عنصر إلكتروني راديوي مصنوع من مادة شبه موصلة ، باستخدام إشارة دخل ، يخلق نبضات في الدوائر والأنظمة المتكاملة ويضخمها ويغيرها لتخزين المعلومات ومعالجتها ونقلها. الترانزستور هو مقاومة يتم تنظيم وظائفها بواسطة الجهد الكهربي بين الباعث والقاعدة أو المصدر والبوابة ، اعتمادًا على نوع الوحدة.
محتوى
أنواع الترانزستورات
تُستخدم المحولات على نطاق واسع في إنتاج الدوائر الدقيقة الرقمية والتناظرية من أجل التخلص من تيار المستهلك الثابت والحصول على خطية محسنة. تختلف أنواع الترانزستورات في أن بعضها يتحكم فيه تغيير الجهد ، ويتم تنظيم هذا الأخير من خلال الانحراف الحالي.
تعمل الوحدات الميدانية بمقاومة متزايدة للتيار المستمر ، ولا يؤدي تحويل التردد العالي إلى زيادة تكاليف الطاقة.إذا قلنا ما هو الترانزستور بعبارات بسيطة ، فهذه وحدة ذات هامش ربح مرتفع. هذه الخاصية هي أكبر في الأنواع الميدانية منها في الأنواع ثنائية القطب. السابق لا يحتوي على ارتشاف حامل الشحن ، مما يؤدي إلى تسريع العملية.
تُستخدم أشباه الموصلات الميدانية في كثير من الأحيان بسبب مزاياها على الأنواع ثنائية القطب:
- مقاومة قوية عند الإدخال بالتيار المباشر والتردد العالي ، وهذا يقلل من فقدان الطاقة للتحكم ؛
- عدم تراكم الإلكترونات الصغيرة ، مما يسرع من عمل الترانزستور ؛
- نقل الجسيمات المتحركة
- الاستقرار مع انحرافات درجة الحرارة ؛
- ضوضاء صغيرة بسبب نقص الحقن ؛
- انخفاض استهلاك الطاقة أثناء التشغيل.
تحدد أنواع الترانزستورات وخصائصها الغرض. يؤدي تسخين محول النوع ثنائي القطب إلى زيادة التيار على طول المسار من المجمع إلى الباعث. لديهم معامل مقاومة سلبي ، وتتدفق الحاملات المتنقلة إلى جهاز التجميع من الباعث. يتم فصل القاعدة الرقيقة بواسطة تقاطعات p-n ، ولا ينشأ التيار إلا عندما تتراكم الجسيمات المتحركة ويتم حقنها في القاعدة. يتم التقاط بعض ناقلات الشحنة بواسطة تقاطع pn المجاور وتسريعها ، وهذه هي الطريقة التي يتم بها حساب معلمات الترانزستورات.
تتمتع FETs بنوع آخر من المزايا التي يجب ذكرها للدمى. إنها متصلة بالتوازي دون معادلة المقاومة. لا يتم استخدام المقاومات لهذا الغرض ، حيث يزيد المؤشر تلقائيًا عندما يتغير الحمل. للحصول على قيمة عالية لتيار التحويل ، يتم تجنيد مجموعة من الوحدات ، والتي تستخدم في العاكسات أو الأجهزة الأخرى.
من المستحيل توصيل ترانزستور ثنائي القطب بالتوازي ، يؤدي تحديد المعلمات الوظيفية إلى حقيقة أنه تم اكتشاف انهيار حراري لطبيعة لا رجعة فيها. ترتبط هذه الخصائص بالصفات التقنية لقنوات pn البسيطة. يتم توصيل الوحدات بالتوازي باستخدام مقاومات لمعادلة التيار في دوائر الباعث. اعتمادًا على الميزات الوظيفية والخصائص الفردية ، يتم تمييز أنواع القطبين والحقل في تصنيف الترانزستورات.
الترانزستورات ثنائية القطب
يتم إنتاج التصميمات ثنائية القطب كأجهزة أشباه الموصلات بثلاثة موصلات. يتم توفير طبقات ذات الموصلية p للفتحة أو التوصيلية n للشوائب في كل من الأقطاب الكهربائية. يحدد اختيار مجموعة كاملة من الطبقات تحرير أنواع الأجهزة p-n-p أو n-p-n. في اللحظة التي يتم فيها تشغيل الجهاز ، يتم نقل أنواع مختلفة من الشحنات في وقت واحد عن طريق الثقوب والإلكترونات ، ويشارك نوعان من الجسيمات.
تتحرك الناقلات بسبب آلية الانتشار. تخترق ذرات وجزيئات مادة ما في الشبكة الجزيئية لمادة مجاورة ، وبعد ذلك تنخفض مستويات تركيزها في جميع أنحاء الحجم. يحدث النقل من مناطق الضغط العالي إلى مناطق المحتوى المنخفض.
تنتشر الإلكترونات أيضًا تحت تأثير مجال القوة حول الجسيمات مع تضمين غير متساوٍ لمضافات السبائك في الكتلة الأساسية. لتسريع تشغيل الجهاز ، يتم جعل القطب الكهربائي المتصل بالطبقة الوسطى رفيعًا. تسمى الموصلات الخارجية الباعث والمجمع. خاصية الجهد العكسي للانتقال غير مهمة.
FETs
يتحكم ترانزستور تأثير المجال في المقاومة باستخدام مجال عرضي كهربائي ينشأ من الجهد المطبق. يُطلق على المكان الذي تنتقل منه الإلكترونات إلى القناة اسم المصدر ، ويبدو الصرف كنقطة نهاية دخول الشحنات. يمر جهد التحكم عبر موصل يسمى البوابة. تنقسم الأجهزة إلى نوعين:
- مع التحكم p-n-junction ؛
- ترانزستورات MIS مع بوابة معزولة.
تحتوي الأجهزة من النوع الأول على رقاقة شبه موصلة في التصميم ، وهي متصلة بالدائرة المتحكم فيها باستخدام أقطاب كهربائية على الجانبين المتقابلين (الصرف والمصدر). يحدث مكان بنوع مختلف من الموصلية بعد توصيل اللوحة بالبوابة. ينتج مصدر التحيز الثابت الذي يتم إدخاله في دائرة الإدخال جهدًا مانعًا عند التقاطع.
يقع مصدر النبضة المضخمة أيضًا في دائرة الإدخال. بعد تغيير الجهد عند الإدخال ، يتم تحويل المؤشر المقابل عند تقاطع pn. يتم تعديل سماكة الطبقة ومنطقة المقطع العرضي لتقاطع القناة في البلورة ، والتي تنقل تدفق الإلكترونات المشحونة. يعتمد عرض القناة على المسافة بين منطقة النضوب (أسفل البوابة) والركيزة. يتم التحكم في تيار التحكم في نقاط البداية والنهاية عن طريق تغيير عرض منطقة النضوب.
يتميز ترانزستور MIS بحقيقة أن بوابته مفصولة عن طريق العزل من طبقة القناة. في بلورة أشباه الموصلات ، تسمى الركيزة ، يتم إنشاء مواقع مخدرة مع الإشارة المعاكسة. يتم تثبيت الموصلات عليها - استنزاف ومصدر ، يوجد بينهما عازل على مسافة أقل من ميكرون. يوجد على العازل قطب كهربائي معدني - مصراع.نظرًا للهيكل الناتج الذي يحتوي على معدن وطبقة عازلة وأشباه موصلات ، تُعطى الترانزستورات الاختصار MIS.
الجهاز ومبدأ التشغيل للمبتدئين
لا تعمل التقنيات بشحنة كهربائية فحسب ، بل تعمل أيضًا بمجال مغناطيسي وكميات ضوئية وفوتونات. يكمن مبدأ تشغيل الترانزستور في الحالات التي يتبدل بينها الجهاز. مقابل الإشارة الصغيرة والكبيرة ، الحالة المفتوحة والمغلقة - هذا هو العمل المزدوج للأجهزة.
جنبا إلى جنب مع مادة أشباه الموصلات في التكوين ، المستخدمة في شكل بلورة واحدة ، مخدر في بعض الأماكن ، فإن الترانزستور في تصميمه:
- استنتاجات من المعدن
- عوازل كهربائية
- علبة ترانزستورات مصنوعة من الزجاج والمعدن والبلاستيك والسيرميت.
قبل اختراع الأجهزة ثنائية القطب أو الأجهزة القطبية ، تم استخدام الأنابيب المفرغة الإلكترونية كعناصر نشطة. الدوائر المطورة لهم ، بعد التعديل ، تستخدم في إنتاج أجهزة أشباه الموصلات. يمكن توصيلها كترانزستور واستخدامها ، نظرًا لأن العديد من الخصائص الوظيفية للمصابيح مناسبة لوصف تشغيل الأنواع الميدانية.
مزايا وعيوب استبدال المصابيح بالترانزستورات
يعد اختراع الترانزستورات عاملاً محفزًا لإدخال التقنيات المبتكرة في مجال الإلكترونيات. تستخدم الشبكة عناصر أشباه موصلات حديثة ، بالمقارنة مع دوائر المصابيح القديمة ، فهذه التطورات لها مزايا:
- أبعاد صغيرة ووزن منخفض ، وهو أمر مهم للإلكترونيات المصغرة ؛
- القدرة على تطبيق العمليات الآلية في إنتاج الأجهزة وتجميع المراحل مما يقلل التكلفة ؛
- استخدام مصادر تيار صغيرة الحجم بسبب الحاجة إلى الجهد المنخفض ؛
- التشغيل الفوري ، تسخين الكاثود غير مطلوب ؛
- زيادة كفاءة الطاقة بسبب انخفاض تبديد الطاقة ؛
- القوة والموثوقية
- تفاعل جيد التنسيق مع عناصر إضافية في الشبكة ؛
- مقاومة الاهتزازات والصدمات.
تظهر المساوئ في الأحكام التالية:
- لا تعمل ترانزستورات السيليكون بجهد أكبر من 1 كيلو واط ، وتكون المصابيح فعالة بمعدلات أعلى من 1-2 كيلو واط ؛
- عند استخدام الترانزستورات في شبكات البث عالية الطاقة أو أجهزة إرسال الموجات الصغرية ، يلزم مطابقة مضخمات الطاقة المنخفضة المتصلة بالتوازي ؛
- ضعف عناصر أشباه الموصلات لتأثيرات الإشارة الكهرومغناطيسية ؛
- رد فعل حساس للأشعة الكونية والإشعاع ، مما يتطلب تطوير دوائر دقيقة مقاومة للإشعاع في هذا الصدد.
مخططات التحويل
للعمل في دائرة واحدة ، يتطلب الترانزستور ناتجين عند المدخلات والمخرجات. تحتوي جميع أنواع أجهزة أشباه الموصلات تقريبًا على 3 نقاط اتصال فقط. للخروج من موقف صعب ، يتم تخصيص إحدى الغايات كواحد مشترك. هذا يؤدي إلى 3 مخططات اتصال مشتركة:
- للترانزستور ثنائي القطب.
- جهاز قطبي
- مع مصرف مفتوح (جامع).
يتم توصيل الوحدة ثنائية القطب بباعث مشترك لتضخيم الجهد والتيار (MA). في حالات أخرى ، تتطابق مع دبابيس الشريحة الرقمية عندما يكون هناك جهد كبير بين الدائرة الخارجية وخطة الأسلاك الداخلية.هذه هي الطريقة التي يعمل بها اتصال المجمع المشترك ، ويلاحظ فقط زيادة في التيار (موافق). إذا كنت بحاجة إلى زيادة الجهد ، فسيتم إدخال العنصر بقاعدة مشتركة (OB). يعمل الخيار جيدًا في الدوائر المتتالية المركبة ، ولكن نادرًا ما يتم تعيينه في مشاريع الترانزستور الأحادي.
يتم تضمين أجهزة أشباه الموصلات الميدانية من أصناف MIS واستخدام تقاطع pn في الدائرة:
- مع باعث مشترك (CI) - اتصال مشابه لـ OE لوحدة نمطية ثنائية القطب
- بمخرج واحد (OS) - خطة من نوع OK ؛
- مع مصراع مشترك (OZ) - وصف مشابه لـ OB.
في خطط الصرف المفتوح ، يتم تشغيل الترانزستور بباعث مشترك كجزء من الدائرة الدقيقة. خرج المجمع غير متصل بأجزاء أخرى من الوحدة ، والحمل يذهب إلى الموصل الخارجي. يتم اختيار شدة الجهد وقوة تيار المجمع بعد تركيب المشروع. تعمل أجهزة الصرف المفتوح في دوائر ذات مراحل إخراج قوية ، ومحركات حافلات ، ودوائر منطقية TTL.
ما هي الترانزستورات؟
يتم تحديد النطاق اعتمادًا على نوع الجهاز - وحدة أو مجال ثنائي القطب. لماذا هناك حاجة إلى الترانزستورات؟ إذا كانت هناك حاجة إلى تيار منخفض ، على سبيل المثال ، في الخطط الرقمية ، يتم استخدام طرق العرض الميدانية. تحقق الدوائر التناظرية كسبًا خطيًا عاليًا عبر مجموعة من الفولتية والمخرجات.
مناطق تركيب الترانزستورات ثنائية القطب هي مكبرات الصوت ، ومجموعاتها ، وأجهزة الكشف ، والمعدِّلات ، ودوائر لوجستية الترانزستور ، ومحولات من النوع المنطقي.
تعتمد أماكن تطبيق الترانزستورات على خصائصها. يعملون في وضعين:
- بطريقة تضخمية ، تغيير نبضة الخرج مع انحرافات صغيرة لإشارة التحكم ؛
- في التنظيم الرئيسي ، والتحكم في إمداد الطاقة للأحمال بتيار إدخال ضعيف ، يكون الترانزستور مغلقًا أو مفتوحًا تمامًا.
لا يغير نوع وحدة أشباه الموصلات من ظروف تشغيلها. المصدر متصل بالحمل ، على سبيل المثال ، مفتاح ، مضخم ، جهاز إضاءة ، يمكن أن يكون مستشعرًا إلكترونيًا أو ترانزستورًا مجاورًا قويًا. بمساعدة التيار ، يبدأ تشغيل جهاز التحميل ، ويتم توصيل الترانزستور بالدائرة بين التثبيت والمصدر. تحد وحدة أشباه الموصلات من قوة الطاقة الموردة للوحدة.
يتم تحويل المقاومة عند خرج الترانزستور اعتمادًا على الجهد في موصل التحكم. تتغير القوة والجهد الحالي عند نقطة البداية والنهاية للدائرة وتزداد أو تنقص وتعتمد على نوع الترانزستور وكيفية توصيله. يؤدي التحكم في مصدر طاقة متحكم فيه إلى زيادة التيار أو نبضة الطاقة أو زيادة الجهد.
يتم استخدام الترانزستورات من كلا النوعين في الحالات التالية:
- في التنظيم الرقمي. تم تطوير تصميمات تجريبية لدارات التضخيم الرقمية القائمة على المحولات الرقمية إلى التناظرية (DAC).
- في مولدات النبض. اعتمادًا على نوع التجميع ، يعمل الترانزستور بترتيب مفتاحي أو خطي لإعادة إنتاج إشارات مربعة أو عشوائية ، على التوالي.
- في الأجهزة الإلكترونية. لحماية المعلومات والبرامج من السرقة والقرصنة والاستخدام غير القانونيين. تتم العملية في الوضع الرئيسي ، ويتم التحكم في القوة الحالية في شكل تناظري ويتم تنظيمها باستخدام عرض النبضة.توضع الترانزستورات في محركات المحركات الكهربائية ، وتبديل مثبتات الجهد.
تعمل أشباه الموصلات أحادية البلورية والوحدات النمطية المفتوحة والمغلقة على زيادة الطاقة ، ولكنها تعمل فقط كمفاتيح. في الأجهزة الرقمية ، تُستخدم الترانزستورات من النوع الميداني كوحدات اقتصادية. توفر تقنيات التصنيع في مفهوم التجارب المتكاملة إنتاج ترانزستورات على شريحة سيليكون واحدة.
يؤدي تصغير البلورات إلى أجهزة كمبيوتر أسرع وطاقة أقل وحرارة أقل.
مقالات مماثلة:
