Биполярные транзисторы биполярны, потому что основной ток в них проиходит через два типа полупроводниковых материалов: «P» и «N», поскольку основной ток идёт от эмиттера к коллектору (или наоборот – от коллектора к эммитеру). Другими словами, оба типа носителей заряда – как электроны, так и «дырки» – на разных участках этого маршрута составляют основной ток, проходящий через транзистор.
Биполярные транзисторы биполярны, потому что основной ток в них проиходит через два типа полупроводниковых материалов: «P» и «N», поскольку основной ток идёт от эмиттера к коллектору (или наоборот – от коллектора к эммитеру). Другими словами, оба типа носителей заряда – как электроны, так и «дырки» – на разных участках этого маршрута составляют основной ток, проходящий через транзистор.
Как видите, что управляющий ток, что управляемый – всегда объединяются в эмиттере, и туда, куда указывают стрелки транзистора. Это первое и главное правило при использовании транзисторов: все токи должны течь в правильном направлении, тогда устройство может работать как регулятор тока. Небольшой управляющий ток обычно называют просто ''базовым током'', потому что это единственный ток, который проходит через базу транзистора. И наоборот, больший управляемый ток называется ''током коллектора'', потому что это единственный ток, который проходит через коллектор транзистора. Ток в эмиттере – это объединение токов базы и коллектора в соответствии с первым правилом Кирхгофа для токов.
Как видите, что управляющий ток, что управляемый – всегда объединяются в эмиттере, и туда, куда указывают стрелки транзистора. Это первое и главное правило при использовании транзисторов: все токи должны течь в правильном направлении, тогда устройство будет работать как регулятор тока. Небольшой управляющий ток обычно называют просто ''базовым током'', потому что это единственный ток, который проходит через базу транзистора. И наоборот, бо́льший управляемый ток называется ''током коллектора'', потому что это единственный ток, который проходит через коллектор транзистора. Ток в эмиттере – это объединение токов базы и коллектора в соответствии с первым правилом Кирхгофа для токов.
Отсутствие тока в базе транзистора «отключает» транзистор, он словно разомкнутый переключатель, благодаря которому прохождение тока через коллектор предотвращено. Наличие тока в базе «включает» транзистор, он действует как замкнутый переключатель, и пропускает пропорциональную величину управляемого тока через коллектор. На величину силу тока в коллекторе в основном накладывает ограничение базовый ток, при этом неважна величина напряжения, которое, собственно, и «толкает» ток по проводам. В следующем разделе мы более подробно рассмотрим использование биполярных транзисторов в качестве переключающих элементов.
Отсутствие тока в базе транзистора «отключает» транзистор, он тогда словно разомкнутый переключатель, благодаря которому прохождение тока через коллектор предотвращено. Наличие тока в базе «включает» транзистор, он действует как замкнутый переключатель, и пропускает пропорциональную величину управляемого тока через коллектор. На величину силу тока в коллекторе в основном накладывает ограничение базовый ток, при этом неважна величина напряжения, которое, собственно, и «толкает» ток по проводам. В следующем разделе мы подробнее рассмотрим использование биполярных транзисторов в качестве переключающих элементов.
Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение[1]
Изобретение ТБП – транзистора с биполярным переходом (или просто биполярного транзистора) – в 1948 году произвело революцию в электронике. Технологии, ранее требовавшие относительно больших, механически хрупких, энергоёмких вакуумных ламп, вдруг стали возможны с помощью миниатюрных, механически прочных, экономных кусочков кристаллического кремния. Эта революция сделала возможным разработку и производство лёгких и недорогих электронных устройств, которые мы сейчас воспринимаем как само собой разумеющееся. Понимание того, как работают транзисторы, имеет первостепенное значение для всех, кто интересуется современной электроникой.
Функциональность и сфера применение транзисторов с биполярным переходом
Я намерен по максимуму сосредоточиться исключительно на практической функциональности и применении биполярных транзисторов, а не на исследовании квантового мира теории полупроводников. На мой взгляд, обсуждение «дырок» и электронов лучше вынести в отдельную главу. Здесь же я хочу изучать, как именно использовать эти схемные компоненты, а не ковыряться в их внутренностях. Я далёк от того, чтобы принижать важность понимания физики полупроводников, но иногда чересчур пристальное внимание к физике твёрдого тела отвлекает от понимания функций этих устройств на компонентном уровне. Однако, следуя этому пути, предполагается, что читатель уже обладает определёнными минимальными знаниями о полупроводниках: он понимает разницу между P- и N-легированными полупроводниками, ознакомлен с функциональными характеристиками (диодного) P-N-перехода и в курсе, что такое обратное/прямое смещение/включение. Если эти концепции вам в новинку, рекомендую сначала ознакомиться с предыдущими главам этой книги, прежде чем штудировать эту.
Слои ТБП
Биполярный транзистор – это такой себе трёхслойный «сэндвич», где оба внешних слоя легированы, все слои состоят из полупроводниковых материалов в сочетании либо PNP (рисунки 1.а, 1.б), либо NPN (рисунки 1.в, 1.г). Каждый слой, образующий транзистор, имеет определенное название, и каждый слой снабжён проводным контактом для подключения к цепи. Условные обозначения показаны на рисунках 1.а и 1.в.
Основное функциональное различие между PNP- и NPN-транзистором состоит в правильном смещении (полярности) переходов во время работы.
Управляемые током биполярные транзисторы и сами являются регуляторами тока. Другими словами, транзисторы ограничивают количество бо́льшего управляемого тока в соответствии с меньшим управляющим током. Основной контролируемый ток проходит от коллектора к эмиттеру или от эмиттера к коллектору, в зависимости от типа транзистора (NPN или PNP). Небольшой ток, который управляет основным током, идёт от базы к эмиттеру или от эмиттера к базе, опять же, в зависимости от типа транзистора (NPN или PNP). Согласно стандартам соглашения для символов полупроводников, стрелка всегда указывает направлении тока (которое, как вы твёрдо знаете, противоположно направлению движения электронов).
Два типа полупроводников в биполярных транзисторах
Биполярные транзисторы биполярны, потому что основной ток в них проиходит через два типа полупроводниковых материалов: «P» и «N», поскольку основной ток идёт от эмиттера к коллектору (или наоборот – от коллектора к эммитеру). Другими словами, оба типа носителей заряда – как электроны, так и «дырки» – на разных участках этого маршрута составляют основной ток, проходящий через транзистор.
Как видите, что управляющий ток, что управляемый – всегда объединяются в эмиттере, и туда, куда указывают стрелки транзистора. Это первое и главное правило при использовании транзисторов: все токи должны течь в правильном направлении, тогда устройство будет работать как регулятор тока. Небольшой управляющий ток обычно называют просто базовым током, потому что это единственный ток, который проходит через базу транзистора. И наоборот, бо́льший управляемый ток называется током коллектора, потому что это единственный ток, который проходит через коллектор транзистора. Ток в эмиттере – это объединение токов базы и коллектора в соответствии с первым правилом Кирхгофа для токов.
Отсутствие тока в базе транзистора «отключает» транзистор, он тогда словно разомкнутый переключатель, благодаря которому прохождение тока через коллектор предотвращено. Наличие тока в базе «включает» транзистор, он действует как замкнутый переключатель, и пропускает пропорциональную величину управляемого тока через коллектор. На величину силу тока в коллекторе в основном накладывает ограничение базовый ток, при этом неважна величина напряжения, которое, собственно, и «толкает» ток по проводам. В следующем разделе мы подробнее рассмотрим использование биполярных транзисторов в качестве переключающих элементов.
Итог
Транзисторы с биполярным переходом (aka биполярные транзисторы) так называются потому, что контролируемый ток проходит через два типа полупроводникового материала: «P» и «N». В разных частях транзистора ток состоит либо из потока электронов, либо из потока «дырок».
Биполярный транзистор – это полупроводниковый «сэндвич», где чередуются или PNP или NPN-слои.
У биполярного транзистора три вывода – эмиттер, база и коллектор.
Транзисторы функционируют как регуляторы тока, позволяя меньшему току управлять бо́льшим током. Величина допустимого тока между коллектором и эмиттером в первую очередь определяется величиной тока, проходящего между базой и эмиттером.
Для того, чтобы транзистор правильно функционировал в качестве регулятора тока, управляющий (базовый) ток и управляемый (коллекторный) токи должны идти в правильном направлении: аддитивно объединятся на эмиттере и двигаться в направлении, указанном стрелкой на эмиттере в схемном обозначении.