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晶体管的工作原理和实际作用
发布时间:2020-02-16 09:05    文章作者:澳门葡京现场

  我们的大脑由1000亿个称为神经元的细胞组成,这些细胞用于思考和记忆事物。就像管已经由John Bardeen,Walter Brattain和William Shockley进行了半个多世纪的设计,因此从根本上改变了电子学的理论。

  这些设备由通常用于放大或开关目的的半导体材料制成,也可以用于控制电压和电流的流动。它还用于将输入信号放大为扩展区输出信号。晶体管通常是由半导体材料制成的固态电子设备。电流的循环可以通过添加电子来改变。该过程使电压变化成比例地影响输出电流中的许多变化,从而使放大倍增。除了大多数电子设备外,并非所有的电子设备都包含一种或多种类型的晶体管。某些晶体管单独放置或通常放置在集成电路中,这些晶体管会根据状态应用而有所不同。

  “晶体管是三脚昆虫型组件,在某些设备中单独放置但是在计算机中,它被封装成数以百万计的小芯片。”

  晶体管由三层半导体组成,它们具有保持电流的能力。诸如硅和锗之类的导电材料具有在导体和被塑料线包围的绝缘体之间传输电流的能力。半导体材料通过某种化学程序(称为半导体掺杂)进行处理。如果硅中掺有砷,磷和锑,它将获得一些额外的电荷载流子,即电子,称为 N型或负半导体;而如果硅中掺有其他杂质(如硼),镓,铝,它将获得较少的电荷载流子,即空穴,被称为 P型或正半导体。

  工作原理是了解如何使用晶体管或晶体管的主要部分。它是如何工作的?晶体管中有三个端子:

  如果晶体管为NPN型,我们需要施加0.7v的电压来触发它,并将该电压施加到基极管的晶体管tu 正向偏置条件导通,电流开始流过集电极到发射极(也称为饱和区域)。当晶体管处于反向偏置状态或基极引脚接地或不带电压时,晶体管保持截止状态,并且不允许电流从集电极流向发射极(也称为截止区域) )。

  如果晶体管为PNP型,则通常处于ON状态,但不是可以说是完美的,直到基脚完全接地为止。将基极引脚接地后,晶体管将处于反向偏置状态或被称为导通状态。作为提供给基极引脚的电源,它停止了从集电极到发射极的电流传导,并且晶体管处于截止状态或正向偏置状态。

  主要将晶体管分为两类:双极结型晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)。进一步我们可以如下划分:

  双极结型晶体管(BJT) p双极结型晶体管由掺杂的半导体组成,具有三个端子,即基极,发射极和集电极。在该过程中,空穴和电子都被涉及。通过修改从基极到发射极端子的小电流,流入集电极到发射极的大量电流切换。这些也称为当前控制的设备。如前所述, NPN 和 PNP 是BJT的两个主要部分。 BJT通过将输入提供给基极来开启,因为它的所有晶体管阻抗都最低。所有晶体管的放大率也最高。

  在NPN晶体管的中间区域,即基极为p型,而在两个外部区域,即发射极和集电极为n型。

  在正向活动模式下,NPN晶体管处于偏置状态。通过直流电源 Vbb ,基极到发射极的结点将被正向偏置。因此,在该结的耗尽区将减少。集电极至基极结被反向偏置,集电极至基极结的耗尽区将增加。多数电荷载流子是n型发射极的电子。基极发射极结正向偏置,因此电子向基极区域移动。因此,这会导致发射极电流Ie 。基极区很薄,被空穴轻掺杂,形成了电子-空穴的结合,一些电子保留在基极区中。这会导致基本电流Ib 非常小。基极集电极结被反向偏置到基极区域中的空穴和电子,而正偏向基极区域中的电子。集电极端子吸引的基极区域的剩余电子引起集电极电流Ic。 在此处查看有关NPN晶体管的更多信息。

  我们在上面的NPN晶体管中讨论过,它也处于有源模式。大多数电荷载流子是用于p型发射极的孔。对于这些孔,基极发射极结将被正向偏置并朝基极区域移动。这导致发射极电流Ie 。基极区很薄,被电子轻掺杂,形成了电子-空穴的结合,并且一些空穴保留在基极区中。这会导致基本电流Ib 非常小。基极集电极结被反向偏置到基极区域中的孔和集电极区域中的孔,但是被正向偏置到基极区域中的孔。集电极端子吸引的基极区域的剩余孔引起集电极电流Ic。在此处查看有关PNP晶体管的更多信息。

  在此电路中,将基座放置在输入和输出共用的位置。它具有低输入阻抗(50-500欧姆)。它具有高输出阻抗(1-10兆欧)。相对于基础端子测得的电压。因此,输入电压和电流将为Vbe&Ie,输出电压和电流将为Vcb&Ic。

  在此电路中,放置了发射极输入和输出通用。输入信号施加在基极和发射极之间,输出信号施加在集电极和发射极之间。 Vbb和Vcc是电压。它具有高输入阻抗,即(500-5000欧姆)。它具有低输出阻抗,即(50-500千欧)。

  在此电路中,集电极对输入和输出均通用。这也称为发射极跟随器。输入阻抗高(150-600千欧),输出阻抗低(100-1000欧)。

  场效应晶体管包含三个区域,例如源极,栅极,漏极。它们被称为电压控制设备,因为它们可以控制电压水平。为了控制电气行为,可以选择外部施加的电场,这就是为什么被称为场效应晶体管的原因。在这种情况下,电流由于多数电荷载流子(即电子)而流动,因此也称为单极晶体管。它主要具有兆欧的高输入阻抗,漏极和源极之间的低频电导率受电场控制。场效应晶体管效率高,强度大,成本低。

  场效应晶体管有两种类型,即结型场效应晶体管(JFET)和金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)。电流在名为 n通道和 p通道的两个通道之间通过。

  结型场效应晶体管没有PN结,但代替了高电阻半导体材料,它们形成了n&p型硅通道用于大多数电荷载流子的流动,其两个端子为漏极或源极端子。在n通道中,电流为负,而在p通道中,电流为正。

  在 Vds 为正的漏极端子上施加小的正电压。由于此施加的电压 Vds ,电子从源极流到漏极会导致漏极电流 Id 。漏极和源极之间的通道充当电阻。令n通道均匀。不同的电压电平由漏极电流Id设置,并从源极转移到漏极。漏极端电压最高,源极端电压最低。漏极反向偏置,因此此处的耗尽层更宽。

  耗尽层增加,通道宽度减小。 Vds在两个耗尽区接触的水平上增加,这种情况称为夹断过程,并导致夹断电压 Vp。

  此处, Id夹断–下降到0 MA和Id达到饱和水平。具有 Vgs = 0 的ID ,称为漏极源饱和电流(Idss)。 Vds 以 Vp 增大,此时电流Id保持不变,JFET用作恒定电流源。

  应用负Vgs和Vds会有所不同。耗尽区的宽度增加,沟道变窄并且电阻增加。较小的漏极电流流动并达到饱和水平。由于负Vgs,饱和度降低,Id降低。夹断电压持续下降。因此,它称为电压控制设备。

  p沟道JFET与n沟道JFET的操作相同,但发生了一些例外,例如,由于空穴,沟道电流为正,偏置电压极性需要反转。

  金属氧化物场效应晶体管也称为电压控制场效应晶体管。在这里,金属氧化物栅极电子通过称为玻璃的二氧化硅薄层与n沟道和p沟道电绝缘。

  这是一个三端设备,即栅极,漏极和源极。根据沟道的功能,有两种类型的MOSFET,即p沟道MOSFET和n沟道MOSFET。

  Vgs = 0,如果Vgs为正,则电子较多;如果Vgs为负,则电子较少。

  晶体管偏置模式: forward biasin g和反向偏置,而根据偏置,有四个不同的偏置电路,如下所示:

  在图中,基极电阻Rb连接在基极和Vcc之间。基极发射极结由于电压降Rb而被正向偏置,导致流Ib通过它。在此从以下项获得Ib:

  这将导致稳定性因子(beta +1),从而导致较低的热稳定性。这里的电压和电流的表达式,即

  在此图中,基极电阻器Rb连接在集电极和晶体管的基极端子之间。因此,基极电压Vb和集电极电压Vc彼此相似

  通过这些等式, Ic 会减小 Vc ,从而减小 Ib ,自动 Ic 减小。

  在此图中,它是基于集电极反馈电路的改进形式。由于它具有附加电路R1,因此增加了稳定性。因此,基极电阻的增加导致beta的变化,即增益。

  在此图中,它与固定偏置电路相同,但是还连接了一个附加的发射极电阻Re。 Ic由于温度而增加,Ie也增加,这又增加了Re两端的电压降。这导致Vc减小,Ib减小,从而使iC恢复到其正常值。电压增益因Re的存在而降低。

  在此图中,有两个电源电压Vcc和Vee相等但极性相反。这里,Vee正向偏置到基极Re&Vcc的发射极结反向偏置到集电极基极结。

  在此图中,它同时使用了收集器作为反馈和发射极反馈以获得更高的稳定性。由于发射极电流Ie的流动,发射极电阻Re两端会出现电压降,因此发射极基极结将为正向偏置。在此,温度升高,Ic升高,Ie也升高。这导致Re处的电压降,集电极电压Vc降低,Ib也降低。这导致输出增益将降低。表达式可以表示为:

  在该图中,它使用电阻器R1和R2的分压器形式对晶体管进行偏置。 R2上形成的电压将是基极电压,因为它正向偏置了基极-发射极结。在这里,I2 = 10Ib。

  Ic可以抵抗beta和Vbe的变化这导致稳定性因子为1。在这种情况下,Ic随着温度的升高而增加,Ie随着发射极电压Ve的增加而增加,从而降低了基极电压Vbe。这会导致基本电流ib和ic减小到其实际值。

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  0负线性稳压器用于补充流行的MC78M00系列器件。 可提供-5.0,-8.0,-12和-15 V的固定输出电压选项,该负线性稳压器采用限流,热关断和安全区域补偿 - 使其在大多数操作下非常坚固条件。通过充分的散热,可以提供超过0.5 A的输出电流。 规格: MC79M00B MC79M00C 公差 4% 4% 温度范围 -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 DPAK,TO-220 DPAK,TO-220 特性 无需外部组件 内部热过载保护 内部短路电流限制 输出晶体管安全区域补偿 也可用于表面贴装DPAK(DT)封装器件类型/标称输出电压MC79M05 -5.0 VMC79M 12-12 V MC79M08-8.0 VMC79M15-15 V 无铅封装可能有效。 G-Suffix表示 电路图、引脚图和封装图...

  MC34268 LDO稳压器 800 mA 2.85 V SCSI-2有源端接器

  8是一款中等电流,低压差(LDO)正线性稳压器,专为SCSI-2有源终端电路而设计。该器件为电路设计人员提供了一种经济的精密电压调节解决方案,同时将功率损耗降至最低。线 V压差复合PNP / NPN传输晶体管,限流和热限制组成。该LDO采用SOIC-8和DPAK-3表面贴装功率封装。 应用包括有源SCSI-2端接器和开关电源的后置调节。 特性 2.85 V SCSI-2有源端接的输出电压 1.0 V Dropout 输出电流超过800 mA 热保护 短路保护 输出调整为1.4%容差 无需最低负载 节省空间的DPAK-3,SOT-223和SOIC-8表面贴装电源包 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...

  00低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 MC78LC00系列具有1.1μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管和用于设置输出电压的电阻。 MC78LC00低压降(LDO)线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为0.1μF。 LDO采用微型薄型SOT23-5表面贴装封装和SOT-89,3引脚封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,4.0和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流1.1μA典型 出色的线路和负载调节 最大工作电压12 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.5% 工业温度范围-40°C至85°C 两个表面贴装封装(SOT-89,3针或SOT-23,5针) 无铅封装可用 应用 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...

  固定输出负线性稳压器旨在作为流行的MC7800系列器件的补充。该负电压调节器提供与MC7800器件相同的七电压选项。此外,负系统MC7900系列还提供MECL系统中常用的一个额外电压选项。 这些线 V的固定输出电压选项,采用限流,热关断和安全区域补偿 - 使其在大多数工作条件下非常坚固。通过充分的散热,它们可以提供超过1.0 A的输出电流。 规格: MC7900AC MC7900B MC7900C 容差 2% 4% 4% 温度范围 0°C至+ 125°C -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125° C 包装 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO -220 特性 无需外部组件 内部热过载保护 内部短路电流限制 输出晶体管安全区域补偿 2%电压T可用油酸(参见订购信息) 无铅包可能有货。 G-Suffix表示无铅铅涂层。 电路图、引脚图和封装图...

  10是3输出稳压器,由低Iq电池连接的3 A 2 MHz非同步开关和两个低压1.5 A 2 MHz同步开关组成;所有都使用集成功率晶体管。高压开关能够以4.1 V恒定的开关频率将4.1 V至18 V电池输入转换为5 V或3.3 V输出,提供高达3 A的电压。在过压条件下,最高可达3 A. 36 V,开关频率折回1 MHz;在高达45 V的负载突降条件下,稳压器关闭。电池连接降压稳压器的输出用作2个同步开关的低压输入。每个下行输出可在1.2 V至3.3 V范围内调节,具有1.5 A电流限制和恒定的2 MHz开关频率。每个开关都有独立的使能和复位引脚,提供额外的电源管理灵活性。对于低Iq工作模式,低压开关被禁用,待机轨由低Iq LDO(高达150 mA)供电,具有典型功能Iq为30 uA。 LDO稳压器与高压开关并联,并在切换器强制进入待机模式时激活。所有3个SMPS输出均采用峰值电流模式控制,内部斜率补偿,内部设置软启动,电池欠压锁定,电池过压保护,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。错误标志可用于诊断。 特性 优势 可编程扩频 EMI降低 打嗝过流保护 短路事件期间降低功率 个别复位引脚可调延迟 电压监控 带有可湿性侧面...

  8是一款低功耗升压稳压器,旨在通过单节锂离子或锂离子电池提供稳定的3.3 V输出。输出电压选项固定为3.3 V,在VIN = 2.3 V时保证最大负载电流为200 mA,在VIN = 3.3 V时保证300 mA。关断模式下的输入电流小于1μA,从而最大限度地延长电池寿命。 PFM操作是自动的并且“无故障”。该稳压器可在低负载时保持低至37μA静态电流的输出调节。内置功率晶体管,同步整流和低电源电流的组合使FAN4868成为电池供电应用的理想选择.FAN4868可在6-凸点0.4 mm间距晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。 特性 使用少量外部元件工作:1μH电感和0402外壳尺寸输入和输出电容 输入电压范围为2.3 V至3.2 V 固定3.3 V输出电压选项 最大负载电流

  150 mA,VIN = 2.3 V 最大负载电流300 mA,VIN = 2.7 V,VOUT = 3.3 V 低工作静态电流 True Load Disc关机期间的连接 具有轻载省电模式的可变导通时间脉冲频率调制(PFM) 内部同步整流器(无需外部二极管) 热关断和过载保护 6-Bump WLCSP,0.4 mm间距 应用 终端产品 为3.3 V核心导轨供电 PDA...

  10是3输出稳压器,由低Iq电池连接的3 A 2 MHz非同步开关和两个低压1.5 A 2 MHz同步开关组成;所有都使用集成功率晶体管。高压开关能够以4.1 V恒定的开关频率将4.1 V至18 V电池输入转换为5 V或3.3 V输出,提供高达3 A的电压。在过压条件下,最高可达3 A. 36 V,开关频率折回1 MHz;在高达45 V的负载突降条件下,稳压器关闭。电池连接降压稳压器的输出用作2个同步开关的低压输入。每个下行输出可在1.2 V至3.3 V范围内调节,具有1.5 A电流限制和恒定的2 MHz开关频率。每个开关都有独立的使能和复位引脚,提供额外的电源管理灵活性。对于低Iq工作模式,低压开关被禁用,待机轨由低Iq LDO(高达150 mA)供电,具有典型功能Iq为30 uA。 LDO稳压器与高压开关并联,并在切换器强制进入待机模式时激活。所有3个SMPS输出均采用峰值电流模式控制,内部斜率补偿,内部设置软启动,电池欠压锁定,电池过压保护,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。错误标志可用于诊断。 特性 优势 打嗝过流保护 在短路事件期间降低功耗 具有可调延迟的单个复位引脚 电压监控 可编程扩频 EMI降低 带有可...

  NCP1095 以太网供电 - 供电设备接口控制器 IEEE 802.3bt

  5是符合IEEE.3bt,IEEE 802.3af和/或IEEE 802.3at标准的以太网供电设备(PoE-PD)接口控制器,可实现包括连接照明在内的高功率应用的开发。监控摄像头。 NCP1095集成了PoE系统中的所有功能,例如在浪涌阶段的检测,分类和电流限制。 使用外部传输晶体管,NCP1095可提供高达90瓦的输出电压。 NCP1095还提供Autoclass支持,以根据PD类型和分类优化功率分配。 特性 IEEE 802.3bt,IEEE 802.3af,IEEE 802.3at兼容 - 允许高达90 W的功率 - 保证PoE设备之间的互操作性 安森美半导体PoE-PD解决方案系列的一部分 内置71mΩ传输晶体管,支持高功率应用 包括由PoE或墙上适配器供电的应用程序的辅助检测引脚 支持自动分类(Autoclass)功能,允许供电设备(PSE)有效地为每个受电设备(PD)供电 内置热插拔FET也可提供更高集成度(NCP1096) 应用 终端产品 以太网供电设备(PoE-PD) Internet物联网(IoT) IEEE 802.3bt IEEE 802.3af IEEE 802.3at 数字标牌 卫星数据网 连接照明 视频和VOIP电话 安全摄像机 Pico基...

  3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...

  0 / MC78M00A正线系列器件完全相同,只是它的输出电流仅为输出电流的一半。与MC7800器件一样,MC78M00三端稳压器用于本地卡上电压调节。 内部通道晶体管的内部限流,热关断电路和安全区域补偿相结合,使这些线性稳压器在大多数工作条件下都非常坚固。具有足够散热的最大输出电流为500 mA。 规格:


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