה בנקודות ההתחלה והסיום נשלט על ידי שינוי רוחב אזור הדלדול.
טרנזיסטור MIS מאופיין בכך שהשער שלו מופרד על ידי בידוד משכבת התעלה. בגביש מוליכים למחצה, הנקרא מצע, נוצרים אתרים מסוממים עם הסימן ההפוך. עליהם מותקנים מוליכים - ניקוז ומקור, שביניהם דיאלקטרי ממוקם במרחק של פחות ממיקרון. על המבודד יש אלקטרודת מתכת - תריס.בשל המבנה המתקבל המכיל מתכת, שכבה דיאלקטרית ומוליך למחצה, הטרנזיסטורים מקבלים את הקיצור MIS.
מכשיר ועיקרון הפעולה למתחילים
טכנולוגיות פועלות לא רק עם מטען של חשמל, אלא גם עם שדה מגנטי, קוונטות אור ופוטונים. עקרון הפעולה של הטרנזיסטור טמון במצבים שביניהם המכשיר עובר. מול אות קטן וגדול, מצב פתוח וסגור - זו העבודה הכפולה של מכשירים.
יחד עם החומר המוליך למחצה בהרכב, המשמש בצורה של גביש בודד, מסומם במקומות מסוימים, לטרנזיסטור יש בעיצוב שלו:
- מסקנות ממתכת;
- מבודדים דיאלקטריים;
- מארז של טרנזיסטורים עשויים זכוכית, מתכת, פלסטיק, cermet.
לפני המצאת מכשירים דו-קוטביים או קוטביים, צינורות ואקום אלקטרוניים שימשו כאלמנטים פעילים. המעגלים שפותחו עבורם, לאחר שינוי, משמשים בייצור התקני מוליכים למחצה. ניתן לחבר אותם כטרנזיסטור ולהשתמש בהם, שכן רבים מהמאפיינים הפונקציונליים של המנורות מתאימים לתיאור פעולתם של מיני שדה.
יתרונות וחסרונות של החלפת מנורות בטרנזיסטורים
המצאת הטרנזיסטורים היא גורם מגרה להכנסת טכנולוגיות חדשניות באלקטרוניקה. הרשת משתמשת באלמנטים מודרניים של מוליכים למחצה, בהשוואה למעגלי המנורה הישנים, לפיתוחים כאלה יש יתרונות:
- ממדים קטנים ומשקל נמוך, שחשוב לאלקטרוניקה מיניאטורית;
- היכולת ליישם תהליכים אוטומטיים בייצור מכשירים ולקבץ את השלבים, מה שמפחית את העלות;
- השימוש במקורות זרם קטנים בשל הצורך במתח נמוך;
- הפעלה מיידית, חימום הקתודה אינו נדרש;
- יעילות אנרגטית מוגברת עקב פיזור כוח מופחת;
- חוזק ואמינות;
- אינטראקציה מתואמת היטב עם אלמנטים נוספים ברשת;
- עמידות בפני רעידות והלם.
חסרונות מופיעים בהוראות הבאות:
- טרנזיסטורי סיליקון אינם פועלים במתחים הגבוהים מ-1 קילוואט, מנורות יעילות בקצבים מעל 1-2 קילוואט;
- בעת שימוש בטרנזיסטורים ברשתות שידור בעלות הספק גבוה או במשדרי מיקרוגל, נדרשת התאמה של מגברים בעלי הספק נמוך המחוברים במקביל;
- הפגיעות של אלמנטים מוליכים למחצה להשפעות של אות אלקטרומגנטי;
- תגובה רגישה לקרניים קוסמיות ולקרינה, הדורשת פיתוח של מיקרו-מעגלים קרינה עמידים בהקשר זה.
החלפת סכמות
כדי לעבוד במעגל בודד, הטרנזיסטור דורש 2 יציאות בכניסה וביציאה. כמעט לכל סוגי מכשירי המוליכים למחצה יש רק 3 נקודות חיבור. כדי לצאת ממצב קשה, אחד הקצוות מוקצה כמשותף. זה מוביל ל-3 סכימות חיבור נפוצות:
- עבור טרנזיסטור דו קוטבי;
- מכשיר קוטבי;
- עם ניקוז פתוח (קולט).
המודול הדו-קוטבי מחובר עם פולט משותף להגברת המתח והזרם (MA). במקרים אחרים, הוא תואם את הפינים של שבב דיגיטלי כאשר יש מתח גדול בין המעגל החיצוני לתוכנית החיווט הפנימית.כך פועל חיבור הקולט המשותף, ונצפה רק עלייה בזרם (OK). אם אתה צריך להגדיל את המתח, אז האלמנט מוצג עם בסיס משותף (OB). האפשרות פועלת היטב במעגלי מפל מורכבים, אך לעתים נדירות מוגדרת בפרויקטים של טרנזיסטור יחיד.
התקני מוליכים למחצה שדה מזני MIS ושימוש בצומת p-n כלולים במעגל:
- עם פולט משותף (CI) - חיבור דומה ל-OE של מודול מסוג דו קוטבי
- עם פלט יחיד (OS) - תוכנית מסוג OK;
- עם תריס משותף (OZ) - תיאור דומה של ה-OB.
בתוכניות ניקוז פתוח, הטרנזיסטור מופעל עם פולט משותף כחלק מהמעגל המיקרו. פלט האספן אינו מחובר לחלקים אחרים של המודול, והעומס עובר למחבר החיצוני. בחירת עוצמת המתח וחוזק זרם האספן נעשית לאחר התקנת הפרויקט. התקני ניקוז פתוחים פועלים במעגלים עם שלבי פלט חזקים, מנהלי אוטובוס, מעגלי לוגיקה TTL.
בשביל מה טרנזיסטורים?
ההיקף מופרד בהתאם לסוג המכשיר - מודול דו קוטבי או שדה. למה צריך טרנזיסטורים? אם יש צורך בזרם נמוך, למשל, בתוכניות דיגיטליות, נעשה שימוש בתצוגות שטח. מעגלים אנלוגיים משיגים ליניאריות רווח גבוהה על פני מגוון מתחי אספקה ויציאות.
אזורי התקנה של טרנזיסטורים דו-קוטביים הם מגברים, שילוביהם, גלאים, מאפננים, מעגלים לוגיסטיים טרנזיסטורים וממירים מסוג לוגי.
מקומות היישום של טרנזיסטורים תלויים במאפיינים שלהם. הם עובדים ב-2 מצבים:
- באופן מגביר, שינוי דופק המוצא עם סטיות קטנות של אות הבקרה;
- בתקנת המפתח, שליטה באספקת הכוח של עומסים עם זרם כניסה חלש, הטרנזיסטור סגור לחלוטין או פתוח.
סוג מודול המוליך למחצה אינו משנה את תנאי פעולתו. המקור מחובר לעומס, למשל, מתג, מגבר, מכשיר תאורה, זה יכול להיות חיישן אלקטרוני או טרנזיסטור סמוך חזק. בעזרת זרם מתחילה פעולת מכשיר העומס, והטרנזיסטור מחובר למעגל שבין המתקן למקור. מודול המוליכים למחצה מגביל את עוצמת האנרגיה המסופקת ליחידה.
ההתנגדות במוצא הטרנזיסטור משתנה בהתאם למתח על מוליך הבקרה. עוצמת הזרם והמתח בנקודת ההתחלה והסיום של המעגל משתנים ועוברים או יורדים ותלויים בסוג הטרנזיסטור ואיך הוא מחובר. השליטה בספק כוח מבוקר מביאה לעלייה בזרם, לדופק הספק או לעלייה במתח.
טרנזיסטורים משני הסוגים משמשים במקרים הבאים:
- ברגולציה דיגיטלית. פותחו עיצובים ניסיוניים של מעגלי הגברה דיגיטליים המבוססים על ממירים דיגיטליים לאנלוגיים (DAC).
- במחוללי פולסים. בהתאם לסוג המכלול, הטרנזיסטור פועל בסדר מפתח או ליניארי כדי לשחזר אותות מרובעים או שרירותיים, בהתאמה.
- במכשירי חומרה אלקטרוניים. כדי להגן על מידע ותוכניות מפני גניבה, פריצה ושימוש בלתי חוקיים. הפעולה מתבצעת במצב מפתח, עוצמת הזרם נשלטת בצורה אנלוגית ומווסתת באמצעות רוחב הפולסים.טרנזיסטורים ממוקמים בכוננים של מנועים חשמליים, מיתוג מייצבי מתח.
מוליכים למחצה חד-גבישיים ומודולים פתוחים וסגורים מגבירים את הספק, אך מתפקדים רק כמתגים. במכשירים דיגיטליים, טרנזיסטורים מסוג שדה משמשים כמודולים חסכוניים. טכנולוגיות ייצור בתפיסה של ניסויים משולבים מספקות ייצור של טרנזיסטורים על שבב סיליקון יחיד.
מזעור הקריסטלים מוביל למחשבים מהירים יותר, פחות אנרגיה ופחות חום.
מאמרים דומים:
