晶體管是如何工作的,它在哪裡使用?

由半導體材料製成的無線電電子元件,使用輸入信號,在集成電路和系統中創建、放大、改變脈衝,用於存儲、處理和傳輸信息。晶體管是一種電阻,其功能由發射極和基極或源極和柵極之間的電壓調節,具體取決於模塊的類型。

維迪晶體管

晶體管的類型

轉換器廣泛用於數字和模擬微電路的生產,以將靜態消耗電流歸零並獲得改進的線性度。晶體管的類型不同,其中一些由電壓變化控制,後者由電流偏差調節。

現場模塊以增加的直流電阻運行,高頻變換不會增加能源成本。如果我們簡單地說晶體管是什麼,那麼這是一個具有高增益裕度的模塊。這種特性在野外物種中比在雙極類型中更大。前者沒有電荷載流子吸收,從而加快了運行速度。

場半導體被更頻繁地使用是因為它們優於雙極型:

  • 輸入直流和高頻時的強大電阻,這減少了控制的能量損失;
  • 缺乏小電子的積累,加速了晶體管的工作;
  • 移動粒子的傳輸;
  • 溫度偏差的穩定性;
  • 由於缺乏噴射,噪音小;
  • 運行過程中的低功耗。

晶體管的類型及其特性決定了用途。加熱雙極型轉換器會增加沿從集電極到發射極的路徑的電流。它們具有負電阻係數,移動載流子從發射器流向收集裝置。薄的基極由 p-n 結隔開,只有當運動的粒子聚集並註入基極時才會產生電流。一些電荷載流子被相鄰的 p-n 結捕獲並加速,這就是晶體管參數的計算方式。

FET 具有另一種需要為假人提及的優勢。它們在不均衡電阻的情況下並聯。電阻器不用於此目的,因為當負載變化時指示器會自動增加。為了獲得較高的開關電流值,需要使用一系列模塊,用於逆變器或其他設備。

不可能並聯雙極晶體管,功能參數的確定導致檢測到不可逆性質的熱擊穿。這些特性與簡單 p-n 通道的技術質量有關。這些模塊使用電阻器並聯連接,以均衡發射極電路中的電流。根據功能特性和個體特性,在晶體管的分類中區分雙極型和場型。

雙極晶體管

雙極設計被生產為具有三個導體的半導體器件。在每個電極中提供具有空穴p-導電性或雜質n-導電性的層。整套層的選擇決定了p-n-p或n-p-n類型器件的發布。在設備開啟的瞬間,不同類型的電荷同時通過空穴和電子傳輸,涉及兩種類型的粒子。

載體由於擴散機製而移動。物質的原子和分子滲透到相鄰材料的分子間晶格中,之後它們的濃度在整個體積中趨於平穩。從高壓實區域到低含量區域的傳輸發生。

電子也在粒子周圍的力場的作用下傳播,在基體中不均勻地包含合金添加劑。為了加快設備的運行,連接到中間層的電極被做得很薄。最外層的導體稱為發射極和集電極。過渡的反向電壓特性並不重要。

場效應管

場效應晶體管使用由施加電壓產生的橫向電場來控制電阻。電子進入溝道的地方稱為源極,漏極看起來像是電荷進入的終點。控制電壓通過稱為柵極的導體。設備分為2類:

  • 帶控制 p-n 結;
  • 帶有絕緣柵的 MIS 晶體管。

第一種類型的器件在設計中包含一個半導體晶片,該晶片使用相對側(漏極和源極)上的電極連接到受控電路。將板連接到柵極後會出現具有不同類型導電性的地方。插入輸入電路的恆定偏置源在結處產生阻斷電壓。

放大脈衝的源也位於輸入電路中。改變輸入端的電壓後,p-n結處對應的指標發生變換。晶體中傳輸帶電電子流的通道結的層厚和橫截面積被修改。溝道寬度取決於耗盡區(柵極下方)和襯底之間的空間。通過改變耗盡區的寬度來控制起點和終點的控制電流。

MIS晶體管的特點是其柵極通過絕緣與溝道層隔開。在稱為襯底的半導體晶體中,產生了具有相反符號的摻雜位點。導體安裝在它們上 - 一個漏極和一個源極,電介質位於它們之間的距離小於一微米。在絕緣體上有一個金屬電極 - 一個快門。由於所得結構包含金屬、介電層和半導體,晶體管被賦予縮寫 MIS。

適合初學者的設備和操作原理

技術不僅使用電荷運行,還使用磁場、光量子和光子運行。晶體管的工作原理在於器件切換的狀態。大小信號對立,開啟和關閉狀態——這是設備的雙重工作。

與組合物中的半導體材料一起,以單晶形式使用,在某些地方摻雜,晶體管在其設計中具有:

  • 金屬的結論;
  • 介電絕緣體;
  • 由玻璃、金屬、塑料、金屬陶瓷製成的晶體管外殼。

在雙極或極性器件發明之前,電子真空管被用作有源元件。為他們開發的電路,經過修改後,用於生產半導體器件。它們可以作為晶體管連接並使用,因為燈的許多功能特性都適用於描述場物種的操作。

用晶體管代替燈的優缺點

晶體管的發明是在電子領域引入創新技術的刺激因素。該網絡使用現代半導體元件,與舊燈電路相比,這種發展具有優勢:

  • 小尺寸和輕重量,這對於微型電子產品很重要;
  • 能夠在設備生產中應用自動化流程並對階段進行分組,從而降低成本;
  • 由於需要低電壓,使用小型電流源;
  • 瞬時開啟,無需加熱陰極;
  • 由於功耗降低而提高了能源效率;
  • 強度和可靠性;
  • 與網絡中的其他元素進行良好協調的交互;
  • 抗振動和衝擊。

缺點出現在以下條款中:

  • 矽晶體管在大於 1 kW 的電壓下不起作用,燈在 1-2 kW 以上的速率下有效;
  • 在大功率廣播網絡或微波發射機中使用晶體管時,需要匹配並聯的小功率放大器;
  • 半導體元件對電磁信號影響的脆弱性;
  • 對宇宙射線和輻射的敏感反應,需要在這方面開發抗輻射微電路。

切換方案

要在單個電路中工作,晶體管的輸入和輸出需要 2 個輸出。幾乎所有類型的半導體器件都只有 3 個連接點。為了擺脫困境,其中一個目標被分配為一個共同的目標。這導致了 3 種常見的連接方案:

  • 用於雙極晶體管;
  • 極性裝置;
  • 帶開漏極(集電極)。

雙極模塊與用於電壓和電流 (MA) 放大的共發射極相連。在其他情況下,當外部電路和內部佈線計劃之間存在大電壓時,它會匹配數字芯片的引腳。這就是公共集電極連接的工作方式,僅觀察到電流增加(OK)。如果您需要增加電壓,則使用公共鹼基 (OB) 引入該元素。該選項在復合級聯電路中效果很好,但很少在單晶體管項目中設置。

電路中包括 MIS 品種和使用 p-n 結的場半導體器件:

  • 具有共發射極 (CI) - 類似於雙極型模塊的 OE 的連接
  • 具有單個輸出(OS) - OK 類型的計劃;
  • 帶有聯合快門(OZ) - OB的類似描述。

在漏極開路方案中,晶體管通過作為微電路一部分的共發射極開啟。集電極輸出不連接到模塊的其他部分,負載到外部連接器。電壓強度和集電極電流強度的選擇是在工程安裝完成後進行的。開漏器件在具有強大輸出級、總線驅動器、TTL 邏輯電路的電路中工作。

晶體管是乾什麼用的?

範圍取決於設備的類型 - 雙極模塊或場。為什麼需要晶體管?如果需要低電流,例如在數字計劃中,則使用現場視圖。模擬電路在一系列電源電壓和輸出範圍內實現高增益線性度。

雙極晶體管的安裝區域是放大器、它們的組合、檢測器、調製器、晶體管邏輯電路和邏輯型逆變器。

晶體管的應用場所取決於它們的特性。它們以兩種模式工作:

  • 以放大方式,改變控制信號偏差小的輸出脈衝;
  • 在關鍵調節中,控制輸入電流較弱的負載的電源,晶體管完全關閉或打開。

半導體模塊的類型不會改變其操作條件。源連接到負載,例如,開關、放大器、照明設備,它可以是電子傳感器或強大的相鄰晶體管。在電流的幫助下,負載設備開始工作,晶體管連接到裝置和源極之間的電路。半導體模塊限制了提供給單元的能量強度。

晶體管輸出端的電阻根據控制導體上的電壓進行轉換。電路起點和終點的電流強度和電壓會隨著晶體管的類型和連接方式的變化而增加或減少。受控電源的控制導致電流增加、功率脈衝增加或電壓增加。

兩種類型的晶體管都用於以下情況:

  1. 在數字監管方面。已經開發了基於數模轉換器 (DAC) 的數字放大電路的實驗設計。
  2. 在脈衝發生器中。根據組件的類型,晶體管以鍵或線性順序運行,以分別再現方形或任意信號。
  3. 在電子硬件設備中。保護信息和程序免遭盜竊、非法黑客攻擊和使用。操作在按鍵模式下進行,電流強度以模擬形式控制並使用脈衝寬度進行調節。晶體管放置在電動機的驅動器中,用於開關穩壓器。

單晶半導體和開關模塊增加功率,但僅用作開關。在數字設備中,場型晶體管用作經濟模塊。集成實驗概念中的製造技術提供在單個矽芯片上生產晶體管。

晶體的小型化導致更快的計算機、更少的能量和更少的熱量。

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