Электроника:Полупроводники/Биполярные транзисторы/Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение: различия между версиями
Valemak (обсуждение | вклад) |
Нет описания правки |
||
| (не показано 8 промежуточных версий 2 участников) | |||
| Строка 5: | Строка 5: | ||
=Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-4/bipolar-junction-transistors-bjt/ www.allaboutcircuits.com - Introduction to Bipolar Junction Transistors (BJT)]</ref>= | =Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-4/bipolar-junction-transistors-bjt/ www.allaboutcircuits.com - Introduction to Bipolar Junction Transistors (BJT)]</ref>= | ||
Изобретение ''ТБП'' – '''''т'''''ранзистора с '''б'''''иполярным '''п'''ереходом'' (или просто ''биполярного транзистора'') – в 1948 | Изобретение ''[[ТБП]]'' – '''''т'''''ранзистора с '''б'''''иполярным '''п'''ереходом'' (или просто ''[[биполярного транзистора]]'') – в [[1948 год]]у 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 [[транзистор]]ы, имеет первостепенное значение для всех, кто интересуется современной электроникой. | ||
== Функциональность и сфера применение транзисторов с биполярным переходом == | == 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 | Я намерен по максимуму сосредоточиться исключительно на практической функциональности и применении [[биполярных транзисторов]], а не на исследовании квантового мира теории [[полупроводник]]ов. На мой взгляд, обсуждение «[[дырок]]» и [[электрон]]ов 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 [[полупроводник]]ов, 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 [[полупроводник]]ах: он понимает разницу между P- и N-легированными полупроводниками, ознакомлен с функциональными характеристиками (диодного) [[P-N-переход]]а 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 == | == Слои ТБП == | ||
Биполярный транзистор – это такой себе трёхслойный «сэндвич», где оба внешних слоя легированы, все слои состоят из полупроводниковых материалов в сочетании либо PNP ( | [[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. | ||
[[File:III-04_1_1.jpg|500px|center|thumb|Рис. 1. Биполярный транзистор.<br />PNP: (а) обозначение на схемах; (б) условное физическое представление.<br />NPN: (в) обозначение на схемах; (г) условное физическое представление.]] | [[File:III-04_1_1.jpg|500px|center|thumb|'''Рис. 1.''' [[Биполярный транзистор]].<br />PNP: (а) обозначение на схемах; (б) условное физическое представление.<br />NPN: (в) обозначение на схемах; (г) условное физическое представление.|alt='''Рис. 1.''' [[Биполярный транзистор]].<br />PNP: (а) обозначение на схемах; (б) условное физическое представление.<br />NPN: (в) обозначение на схемах; (г) условное физическое представление.]] | ||
Основное функциональное различие между PNP- и NPN- | Основное функциональное различие между [[PNP]]- и [[NPN-транзистор]]ом состоит в правильном смещении (полярности) переходов во время работы. | ||
Управляемые током биполярные транзисторы и сами являются регуляторами тока. Другими словами, | Управляемые током [[биполярные транзисторы]] и сами являются ''регуляторами тока''. Другими словами, [[транзистор]]ы ограничивают количество бо́льшего управляемого тока в соответствии с меньшим управляющим током. Основной контролируемый ток проходит от [[коллектор]]а к [[эмиттер]]у или от [[эмиттер]]а к [[коллектор]]у, в зависимости от типа [[транзистор]]а ([[NPN]] или [[PNP]]). Небольшой ток, который управляет основным током, идёт от [[базы]] к [[эмиттер]]у или от [[эмиттер]]а к [[базе]], опять же, в зависимости от типа [[транзистор]]а ([[NPN]] или [[PNP]]). Согласно стандартам соглашения для символов [[полупроводник]]ов, стрелка всегда указывает направлении тока (которое, как вы твёрдо знаете, противоположно направлению движения [[электрон]]ов). | ||
[[File:III-04_1_2.jpg|500px|center|thumb|Рис. 2. Направление малого управляющего тока и большого управляемого тока для (а) PNP- | [[File:III-04_1_2.jpg|500px|center|thumb|'''Рис. 2.''' Направление малого управляющего тока и большого управляемого тока для (а) [[PNP-транзистор]]а и (б) [[NPN-транзистор]]а.|alt='''Рис. 2.''' Направление малого управляющего тока и большого управляемого тока для (а) [[PNP-транзистор]]а и (б) [[NPN-транзистор]]а.]] | ||
== Два типа полупроводников в биполярных транзисторах == | == Два типа полупроводников в биполярных транзисторах == | ||
Биполярные транзисторы биполярны, потому что основной ток в них | [[Биполярные транзисторы]] биполярны, потому что основной ток в них проходит через два типа полупроводниковых материалов: «P» и «N», поскольку основной ток идёт от [[эмиттер]]а к [[коллектор]]у (или наоборот – от [[коллектор]]а к [[эммитер]]у). Другими словами, оба типа носителей заряда – как [[электрон]]ы, так и «[[дырки]]» – на разных участках этого маршрута составляют основной ток, проходящий через [[транзистор]]. | ||
Как видите, что управляющий ток, что управляемый – всегда объединяются в | Как видите, что управляющий ток, что управляемый – всегда объединяются в [[эмиттер]]е, и туда, куда указывают стрелки [[транзистор]]а. Это первое и главное правило при использовании [[транзистор]]ов: 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]] [[транзистор]]а. Ток в [[эмиттер]]е – это объединение токов базы и [[коллектор]]а 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 | 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 [[коллектор]]е 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 == | == 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 | * ''[[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 [[транзистор]]а ток состоит либо из потока электронов, либо из потока «[[дырок]]». | ||
*Биполярный транзистор – это полупроводниковый «сэндвич», где чередуются или PNP или NPN-слои. | * [[Биполярный транзистор]] – это полупроводниковый «сэндвич», где чередуются или [[PNP]] или [[NPN-слои]]. | ||
*У биполярного транзистора три вывода – ''эмиттер'', ''база'' и ''коллектор''. | * У [[биполярного транзистора]] три вывода – ''[[эмиттер]]'', ''[[база]]'' и ''[[коллектор]]''. | ||
* | * [[Транзистор]]ы функционируют как ''регуляторы тока'', позволяя меньшему току управлять бо́льшим током. Величина допустимого тока между [[коллектор]]ом и [[эмиттер]]ом в первую очередь определяется величиной тока, проходящего между [[базой]] и [[эмиттер]]ом. | ||
*Для того, чтобы транзистор правильно функционировал в качестве регулятора тока, управляющий (базовый) ток и управляемый (коллекторный) токи должны идти в правильном направлении: аддитивно | * Для того, чтобы [[транзистор]] правильно функционировал в качестве регулятора тока, управляющий (базовый) ток и управляемый (коллекторный) токи должны идти в правильном направлении: аддитивно объединяться на [[эмиттер]]е и двигаться в направлении, указанном стрелкой на [[эмиттер]]е в схемном обозначении. | ||
=См.также= | =См.также= | ||
=Внешние ссылки= | =Внешние ссылки= | ||
| Строка 47: | Строка 47: | ||
<references /> | <references /> | ||
{{Навигационная таблица/Электроника | {{Навигационная таблица/Портал/Электроника}} | ||
Текущая версия от 21:43, 22 мая 2023
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.
PNP: (а) обозначение на схемах; (б) условное физическое представление.
NPN: (в) обозначение на схемах; (г) условное физическое представление.
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 проходит 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 объединяться на эмиттере и двигаться в направлении, указанном стрелкой на эмиттере в схемном обозначении.
См.также
Внешние ссылки
