Các loại bóng bán dẫn khác nhau và hoạt động của chúng

Vì bộ não của chúng ta được tạo thành từ 100 tỷ tế bào gọi là Tế bào thần kinh được sử dụng để suy nghĩ và ghi nhớ mọi thứ. Giống như máy tính cũng có hàng tỷ tế bào não nhỏ có tên là Bóng bán dẫn. Nó bao gồm chiết xuất nguyên tố hóa học từ cát được gọi là Silicon. Bóng bán dẫn thay đổi hoàn toàn lý thuyết về điện tử kể từ khi nó được thiết kế hơn nửa thế kỷ trước bởi John Bardeen, Walter Brattain và William Shockley.

Vì vậy, chúng tôi sẽ cho bạn biết chúng hoạt động như thế nào hoặc chúng thực sự là gì?

Bóng bán dẫn là gì?

Các thiết bị này được làm bằng vật liệu bán dẫn thường được sử dụng cho mục đích khuếch đại hoặc chuyển mạch, nó cũng có thể được sử dụng để điều khiển dòng điện áp và dòng điện. Nó cũng được sử dụng để khuếch đại tín hiệu đầu vào thành tín hiệu đầu ra phạm vi. Bóng bán dẫn thường là một thiết bị điện tử trạng thái rắn được tạo thành từ các vật liệu bán dẫn. Sự lưu thông dòng điện tử có thể được thay đổi bằng cách thêm các điện tử. Quá trình này mang lại sự thay đổi điện áp để ảnh hưởng đến nhiều biến thể tương ứng của dòng điện đầu ra, đưa sự khuếch đại vào sự tồn tại. Không phải tất cả nhưng hầu hết các thiết bị điện tử đều chứa một hoặc nhiều loại bóng bán dẫn. Một số bóng bán dẫn được đặt riêng lẻ hoặc nói chung trong các mạch tích hợp khác nhau tùy theo ứng dụng trạng thái của chúng.

“Transistor là một thành phần loại côn trùng ba chân, được đặt riêng lẻ trong một số thiết bị nhưng trong máy tính, nó được đóng gói bên trong với hàng triệu con số trong các vi mạch nhỏ”

Bóng bán dẫn được tạo thành từ gì?

Transistor bao gồm ba lớp bán dẫn, có khả năng giữ dòng điện. Vật liệu dẫn điện như silicon và germani có khả năng mang điện giữa chất dẫn điện và chất cách điện được bao bọc bởi dây nhựa. Vật liệu bán dẫn được xử lý bằng một số quy trình hóa học được gọi là pha tạp chất bán dẫn. Nếu silicon được pha tạp với asen, phốt pho và antimon, nó sẽ thu được một số hạt mang điện tích phụ, tức là electron, được gọi là chất bán dẫn loại N hoặc âm, trong khi nếu silicon được pha tạp với các tạp chất khác như bo, gali, nhôm, nó sẽ thu được ít hạt mang điện hơn, tức là lỗ trống, được gọi là chất bán dẫn loại P hoặc tích cực.

Transistor hoạt động như thế nào?

Khái niệm hoạt động là phần chính để hiểu cách sử dụng bóng bán dẫn hoặc cách nó hoạt động ?, có ba thiết bị đầu cuối trong bóng bán dẫn:

• Cơ sở: Nó cung cấp cơ sở cho các điện cực của bóng bán dẫn.

• Emitter: hãng Phí thoát ra từ.

• Người thu tiền: Tính phí nhà cung cấp dịch vụ thu thập bằng cách này.

Nếu bóng bán dẫn là loại NPN, chúng ta cần đặt điện áp 0,7v để kích hoạt nó và khi điện áp đặt vào chân cơ sở, bóng bán dẫn bật ON, đó là điều kiện phân cực thuận và dòng điện bắt đầu chạy qua bộ thu để phát (còn gọi là bão hòa khu vực). Khi bóng bán dẫn ở điều kiện phân cực ngược hoặc chân cơ sở được nối đất hoặc không có điện áp trên nó, bóng bán dẫn vẫn ở trạng thái TẮT và không cho phép dòng điện từ cực thu đến cực phát (còn gọi là vùng cắt).

Nếu bóng bán dẫn là loại PNP, nó thường ở trạng thái ON nhưng không thể nói là hoạt động hoàn hảo cho đến khi chân cơ sở được nối đất hoàn hảo. Sau khi chân đế nối đất, bóng bán dẫn sẽ ở trạng thái phân cực ngược hoặc được cho là BẬT. Khi nguồn cung cấp cho chân cơ sở, nó ngừng dẫn dòng từ bộ thu đến bộ phát và bóng bán dẫn được cho là ở trạng thái TẮT hoặc điều kiện phân cực thuận.

Để bảo vệ bóng bán dẫn, chúng tôi kết nối một điện trở nối tiếp với nó, để tìm giá trị của điện trở đó, chúng tôi sử dụng công thức dưới đây:

R _B = V _BE / I _B

Các loại bóng bán dẫn khác nhau:

Về cơ bản, chúng ta có thể chia Transistor thành hai loại Transistor lưỡng cực (BJT) và Transistor hiệu ứng trường (FET). Hơn nữa, chúng ta có thể chia nó như dưới đây:

Bóng bán dẫn kết nối lưỡng cực (BJT)

Một bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực được tạo thành từ chất bán dẫn pha tạp với ba thiết bị đầu cuối tức là đế, cực phát và cực thu. Trong quy trình này, cả hai lỗ trống và electron đều tham gia. Một lượng lớn dòng điện đi vào bộ thu đến bộ phát sẽ chuyển đổi bằng cách điều chỉnh dòng điện nhỏ từ cực gốc đến cực phát. Chúng cũng được gọi là thiết bị được kiểm soát hiện tại. NPN và PNP là hai phần chính của BJT như chúng ta đã thảo luận trước đó. BJT được bật bằng cách đưa đầu vào cho cơ sở vì nó có trở kháng thấp nhất đối với tất cả các bóng bán dẫn. Khuếch đại cũng cao nhất đối với tất cả các bóng bán dẫn.

Các loại BJT như sau:

1. Transistor NPN:

Trong vùng giữa của bóng bán dẫn NPN, tức là cơ sở là loại p và hai vùng bên ngoài tức là, bộ phát và bộ thu là loại n.

Trong chế độ hoạt động thuận, bóng bán dẫn NPN được phân cực. Bằng nguồn một chiều Vbb, điểm nối cơ sở đến bộ phát sẽ được phân cực thuận. Do đó, tại ngã ba này, vùng cạn kiệt sẽ được giảm bớt. Bộ thu đến đường giao nhau cơ sở được phân cực ngược, vùng suy giảm của bộ thu đến đường giao nhau cơ sở sẽ được tăng lên. Các hạt tải điện đa số là các electron đối với bộ phát loại n. Tiếp giáp bộ phát cơ sở được phân cực thuận nên các điện tử di chuyển về phía vùng cơ sở. Do đó, điều này gây ra dòng điện phát tức là. Vùng cơ sở mỏng và bị pha tạp nhẹ bởi các lỗ trống, tổ hợp điện tử-lỗ trống được hình thành và một số điện tử vẫn ở trong vùng cơ sở. Điều này gây ra dòng cơ bản rất nhỏ Ib. Tiếp giáp cực thu cơ bản được phân cực ngược với các lỗ trống trong vùng cơ sở và các điện tử trong vùng thu nhưng nó phân cực thuận đối với các điện tử trong vùng cơ bản. Các điện tử còn lại của vùng cơ bản bị thu hút bởi cực thu gây ra dòng điện cực thu Ic. Tham khảo thêm về Transistor NPN tại đây.

2. Bóng bán dẫn PNP:

Trong vùng giữa của bóng bán dẫn PNP, tức là cơ sở là loại n và hai vùng bên ngoài tức là, bộ thu và bộ phát là loại p.

Như chúng ta đã thảo luận ở trên trong bóng bán dẫn NPN, nó cũng đang hoạt động ở chế độ hoạt động. Phần lớn các hạt tải điện là lỗ cho bộ phát loại p. Đối với các lỗ này, đường giao nhau của bộ phát gốc sẽ được phân cực thuận và di chuyển về phía vùng cơ sở. Điều này gây ra dòng điện phát tức là. Vùng cơ sở mỏng và bị pha tạp nhẹ bởi các electron, sự kết hợp electron-lỗ trống được hình thành và một số lỗ trống vẫn ở trong vùng cơ sở. Điều này gây ra dòng cơ bản rất nhỏ Ib. Tiếp giáp bộ thu cơ sở được phân cực ngược với các lỗ trong vùng cơ bản và các lỗ trong vùng thu nhưng nó phân cực thuận với các lỗ trong vùng cơ sở. Các lỗ còn lại của vùng cơ sở bị thu hút bởi cực thu gây ra dòng điện cực thu Ic. Kiểm tra thêm về bóng bán dẫn PNP tại đây.

Cấu hình Transistor là gì?

Nói chung, có ba loại cấu hình và mô tả của chúng liên quan đến việc đạt được như sau:

Cấu hình Cơ sở Chung (CB): Nó không có mức tăng dòng nhưng có mức tăng điện áp.

Cấu hình Bộ thu chung (CC): Nó có độ lợi dòng điện nhưng không độ lợi điện áp.

Cấu hình Bộ phát chung (CE): Nó có cả độ lợi dòng điện và độ lợi điện áp.

Cấu hình cơ sở chung (CB) của bóng bán dẫn:

Trong mạch này, cơ sở được đặt chung cho cả đầu vào và đầu ra. Nó có trở kháng đầu vào thấp (50-500 ohms). Nó có trở kháng đầu ra cao (1-10 mega ohms). Điện áp được đo liên quan đến các thiết bị đầu cuối cơ sở. Vì vậy, điện áp và dòng điện đầu vào sẽ là Vbe & Ie và điện áp và dòng điện đầu ra sẽ là Vcb & Ic.

Mức tăng hiện tại sẽ nhỏ hơn sự thống nhất tức là, alpha (dc) = Ic / Ie
Tăng điện áp sẽ cao.
Tăng công suất sẽ ở mức trung bình.

Cấu hình bộ phát điện chung (CE) của bóng bán dẫn:

Trong mạch này, bộ phát được đặt chung cho cả đầu vào và đầu ra. Tín hiệu đầu vào được áp dụng giữa cơ sở và bộ phát và tín hiệu đầu ra được áp dụng giữa bộ thu và bộ phát. Vbb & Vcc là điện áp. Nó có trở kháng đầu vào cao tức là, (500-5000 ohms). Nó có trở kháng đầu ra thấp, tức là, (50-500 kilo ohms).

Mức tăng hiện tại sẽ cao (98) tức là, beta (dc) = Ic / Ie
Tăng điện lên đến 37db.
Đầu ra sẽ lệch pha 180 độ.

Cấu hình bộ thu chung của bóng bán dẫn:

Trong mạch này, bộ thu được đặt chung cho cả đầu vào và đầu ra. Đây còn được gọi là người theo dõi emitter. Nó có trở kháng đầu vào cao (150-600 kilo ohms) và có trở kháng đầu ra thấp (100-1000 ohms).

Mức tăng hiện tại sẽ cao (99).
Tăng điện áp sẽ ít hơn sự thống nhất.
Tăng công suất sẽ ở mức trung bình.

Transistor hiệu ứng trường (FET):

Transistor hiệu ứng trường chứa ba vùng như nguồn, cổng, cống. Chúng được gọi là thiết bị kiểm soát điện áp vì chúng kiểm soát mức điện áp. Để kiểm soát hành vi điện, có thể chọn điện trường tác dụng bên ngoài, đó là lý do tại sao được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Trong trường hợp này, dòng điện chạy do các hạt mang điện tích đa số tức là các electron, do đó còn được gọi là transistor đơn cực. Nó có trở kháng đầu vào chủ yếu là mega ohms với độ dẫn tần số thấp giữa cống và nguồn được điều khiển bằng điện trường. FETs có hiệu quả cao, mạnh mẽ và ít chi phí hơn.

Bóng bán dẫn hiệu ứng trường có hai loại tức là bóng bán dẫn hiệu ứng trường nối (JFET) và bóng bán dẫn hiệu ứng trường oxit kim loại (MOSFET). Các đèo hiện nay giữa hai kênh có tên là kênh n và p-kênh.

Transistor hiệu ứng trường nối (JFET)

Bóng bán dẫn hiệu ứng trường tiếp giáp không có tiếp giáp PN nhưng thay vào đó là các vật liệu bán dẫn điện trở suất cao, chúng tạo thành các kênh silicon loại n & p cho dòng chảy của các hạt tải điện đa số với hai đầu cuối là cống hoặc đầu cuối nguồn. Trong kênh n, dòng điện là âm trong khi trong kênh p dòng điện là dương.

Hoạt động của JFET:

Có hai loại kênh trong JFET được đặt tên là: JFET kênh n & JFET kênh p

JFET kênh N:

Ở đây chúng ta phải thảo luận về hoạt động chính của JFET kênh n cho hai điều kiện như sau:

Đầu tiên, khi Vgs = 0, Áp dụng điện áp dương nhỏ để xả thiết bị đầu cuối ở đó Vds là dương. Do điện áp đặt này Vds, các điện tử chạy từ nguồn để thoát gây ra dòng thoát Id. Kênh giữa cống và nguồn đóng vai trò là điện trở. Để kênh n là đồng nhất. Các mức điện áp khác nhau được thiết lập bởi dòng xả Id và di chuyển từ nguồn sang nguồn. Điện áp cao nhất ở đầu cuối cống và thấp nhất ở đầu cuối nguồn. Drain bị phân cực ngược nên lớp cạn kiệt ở đây rộng hơn.

Vds tăng, Vgs = 0 V

Lớp cạn kiệt tăng lên, độ rộng kênh giảm. Vds tăng ở mức mà hai vùng cạn kiệt chạm vào nhau, tình trạng này được gọi là quá trình pinch –off & gây ra pinch off điện áp Vp.

Tại đây, Id bị chụm –off giảm xuống 0 MA & Id đạt ở mức bão hòa. Id với Vgs = 0 được gọi là dòng bão hòa nguồn cống (Idss). Vds tăng ở Vp trong đó Id hiện tại vẫn giữ nguyên & JFET hoạt động như một nguồn hiện tại không đổi.

Thứ hai, Khi Vgs không bằng 0, Áp dụng Vgs phủ định và Vds khác nhau. Chiều rộng của vùng cạn kiệt tăng lên, kênh trở nên hẹp và sức đề kháng tăng lên. Dòng chảy ít hơn và đạt đến mức bão hòa tối đa. Do Vgs âm nên mức bão hòa giảm, Id giảm. Pinch – điện áp tắt liên tục giảm. Do đó nó được gọi là thiết bị điều khiển điện áp.

Đặc điểm của JFET:

Các đặc điểm thể hiện các vùng khác nhau như sau:

Vùng Ohmic: Vgs = 0, lớp suy giảm nhỏ.

Vùng cắt: Còn được gọi là vùng ngắt, vì điện trở của kênh là tối đa.

Vùng bão hòa hoặc vùng hoạt động: Được điều khiển bởi điện áp nguồn cổng trong đó điện áp nguồn cống nhỏ hơn.

Khu vực sự cố: Điện áp giữa cống và nguồn cao gây ra sự cố trong kênh điện trở.

P-Channel JFET:

JFET kênh p hoạt động giống như JFET kênh n nhưng xảy ra một số trường hợp ngoại lệ, ví dụ: Do lỗ, dòng kênh là dương & Phân cực điện áp xu hướng cần được đảo ngược.

Xả hiện tại trong khu vực hoạt động:

Id = Idss

Điện trở kênh nguồn xả: Rds = delta Vds / delta Id

Bóng bán dẫn hiệu ứng trường oxit kim loại (MOSFET):

Bóng bán dẫn hiệu ứng trường oxit kim loại còn được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường điều khiển điện áp. Ở đây, các điện tử cổng oxit kim loại được cách điện khỏi kênh n & kênh p bởi một lớp silicon dioxide mỏng được gọi là thủy tinh.

Dòng điện giữa cống và nguồn tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào.

Nó là một thiết bị ba đầu cuối tức là, cổng, cống và nguồn. Có hai loại MOSFET theo chức năng của các kênh, tức là MOSFET kênh p & MOSFET kênh n.

Có hai dạng bóng bán dẫn hiệu ứng trường oxit kim loại, tức là Loại cạn kiệt & Loại tăng cường.

Loại cạn kiệt: Nó yêu cầu Vgs tức là, điện áp nguồn cổng để chuyển đổi chế độ tắt & cạn kiệt bằng với công tắc thường đóng.

Vgs = 0, Nếu Vgs dương, electron nhiều hơn và nếu Vgs âm, electron ít hơn.

Loại cải tiến: Nó yêu cầu Vgs tức là, điện áp nguồn cổng để bật và chế độ tăng cường bằng với công tắc thường mở.

Ở đây, thiết bị đầu cuối bổ sung là chất nền được sử dụng trong nối đất.

Điện áp nguồn cổng (Vgs) lớn hơn điện áp ngưỡng (Vth)

Các chế độ xu hướng cho bóng bán dẫn:

Xu hướng có thể được thực hiện bằng hai phương pháp tức là xu hướng thuận và xu hướng ngược trong khi tùy thuộc vào xu hướng, có bốn mạch khác nhau của xu hướng như sau:

Xu hướng cơ bản cố định và xu hướng kháng cự cố định:

Trong hình, điện trở cơ bản Rb được kết nối giữa cơ sở và Vcc. Điểm giao nhau của bộ phát gốc được phân cực thuận do sụt áp Rb dẫn đến dòng Ib qua nó. Ở đây Ib được lấy từ:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Điều này dẫn đến hệ số ổn định (beta +1) dẫn đến độ ổn định nhiệt thấp. Đây là biểu thức của điện áp và dòng điện, tức là

Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Xu hướng phản hồi của người thu thập:

Trong hình này, điện trở cơ bản Rb được kết nối qua cực thu và cực cơ sở của bóng bán dẫn. Do đó điện áp cơ bản Vb và điện áp cực thu Vc tương tự nhau bởi điều này

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

Bằng các phương trình này, Ic giảm Vc, làm giảm Ib, Ic tự động giảm.

Ở đây, hệ số (beta +1) sẽ nhỏ hơn một và Ib dẫn đến giảm độ lợi bộ khuếch đại.

Vì vậy, điện áp và dòng điện có thể được đưa ra là-

Vb = Vbe Ic = beta Ib Tức là gần bằng Ib

Xu hướng phản hồi kép:

Trong hình này, nó là dạng được sửa đổi trên mạch cơ sở phản hồi bộ thu. Vì nó có thêm mạch R1 giúp tăng độ ổn định. Do đó, tăng điện trở cơ bản dẫn đến các biến thể trong beta tức là tăng.

Hiện nay, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Tức là gần bằng Ic

Đã sửa sai lệch với điện trở phát:

Trong hình này, nó giống như mạch phân cực cố định nhưng nó có thêm một điện trở phát Re nối. Ic tăng do nhiệt độ, tức là cũng tăng làm tăng điện áp giảm trên Re. Điều này dẫn đến giảm Vc, giảm Ib đưa iC trở lại giá trị bình thường. Tăng điện áp giảm do sự hiện diện của Re.

Hiện nay, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Tức là gần bằng Ic

Thiên vị phát:

Trong hình này, có hai điện áp cung cấp Vcc & Vee bằng nhau nhưng ngược cực về cực, ở đây, Vee được phân cực thuận đối với điểm giao nhau của bộ phát cơ sở bởi Re & Vcc được phân cực ngược với đường giao nhau của bộ thu.

Hiện nay, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Tức là gần bằng Ib Trong đó, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Điều này mang lại một điểm hoạt động ổn định.

Xu hướng phản hồi máy phát:

Trong hình này, nó sử dụng cả bộ thu làm phản hồi và phản hồi cực phát để có độ ổn định cao hơn. Do dòng chảy của dòng điện cực phát, tức là sự sụt giảm điện áp xảy ra trên điện trở của bộ phát Re, do đó điểm nối cơ sở của bộ phát sẽ bị phân cực thuận. Ở đây, nhiệt độ tăng, Ic tăng, tức là cũng tăng. Điều này dẫn đến sụt áp tại Re, điện áp cực thu Vc giảm & Ib cũng giảm. Điều này dẫn đến mức tăng sản lượng sẽ bị giảm. Các biểu thức có thể được đưa ra dưới dạng:

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 gần như bằng nhau với tôi c

Độ lệch bộ phân áp:

Trong hình này, nó sử dụng dạng phân áp của điện trở R1 & R2 để phân cực bóng bán dẫn. Điện áp hình thành tại R2 sẽ là điện áp cơ bản vì nó phân cực thuận với đường giao nhau gốc-phát. Ở đây, I2 = 10Ib.

Điều này được thực hiện để bỏ qua dòng điện phân áp và những thay đổi xảy ra trong giá trị của beta.

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

Ic chống lại những thay đổi trong cả beta và Vbe dẫn đến hệ số ổn định là 1. Trong đó, Ic tăng khi tăng nhiệt độ, tức là tăng khi tăng điện áp phát Ve làm giảm điện áp cơ bản Vbe. Điều này dẫn đến giảm dòng điện cơ bản ib và ic về giá trị thực của nó.

Các ứng dụng của bóng bán dẫn

Bóng bán dẫn cho hầu hết các bộ phận được sử dụng trong ứng dụng điện tử như bộ khuếch đại điện áp và công suất.
Được sử dụng làm công tắc trong nhiều mạch.
Được sử dụng trong việc tạo ra các mạch logic kỹ thuật số, tức là AND, NOT, v.v.
Các bóng bán dẫn được lắp vào tất cả mọi thứ, tức là các ngọn bếp đến máy tính.
Được sử dụng trong bộ vi xử lý như những con chip trong đó hàng tỷ bóng bán dẫn được tích hợp bên trong nó.
Trong những ngày trước, chúng được sử dụng trong radio, thiết bị điện thoại, tai nghe, v.v.
Ngoài ra, chúng được sử dụng sớm hơn trong các ống chân không với kích thước lớn.
Chúng được sử dụng trong micrô để thay đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện.