История биполярных плоскостных транзисторов
Данные транзисторы не были первыми устройствами с тремя выводами. До того, как были изобретены транзисторы, уже использовались радиолампы. В электронике триоды в виде радиолампы использовались почти полвека, пока не появились биполярные плоскостные транзисторы. Лампа накаливания, которую придумал Томас Эдисон в начале 80-х годов девятнадцатого столетия, была одним из первых устройств, которые использовали радиолампы в качестве какого-либо электрического применения.
Радиолампы в качестве триодов использовались в разнообразных по конструкции компьютерах вплоть до начала пятидесятых годов 20 века. Однако главная проблема была в том, что более сложные схемы требовали всё больше и больше встроенных в них триодов.
В те дни большой компьютер имел множество стоек, которые занимали радиолампы, что занимало почти целиком большую комнату. Однако размер не был единственной проблемой. Радиолампы потребляли достаточно много энергии. Иногда они подтекали, откуда следовало, что они весьма ненадёжны.
По этой причине учёные и инженеры начали думать о том, как бы изобрести какой-нибудь иной тип устройств с тремя выводами. Поэтому, вместо контроля электрона в вакууме, они начали задумываться о путях его контроля в твёрдых материалах. В 1947, два физика, Джон Бардин и Уолтер Браттейн, работая в лабораториях Белла, открыли его.
Они сближали две точки очень близко одна к другой, так, чтобы они друг друга касались. В действительности, они могли создать устройство с тремя выводами. Таким образом, первый транзистор с точечным контактом был сделан за счёт использования германия, обрезка бумаги и лезвий бритвы.
Затем, Шокли изобрёл биполярный плоскостной транзистор за счёт сдавливания вместе тонких пластин различных полупроводниковых материалов. Транзисторы заменили радиолампы и свершили гигантские изменения в электронике. Бардин и Браттейн вместе с Вильямом Шокли били награждены Нобелевской премией по физике в 1956 году. Они получили её за то, что придумали принцип работы транзистора.
В течение многих лет транзисторы производились как одиночные компоненты, однако в конце 1950-х годов свет увидели интегральные схемы. В этих схемах все компоненты размещались на одной единственной микросхеме. Это лишь часть бесконечной истории биполярных плоскостных транзисторов.
Как применяют биполярные плоскостные транзисторы?
Существует два способа применения данных транзисторов, переключение (включение/выключение) и усиление.
Транзистор как выключатель
Для того чтобы биполярный плоскостной транзистор действовал как выключатель, транзистор имеет смещение для работы в области насыщения или выключения. Данный транзистор будет работать в области выключения как открытый выключатель. В области насыщения эти транзисторы будут действовать как закрытые выключатели.
Открытый выключатель
В области выключения (оба перехода имеют обратное смещение) напряжение, проходящее через CE переход, очень высокое. Напряжение на входе равно нулю, так что электрический ток на базе и электрический ток на коллекторе равны нулю. Отсюда следует, что сопротивление, которое обеспечивается биполярным плоскостным транзистором, очень высоко (в идеале – бесконечно).
Закрытый выключатель
В области насыщения (оба перехода смещены вперёд) высокое напряжение на входе применяется к базе. Значение сопротивления на базе скорректировано таким образом, что присутствует сильный электрический ток на базе.
Имеется небольшое снижение напряжения через переход коллектора-эмиттера в размере от 0,05 до 0,2 V, и ток на коллекторе очень большой. Очень маленький сброс напряжения появляется при прохождении через биполярный плоскостной транзистор, и в принципе такой транзистор можно назвать эквивалентным по отношению к закрытому выключателю.
Биполярный плоскостной транзистор в качестве усилителя
Однокаскадный усилитель с резистивно-ёмкостной связью CE
Этот усилитель показан на рисунке. C1 и C3 являются соединёнными конденсаторами, они используются для блокировки постоянного тока и пропускают лишь ту часть, которая является переменным током. Также они гарантируют, что базовое положение постоянного тока биполярного плоскостного транзистора останется неизменным, даже когда появится что-то на входе. C2 является обходным конденсатором, который увеличивает коэффициент усиления напряжения и обходит резистор R4 для сигналов переменного тока.
Биполярный плоскостной транзистор, который имеет смещение в активной области, использует необходимые компоненты смещения. Точка Q удерживается стабильной в активной области транзистора. Когда на входе появляется энергия, как показано ниже, электрический ток на базе начинает изменяться то вверх, то вниз, отсюда и ток на коллекторе также изменяется как IC = ẞ x IB. Поэтому напряжение, проходящее через R3, усиливается, и оно прямо противоположно (на 180º) по отношению к сигналу на входе.
Таким образом, напряжение, проходящее через R3, соединено с нагрузкой, и усиление имеет место быть. Если точка Q должна находиться в центре нагрузки, будет иметь место очень небольшое искажение формы волны или его не будет вовсе. Напряжение, также как и коэффициент усиления электрического тока усилителя CE, является высоким (коэффициент усиления является фактором, за счёт которого напряжение тока возрастает от входа к выходу). Это обычно используется в радиоприёмниках и как низкочастотный усилитель напряжения.
Для увеличения коэффициента усиления используются многокаскадные усилители. Они подключаются через конденсатор, электрический трансформатор, R-L или прямо соединены, в зависимости от применения. Общий коэффициент усиления является результатом коэффициентов усиления одиночных каскадов.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.