Transistoren - Grundlagen, Typen und Baising-Modi

Einführung in den Transistor:

Früher war die kritische und wichtige Komponente eines elektronischen Geräts eine Vakuumröhre, an die eine Elektronenröhre gewöhnt ist elektrischen Strom steuern . Die Vakuumröhren haben funktioniert, sind jedoch sperrig, erfordern höhere Betriebsspannungen, einen hohen Stromverbrauch, ergeben einen geringeren Wirkungsgrad, und im Betrieb werden kathodenelektronenemittierende Materialien verbraucht. Das endete also als Hitze, die die Lebensdauer der Röhre selbst verkürzte. Um diese Probleme zu lösen, haben John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley im Jahr 1947 bei Bell Labs einen Transistor erfunden. Dieses neue Gerät war eine viel elegantere Lösung, um viele der grundlegenden Einschränkungen von Vakuumröhren zu überwinden.

Der Transistor ist eine Halbleitervorrichtung, die sowohl leiten als auch isolieren kann. Ein Transistor kann als Schalter und Verstärker fungieren. Es wandelt Audiowellen in elektronische Wellen und Widerstände um und steuert den elektronischen Strom. Transistoren haben eine sehr lange Lebensdauer, sind kleiner, können zur Erhöhung der Sicherheit mit Niederspannungsversorgungen betrieben werden und benötigen keinen Filamentstrom. Der erste Transistor wurde mit Germanium hergestellt. Ein Transistor hat die gleiche Funktion wie eine Vakuumröhrentriode, verwendet jedoch Halbleiterübergänge anstelle von beheizten Elektroden in einer Vakuumkammer. Es ist der Grundbaustein moderner elektronischer Geräte und überall in modernen elektronischen Systemen zu finden.

Transistor-Grundlagen:

Ein Transistor ist ein Gerät mit drei Anschlüssen. Nämlich,

• Basis: Dies ist für die Aktivierung des Transistors verantwortlich.
• Sammler: Dies ist die positive Spur.
• Emitter: Dies ist die negative Leitung.

Die Grundidee eines Transistors besteht darin, dass Sie den Stromfluss durch einen Kanal steuern können, indem Sie die Intensität eines viel kleineren Stroms variieren, der durch einen zweiten Kanal fließt.

Arten von Transistoren:

Es gibt zwei Arten von Transistoren: Bipolartransistoren (BJT) und Feldeffekttransistoren (FET). Zwischen der Basis und dem Emitter fließt ein kleiner Strom. Der Basisanschluss kann einen größeren Stromfluss zwischen dem Kollektor und den Emitteranschlüssen steuern. Für einen Feldeffekttransistor hat er auch die drei Anschlüsse Gate, Source und Drain, und eine Spannung am Gate kann einen Strom zwischen Source und Drain steuern. Die einfachen Diagramme von BJT und FET sind in der folgenden Abbildung dargestellt:

Bipolar Junction Transistor (BJT)

Feldeffekttransistoren (FET)

Wie Sie sehen können, gibt es Transistoren in verschiedenen Größen und Formen. Allen diesen Transistoren ist gemeinsam, dass sie jeweils drei Leitungen haben.

• Bipolar Junction Transistor:

Ein Bipolar Junction Transistor (BJT) hat drei Anschlüsse, die mit drei dotierten Halbleiterbereichen verbunden sind. Es kommt mit zwei Typen, P-N-P und N-P-N.

P-N-P-Transistor, bestehend aus einer Schicht aus N-dotiertem Halbleiter zwischen zwei Schichten aus P-dotiertem Material. Der in den Kollektor eintretende Basisstrom wird an seinem Ausgang verstärkt.

Dies ist der Fall, wenn der PNP-Transistor eingeschaltet ist, wenn seine Basis relativ zum Emitter nach unten gezogen wird. Die Pfeile des PNP-Transistors symbolisieren die Richtung des Stromflusses, wenn sich das Gerät im aktiven Weiterleitungsmodus befindet.

N-P-N-Transistor, bestehend aus einer Schicht aus P-dotiertem Halbleiter zwischen zwei Schichten aus N-dotiertem Material. Durch Verstärken des Stroms der Basis erhalten wir den hohen Kollektor- und Emitterstrom.

Dies ist der Fall, wenn der NPN-Transistor eingeschaltet ist, wenn seine Basis relativ zum Emitter nach unten gezogen wird. Wenn sich der Transistor im EIN-Zustand befindet, befindet sich der Stromfluss zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors. Basierend auf Minoritätsträgern im P-Typ bewegen sich die Elektronen vom Emitter zum Kollektor. Aus diesem Grund ermöglicht es einen höheren Strom und einen schnelleren Betrieb. Die meisten heute verwendeten Bipolartransistoren sind NPN.

• Feldeffekttransistor (FET):

Der Feldeffekttransistor ist ein unipolarer Transistor, ein N-Kanal-FET oder ein P-Kanal-FET werden zur Leitung verwendet. Die drei Anschlüsse des FET sind Source, Gate und Drain. Die grundlegenden n-Kanal- und p-Kanal-FETs sind oben gezeigt. Für einen n-Kanal-FET ist die Vorrichtung aus n-Typ-Material aufgebaut. Zwischen Source und Drain wirkt dann Material vom Typ als Widerstand.

Dieser Transistor steuert die positiven und negativen Ladungsträger in Bezug auf Löcher oder Elektronen. Der FET-Kanal wird durch Bewegen von positiven und negativen Ladungsträgern gebildet. Der Kanal des FET, der aus Silizium besteht.

Es gibt viele Arten von FETs, MOSFETs, JFETs usw. Die Anwendungen von FETs sind in einem rauscharmen Verstärker, einem Pufferverstärker und einem analogen Schalter.

Bipolare Sperrschichttransistorvorspannung

Transistoren sind die wichtigsten aktiven Halbleiterbauelemente, die für fast alle Schaltungen unerlässlich sind. Sie werden als elektronische Schalter, Verstärker usw. in Schaltkreisen verwendet. Transistoren können NPN, PNP, FET, JFET usw. sein, die unterschiedliche Funktionen in elektronischen Schaltungen haben. Für das ordnungsgemäße Funktionieren der Schaltung ist es erforderlich, den Transistor unter Verwendung von Widerstandsnetzwerken vorzuspannen. Der Arbeitspunkt ist der Punkt auf den Ausgangskennlinien, der die Kollektor-Emitter-Spannung und den Kollektorstrom ohne Eingangssignal anzeigt. Der Betriebspunkt wird auch als Vorspannungspunkt oder Q-Punkt (Ruhepunkt) bezeichnet.

Unter Vorspannung werden Widerstände, Kondensatoren oder Versorgungsspannungen usw. bereitgestellt, um die richtigen Betriebseigenschaften der Transistoren bereitzustellen. DC-Vorspannung wird verwendet, um den DC-Kollektorstrom bei einer bestimmten Kollektorspannung zu erhalten. Der Wert dieser Spannung und dieses Stroms wird als Q-Punkt ausgedrückt. In einer Transistorverstärkerkonfiguration ist der IC (max) der maximale Strom, der durch den Transistor fließen kann, und VCE (max) ist die maximale Spannung, die über das Gerät angelegt wird. Um den Transistor als Verstärker zu betreiben, muss ein Lastwiderstand RC an den Kollektor angeschlossen werden. Durch die Vorspannung werden die DC-Betriebsspannung und der Gleichstrom auf den richtigen Pegel eingestellt, damit das AC-Eingangssignal vom Transistor ordnungsgemäß verstärkt werden kann. Der richtige Vorspannungspunkt liegt irgendwo zwischen den Zuständen vollständig EIN oder vollständig AUS des Transistors. Dieser zentrale Punkt ist der Q-Punkt, und wenn der Transistor richtig vorgespannt ist, ist der Q-Punkt der zentrale Betriebspunkt des Transistors. Dies hilft, den Ausgangsstrom zu erhöhen und zu verringern, wenn das Eingangssignal den gesamten Zyklus durchläuft.

Zum Einstellen des korrekten Q-Punkts des Transistors wird ein Kollektorwiderstand verwendet, um den Kollektorstrom auf einen konstanten und konstanten Wert ohne Signal in seiner Basis einzustellen. Dieser konstante DC-Betriebspunkt wird durch den Wert der Versorgungsspannung und den Wert des Basisvorspannungswiderstands eingestellt. Basisvorspannungswiderstände werden in allen drei Transistorkonfigurationen verwendet, wie z. B. Konfigurationen mit gemeinsamer Basis, gemeinsamem Kollektor und gemeinsamem Emitter.

Arten der Vorspannung:

Es folgen die verschiedenen Modi der Transistorbasisvorspannung:

1. Aktuelle Vorspannung:

Wie in Fig. 1 gezeigt, werden zwei Widerstände RC und RB verwendet, um die Basisvorspannung einzustellen. Diese Widerstände bilden den anfänglichen Betriebsbereich des Transistors mit fester Stromvorspannung.

Die Transistorvorwärtsvorspannung mit einer positiven Basisvorspannung durch RB. Der Vorwärts-Basis-Emitter-Spannungsabfall beträgt 0,7 Volt. Daher ist der Strom durch RB I._B.= (V._DC- V._SEIN) / ICH_B.

2. Rückkopplungsvorspannung:

Fig. 2 zeigt die Transistorvorspannung unter Verwendung eines Rückkopplungswiderstands. Die Basisvorspannung ergibt sich aus der Kollektorspannung. Die Kollektorrückkopplung stellt sicher, dass der Transistor im aktiven Bereich immer vorgespannt ist. Wenn der Kollektorstrom ansteigt, fällt die Spannung am Kollektor ab. Dies reduziert den Basisantrieb, was wiederum den Kollektorstrom reduziert. Diese Rückkopplungskonfiguration ist ideal für Transistorverstärkerdesigns.

3. Doppelte Rückkopplungsvorspannung:

Fig. 3 zeigt, wie die Vorspannung unter Verwendung von Doppelrückkopplungswiderständen erreicht wird.

Durch die Verwendung von zwei Widerständen RB1 und RB2 wird die Stabilität hinsichtlich der Beta-Variationen erhöht, indem der Stromfluss durch die Basisvorspannungswiderstände erhöht wird. In dieser Konfiguration entspricht der Strom in RB1 10% des Kollektorstroms.

4. Spannungsteilungsvorspannung:

Fig. 4 zeigt die Spannungsteilervorspannung, bei der zwei Widerstände RB1 und RB2 mit der Basis des Transistors verbunden sind und ein Spannungsteilernetzwerk bilden. Der Transistor erhält Vorspannungen durch den Spannungsabfall an RB2. Diese Art der Vorspannungskonfiguration wird häufig in Verstärkerschaltungen verwendet.

5. Double Base Biasing:

Fig. 5 zeigt eine doppelte Rückkopplung zur Stabilisierung. Es verwendet sowohl Emitter- als auch Kollektor-Basis-Feedback, um die Stabilisierung durch Steuern des Kollektorstroms zu verbessern. Widerstandswerte sollten ausgewählt werden, um den Spannungsabfall über dem Emitterwiderstand auf 10% der Versorgungsspannung und den Strom durch RB1, 10% des Kollektorstroms, einzustellen.

Vorteile des Transistors:

1. Kleinere mechanische Empfindlichkeit.
2. Geringere Kosten und geringere Größe, insbesondere bei Kleinsignalschaltungen.
3. Niedrige Betriebsspannungen für mehr Sicherheit, geringere Kosten und engere Abstände.
4. Extrem langes Leben.
5. Kein Stromverbrauch durch eine Kathodenheizung.
6. Schnelles Umschalten.

Es kann den Entwurf von Schaltkreisen mit komplementärer Symmetrie unterstützen, was mit Vakuumröhren nicht möglich ist. Wenn Sie Fragen zu diesem Thema oder der elektrischen und elektronische Projekte Hinterlasse die Kommentare unten.