ทรานซิสเตอร์ทำงานอย่างไรและใช้งานที่ไหน?

องค์ประกอบวิทยุอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ โดยใช้สัญญาณอินพุต สร้าง ขยายเสียง เปลี่ยนพัลส์ในวงจรรวมและระบบสำหรับการจัดเก็บ ประมวลผล และส่งข้อมูล ทรานซิสเตอร์คือความต้านทานที่มีหน้าที่ควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าระหว่างอีซีแอลกับฐานหรือแหล่งกำเนิดและเกต ขึ้นอยู่กับประเภทของโมดูล

ประเภทของทรานซิสเตอร์

คอนเวอร์เตอร์ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตไมโครเซอร์กิตดิจิทัลและแอนะล็อกเพื่อให้กระแสผู้บริโภคคงที่เป็นศูนย์และได้รับความเป็นเส้นตรงที่ดีขึ้น ประเภทของทรานซิสเตอร์แตกต่างกันไปโดยบางส่วนถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า ส่วนหลังถูกควบคุมโดยค่าเบี่ยงเบนกระแส

โมดูลภาคสนามทำงานด้วยความต้านทานกระแสตรงที่เพิ่มขึ้น การแปลงความถี่สูงไม่ได้เพิ่มต้นทุนด้านพลังงานถ้าเราบอกว่าทรานซิสเตอร์คืออะไรในแง่ง่าย ๆ นี่คือโมดูลที่มีอัตราขยายสูง ลักษณะนี้มีลักษณะเฉพาะในสปีชีส์ภาคสนามมากกว่าชนิดไบโพลาร์ อดีตไม่มีการดูดซับของผู้ให้บริการซึ่งเร่งการทำงาน

มีการใช้เซมิคอนดักเตอร์ภาคสนามบ่อยขึ้นเนื่องจากมีข้อดีเหนือประเภทไบโพลาร์:

• ความต้านทานอันทรงพลังที่อินพุตที่กระแสตรงและความถี่สูง ซึ่งช่วยลดการสูญเสียพลังงานสำหรับการควบคุม
• ขาดการสะสมของอิเล็กตรอนเล็กน้อยซึ่งเร่งการทำงานของทรานซิสเตอร์
• การขนส่งอนุภาคเคลื่อนที่
• ความเสถียรด้วยการเบี่ยงเบนอุณหภูมิ
• เสียงรบกวนเล็กน้อยเนื่องจากขาดการฉีด
• ใช้พลังงานต่ำระหว่างการทำงาน

ประเภทของทรานซิสเตอร์และคุณสมบัติของทรานซิสเตอร์เป็นตัวกำหนดวัตถุประสงค์ การให้ความร้อนแก่ตัวแปลงชนิดไบโพลาร์จะเพิ่มกระแสตามเส้นทางจากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย พวกมันมีค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานเป็นลบและผู้ให้บริการมือถือจะไหลไปยังอุปกรณ์รวบรวมจากตัวปล่อย ฐานบางแยกจากกันโดยทางแยก p-n และกระแสจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่ออนุภาคเคลื่อนที่สะสมและถูกฉีดเข้าไปในฐาน ตัวพาประจุบางตัวถูกจับโดยทางแยก p-n ที่อยู่ติดกันและเร่งความเร็ว นี่คือวิธีคำนวณพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์

FETs มีข้อได้เปรียบอีกประเภทหนึ่งที่ต้องกล่าวถึงสำหรับหุ่นจำลอง พวกเขาเชื่อมต่อแบบขนานโดยไม่ทำให้ความต้านทานเท่ากัน ตัวต้านทานไม่ได้ใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ เนื่องจากตัวบ่งชี้จะเพิ่มขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลง เพื่อให้ได้ค่ากระแสสลับสูง จำเป็นต้องมีโมดูลที่ซับซ้อน ซึ่งใช้ในอินเวอร์เตอร์หรืออุปกรณ์อื่นๆ

เป็นไปไม่ได้ที่จะเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์สองขั้วในแบบคู่ขนาน การกำหนดพารามิเตอร์การทำงานนำไปสู่ความจริงที่ว่าตรวจพบการสลายทางความร้อนของลักษณะที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ คุณสมบัติเหล่านี้เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางเทคนิคของช่อง p-n อย่างง่าย โมดูลเชื่อมต่อแบบขนานโดยใช้ตัวต้านทานเพื่อทำให้กระแสในวงจรอีซีแอลเท่ากัน ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการทำงานและลักษณะเฉพาะของแต่ละบุคคล ประเภทไบโพลาร์และฟิลด์มีความแตกต่างในการจำแนกประเภทของทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์สองขั้ว

การออกแบบแบบไบโพลาร์นั้นผลิตขึ้นเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีตัวนำไฟฟ้าสามตัว อิเล็กโทรดแต่ละอิเล็กโทรดจะมีเลเยอร์ที่มีรู p- conductivity หรือ n-conductivity ที่เจือปน การเลือกชุดเลเยอร์ที่สมบูรณ์จะเป็นตัวกำหนดการเปิดตัวของอุปกรณ์ประเภท pnp หรือ n-p-n ในขณะที่อุปกรณ์เปิดอยู่ ประจุประเภทต่างๆ จะถูกถ่ายโอนโดยรูและอิเล็กตรอนพร้อมกัน โดยมีอนุภาค 2 ประเภทที่เกี่ยวข้องกัน

ตัวพาเคลื่อนที่เนื่องจากกลไกการแพร่กระจาย อะตอมและโมเลกุลของสารแทรกซึมเข้าไปในโครงตาข่ายระหว่างโมเลกุลของวัสดุข้างเคียง หลังจากนั้นความเข้มข้นของสารจะลดระดับลงตลอดปริมาตร การขนส่งเกิดขึ้นจากพื้นที่ที่มีการบดอัดสูงไปยังพื้นที่ที่มีปริมาณต่ำ

อิเล็กตรอนยังแพร่กระจายภายใต้การกระทำของสนามแรงรอบอนุภาคที่มีสารเจือปนเจือปนเจือปนในมวลฐานไม่สม่ำเสมอ เพื่อเร่งการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับชั้นกลางนั้นบาง ตัวนำด้านนอกสุดเรียกว่าอีซีแอลและตัวสะสม ลักษณะแรงดันย้อนกลับของการเปลี่ยนแปลงนั้นไม่สำคัญ

FETs

ทรานซิสเตอร์แบบ field-effect ควบคุมความต้านทานโดยใช้สนามไฟฟ้าตามขวางที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ สถานที่ที่อิเล็กตรอนเคลื่อนเข้าสู่ช่องสัญญาณเรียกว่าแหล่งกำเนิด และท่อระบายน้ำดูเหมือนจุดสิ้นสุดของประจุ แรงดันควบคุมไหลผ่านตัวนำที่เรียกว่าเกท อุปกรณ์แบ่งออกเป็น 2 ประเภท:

• ด้วยการควบคุม p-n-junction;
• ทรานซิสเตอร์ MIS พร้อมเกทหุ้มฉนวน

อุปกรณ์ประเภทแรกประกอบด้วยแผ่นเซมิคอนดักเตอร์ในการออกแบบซึ่งเชื่อมต่อกับวงจรควบคุมโดยใช้อิเล็กโทรดที่ด้านตรงข้าม (ท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิด) สถานที่ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกันเกิดขึ้นหลังจากเชื่อมต่อเพลตเข้ากับเกทแล้ว แหล่งอคติคงที่ที่ใส่เข้าไปในวงจรอินพุตจะสร้างแรงดันบล็อกที่ทางแยก

แหล่งที่มาของพัลส์ขยายนั้นอยู่ในวงจรอินพุตเช่นกัน หลังจากเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่อินพุต ตัวบ่งชี้ที่เกี่ยวข้องที่ทางแยก p-n จะถูกแปลง ความหนาของชั้นและพื้นที่หน้าตัดของทางแยกช่องในคริสตัลซึ่งส่งผ่านการไหลของอิเล็กตรอนที่มีประจุถูกแก้ไข ความกว้างของช่องขึ้นอยู่กับช่องว่างระหว่างพื้นที่พร่อง (ด้านล่างเกต) และวัสดุพิมพ์ กระแสไฟควบคุมที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนความกว้างของขอบเขตการพร่อง

ทรานซิสเตอร์ MIS มีลักษณะเฉพาะด้วยความจริงที่ว่าเกตถูกแยกจากกันโดยฉนวนจากเลเยอร์ช่องสัญญาณ ในคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ที่เรียกว่าสารตั้งต้นจะมีการสร้างไซต์เจือด้วยเครื่องหมายตรงข้าม มีการติดตั้งตัวนำไฟฟ้าไว้ - ท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิดซึ่งไดอิเล็กตริกตั้งอยู่ที่ระยะน้อยกว่าไมครอน บนฉนวนมีอิเล็กโทรดโลหะ - ชัตเตอร์เนื่องจากโครงสร้างที่ได้ประกอบด้วยโลหะ ชั้นไดอิเล็กตริก และเซมิคอนดักเตอร์ ทรานซิสเตอร์จึงได้รับชื่อย่อ MIS

อุปกรณ์และหลักการทำงานสำหรับผู้เริ่มต้น

เทคโนโลยีทำงานไม่เพียงแค่ประจุไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังมีสนามแม่เหล็ก ควอนตัมแสง และโฟตอนด้วย หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์อยู่ในสถานะที่อุปกรณ์เปลี่ยน ตรงข้ามกับสัญญาณขนาดเล็กและขนาดใหญ่ สถานะเปิดและปิด - นี่คือการทำงานสองครั้งของอุปกรณ์

เมื่อรวมกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในองค์ประกอบที่ใช้ในรูปแบบของผลึกเดี่ยวที่เจือปนในบางสถานที่ทรานซิสเตอร์มีในการออกแบบ:

• ข้อสรุปจากโลหะ
• ฉนวนอิเล็กทริก
• กล่องทรานซิสเตอร์ทำด้วยแก้ว โลหะ พลาสติก เซอร์เมท

ก่อนการประดิษฐ์อุปกรณ์แบบไบโพลาร์หรือขั้วไฟฟ้า หลอดสุญญากาศอิเล็กทรอนิกส์ถูกใช้เป็นส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ วงจรที่พัฒนาขึ้นสำหรับพวกเขาหลังจากการดัดแปลงจะใช้ในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ พวกเขาสามารถเชื่อมต่อเป็นทรานซิสเตอร์และใช้งานได้เนื่องจากลักษณะการทำงานหลายอย่างของหลอดไฟเหมาะสำหรับการอธิบายการทำงานของสายพันธุ์ภาคสนาม

ข้อดีและข้อเสียของการเปลี่ยนหลอดไฟด้วยทรานซิสเตอร์

การประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์เป็นปัจจัยกระตุ้นสำหรับการนำเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมมาสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครือข่ายใช้องค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่ทันสมัยเมื่อเปรียบเทียบกับวงจรหลอดไฟแบบเก่า การพัฒนาดังกล่าวมีข้อดี:

• ขนาดเล็กและน้ำหนักเบาซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก
• ความสามารถในการใช้กระบวนการอัตโนมัติในการผลิตอุปกรณ์และจัดกลุ่มขั้นตอน ซึ่งช่วยลดต้นทุน
• การใช้แหล่งกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กเนื่องจากความต้องการไฟฟ้าแรงต่ำ
• เปิดสวิตช์ทันทีไม่จำเป็นต้องให้ความร้อนกับแคโทด
• เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานเนื่องจากการกระจายพลังงานลดลง
• ความแข็งแกร่งและความน่าเชื่อถือ
• การโต้ตอบที่มีการประสานงานที่ดีกับองค์ประกอบเพิ่มเติมในเครือข่าย
• ทนต่อแรงสั่นสะเทือนและการกระแทก

ข้อเสียปรากฏในบทบัญญัติต่อไปนี้:

• ทรานซิสเตอร์ซิลิกอนไม่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้ามากกว่า 1 กิโลวัตต์ หลอดไฟมีประสิทธิภาพที่อัตราสูงกว่า 1-2 กิโลวัตต์
• เมื่อใช้ทรานซิสเตอร์ในเครือข่ายกระจายเสียงกำลังสูงหรือเครื่องส่งสัญญาณไมโครเวฟจำเป็นต้องมีการจับคู่เครื่องขยายเสียงกำลังต่ำที่เชื่อมต่อแบบขนาน
• ความอ่อนแอขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ต่อผลกระทบของสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า
• ปฏิกิริยาไวต่อรังสีคอสมิกและการแผ่รังสี จำเป็นต้องมีการพัฒนาไมโครวงจรการแผ่รังสีต้านทานในเรื่องนี้

แผนการสลับ

ในการทำงานในวงจรเดียว ทรานซิสเตอร์ต้องการ 2 เอาต์พุตที่อินพุตและเอาต์พุต อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แทบทุกประเภทมีจุดเชื่อมต่อเพียง 3 จุดเท่านั้น เพื่อออกจากสถานการณ์ที่ยากลำบาก ปลายด้านหนึ่งได้รับมอบหมายให้เป็นแบบทั่วไป สิ่งนี้นำไปสู่รูปแบบการเชื่อมต่อทั่วไป 3 แบบ:

• สำหรับทรานซิสเตอร์สองขั้ว
• อุปกรณ์ขั้ว;
• ด้วยท่อระบายน้ำแบบเปิด (ตัวสะสม)

โมดูลสองขั้วเชื่อมต่อกับอีซีแอลทั่วไปสำหรับการขยายทั้งแรงดันและกระแส (MA) ในกรณีอื่นๆ จะจับคู่พินของชิปดิจิทัลเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ระหว่างวงจรภายนอกและแผนผังสายไฟภายในนี่เป็นวิธีการทำงานของการเชื่อมต่อตัวรวบรวมทั่วไป และสังเกตได้เฉพาะกระแสที่เพิ่มขึ้น (OK) เท่านั้น หากคุณต้องการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า องค์ประกอบนั้นจะถูกแนะนำด้วยฐานร่วม (OB) ตัวเลือกนี้ทำงานได้ดีในวงจรเรียงซ้อนแบบผสม แต่ไม่ค่อยถูกตั้งค่าในโครงการทรานซิสเตอร์เดี่ยว

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ภาคสนามของ MIS และการใช้จุดเชื่อมต่อ p-n รวมอยู่ในวงจร:

• ด้วยอีซีแอลทั่วไป (CI) - การเชื่อมต่อที่คล้ายกับ OE ของโมดูลประเภทสองขั้ว
• ด้วยเอาต์พุตเดียว (OS) - แผนประเภทตกลง
• พร้อมชัตเตอร์ร่วม (OZ) - คำอธิบายที่คล้ายกันของ OB

ในแผนเปิด-ปิด ทรานซิสเตอร์จะถูกเปิดด้วยอีซีแอลทั่วไปซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไมโครเซอร์กิต เอาต์พุตคอลเลคเตอร์ไม่ได้เชื่อมต่อกับส่วนอื่นๆ ของโมดูล และโหลดไปที่คอนเน็กเตอร์ภายนอก ทางเลือกของความเข้มของแรงดันไฟฟ้าและความแรงของกระแสของตัวเก็บประจุจะทำหลังจากการติดตั้งโครงการ อุปกรณ์ Open-drain ทำงานในวงจรที่มีสเตจเอาต์พุตอันทรงพลัง ไดรเวอร์บัส วงจรลอจิก TTL

ทรานซิสเตอร์มีไว้เพื่ออะไร?

ขอบเขตจะถูกคั่นขึ้นอยู่กับประเภทของอุปกรณ์ - โมดูลสองขั้วหรือฟิลด์ ทำไมทรานซิสเตอร์จึงจำเป็น? หากต้องการกระแสไฟต่ำ เช่น ในแผนดิจิทัล จะใช้มุมมองภาคสนาม วงจรแอนะล็อกมีอัตราขยายเชิงเส้นสูงในช่วงของแรงดันไฟฟ้าและเอาต์พุต

พื้นที่ติดตั้งสำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ได้แก่ แอมพลิฟายเออร์, การรวม, เครื่องตรวจจับ, โมดูเลเตอร์, วงจรลอจิสติกส์ทรานซิสเตอร์ และอินเวอร์เตอร์ประเภทลอจิก

สถานที่ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะ ทำงานใน 2 โหมด:

• ในลักษณะที่ขยายสัญญาณการเปลี่ยนพัลส์เอาต์พุตด้วยการเบี่ยงเบนเล็กน้อยของสัญญาณควบคุม
• ในการควบคุมที่สำคัญซึ่งควบคุมแหล่งจ่ายไฟของโหลดด้วยกระแสอินพุตที่อ่อนแอทรานซิสเตอร์ปิดหรือเปิดอย่างสมบูรณ์

ประเภทของโมดูลเซมิคอนดักเตอร์ไม่เปลี่ยนแปลงเงื่อนไขการทำงาน แหล่งที่มาเชื่อมต่อกับโหลด เช่น สวิตช์ แอมพลิฟายเออร์ อุปกรณ์ให้แสงสว่าง อาจเป็นเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์หรือทรานซิสเตอร์ทรงพลังที่อยู่ติดกัน ด้วยความช่วยเหลือของกระแสไฟ การทำงานของอุปกรณ์โหลดจะเริ่มต้นขึ้น และทรานซิสเตอร์จะเชื่อมต่อกับวงจรระหว่างการติดตั้งกับแหล่งกำเนิด โมดูลเซมิคอนดักเตอร์จำกัดความแข็งแรงของพลังงานที่จ่ายให้กับยูนิต

ความต้านทานที่เอาต์พุตของทรานซิสเตอร์จะเปลี่ยนไปตามแรงดันไฟฟ้าบนตัวนำควบคุม ความแรงและแรงดันกระแสที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของวงจรจะเปลี่ยนแปลง เพิ่มขึ้น หรือลดลง ขึ้นอยู่กับชนิดของทรานซิสเตอร์และวิธีเชื่อมต่อ การควบคุมแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมจะทำให้กระแสไฟเพิ่มขึ้น พัลส์กำลัง หรือแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

ทรานซิสเตอร์ทั้งสองประเภทใช้ในกรณีต่อไปนี้:

1. ในการควบคุมแบบดิจิทัล การออกแบบทดลองของวงจรขยายสัญญาณดิจิทัลโดยใช้ตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) ได้รับการพัฒนา
2. ในเครื่องกำเนิดพัลส์ ทรานซิสเตอร์ทำงานในลำดับคีย์หรือเชิงเส้นเพื่อสร้างสัญญาณสี่เหลี่ยมหรือสัญญาณตามอำเภอใจทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของการประกอบ
3. ในอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์ เพื่อปกป้องข้อมูลและโปรแกรมจากการโจรกรรม การแฮ็กและใช้งานที่ผิดกฎหมาย การดำเนินการเกิดขึ้นในโหมดคีย์ ความแรงของกระแสจะถูกควบคุมในรูปแบบแอนะล็อกและควบคุมโดยใช้ความกว้างพัลส์ทรานซิสเตอร์วางอยู่ในไดรฟ์ของมอเตอร์ไฟฟ้า ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบสวิตชิ่ง

เซมิคอนดักเตอร์แบบโมโนคริสตัลไลน์และโมดูลแบบเปิดและปิดจะเพิ่มพลังงาน แต่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เท่านั้น ในอุปกรณ์ดิจิทัล ทรานซิสเตอร์ชนิด field-type ถูกใช้เป็นโมดูลที่ประหยัด เทคโนโลยีการผลิตในแนวคิดของการทดลองแบบบูรณาการมีไว้สำหรับการผลิตทรานซิสเตอร์บนชิปซิลิกอนตัวเดียว

การย่อขนาดคริสตัลทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานเร็วขึ้น พลังงานน้อยลง และความร้อนน้อยลง

บทความที่คล้ายกัน: