Diversi tipi di transistor e loro funzionamento

Poiché il nostro cervello è composto da 100 miliardi di cellule chiamate neuroni che vengono utilizzate per pensare e memorizzare le cose. Come i computer hanno anche miliardi di minuscole cellule cerebrali chiamate Transistor. È composto da un elemento chimico estratto dalla sabbia chiamato Silicio. I transistor cambiano radicalmente la teoria dell'elettronica poiché sono stati progettati oltre mezzo secolo prima da John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley.

Quindi, ti diremo come funzionano o cosa sono effettivamente?

Cosa sono i transistor?

Questi dispositivi sono costituiti da materiale semiconduttore che viene comunemente utilizzato per scopi di amplificazione o commutazione, può anche essere utilizzato per il controllo del flusso di tensione e corrente. Viene anche utilizzato per amplificare i segnali di ingresso nel segnale di uscita di estensione. Un transistor è solitamente un dispositivo elettronico a stato solido costituito da materiali semiconduttori. La circolazione della corrente elettronica può essere alterata dall'aggiunta di elettroni. Questo processo fa sì che le variazioni di tensione influiscano proporzionalmente su molte variazioni della corrente di uscita, determinando l'amplificazione. Non tutti i dispositivi elettronici, ma la maggior parte, contengono uno o più tipi di transistor. Alcuni dei transistor posti singolarmente oppure generalmente in circuiti integrati che variano a seconda del loro stato applicativo.

"Il transistor è un componente di tipo insetto a tre zampe, che viene posizionato singolarmente in alcuni dispositivi, ma nei computer è imballato all'interno in milioni di numeri in piccoli microchip"

Di cosa è composto un transistor?

Il transistor è costituito da tre strati di semiconduttore, che hanno la capacità di trattenere la corrente. Il materiale conduttore di elettricità come il silicio e il germanio ha la capacità di trasportare l'elettricità tra i conduttori e l'isolante che era racchiuso da fili di plastica. I materiali semiconduttori vengono trattati mediante una procedura chimica chiamata drogaggio del semiconduttore. Se il silicio è drogato con arsenico, fosforo e antimonio, otterrà alcuni portatori di carica extra cioè gli elettroni, sono noti come semiconduttori di tipo N o negativi mentre se il silicio è drogato con altre impurità come boro, gallio, alluminio, otterrà un minor numero di portatori di carica, cioè i fori, sono noti come semiconduttori di tipo P o positivi.

Come funziona il transistor?

Il concetto di lavoro è la parte principale per capire come utilizzare un transistor o come funziona ?, ci sono tre terminali nel transistor:

• Base: fornisce la base agli elettrodi del transistor.

• Emettitore: portatori di carica emessi da questo.

• Collector: caricatori raccolti da questo.

Se il transistor è di tipo NPN, è necessario applicare una tensione di 0,7 V per attivarlo e come tensione applicata al pin di base il transistor si accende che è la condizione polarizzata in avanti e la corrente inizia a fluire attraverso il collettore verso l'emettitore (chiamata anche saturazione regione). Quando il transistor è in condizione di polarizzazione inversa o il pin di base è collegato a terra o non ha tensione su di esso, il transistor rimane in condizione OFF e non consente il flusso di corrente dal collettore all'emettitore (chiamata anche regione di taglio).

Se il transistor è di tipo PNP, è normalmente in stato ON ma non per essere detto perfettamente acceso fino a quando il pin di base non è perfettamente collegato a terra. Dopo aver messo a terra il pin della base, il transistor sarà in condizione di polarizzazione inversa o si dice che sia acceso. Poiché l'alimentazione fornita al piedino di base, interrompe la conduzione di corrente dal collettore all'emettitore e il transistor si dice in stato OFF o polarizzato in avanti.

Per la protezione del transistor colleghiamo una resistenza in serie con esso, per trovare il valore di quella resistenza usiamo la formula seguente:

R _B = V _BE / I _B

Diversi tipi di transistor:

Principalmente possiamo dividere il transistor in due categorie Transistor a giunzione bipolare (BJT) e Transistor ad effetto di campo (FET). Inoltre possiamo dividerlo come di seguito:

Transistor a giunzione bipolare (BJT)

Un transistor a giunzione bipolare è costituito da un semiconduttore drogato con tre terminali, ovvero base, emettitore e collettore. In questa procedura sono coinvolti sia i buchi che gli elettroni. Una grande quantità di corrente che passa dal collettore all'emettitore si attiva modificando una piccola corrente dalla base ai terminali dell'emettitore. Questi sono anche chiamati dispositivi controllati in corrente. NPN e PNP sono due parti principali dei BJT come abbiamo discusso in precedenza. BJT si è attivato dando input alla base perché ha l'impedenza più bassa per tutti i transistor. Anche l'amplificazione è massima per tutti i transistor.

I tipi di BJT sono i seguenti:

1. Transistor NPN:

Nella regione centrale del transistor NPN, cioè, la base è di tipo p e le due regioni esterne cioè, emettitore e collettore sono di tipo n.

In modalità diretta attiva, il transistor NPN è polarizzato. Dalla sorgente cc Vbb, la giunzione tra la base e l'emettitore sarà polarizzata in avanti. Pertanto, in questa giunzione la regione di esaurimento sarà ridotta. La giunzione da collettore a base è polarizzata inversamente, la regione di esaurimento da collettore a giunzione base sarà aumentata. La maggior parte dei portatori di carica sono elettroni per emettitore di tipo n. La giunzione emettitore di base è polarizzata in avanti in modo che gli elettroni si muovano verso la regione di base. Pertanto, ciò causa la corrente dell'emettitore Ie. La regione di base è sottile e leggermente drogata da buchi, si forma una combinazione elettrone-lacuna e alcuni elettroni rimangono nella regione di base. Ciò causa una corrente di base Ib molto piccola. La giunzione del collettore di base è polarizzata in modo inverso a fori nella regione di base ed elettroni nella regione del collettore, ma è polarizzata in avanti agli elettroni nella regione di base. Gli elettroni rimanenti della regione di base attratti dal terminale del collettore causano la corrente del collettore Ic. Controlla di più sul transistor NPN qui.

2. Transistor PNP:

Nella regione centrale del transistor PNP, cioè, la base è di tipo n e le due regioni esterne cioè, collettore ed emettitore sono di tipo p.

Come abbiamo discusso in precedenza nel transistor NPN, funziona anche in modalità attiva. La maggior parte dei portatori di carica sono fori per emettitore di tipo p. Per questi fori, la giunzione emettitore di base sarà polarizzata in avanti e si sposta verso la regione di base. Ciò causa la corrente dell'emettitore Ie. La regione di base è sottile e leggermente drogata da elettroni, si forma una combinazione di elettroni-lacune e alcuni buchi rimangono nella regione di base. Ciò causa una corrente di base Ib molto piccola. La giunzione del collettore di base è polarizzata in senso inverso ai fori nella regione di base e ai fori nella regione del collettore ma è polarizzata in avanti ai fori nella regione di base. I restanti fori della regione di base attratti dal terminale del collettore causano la corrente del collettore Ic. Controlla di più sul transistor PNP qui.

Cosa sono le configurazioni dei transistor?

In generale, ci sono tre tipi di configurazioni e le loro descrizioni riguardo al guadagno sono le seguenti:

Configurazione base comune (CB): non ha guadagno di corrente ma ha guadagno di tensione.

Configurazione Common Collector (CC): ha guadagno di corrente ma nessun guadagno di tensione.

Configurazione Common Emitter (CE): ha guadagno di corrente e guadagno di tensione entrambi.

Configurazione Transistor Common Base (CB):

In questo circuito, la base è posizionata in comune sia all'ingresso che all'uscita. Ha una bassa impedenza di ingresso (50-500 ohm). Ha un'elevata impedenza di uscita (1-10 mega ohm). Tensioni misurate rispetto ai terminali della base. Quindi, la tensione e la corrente di ingresso saranno Vbe e Ie e la tensione e la corrente di uscita saranno Vcb e Ic.

Il guadagno corrente sarà inferiore all'unità, ovvero alfa (dc) = Ic / Ie
Il guadagno di tensione sarà elevato.
Il guadagno di potenza sarà nella media.

Configurazione transistor Common Emitter (CE):

In questo circuito, l'emettitore è posizionato in comune sia all'ingresso che all'uscita. Il segnale di ingresso viene applicato tra la base e l'emettitore e il segnale di uscita viene applicato tra il collettore e l'emettitore. Vbb e Vcc sono le tensioni. Ha un'elevata impedenza di ingresso, ovvero (500-5000 ohm). Ha una bassa impedenza di uscita, cioè (50-500 kilo ohm).

Il guadagno corrente sarà elevato (98), ovvero beta (dc) = Ic / Ie
Il guadagno di potenza è fino a 37 dB.
L'output sarà sfasato di 180 gradi.

Configurazione collettore comune transistor:

In questo circuito, il collettore è posizionato in comune sia all'ingresso che all'uscita. Questo è anche noto come inseguitore di emettitore. Ha un'impedenza di ingresso elevata (150-600 kilo ohm). Ha un'impedenza di uscita bassa (100-1000 ohm).

Il guadagno attuale sarà alto (99).
Il guadagno di tensione sarà inferiore all'unità.
Il guadagno di potenza sarà nella media.

Transistor ad effetto di campo (FET):

Il transistor ad effetto di campo contiene le tre regioni come una sorgente, un gate, uno scarico. Sono definiti dispositivi controllati in tensione in quanto controllano il livello di tensione. Per controllare il comportamento elettrico, è possibile scegliere il campo elettrico applicato esternamente, per questo chiamato transistor ad effetto di campo. In questo, la corrente fluisce a causa dei portatori di carica maggioritari, cioè gli elettroni, quindi anche noti come transistor unipolari. Ha principalmente un'alta impedenza di ingresso in mega ohm con conduttività a bassa frequenza tra drain e source controllata dal campo elettrico. I FET sono altamente efficienti, vigorosi e di costo inferiore.

I transistor ad effetto di campo sono di due tipi, cioè transistor a effetto di campo a giunzione (JFET) e transistor ad effetto di campo a ossido di metallo (MOSFET). La corrente passa tra i due canali denominati n-channel e p-channel.

Transistor a effetto di campo a giunzione (JFET)

Il transistor ad effetto di campo a giunzione non ha giunzione PN ma al posto di materiali semiconduttori ad alta resistività, formano canali di silicio di tipo n & p per il flusso di portatori di carica maggioritari con due terminali di drenaggio o di sorgente. Nel canale n, il flusso di corrente è negativo mentre nel canale p il flusso di corrente è positivo.

Funzionamento di JFET:

Esistono due tipi di canali in JFET denominati: JFET a canale n e JFET a canale p

JFET canale N:

Qui dobbiamo discutere del funzionamento principale del JFET a canale n per due condizioni come segue:

Primo, quando Vgs = 0, Applicare una piccola tensione positiva al terminale di drenaggio dove Vds è positivo. A causa di questa tensione applicata Vds, gli elettroni fluiscono dalla sorgente allo scarico causando la corrente di drenaggio Id. Il canale tra lo scarico e la sorgente funge da resistenza. Sia n-channel uniforme. Diversi livelli di tensione impostati dalla corrente di drenaggio Id e si sposta dalla sorgente allo scarico. Le tensioni sono più alte al terminale di drenaggio e più basse al terminale di sorgente. Lo scarico è polarizzato al contrario, quindi lo strato di esaurimento è più ampio qui.

Vds aumenta, Vgs = 0 V

Lo strato di esaurimento aumenta, la larghezza del canale si riduce. Vds aumenta al livello in cui due regioni di esaurimento si toccano, questa condizione nota come processo di pinch-off e causa la tensione di pinch off Vp.

Qui, Id pinched –off scende a 0 MA e Id raggiunge il livello di saturazione. Id con Vgs = 0 noto come corrente di saturazione della sorgente di drenaggio (Idss). Vds è aumentato a Vp dove l'ID corrente rimane lo stesso e JFET funge da sorgente di corrente costante.

In secondo luogo, quando Vgs non è uguale a 0, Applicare Vgs negativo e Vds varia. L'ampiezza della regione di esaurimento aumenta, il canale si restringe e la resistenza aumenta. La corrente di drenaggio minore fluisce e raggiunge il livello di saturazione. A causa di Vgs negativo, il livello di saturazione diminuisce, l'id diminuisce. La tensione di pinch-off diminuisce continuamente. Pertanto è chiamato dispositivo controllato in tensione.

Caratteristiche di JFET:

Le caratteristiche hanno mostrato diverse regioni che sono le seguenti:

Regione ohmica: Vgs = 0, strato di esaurimento piccolo.

Regione di cut-off: nota anche come regione di pinch off, poiché la resistenza del canale è massima.

Saturazione o regione attiva: controllata dalla tensione gate source in cui la tensione drain source è inferiore.

Regione di rottura: la tensione tra lo scarico e la sorgente è alta e causa la rottura nel canale resistivo.

JFET canale P:

Il JFET a canale p funziona come il JFET a canale n, ma si sono verificate alcune eccezioni, ad esempio, a causa di buchi, la corrente del canale è positiva e la polarità della tensione di polarizzazione deve essere invertita.

Corrente di drenaggio nella regione attiva:

Id = Idss

Resistenza canale sorgente di drenaggio: Rds = delta Vds / delta Id

Transistor a effetto di campo a ossido di metallo (MOSFET):

Il transistor ad effetto di campo a ossido di metallo è anche noto come transistor ad effetto di campo controllato in tensione. Qui, gli elettroni gate in ossido di metallo sono isolati elettricamente dal canale n e dal canale p da un sottile strato di biossido di silicio definito vetro.

La corrente tra drain e source è direttamente proporzionale alla tensione di ingresso.

Si tratta di un dispositivo a tre terminali, ovvero gate, drain e source. Esistono due tipi di MOSFET in base al funzionamento dei canali, ovvero MOSFET a canale p e MOSFET a canale n.

Esistono due forme di transistor ad effetto di campo in ossido di metallo, ovvero tipo di esaurimento e tipo di potenziamento.

Tipo di esaurimento : richiede Vgs, ovvero la tensione gate-source per lo spegnimento e la modalità di esaurimento è uguale all'interruttore normalmente chiuso.

Vgs = 0, se Vgs è positivo, gli elettroni sono maggiori e se Vgs è negativo, gli elettroni sono inferiori.

Tipo di miglioramento: richiede Vgs, ovvero la tensione del gate source per l'accensione e la modalità di miglioramento è uguale all'interruttore normalmente aperto.

Qui, il terminale aggiuntivo è il substrato utilizzato per la messa a terra.

La tensione del gate source (Vgs) è maggiore della tensione di soglia (Vth)

Modalità di polarizzazione per transistor:

La polarizzazione può essere eseguita con due metodi, ovvero polarizzazione diretta e polarizzazione inversa, mentre a seconda della polarizzazione, ci sono quattro diversi circuiti di polarizzazione come segue:

Bias a base fissa e Bias a resistenza fissa:

Nella figura, la resistenza di base Rb collegata tra la base e il Vcc. La giunzione base emettitore è polarizzata in avanti a causa della caduta di tensione Rb che porta al flusso Ib attraverso di essa. Qui Ib è ottenuto da:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Ciò si traduce in un fattore di stabilità (beta +1) che porta a una bassa stabilità termica. Qui le espressioni di tensioni e correnti cioè, Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Bias feedback del collezionista:

In questa figura, il resistore di base Rb è collegato tra il collettore e il terminale di base del transistor. Pertanto la tensione di base Vb e la tensione di collettore Vc sono simili tra loro per questo

Vb = Vc-IbRb Dove, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

Con queste equazioni, Ic diminuisce Vc, che riduce Ib, riducendo automaticamente Ic.

Qui, il fattore (beta +1) sarà inferiore a uno e Ib porta a ridurre il guadagno dell'amplificatore.

Quindi, le tensioni e le correnti possono essere date come-

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie è quasi uguale a Ib

Bias doppio feedback:

In questa figura, è la forma modificata sul circuito di base del feedback del collettore. Poiché ha un circuito aggiuntivo R1 che aumenta la stabilità. Pertanto, l'aumento della resistenza di base porta alle variazioni di beta, ovvero guadagno.

Adesso, I1 = 0.1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie è quasi uguale a Ic

Bias fisso con resistenza emettitore:

In questa figura, è uguale al circuito a polarizzazione fissa ma ha un resistore di emettitore aggiuntivo Ricollegato. Ic aumenta a causa della temperatura, aumenta anche Ie, il che aumenta nuovamente la caduta di tensione su Re. Ciò si traduce in una riduzione di Vc, riduce Ib che riporta iC al suo valore normale. Il guadagno di tensione si riduce in presenza di Re.

Adesso, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie è quasi uguale a Ic

Bias emettitore:

In questa figura, ci sono due tensioni di alimentazione Vcc e V sono uguali ma con polarità opposta. Qui, Vee è polarizzato in avanti alla giunzione base-emettitore da Re e Vcc è polarizzato inversamente alla giunzione base del collettore.

Adesso, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie è quasi uguale a Ib Where, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Che fornisce un punto operativo stabile.

Bias feedback emettitore:

In questa figura, utilizza sia il collettore come feedback che il feedback dell'emettitore per una maggiore stabilità. A causa del flusso della corrente dell'emettitore Ie, la caduta di tensione si verifica attraverso il resistore dell'emettitore Re, quindi la giunzione di base dell'emettitore sarà polarizzata in avanti. Qui la temperatura aumenta, Ic aumenta, cioè aumenta anche. Ciò porta ad una caduta di tensione a Re, la tensione del collettore Vc diminuisce e anche Ib diminuisce. Ciò si traduce in una riduzione del guadagno in uscita. Le espressioni possono essere date come:

Irb = 0.1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0.1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie è quasi uguale a I c

Bias del divisore di tensione:

In questa figura, utilizza la forma del partitore di tensione del resistore R1 e R2 per polarizzare il transistor. La tensione che si forma su R2 sarà la tensione di base poiché polarizza in avanti la giunzione base-emettitore. Qui, I2 = 10Ib.

Questo viene fatto per trascurare la corrente del partitore di tensione e si verificano cambiamenti nel valore del beta.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic resiste alle variazioni sia di beta che di Vbe che si traduce in un fattore di stabilità di 1. In questo, Ic aumenta all'aumentare della temperatura, Ie aumenta all'aumentare della tensione di emettitore Ve che riduce la tensione di base Vbe. Ciò si traduce in una diminuzione della corrente di base ib e ic ai suoi valori effettivi.

Applicazioni dei transistor

I transistor per la maggior parte delle parti sono utilizzati in applicazioni elettroniche come amplificatori di tensione e potenza.
Utilizzato come interruttori in molti circuiti.
Utilizzato per realizzare circuiti logici digitali, ad esempio AND, NOT ecc
I transistor sono inseriti in tutto, cioè dai fornelli ai computer.
Utilizzato nel microprocessore come chip in cui sono integrati miliardi di transistor al suo interno.
In passato, sono utilizzati in radio, apparecchiature telefoniche, auricolari, ecc.
Inoltre, vengono utilizzati in precedenza nei tubi a vuoto di grandi dimensioni.
Sono utilizzati nei microfoni per trasformare i segnali sonori anche in segnali elettrici.