Verschiedene Arten von Transistoren und ihre Funktionsweise

Da unser Gehirn aus 100 Milliarden Zellen besteht, die als Neuronen bezeichnet werden und zum Denken und Auswendiglernen von Dingen verwendet werden. Wie als Computer haben auch Milliarden winziger Gehirnzellen Transistoren genannt. Es besteht aus einem chemischen Elementextrakt aus Sand namens Silizium. Transistoren verändern die Theorie der Elektronik radikal, da sie vor über einem halben Jahrhundert von John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley entworfen wurde.

Also werden wir Ihnen sagen, wie sie funktionieren oder was sie tatsächlich sind?

Was sind Transistoren?

Diese Bauelemente bestehen aus Halbleitermaterial, das üblicherweise zu Verstärkungs- oder Schaltzwecken verwendet wird. Sie können auch zur Steuerung des Spannungs- und Stromflusses verwendet werden. Es wird auch verwendet, um die Eingangssignale in das Ausdehnungsausgangssignal zu verstärken. Ein Transistor ist normalerweise eine elektronische Festkörpervorrichtung, die aus halbleitenden Materialien besteht. Die elektronische Stromzirkulation kann durch Zugabe von Elektronen verändert werden. Dieser Prozess bringt Spannungsschwankungen mit sich, die proportional viele Schwankungen des Ausgangsstroms beeinflussen und eine Verstärkung bewirken. Nicht alle, aber die meisten elektronischen Geräte enthalten einen oder mehrere Arten von Transistoren. Einige der Transistoren sind einzeln oder allgemein in integrierten Schaltkreisen angeordnet, die je nach ihren Zustandsanwendungen variieren.

„Der Transistor ist eine dreibeinige Insektenkomponente, die in einigen Geräten einzeln platziert ist, in Computern jedoch in kleinen Mikrochips in Millionen von Zahlen enthalten ist.“

Woraus besteht ein Transistor?

Der Transistor besteht aus drei Halbleiterschichten, die Strom halten können. Das elektrisch leitende Material wie Silizium und Germanium kann Elektrizität zwischen Leitern und Isolator transportieren, der von Kunststoffdrähten umschlossen war. Halbleitermaterialien werden durch ein chemisches Verfahren behandelt, das als Dotierung des Halbleiters bezeichnet wird. Wenn Silizium mit Arsen, Phosphor und Antimon dotiert ist, erhält es einige zusätzliche Ladungsträger, dh Elektronen, die als N-Typ oder negativer Halbleiter bekannt sind, während Silizium mit anderen Verunreinigungen wie Bor, Gallium, Aluminium dotiert wird weniger Ladungsträger, dh Löcher, sind als P-Typ oder positiver Halbleiter bekannt.

Wie funktioniert der Transistor?

Das Arbeitskonzept ist der Hauptteil, um zu verstehen, wie ein Transistor verwendet wird oder wie er funktioniert. Der Transistor verfügt über drei Anschlüsse:

• Basis: Gibt den Transistorelektroden eine Basis.

• Emitter: Ladungsträger, die von diesem emittiert werden.

• Sammler: Von diesem gesammelte Ladungsträger.

Wenn der Transistor vom NPN-Typ ist, müssen wir eine Spannung von 0,7 V anlegen, um ihn auszulösen, und wenn die an den Basisstift angelegte Spannung anliegt, schaltet sich der Transistor ein. Dies ist der in Vorwärtsrichtung vorgespannte Zustand, und der Strom fließt durch den Kollektor zum Emitter (auch als Sättigung bezeichnet) Region). Wenn sich der Transistor in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand befindet oder der Basisstift geerdet ist oder keine Spannung aufweist, bleibt der Transistor im AUS-Zustand und lässt den Stromfluss vom Kollektor zum Emitter nicht zu (auch als Abschaltbereich bezeichnet).

Wenn der Transistor vom PNP-Typ ist, befindet er sich normalerweise im EIN-Zustand, aber nicht perfekt eingeschaltet, bis der Basisstift perfekt geerdet ist. Nach dem Erden des Basisstifts befindet sich der Transistor in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand oder soll eingeschaltet sein. Wenn der Basisstift mit Strom versorgt wird, hört er auf, Strom vom Kollektor zum Emitter zu leiten, und der Transistor soll sich im AUS-Zustand oder in Vorwärtsrichtung befinden.

Zum Schutz des Transistors verbinden wir einen Widerstand in Reihe mit ihm. Um den Wert dieses Widerstands zu ermitteln, verwenden wir die folgende Formel:

R _B = V _BE / I _B.

Verschiedene Arten von Transistoren:

Hauptsächlich können wir den Transistor in zwei Kategorien einteilen: Bipolar Junction Transistor (BJT) und Field Effect Transistor (FET). Weiter können wir es wie folgt teilen:

Bipolar Junction Transistor (BJT)

Ein Bipolartransistor besteht aus einem dotierten Halbleiter mit drei Anschlüssen, dh Basis, Emitter und Kollektor. An diesem Verfahren sind sowohl Löcher als auch Elektronen beteiligt. Eine große Strommenge, die in den Kollektor zum Emitter fließt, wird hochgeschaltet, indem ein kleiner Strom von den Basis- zu den Emitteranschlüssen geändert wird. Diese werden auch als stromgesteuerte Geräte bezeichnet. NPN und PNP sind zwei Hauptbestandteile von BJTs, wie wir zuvor besprochen haben. BJT wurde eingeschaltet, indem der Basis ein Eingang gegeben wurde, da er für alle Transistoren die niedrigste Impedanz aufweist. Die Verstärkung ist auch für alle Transistoren am höchsten.

Die Arten von BJT sind wie folgt:

1. NPN-Transistor:

In dem mittleren Bereich des NPN-Transistors ist die Basis vom p-Typ und die beiden äußeren Bereiche, dh Emitter und Kollektor, sind vom n-Typ.

Im aktiven Vorwärtsmodus ist der NPN-Transistor vorgespannt. Durch die Gleichstromquelle Vbb wird der Basis-Emitter-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Daher wird an dieser Verbindungsstelle die Verarmungsregion reduziert. Der Übergang von Kollektor zu Basisübergang ist in Sperrrichtung vorgespannt, der Verarmungsbereich von Kollektor zu Basisübergang wird vergrößert. Die Hauptladungsträger sind Elektronen für Emitter vom n-Typ. Der Basisemitterübergang ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt, so dass sich Elektronen in Richtung Basisbereich bewegen. Dies verursacht daher den Emitterstrom Ie. Der Basisbereich ist dünn und leicht mit Löchern dotiert, es bildet sich eine Elektron-Loch-Kombination und einige Elektronen verbleiben im Basisbereich. Dies verursacht einen sehr kleinen Basisstrom Ib. Der Basiskollektorübergang ist umgekehrt zu Löchern im Basisbereich und zu Elektronen im Kollektorbereich vorgespannt, aber er ist vorwärts zu Elektronen im Basisbereich vorgespannt. Verbleibende Elektronen des Basisbereichs, die vom Kollektoranschluss angezogen werden, verursachen den Kollektorstrom Ic. Weitere Informationen zum NPN-Transistor finden Sie hier.

2. PNP-Transistor:

In dem mittleren Bereich des PNP-Transistors ist die Basis vom n-Typ und die beiden äußeren Bereiche, dh der Kollektor und der Emitter, sind vom p-Typ.

Wie wir oben im NPN-Transistor besprochen haben, arbeitet er auch im aktiven Modus. Die Hauptladungsträger sind Löcher für p-Emitter. Für diese Löcher ist der Basisemitterübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und bewegt sich in Richtung Basisbereich. Dies verursacht den Emitterstrom Ie. Der Basisbereich ist dünn und leicht mit Elektronen dotiert, es bildet sich eine Elektron-Loch-Kombination und einige Löcher verbleiben im Basisbereich. Dies verursacht einen sehr kleinen Basisstrom Ib. Der Basiskollektorübergang ist umgekehrt auf Löcher im Basisbereich und Löcher im Kollektorbereich vorgespannt, aber er ist vorwärts auf Löcher im Basisbereich vorgespannt. Verbleibende Löcher des Basisbereichs, die vom Kollektoranschluss angezogen werden, verursachen den Kollektorstrom Ic. Weitere Informationen zum PNP-Transistor finden Sie hier.

Was sind Transistorkonfigurationen?

Im Allgemeinen gibt es drei Arten von Konfigurationen, und ihre Beschreibungen in Bezug auf die Verstärkung lauten wie folgt:

Common Base (CB) -Konfiguration: Es hat keine Stromverstärkung, aber eine Spannungsverstärkung.

Common Collector (CC) -Konfiguration: Es hat eine Stromverstärkung, aber keine Spannungsverstärkung.

Common Emitter (CE) -Konfiguration: Es hat sowohl Stromverstärkung als auch Spannungsverstärkung.

Konfiguration der Transistor Common Base (CB):

In dieser Schaltung ist die Basis sowohl dem Eingang als auch dem Ausgang gemeinsam. Es hat eine niedrige Eingangsimpedanz (50-500 Ohm). Es hat eine hohe Ausgangsimpedanz (1-10 Mega Ohm). Die an den Basisanschlüssen gemessenen Spannungen. Eingangsspannung und -strom sind also Vbe & Ie und Ausgangsspannung und -strom sind Vcb & Ic.

Die aktuelle Verstärkung ist kleiner als eins, dh Alpha (dc) = Ic / Ie
Die Spannungsverstärkung ist hoch.
Die Leistungssteigerung ist durchschnittlich.

Konfiguration des Common Emitter (CE) des Transistors:

In dieser Schaltung ist der Emitter sowohl dem Eingang als auch dem Ausgang gemeinsam. Das Eingangssignal wird zwischen Basis und Emitter und das Ausgangssignal zwischen Kollektor und Emitter angelegt. Vbb & Vcc sind die Spannungen. Es hat eine hohe Eingangsimpedanz, dh (500-5000 Ohm). Es hat eine niedrige Ausgangsimpedanz, dh (50-500 Kiloohm).

Die aktuelle Verstärkung ist hoch (98), dh Beta (dc) = Ic / Ie
Die Leistungsverstärkung beträgt bis zu 37 dB.
Die Ausgabe ist um 180 Grad phasenverschoben.

Konfiguration des gemeinsamen Transistorkollektors:

In dieser Schaltung ist der Kollektor sowohl dem Eingang als auch dem Ausgang gemeinsam. Dies wird auch als Emitterfolger bezeichnet. Es hat eine hohe Eingangsimpedanz (150-600 Kilo Ohm). Es hat eine niedrige Ausgangsimpedanz (100-1000 Ohm).

Die Stromverstärkung ist hoch (99).
Die Spannungsverstärkung ist kleiner als eins.
Die Leistungssteigerung ist durchschnittlich.

Feldeffekttransistor (FET):

Der Feldeffekttransistor enthält die drei Bereiche wie eine Source, ein Gate und einen Drain. Sie werden als spannungsgesteuerte Geräte bezeichnet, da sie den Spannungspegel steuern. Zur Steuerung des elektrischen Verhaltens kann das extern angelegte elektrische Feld gewählt werden, weshalb es als Feldeffekttransistoren bezeichnet wird. Dabei fließt Strom aufgrund von Mehrheitsladungsträgern, dh Elektronen, daher auch als unipolarer Transistor bekannt. Es hat hauptsächlich eine hohe Eingangsimpedanz in Mega-Ohm mit einer niederfrequenten Leitfähigkeit zwischen Drain und Source, die durch ein elektrisches Feld gesteuert wird. FETs sind hocheffizient, kräftig und kostengünstiger.

Es gibt zwei Arten von Feldeffekttransistoren, nämlich Junction-Feldeffekttransistoren (JFET) und Metalloxid-Feldeffekttransistoren (MOSFET). Der Strom fließt zwischen den beiden als n-Kanal und p-Kanal bezeichneten Kanälen.

Junction Field Effect Transistor (JFET)

Der Übergangsfeldeffekttransistor hat keinen PN-Übergang, aber anstelle von Halbleitermaterialien mit hohem spezifischen Widerstand bilden sie Siliziumkanäle vom n & p-Typ für den Fluss von Majoritätsladungsträgern mit zwei Anschlüssen, entweder Drain oder einem Source-Anschluss. Im n-Kanal ist der Stromfluss negativ, während im p-Kanal der Stromfluss positiv ist.

Arbeitsweise von JFET:

Es gibt zwei Arten von Kanälen im JFET, die als n-Kanal-JFET und p-Kanal-JFET bezeichnet werden

N-Kanal-JFET:

Hier müssen wir über den Hauptbetrieb des n-Kanal-JFET für zwei Bedingungen wie folgt diskutieren:

Erstens, wenn Vgs = 0, Legen Sie eine kleine positive Spannung an die Drain-Klemme an, wo Vds positiv ist. Aufgrund dieser angelegten Spannung Vds verursachen Elektronen, die von Source zu Drain fließen, einen Drainstrom Id. Der Kanal zwischen Drain und Source wirkt als Widerstand. Der n-Kanal sei einheitlich. Unterschiedliche Spannungspegel werden durch den Drainstrom Id eingestellt und bewegen sich von Source zu Drain. Die Spannungen sind am Drain-Anschluss am höchsten und am Source-Anschluss am niedrigsten. Der Abfluss ist in Sperrrichtung vorgespannt, so dass die Verarmungsschicht hier breiter ist.

Vds steigt an, Vgs = 0 V.

Die Verarmungsschicht nimmt zu, die Kanalbreite nimmt ab. Vds steigt auf einem Niveau an, auf dem sich zwei Verarmungsbereiche berühren. Dieser Zustand wird als Pinch-Off-Prozess bezeichnet und verursacht eine Pinch-Off-Spannung Vp.

Hier fällt die abgeklemmte ID auf 0 MA und die ID erreicht den Sättigungsgrad. Id mit Vgs = 0, bekannt als Drain-Source-Sättigungsstrom (Idss). Vds stieg bei Vp an, wo die Strom- ID gleich bleibt und der JFET als Konstantstromquelle fungiert.

Zweitens, wenn Vgs nicht gleich 0 ist, Negative Vgs anwenden und Vds variiert. Die Breite des Verarmungsbereichs nimmt zu, der Kanal wird schmal und der Widerstand nimmt zu. Es fließt weniger Drainstrom und erreicht das Sättigungsniveau. Aufgrund negativer Vgs nimmt der Sättigungsgrad ab, Id nimmt ab. Die Quetschspannung fällt kontinuierlich ab. Daher wird es als spannungsgesteuertes Gerät bezeichnet.

Eigenschaften von JFET:

Die Eigenschaften zeigten verschiedene Regionen, die wie folgt sind:

Ohmsche Region: Vgs = 0, Verarmungsschicht klein.

Cut-Off-Bereich: Wird auch als Pinch-Off-Bereich bezeichnet, da der Kanalwiderstand maximal ist.

Sättigung oder aktiver Bereich: Wird durch die Gate-Source-Spannung gesteuert, bei der die Drain-Source-Spannung geringer ist.

Durchbruchsbereich: Spannung zwischen Drain und Source ist eine hohe Durchbruchs Ursache in resistive Kanal.

P-Kanal-JFET:

Der p-Kanal-JFET funktioniert genauso wie der n-Kanal-JFET, es sind jedoch einige Ausnahmen aufgetreten, dh aufgrund von Löchern ist der Kanalstrom positiv und die Vorspannungspolarität muss umgekehrt werden.

Strom im aktiven Bereich ablassen:

Id = Idss

Kanalwiderstand der Drain-Quelle: Rds = Delta Vds / Delta Id

Metalloxid-Feldeffekttransistor (MOSFET):

Der Metalloxid-Feldeffekttransistor ist auch als spannungsgesteuerter Feldeffekttransistor bekannt. Hier werden Metalloxid-Gate-Elektronen durch eine dünne Schicht aus Siliziumdioxid, die als Glas bezeichnet wird, elektrisch vom n-Kanal und p-Kanal isoliert.

Der Strom zwischen Drain und Source ist direkt proportional zur Eingangsspannung.

Es ist ein Gerät mit drei Anschlüssen, dh Gate, Drain & Source. Es gibt zwei Arten von MOSFETs durch Funktionieren von Kanälen, nämlich p-Kanal-MOSFET und n-Kanal-MOSFET.

Es gibt zwei Formen von Metalloxid-Feldeffekttransistoren, nämlich den Verarmungstyp und den Verstärkungstyp.

Verarmungstyp: Zum Ausschalten sind Vgs erforderlich, dh die Gate-Source-Spannung und der Verarmungsmodus entsprechen dem normalerweise geschlossenen Schalter.

Vgs = 0, Wenn Vgs positiv ist, sind die Elektronen mehr und wenn Vgs negativ ist, sind die Elektronen kleiner.

Verbesserungstyp: Zum Einschalten sind Vgs erforderlich, dh die Gate-Source-Spannung und der Verbesserungsmodus entsprechen dem normalerweise geöffneten Schalter.

Hier ist der zusätzliche Anschluss ein Substrat, das bei der Erdung verwendet wird.

Die Gate-Source-Spannung (Vgs) ist größer als die Schwellenspannung (Vth).

Vorspannungsmodi für Transistoren:

Das Vorspannen kann durch die zwei Verfahren erfolgen, dh Vorwärtsvorspannung und Rückwärtsvorspannung, während es abhängig von der Vorspannung vier verschiedene Vorspannungsschaltungen gibt, wie folgt:

Feste Basisvorspannung und feste Widerstandsvorspannung:

In der Figur ist der Basiswiderstand Rb zwischen der Basis und dem Vcc angeschlossen. Der Basisemitterübergang ist aufgrund des Spannungsabfalls Rb in Vorwärtsrichtung vorgespannt, was dazu führt, dass Ib durch ihn fließt. Hier wird Ib erhalten von:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Dies führt zu einem Stabilitätsfaktor (Beta +1), der zu einer geringen thermischen Stabilität führt. Hier sind die Ausdrücke von Spannungen und Strömen dh

Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Collector Feedback Bias:

In dieser Figur ist der Basiswiderstand Rb über den Kollektor und den Basisanschluss des Transistors geschaltet. Daher sind die Basisspannung Vb und die Kollektorspannung Vc dadurch einander ähnlich

Vb = Vc-IbRb Wobei Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

Durch diese Gleichungen verringert Ic Vc, was Ib reduziert, und automatisch Ic.

Hier ist der (Beta + 1) -Faktor kleiner als eins und der Ib führt zu einer Verringerung der Verstärkerverstärkung.

So können Spannungen und Ströme wie folgt angegeben werden:

Vb = Vbe Ic = Beta Ib Ie ist fast gleich Ib

Dual Feedback Bias:

In dieser Figur ist es die modifizierte Form über der Kollektor-Rückkopplungs-Basisschaltung. Da es eine zusätzliche Schaltung R1 hat, die die Stabilität erhöht. Daher führt eine Erhöhung des Basenwiderstands zu Variationen des Beta, dh der Verstärkung.

Jetzt, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = Beta Ib Ie ist fast gleich Ic

Feste Vorspannung mit Emitterwiderstand:

In dieser Figur ist es dasselbe wie eine Schaltung mit fester Vorspannung, jedoch ist ein zusätzlicher Emitterwiderstand Re angeschlossen. Ic steigt aufgrund der Temperatur an, dh es steigt auch an, was wiederum den Spannungsabfall über Re erhöht. Dies führt zu einer Verringerung von Vc, reduziert Ib, was iC auf seinen normalen Wert zurückbringt. Die Spannungsverstärkung verringert sich durch das Vorhandensein von Re.

Jetzt, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = Beta Ib Ie ist fast gleich Ic

Emitter Bias:

In dieser Figur gibt es zwei Versorgungsspannungen Vcc & Vee sind gleich, aber in der Polarität entgegengesetzt. Hier ist Vee in Vorwärtsrichtung zum Basisemitterübergang vorgespannt, indem Re & Vcc in Rückwärtsrichtung zum Kollektorbasisübergang vorgespannt ist.

Jetzt, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc-Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = Beta Ib Ie ist fast gleich Ib Wobei Re >> Rb / Beta Vee >> Vbe

Das ergibt einen stabilen Betriebspunkt.

Emitter Feedback Bias:

In dieser Abbildung werden sowohl Kollektor als Rückkopplung als auch Emitterrückkopplung für eine höhere Stabilität verwendet. Aufgrund des Flusses des Emitterstroms Ie tritt der Spannungsabfall über dem Emitterwiderstand Re auf, daher ist der Emitterbasisübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Hier steigt die Temperatur, Ic steigt, dh auch. Dies führt zu einem Spannungsabfall bei Re, die Kollektorspannung Vc nimmt ab und Ib nimmt ebenfalls ab. Dies führt dazu, dass die Ausgangsverstärkung verringert wird. Die Ausdrücke können wie folgt angegeben werden:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1 Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = Beta Ib Ie ist nahezu gleich zu I c

Spannungsteiler-Vorspannung:

In dieser Figur wird die Spannungsteilerform des Widerstands R1 & R2 verwendet, um den Transistor vorzuspannen. Die Spannungsform an R2 ist die Basisspannung, wenn sie den Basis-Emitter-Übergang in Vorwärtsrichtung vorspannt. Hier ist I2 = 10Ib.

Dies geschieht, um den Spannungsteilerstrom zu vernachlässigen, und es treten Änderungen im Beta-Wert auf.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic widersteht den Änderungen sowohl in Beta als auch in Vbe, was zu einem Stabilitätsfaktor von 1 führt. Dabei nimmt Ic mit zunehmender Temperatur zu, dh mit zunehmender Emitterspannung Ve, was die Basisspannung Vbe verringert. Dies führt dazu, dass der Basisstrom ib und ic auf seine tatsächlichen Werte verringert wird.

Anwendungen von Transistoren

Transistoren für die meisten Teile werden in elektronischen Anwendungen wie Spannungs- und Leistungsverstärkern verwendet.
Wird in vielen Schaltkreisen als Schalter verwendet.
Wird zur Herstellung digitaler Logikschaltungen verwendet, dh UND, NICHT usw.
Transistoren werden in alles eingesetzt, dh Kochfelder zu den Computern.
Wird im Mikroprozessor als Chip verwendet, in den Milliarden von Transistoren integriert sind.
In früheren Tagen wurden sie in Radios, Telefonanlagen, Hörköpfen usw. verwendet.
Sie werden auch früher in Vakuumröhren in großen Größen verwendet.
Sie werden in Mikrofonen verwendet, um Tonsignale auch in elektrische Signale umzuwandeln.