Principio del triodo
Este transistor consta de tres capas de semiconductor tipo N y semiconductor tipo P en semiconductores intrínsecos.
Este capítulo estudia las estructuras NPN y PNP de los transistores para nombrarlos, y estudia el modo de flujo y el papel de la corriente en los transistores a partir de los valores de corriente que fluyen a través de los tres electrodos de base, colector y emisor. . Luego, para que el transistor funcione correctamente, se analiza la relación entre la clasificación máxima del transistor y el voltaje y la corriente aplicados al transistor.
2.1 El transistor es una combinación orgánica de semiconductores tipo P y tipo N.
2.1.1 Varias formas y nombres de transistores.
Un transistor tiene tres patas, y unas carcasas metálicas equivalen a una de ellas. Como se muestra en la Figura 2.1, existen varios transistores que se utilizan para diferentes propósitos. Además, el nombre del transistor se determina según JIS C 7012, como se muestra en la Figura 2.3. Por el nombre del transistor, podemos conocer su propósito general y estructura.
2.1.2 Estructura y símbolos del circuito de los transistores
Según la estructura, los transistores se pueden dividir aproximadamente en tipo npn y tipo pnp.
Como se muestra en la Figura 2.2(a), el tipo Npn tiene semiconductores tipo N en ambos extremos y un semiconductor tipo P en el medio. El tipo Pnp se muestra en la Figura (b), con semiconductores tipo P en ambos extremos y semiconductores tipo N en el medio.
En la Figura 2.2 (a) y (b), el ancho de las partes semiconductoras de tipo P y N intercaladas es de solo unas pocas micras y es muy delgada. Esta parte se llama base (. b). Uno de los dos semiconductores que intercalan la región de la base se llama emisor (E) y el otro se llama colector (C). Además, en el caso del tipo npn, tanto la región emisora como la región colectora son de tipo N, pero en comparación con la región colectora, la concentración de impurezas en la región emisora es cientos de veces mayor y el área de interfaz es más pequeña.
Las figuras (c) y (d) son los símbolos del circuito de los transistores npn y pnp. La dirección del flujo de corriente en el emisor está representada por una flecha, hacia afuera para el tipo npn y hacia adentro para el tipo pnp.
2.2 ¿Qué hace un transistor?
2.2.1 La función de un transistor se entenderá inmediatamente después de aplicarle un voltaje.
Cómo funciona un transistor
La figura 2.4 muestra un circuito, observando la relación entre voltaje y corriente aplicando voltaje a la base B, colector C y emisor E de la relación del transistor.
(1) Cuando la corriente de base IB no fluye, en la Figura 2.4, una vez que se apaga el interruptor S, IB (corriente de base) no fluye porque la base está en circuito abierto. En este momento, sólo se aplica el voltaje VCE (voltaje de colector) entre C y E del transistor, y se observan los cambios en IC (corriente de colector) e IE (corriente de emisor). Los resultados se muestran en la Tabla 2.1.
(2) Cuando la corriente de base fluye en la Figura 2.4, tan pronto como se cierra el interruptor S, la corriente de base IB fluye porque se aplica un voltaje entre B y E. En este momento, correspondiente a The Los cambios en VCE e IB, y los cambios en IC e IE se muestran en la Tabla 2.2.
(3) De los resultados de la Tabla 2.1 y la Tabla 2.2, se puede ver que el principio de funcionamiento del transistor es el siguiente:
(1) Incluso si el voltaje del colector se aplica, cuando la corriente de base no fluye. Cuando, no fluye ni la corriente del colector ni la corriente del emisor. Este estado se llama estado apagado del transistor.
(2) La adición de voltaje del colector puede obtener una gran corriente a partir de una pequeña cantidad de corriente de base en el colector, lo que se denomina estado de conducción del transistor.
(3) Cuando la corriente base fluye, incluso si el voltaje del colector cambia, la corriente del colector no cambia mucho.
④Si la corriente base cambia ligeramente, la corriente del colector cambiará mucho.
⑤La suma de la corriente de base y la corriente del colector se convierte en la corriente del emisor, por lo que se cumple la siguiente relación.
IE = IB IC
(Corriente del emisor) = (Corriente de base) (Corriente del colector)
(2) El papel del transistor
La corriente de base IB y la corriente de colector IC también se denominan corriente de entrada y corriente de salida respectivamente. La corriente de salida tiene un aumento considerable en relación con la corriente de entrada, lo que se denomina amplificación.
Aquí, la relación entre IC e IB se denomina coeficiente de amplificación de corriente CC hFE, como se muestra en la siguiente fórmula:
El factor de amplificación de corriente CC de un transistor suele estar en el rango de 50 ~ 1000. Por lo tanto, según los puntos (1) y (2) en (3), el transistor tiene una función de conmutación y una función de amplificación para cambiar entre estados encendido y apagado (ver Figura 2.5).
2.2.2 Movimiento de electrones y huecos en el transistor
Según la presencia o ausencia de corriente de base, el motivo de la presencia o ausencia de corriente de colector es el movimiento de electrones y huecos en el transistor.
Cuando la corriente de base no fluye
Como se muestra en la Figura 2.7, debido al voltaje inverso aplicado entre C y B, el área del colector en la unión pn de C y B Los electrones son atraídos por el voltaje positivo de E2. Por lo tanto, se crea una capa de agotamiento y no hay movimiento de electrones y huecos del colector al emisor y, por lo tanto, no fluye corriente.
(b) Cuando la corriente base fluye
Como se muestra en la Figura 2.8, debido al voltaje positivo agregado entre B y E, los electrones en el área del emisor son atraídos por el voltaje negativo. voltaje del repelente E1, combinado con agujeros que ingresan a la región de la base. Debido a que los electrones perdidos se reponen desde el cátodo de la fuente de alimentación E1, la corriente fluye entre B y E.
Cuando los electrones en la región del emisor fluyen hacia la base, dado que la región de la base es extremadamente delgada , como cuerpo ligado Hay muy pocos huecos, por lo que la mayoría de los electrones pasan a través de la región base y entran en la región colectora. Luego es atraído por el voltaje positivo de E2 mientras se difunde.
De esta manera, los electrones en la región del emisor pueden enviar su exceso de electrones a la región del colector con la ayuda de un voltaje positivo aplicado a la base. Es decir, puede fluir una corriente de colector mayor.
2.2.3 Método de aplicación de voltaje al transistor
Hasta ahora, hemos descrito el principio de funcionamiento del transistor npn. Si el movimiento de los orificios está centrado, lo mismo ocurre con el. Transistor pnp. Y para que el transistor funcione normalmente, el tubo npn se muestra en la Figura 2.8 y la Figura 2.6 (a), y el tubo pnp se muestra en la Figura 2.6 (b). Se agrega un voltaje positivo entre B y E, y a. Se agrega voltaje positivo entre C y E. Agregue un contravoltaje respectivamente. Es decir, los dos voltajes se aplican en la misma dirección que la flecha del emisor.
2.3 Uso de transistores
2.3.1 Para no dañar los transistores se deben respetar los límites máximos.
Al igual que los diodos, los triodos tienen limitaciones máximas de voltaje, corriente, potencia, temperatura, etc. , porque aunque superen momentáneamente el límite máximo especificado, los tubos se destruirán inmediatamente, así que mucho cuidado al utilizarlos. Los límites máximos del transistor tienen los siguientes parámetros (ver Tabla 2.3).
(a) Voltaje colector-base VCBO
Como se muestra en la Figura 2.10(a), el emisor está en circuito abierto y el voltaje entre el colector y la base continúa aumentando. el transistor tendrá un fenómeno de avalancha destructivo y la corriente del colector IC fluirá repentinamente (consulte la figura (b)).
El voltaje en este momento se llama VCBO, V es el voltaje, C es el colector, B es la base, O representa el electrodo distinto de C y B, es decir, E representa el circuito abierto. Cuanto mayor sea el valor de VCBO, mejor. Al elegir un transistor, es mejor utilizar un tubo con aproximadamente el doble del voltaje de la fuente de alimentación VCBO. Asimismo, la figura (c) muestra el tipo pnp.
Voltaje colector-emisor
Es el voltaje entre el colector y el emisor cuando la base está en circuito abierto. Es el voltaje correspondiente cuando la corriente del colector sale repentinamente, al igual que VCBO. . Condición. Es decir, VCEO representa la tensión soportada entre el colector y el emisor, que suele ser igual o menor que VCBO.
El voltaje entre el emisor y la base VEBO
es el voltaje entre el emisor y la base cuando el colector está abierto, y es el voltaje correspondiente cuando la corriente del emisor sale repentinamente .
Es decir, si la unión emisor-base se considera un diodo de unión pn, VEBO es equivalente a la tensión soportada inversa del diodo, lo que indica la tensión soportada entre el emisor y la unión base.
(d) Corriente máxima permitida del colector IC
Es el promedio de la corriente continua máxima y la corriente alterna que pueden fluir a través del colector. Al seleccionar un transistor, es mejor elegir un tubo con una corriente nominal de aproximadamente el doble de la corriente máxima en uso normal. Especialmente para los transistores de potencia, la corriente máxima instantánea nunca debe exceder el valor nominal.
(e) La potencia máxima de disipación del colector permitida PC
es la potencia consumida entre el colector y el emisor, y es la corriente del colector IC y el voltaje del colector-emisor VCE. de PC = ICVCE se llama potencia disipada del colector. Dado que la potencia disipada por el colector se convierte en calor en la unión pn del colector, la temperatura interna del transistor aumenta y la lámpara se quemará (consulte la Figura 2.11).
Lo que se debe tener en cuenta aquí sobre la PC es que incluso si la PC está dentro de la clasificación, el IC y el VCE no pueden exceder sus respectivas clasificaciones. Por ejemplo, la Figura 2.12 muestra el caso del transistor 2SC1815. Las líneas de puntos indican los límites máximos para PC, IC y VCE. No se deben utilizar valores por debajo de la línea de puntos.
Y el consumo de energía del colector también está relacionado con la temperatura ambiente Ta. Es decir, una vez que el transistor se calienta, la temperatura circundante aumenta, lo que hace que la corriente del colector aumente y el transistor se caliente más. Este círculo vicioso repetido se llama ruptura térmica y eventualmente conduce a la destrucción del oleoducto (ver Figura 2.13). Especialmente para los transistores de potencia, el disipador de calor está hecho de placas de aluminio y placas de hierro.
Además, la temperatura ambiente comentada hasta ahora suele ser de 25 °C y, para transistores pequeños, no se requiere una placa de refrigeración.
Sin embargo, una vez que la temperatura ambiente supera los 250 °C, el efecto de disipación de calor empeorará y el consumo de energía del colector permitido del transistor será menor, como se muestra en la Figura 2.14. Por lo tanto, cuando el transistor es pequeño, es mejor elegir que el producto del voltaje de alimentación del transistor y la corriente del colector durante el uso sea inferior a la mitad del consumo de energía máximo permitido del colector.
(f) Temperatura de unión Tj
Es la temperatura de unión más alta que permite que el transistor funcione con normalidad. Generalmente, la temperatura de los tubos de germanio es de 75 ~ 850 °C y la temperatura de los tubos de silicio es de 125 ~ 175 °C.
2.3.2 Las características eléctricas de los transistores juegan un papel importante en el diseño de circuitos. .
Las características eléctricas de un transistor representan el rendimiento del transistor y se convierten en el estándar de diseño para hacer que el transistor funcione en el estado más eficiente y óptimo (ver Tabla 2.4).
Corriente de corte del colector ICBO
Como se muestra en la Figura 2.15, si se agrega un voltaje inverso entre el colector y la base, fluirá una pequeña corriente a través del colector. Esta corriente se llama corriente de corte del colector. Cuanto menor sea este valor, mejor será el transistor, pero a medida que la temperatura aumente y las condiciones se deterioren, este valor aumentará.
(b) Coeficiente de amplificación de corriente CC hFE
Como se mencionó anteriormente, en el caso de CC, la relación entre el cambio de la corriente del colector y el cambio de la corriente base se llama el coeficiente de amplificación de corriente CC. Si el valor de hFE es superior a 50, se puede utilizar en la práctica. Sin embargo, como se muestra en la Figura 2.16, hFE cambia debido a los efectos de la corriente del colector y la temperatura ambiente, por lo que el valor medido debe registrarse en la hoja de especificaciones.
La frecuencia característica fT
es la frecuencia cuando el coeficiente de amplificación de corriente CA hfe se convierte en 1, lo que representa las características de alta frecuencia del transistor (ver Figura 2.17).
(d) Capacitancia de salida del colector Cob
Representa la capacitancia electrostática entre el colector y la base. Los transistores con valores grandes no son adecuados para altas frecuencias porque el factor de amplificación disminuye a altas frecuencias.
(e) El índice de ruido NF
es la relación entre el ruido en la señal de salida y la señal de entrada. Cuanto más amplifica un circuito las señales pequeñas, más transistores de pequeño valor se deben utilizar.
Utilice un multímetro para probar la calidad del transistor
Como se muestra en la Figura 2.9 (a) y (b), el emisor y la base pueden considerarse como un diodo de unión pn. y la base y el colector. El electrodo se puede considerar como otro diodo de unión pn. Estos dos diodos están conectados en serie espalda con espalda.
Entonces, si no hay cortocircuito entre E y B y entre B y C, el transistor está bien (ver Figura (C)).
Usa características estáticas para describir las características voltamperaje de un transistor
Aunque hemos entendido el método de aplicación de voltaje y la estructura de la corriente en el transistor, también debemos saber que al usarlo cuánto voltaje se aplica y cuánta corriente fluye. Aquí, la curva que representa esta característica de voltios-amperios es la característica estática del transistor.
Siempre que el transistor se inserte en un instrumento llamado osciloscopio (consulte la Figura 2.18), las características estáticas del transistor se pueden rastrear inmediatamente en el tubo de imagen o se pueden medir con un voltaje y un amperímetro. como se muestra en la Figura 2.20. En la misma figura, el emisor es el punto de conexión común con la base, el colector y la fuente de alimentación (llamado circuito emisor * * *. Se utiliza para medir los dos voltajes VBE y VCE, y las dos corrientes IB e IC). .
Por lo tanto, se pueden dibujar cuatro curvas características, pero la curva VCE-VBE rara vez se usa y a menudo se omite, por lo que se usan principalmente las siguientes tres curvas.
Curva característica Vbe-IB (característica de entrada)
La relación entre VBE e IB cuando se mantiene VCE constante (consulte la Figura 2.25438 0). Sin embargo, dado que esta característica no cambia mucho con VCE, los voltios VCE generalmente se representan mediante una curva característica.
(b) Curva característica VCE-IC (características de salida)
La relación entre VCE e IC cuando IB se mantiene sin cambios (ver Figura 2.22).
(c) Curva característica IB-IC
La relación entre IB e IC manteniendo VCE sin cambios. Sin embargo, las curvas características de VCE y VBE-IB son las mismas, con varios voltios como una división (consulte la Figura 2.19).
Resumen de este capítulo
La estructura y los símbolos del circuito de los transistores y la relación entre IB, IC e IE.
Factor de amplificación de corriente CC hFE
La relación entre la corriente CC del colector IC y la corriente CC de la base IB: hFE=IC/IB.
Método de aplicación de voltaje a un transistor
Se aplica un voltaje CC entre la base y el emisor, y un voltaje inverso entre el colector y el emisor.
Parámetros límite de los transistores
Al utilizar transistores, no se deben exceder los siguientes parámetros límite. Tensión colector-base VCBO, tensión colector-emisor VCEO, tensión emisor-base VEBO, corriente del colector IC, consumo de energía del colector PC (PC=ICVCE), temperatura de unión pn Tj.
Características estáticas de un transistor
Es una representación gráfica de las características voltamperios de un transistor. Hay tres curvas características comúnmente utilizadas: Curva característica VBE-IB (entrada). ; Curva característica VCE-IC (salida);