तो, हमारी वेबसाइट पर द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के बारे में कहानी का तीसरा और अंतिम भाग =) आज हम इन अद्भुत उपकरणों को एम्पलीफायरों के रूप में उपयोग करने के बारे में बात करेंगे, संभव पर विचार करें द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर स्विचिंग सर्किटऔर उनके मुख्य फायदे और नुकसान। आएँ शुरू करें!
उच्च आवृत्ति संकेतों का उपयोग करते समय यह सर्किट बहुत अच्छा है। सिद्धांत रूप में, यही कारण है कि ट्रांजिस्टर को सबसे पहले चालू किया जाता है। बहुत बड़े नुकसान कम इनपुट प्रतिरोध और निश्चित रूप से, वर्तमान प्रवर्धन की कमी हैं। स्वयं देखें, इनपुट पर हमारे पास एमिटर करंट है, आउटपुट पर।
अर्थात्, उत्सर्जक धारा, संग्राहक धारा से थोड़ी मात्रा में आधार धारा से अधिक होती है। इसका मतलब यह है कि कोई करंट गेन नहीं है, इसके अलावा, आउटपुट करंट इनपुट करंट से थोड़ा कम है। हालाँकि, दूसरी ओर, इस सर्किट में काफी बड़ा वोल्टेज ट्रांसफर गुणांक है) ये फायदे और नुकसान हैं, आइए जारी रखें…।
एक सामान्य संग्राहक के साथ द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए कनेक्शन आरेख
एक सामान्य संग्राहक वाले द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का वायरिंग आरेख इस प्रकार दिखता है। क्या यह आपको किसी चीज़ की याद दिलाता है?) यदि हम सर्किट को थोड़े अलग कोण से देखते हैं, तो हम यहां अपने पुराने मित्र - एमिटर फॉलोअर को पहचानते हैं। इसके बारे में लगभग एक संपूर्ण लेख था (), इसलिए हमने इस योजना से संबंधित सभी चीज़ों को पहले ही कवर कर लिया है। इस बीच, हम सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले सर्किट की प्रतीक्षा कर रहे हैं - एक सामान्य उत्सर्जक के साथ।
एक सामान्य उत्सर्जक के साथ द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए कनेक्शन सर्किट।
इस सर्किट ने अपने प्रवर्धक गुणों के कारण लोकप्रियता अर्जित की है। सभी सर्किटों में से, यह करंट और वोल्टेज में सबसे बड़ा लाभ देता है; तदनुसार, सिग्नल पावर में वृद्धि भी बड़ी है। सर्किट का नुकसान यह है कि बढ़ते तापमान और सिग्नल आवृत्ति से प्रवर्धन गुण काफी प्रभावित होते हैं।
हम सभी सर्किटों से परिचित हो गए, अब आइए द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (एक सामान्य उत्सर्जक के साथ) पर आधारित अंतिम (लेकिन सबसे महत्वपूर्ण नहीं) एम्पलीफायर सर्किट पर करीब से नज़र डालें। सबसे पहले, आइए इसे थोड़ा अलग तरीके से चित्रित करें:
यहां एक माइनस है - ग्राउंडेड एमिटर। जब ट्रांजिस्टर को इस तरह से चालू किया जाता है, तो आउटपुट पर नॉनलाइनियर विकृतियां होती हैं, जिनका निश्चित रूप से मुकाबला किया जाना चाहिए। एमिटर-बेस जंक्शन वोल्टेज पर इनपुट वोल्टेज के प्रभाव के कारण नॉनलाइनरिटी होती है। वास्तव में, एमिटर सर्किट में कुछ भी "अतिरिक्त" नहीं है; संपूर्ण इनपुट वोल्टेज बेस-एमिटर जंक्शन पर सटीक रूप से लागू होता है। इस घटना से निपटने के लिए, हम उत्सर्जक सर्किट में एक अवरोधक जोड़ते हैं। तो हम पाते हैं नकारात्मक प्रतिपुष्टि।
यह क्या है?
संक्षेप में कहें तो नकारात्मक व्युत्क्रम सिद्धांतवां संचारइस तथ्य में निहित है कि आउटपुट वोल्टेज का कुछ हिस्सा इनपुट में स्थानांतरित किया जाता है और इनपुट सिग्नल से घटाया जाता है। स्वाभाविक रूप से, इससे लाभ में कमी आती है, क्योंकि फीडबैक के प्रभाव के कारण ट्रांजिस्टर के इनपुट को फीडबैक के अभाव की तुलना में कम वोल्टेज मान प्राप्त होगा।
फिर भी, नकारात्मक प्रतिक्रिया हमारे लिए बहुत उपयोगी है। आइए देखें कि यह बेस और एमिटर के बीच वोल्टेज पर इनपुट वोल्टेज के प्रभाव को कम करने में कैसे मदद करेगा।
इसलिए, भले ही कोई फीडबैक न हो, इनपुट सिग्नल में 0.5 V की वृद्धि से समान वृद्धि होती है। यहां सब कुछ स्पष्ट है 😉 और अब फीडबैक जोड़ते हैं! और इसी तरह, हम इनपुट वोल्टेज को 0.5 V तक बढ़ाते हैं। इसके बाद, , बढ़ता है, जिससे एमिटर करंट में वृद्धि होती है। और वृद्धि से फीडबैक अवरोधक में वोल्टेज में वृद्धि होती है। ऐसा लगेगा, इसमें ग़लत क्या है? लेकिन यह वोल्टेज इनपुट से घटा दिया जाता है! देखिये क्या हुआ:
इनपुट वोल्टेज बढ़ गया है - उत्सर्जक धारा बढ़ गई है - नकारात्मक प्रतिक्रिया अवरोधक पर वोल्टेज बढ़ गया है - इनपुट वोल्टेज कम हो गया है (घटाव के कारण) - वोल्टेज कम हो गया है।
अर्थात्, इनपुट सिग्नल बदलने पर नकारात्मक प्रतिक्रिया बेस-एमिटर वोल्टेज को बदलने से रोकती है।
परिणामस्वरूप, एक सामान्य उत्सर्जक के साथ हमारे एम्पलीफायर सर्किट को उत्सर्जक सर्किट में एक अवरोधक के साथ पूरक किया गया था:
हमारे एम्पलीफायर के साथ एक और समस्या है। यदि इनपुट पर एक नकारात्मक वोल्टेज मान दिखाई देता है, तो ट्रांजिस्टर तुरंत बंद हो जाएगा (बेस वोल्टेज एमिटर वोल्टेज से कम हो जाएगा और बेस-एमिटर डायोड बंद हो जाएगा), और आउटपुट पर कुछ भी नहीं होगा। यह किसी तरह बहुत अच्छा नहीं है) इसलिए, इसे बनाना आवश्यक है पक्षपात. इसे भाजक का उपयोग करके निम्नानुसार किया जा सकता है:
हमें ऐसी सुंदरता मिली 😉 यदि प्रतिरोधक समान हैं, तो उनमें से प्रत्येक पर वोल्टेज 6V (12V / 2) के बराबर होगा। इस प्रकार, इनपुट पर सिग्नल की अनुपस्थिति में, आधार क्षमता +6V होगी। यदि एक नकारात्मक मान, उदाहरण के लिए -4V, इनपुट पर आता है, तो आधार क्षमता +2V के बराबर होगी, अर्थात, मान सकारात्मक है और ट्रांजिस्टर के सामान्य संचालन में हस्तक्षेप नहीं करता है। बेस सर्किट में ऑफसेट बनाना कितना उपयोगी है)
हम अपनी योजना को और कैसे सुधार सकते हैं...
आइए जानें कि हम किस सिग्नल को बढ़ाएंगे, यानी हम उसके पैरामीटर जानते हैं, विशेष रूप से आवृत्ति। यह बहुत अच्छा होगा यदि इनपुट पर उपयोगी प्रवर्धित सिग्नल के अलावा कुछ भी न हो। यह कैसे सुनिश्चित करें? बेशक, एक हाई-पास फिल्टर का उपयोग करते हुए) आइए एक संधारित्र जोड़ें, जो एक पूर्वाग्रह अवरोधक के साथ मिलकर एक हाई-पास फिल्टर बनाता है:
इस तरह सर्किट, जिसमें ट्रांजिस्टर के अलावा लगभग कुछ भी नहीं था, अतिरिक्त तत्वों से भर गया था 😉 शायद हम वहां रुकेंगे; जल्द ही द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर पर आधारित एम्पलीफायर की व्यावहारिक गणना के लिए समर्पित एक लेख होगा। इसमें हम सिर्फ संकलन ही नहीं करेंगे एम्पलीफायर सर्किट आरेख, लेकिन हम सभी तत्वों की रेटिंग की भी गणना करेंगे, और साथ ही हमारे उद्देश्यों के लिए उपयुक्त ट्रांजिस्टर का चयन करेंगे। जल्द ही फिर मिलेंगे! =)
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर मिश्र धातु सामग्री से बने होते हैं और दो प्रकार के हो सकते हैं - एनपीएन और पीएनपी। एक ट्रांजिस्टर में तीन टर्मिनल होते हैं जिन्हें एमिटर (ई), बेस (बी) और कलेक्टर (के) के नाम से जाना जाता है। नीचे दिया गया चित्र एक एनपीएन ट्रांजिस्टर दिखाता है, जहां, मुख्य ऑपरेटिंग मोड (सक्रिय, संतृप्ति, कटऑफ) में, कलेक्टर की सकारात्मक क्षमता होती है, उत्सर्जक नकारात्मक होता है, और आधार का उपयोग ट्रांजिस्टर की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।
इस लेख में अर्धचालकों की भौतिकी पर चर्चा नहीं की जाएगी, हालांकि, यह उल्लेखनीय है कि एक द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर में तीन अलग-अलग भाग होते हैं, जो दो पी-एन जंक्शनों से अलग होते हैं। एक पीएनपी ट्रांजिस्टर में एक एन क्षेत्र होता है जो दो पी क्षेत्रों से अलग होता है:
एक एनपीएन ट्रांजिस्टर में एक पी क्षेत्र दो एन क्षेत्रों के बीच सैंडविच होता है:
एन और पी क्षेत्रों के बीच के जंक्शन जंक्शनों के समान हैं, और वे आगे के पक्षपाती या रिवर्स पक्षपाती पी-एन जंक्शन भी हो सकते हैं। ये उपकरण विस्थापन के प्रकार के आधार पर विभिन्न मोड में काम कर सकते हैं:
- कट-ऑफ: इस मोड में काम स्विच करते समय भी होता है। उत्सर्जक और संग्राहक के बीच कोई धारा प्रवाहित नहीं होती, व्यावहारिक रूप से यह एक "खुला सर्किट" है, अर्थात, "संपर्क खुला है"।
- सक्रिय मोड: ट्रांजिस्टर एम्पलीफायर सर्किट में काम करता है। इस विधा में इसकी विशेषता लगभग रैखिक होती है। उत्सर्जक और संग्राहक के बीच एक धारा प्रवाहित होती है, जिसका परिमाण उत्सर्जक और आधार के बीच पूर्वाग्रह (नियंत्रण) वोल्टेज के मूल्य पर निर्भर करता है।
- संतृप्ति: स्विच करते समय काम करता है। उत्सर्जक और संग्राहक के बीच व्यावहारिक रूप से एक "शॉर्ट सर्किट" होता है, अर्थात, "संपर्क बंद है।"
- व्युत्क्रम सक्रिय मोड: सक्रिय मोड की तरह, ट्रांजिस्टर धारा आधार धारा के समानुपाती होती है, लेकिन विपरीत दिशा में बहती है। बहुत ही कम प्रयोग किया जाता है.
एनपीएन ट्रांजिस्टर में, कलेक्टर से उत्सर्जक तक करंट बनाने के लिए कलेक्टर पर एक सकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है। पीएनपी ट्रांजिस्टर में, उत्सर्जक से कलेक्टर तक करंट बनाने के लिए उत्सर्जक पर एक सकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है। एनपीएन में, कलेक्टर (के) से उत्सर्जक (ई) तक धारा प्रवाहित होती है:
और पीएनपी में, धारा उत्सर्जक से संग्राहक तक प्रवाहित होती है:
यह स्पष्ट है कि पीएनपी और एनपीएन में करंट और वोल्टेज ध्रुवता की दिशाएँ हमेशा एक दूसरे के विपरीत होती हैं। एनपीएन ट्रांजिस्टर को सामान्य टर्मिनलों के सापेक्ष सकारात्मक ध्रुवता वाली आपूर्ति की आवश्यकता होती है, और पीएनपी ट्रांजिस्टर को नकारात्मक आपूर्ति की आवश्यकता होती है।
पीएनपी और एनपीएन लगभग समान रूप से काम करते हैं, लेकिन ध्रुवता के कारण उनके मोड अलग-अलग हैं। उदाहरण के लिए, एनपीएन को संतृप्ति मोड में डालने के लिए, यू बी को यू के और यू ई से अधिक होना चाहिए। नीचे उनके वोल्टेज के आधार पर ऑपरेटिंग मोड का संक्षिप्त विवरण दिया गया है:
किसी भी द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का मूल संचालन सिद्धांत उत्सर्जक और संग्राहक के बीच धारा के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए आधार धारा को नियंत्रित करना है। एनपीएन और पीएनपी ट्रांजिस्टर का संचालन सिद्धांत समान है। एकमात्र अंतर उनके एन-पी-एन और पी-एन-पी जंक्शनों, यानी एमिटर-बेस-कलेक्टर पर लागू वोल्टेज की ध्रुवीयता है।
विद्युत धारा के अर्धचालक नियंत्रण का सिद्धांत बीसवीं सदी की शुरुआत में ज्ञात हुआ था। भले ही इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरों को पता था कि ट्रांजिस्टर कैसे काम करता है, फिर भी उन्होंने वैक्यूम ट्यूबों के आधार पर उपकरणों को डिजाइन करना जारी रखा। सेमीकंडक्टर ट्रायोड के प्रति ऐसे अविश्वास का कारण पहले बिंदु-बिंदु ट्रांजिस्टर की अपूर्णता थी। जर्मेनियम ट्रांजिस्टर के परिवार में स्थिर विशेषताएं नहीं थीं और वे तापमान की स्थिति पर अत्यधिक निर्भर थे।
मोनोलिथिक सिलिकॉन ट्रांजिस्टर ने 50 के दशक के अंत में ही वैक्यूम ट्यूबों के साथ गंभीरता से प्रतिस्पर्धा करना शुरू कर दिया था। उस समय से, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग तेजी से विकसित होना शुरू हुआ, और कॉम्पैक्ट सेमीकंडक्टर ट्रायोड ने सक्रिय रूप से इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस सर्किट से ऊर्जा-गहन लैंप को बदल दिया। एकीकृत सर्किट के आगमन के साथ, जहां ट्रांजिस्टर की संख्या अरबों तक पहुंच सकती है, सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स ने उपकरणों को छोटा करने की लड़ाई में भारी जीत हासिल की है।
ट्रांजिस्टर क्या है?
अपने आधुनिक अर्थ में, एक ट्रांजिस्टर एक अर्धचालक रेडियो तत्व है जिसे विद्युत प्रवाह के मापदंडों को बदलने और इसे नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक पारंपरिक अर्धचालक ट्रायोड में तीन टर्मिनल होते हैं: एक आधार, जो नियंत्रण संकेत प्राप्त करता है, एक उत्सर्जक और एक संग्राहक। उच्च शक्ति मिश्रित ट्रांजिस्टर भी हैं।
अर्धचालक उपकरणों के आकार का पैमाना हड़ताली है - कई नैनोमीटर (माइक्रोसर्किट में उपयोग किए जाने वाले अनपैकेज्ड तत्व) से लेकर बिजली संयंत्रों और औद्योगिक उपकरणों के लिए शक्तिशाली ट्रांजिस्टर के व्यास में सेंटीमीटर तक। औद्योगिक ट्रायोड का रिवर्स वोल्टेज 1000 V तक पहुंच सकता है।
उपकरण
संरचनात्मक रूप से, ट्रायोड में एक आवास में संलग्न अर्धचालक परतें होती हैं। अर्धचालक सिलिकॉन, जर्मेनियम, गैलियम आर्सेनाइड और अन्य रासायनिक तत्वों पर आधारित सामग्री हैं। आज, अर्धचालक सामग्रियों की भूमिका के लिए कुछ प्रकार के पॉलिमर और यहां तक कि कार्बन नैनोट्यूब तैयार करने के लिए अनुसंधान किया जा रहा है। जाहिर तौर पर निकट भविष्य में हम ग्राफीन क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के नए गुणों के बारे में जानेंगे।
पहले, अर्धचालक क्रिस्टल तीन पैरों वाले ढक्कन के रूप में धातु के मामलों में स्थित होते थे। यह डिज़ाइन पॉइंट-पॉइंट ट्रांजिस्टर के लिए विशिष्ट था।
आज, सिलिकॉन सेमीकंडक्टर उपकरणों सहित अधिकांश फ्लैट के डिजाइन कुछ हिस्सों में डोप किए गए एकल क्रिस्टल के आधार पर बनाए जाते हैं। उन्हें प्लास्टिक, धातु-कांच या धातु-सिरेमिक मामलों में दबाया जाता है। उनमें से कुछ में गर्मी अपव्यय के लिए उभरी हुई धातु की प्लेटें होती हैं, जो रेडिएटर्स से जुड़ी होती हैं।
आधुनिक ट्रांजिस्टर के इलेक्ट्रोड एक पंक्ति में व्यवस्थित होते हैं। पैरों की यह व्यवस्था स्वचालित बोर्ड असेंबली के लिए सुविधाजनक है। आवासों पर टर्मिनल अंकित नहीं हैं। इलेक्ट्रोड का प्रकार संदर्भ पुस्तकों या माप द्वारा निर्धारित किया जाता है।
ट्रांजिस्टर के लिए, विभिन्न संरचनाओं जैसे पी-एन-पी या एन-पी-एन वाले अर्धचालक क्रिस्टल का उपयोग किया जाता है। वे इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज की ध्रुवीयता में भिन्न होते हैं।
योजनाबद्ध रूप से, एक ट्रांजिस्टर की संरचना को एक अतिरिक्त परत द्वारा अलग किए गए दो अर्धचालक डायोड के रूप में दर्शाया जा सकता है। (चित्र 1 देखें)। यह इस परत की उपस्थिति है जो आपको अर्धचालक ट्रायोड की चालकता को नियंत्रित करने की अनुमति देती है।
चावल। 1. ट्रांजिस्टर की संरचना
चित्र 1 योजनाबद्ध रूप से द्विध्रुवी ट्रायोड की संरचना को दर्शाता है। क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का एक वर्ग भी है, जिसकी चर्चा नीचे की जाएगी।
बुनियादी संचालन सिद्धांत
विश्राम के समय, द्विध्रुवी ट्रायोड के संग्राहक और उत्सर्जक के बीच कोई धारा प्रवाहित नहीं होती है। विद्युत धारा को उत्सर्जक जंक्शन के प्रतिरोध द्वारा रोका जाता है, जो परतों की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। ट्रांजिस्टर को चालू करने के लिए, आपको इसके आधार पर एक छोटा वोल्टेज लागू करना होगा।
चित्र 2 एक ट्रायोड के कार्य सिद्धांत को समझाने वाला एक आरेख दिखाता है।
चावल। 2. परिचालन सिद्धांत आधार धाराओं को नियंत्रित करके, आप डिवाइस को चालू और बंद कर सकते हैं। यदि एनालॉग सिग्नल को आधार पर लागू किया जाता है, तो यह आउटपुट धाराओं के आयाम को बदल देगा। इस मामले में, आउटपुट सिग्नल बेस इलेक्ट्रोड पर दोलन आवृत्ति को बिल्कुल दोहराएगा। दूसरे शब्दों में, इनपुट पर प्राप्त विद्युत संकेत को प्रवर्धित किया जाएगा।
इस प्रकार, सेमीकंडक्टर ट्रायोड इलेक्ट्रॉनिक स्विच मोड या इनपुट सिग्नल एम्प्लीफिकेशन मोड में काम कर सकते हैं।
इलेक्ट्रॉनिक कुंजी मोड में डिवाइस के संचालन को चित्र 3 से समझा जा सकता है।
चावल। 3. स्विच मोड में ट्रायोड आरेखों पर पदनाम
सामान्य पदनाम: "वीटी" या "क्यू", उसके बाद एक स्थितीय सूचकांक। उदाहरण के लिए, वीटी 3. पहले के आरेखों पर आप पुराने पदनाम पा सकते हैं: "टी", "पीपी" या "पीटी"। ट्रांजिस्टर को प्रतीकात्मक रेखाओं के रूप में दर्शाया गया है जो संबंधित इलेक्ट्रोडों को दर्शाती हैं, चाहे वे गोलाकार हों या नहीं। उत्सर्जक में धारा की दिशा एक तीर द्वारा इंगित की जाती है।
चित्र 4 एक यूएलएफ सर्किट दिखाता है जिसमें ट्रांजिस्टर को एक नए तरीके से नामित किया गया है, और चित्र 5 विभिन्न प्रकार के क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर की योजनाबद्ध छवियां दिखाता है।
चावल। 4. ट्रायोड का उपयोग करते हुए यूएलएफ सर्किट का उदाहरण
ट्रांजिस्टर के प्रकार
उनके संचालन सिद्धांत और संरचना के आधार पर, अर्धचालक ट्रायोड को प्रतिष्ठित किया जाता है:
- मैदान;
- द्विध्रुवी;
- संयुक्त.
ये ट्रांजिस्टर समान कार्य करते हैं, लेकिन उनके संचालन के सिद्धांत में अंतर हैं।
मैदान
इस प्रकार के ट्रायोड को इसके विद्युत गुणों के कारण एकध्रुवीय भी कहा जाता है - इनमें केवल एक ध्रुवता की धारा प्रवाहित होती है। उनकी संरचना और नियंत्रण के प्रकार के आधार पर, इन उपकरणों को 3 प्रकारों में विभाजित किया गया है:
- नियंत्रण पी-एन जंक्शन वाले ट्रांजिस्टर (चित्र 6)।
- एक इंसुलेटेड गेट के साथ (अंतर्निहित या प्रेरित चैनल के साथ उपलब्ध)।
- एमआईएस, संरचना के साथ: धातु-ढांकता हुआ-कंडक्टर।
इंसुलेटेड गेट की एक विशिष्ट विशेषता इसके और चैनल के बीच एक ढांकता हुआ की उपस्थिति है।
हिस्से स्थैतिक बिजली के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं।
फ़ील्ड ट्रायोड के सर्किट चित्र 5 में दिखाए गए हैं।
चावल। 5. क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर 
चावल। 6. वास्तविक क्षेत्र-प्रभाव ट्रायोड का फोटो इलेक्ट्रोड के नामों पर ध्यान दें: नाली, स्रोत और गेट।
फ़ील्ड प्रभाव ट्रांजिस्टर बहुत कम बिजली की खपत करते हैं। वे छोटी बैटरी या रिचार्जेबल बैटरी पर एक वर्ष से अधिक समय तक काम कर सकते हैं। इसलिए, इनका व्यापक रूप से आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे रिमोट कंट्रोल, मोबाइल गैजेट्स आदि में उपयोग किया जाता है।
द्विध्रुवी
इस प्रकार के ट्रांजिस्टर के बारे में उपधारा "बुनियादी संचालन सिद्धांत" में बहुत कुछ कहा गया है। आइए केवल इस बात पर ध्यान दें कि डिवाइस को एक चैनल के माध्यम से विपरीत संकेतों के चार्ज को पारित करने की क्षमता के कारण "बाइपोलर" नाम मिला। उनकी विशेषता कम आउटपुट प्रतिबाधा है।
ट्रांजिस्टर सिग्नल को बढ़ाते हैं और स्विचिंग डिवाइस के रूप में कार्य करते हैं। एक काफी शक्तिशाली लोड को कलेक्टर सर्किट से जोड़ा जा सकता है। उच्च संग्राहक धारा के कारण भार प्रतिरोध को कम किया जा सकता है।
आइए नीचे अधिक विस्तार से संरचना और संचालन के सिद्धांत को देखें।
संयुक्त
एक अलग तत्व के उपयोग से कुछ विद्युत मापदंडों को प्राप्त करने के लिए, ट्रांजिस्टर डेवलपर्स संयुक्त डिजाइन का आविष्कार करते हैं। उनमें से हैं:
- एम्बेडेड प्रतिरोधों और उनके सर्किट के साथ;
- एक पैकेज में दो ट्रायोड (समान या भिन्न संरचना) का संयोजन;
- लैम्ब्डा डायोड - नकारात्मक प्रतिरोध के साथ एक खंड बनाने वाले दो क्षेत्र-प्रभाव ट्रायोड का संयोजन;
- ऐसे डिज़ाइन जिनमें एक इंसुलेटेड गेट वाला फ़ील्ड-इफ़ेक्ट ट्रायोड एक द्विध्रुवी ट्रायोड (इलेक्ट्रिक मोटर्स को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है) को नियंत्रित करता है।
संयुक्त ट्रांजिस्टर, वास्तव में, एक पैकेज में एक प्राथमिक माइक्रोक्रिकिट हैं।
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर कैसे काम करता है? नौसिखियों के लिए निर्देश
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का संचालन अर्धचालकों के गुणों और उनके संयोजन पर आधारित है। ट्रायोड के संचालन के सिद्धांत को समझने के लिए, आइए विद्युत परिपथों में अर्धचालकों के व्यवहार को समझें।
अर्धचालक.
कुछ क्रिस्टल, जैसे सिलिकॉन, जर्मेनियम, आदि, ढांकता हुआ हैं। लेकिन उनमें एक विशेषता है - यदि आप कुछ अशुद्धियाँ जोड़ते हैं, तो वे विशेष गुणों वाले कंडक्टर बन जाते हैं।
कुछ योजक (दाता) मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति का कारण बनते हैं, जबकि अन्य (स्वीकर्ता) "छेद" बनाते हैं।
यदि, उदाहरण के लिए, सिलिकॉन को फॉस्फोरस (दाता) के साथ मिलाया जाता है, तो हमें इलेक्ट्रॉनों की अधिकता (एन-सी संरचना) के साथ एक अर्धचालक प्राप्त होता है। बोरॉन (एक स्वीकर्ता) जोड़ने से, डोप्ड सिलिकॉन एक छेद-संचालन अर्धचालक (पी-सी) बन जाएगा, अर्थात, इसकी संरचना में सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों का प्रभुत्व होगा।
एकतरफ़ा संचालन.
आइए एक विचार प्रयोग करें: दो अलग-अलग प्रकार के अर्धचालकों को एक शक्ति स्रोत से जोड़ें और हमारे डिज़ाइन को करंट की आपूर्ति करें। कुछ अप्रत्याशित घटित होगा. यदि आप नकारात्मक तार को एन-प्रकार के क्रिस्टल से जोड़ते हैं, तो सर्किट पूरा हो जाएगा। हालाँकि, जब हम ध्रुवता को उलट देते हैं, तो सर्किट में कोई बिजली नहीं होगी। ऐसा क्यों हो रहा है?
विभिन्न प्रकार की चालकता वाले क्रिस्टलों को जोड़ने के परिणामस्वरूप, उनके बीच पी-एन जंक्शन वाला एक क्षेत्र बनता है। एन-प्रकार के क्रिस्टल से कुछ इलेक्ट्रॉन (आवेश वाहक) छिद्र चालकता वाले क्रिस्टल में प्रवाहित होंगे और संपर्क क्षेत्र में छिद्रों को पुनः संयोजित करेंगे।
परिणामस्वरूप, असंतुलित आवेश उत्पन्न होते हैं: एन-प्रकार क्षेत्र में - नकारात्मक आयनों से, और पी-प्रकार क्षेत्र में सकारात्मक आयनों से। संभावित अंतर 0.3 से 0.6 वी तक मान तक पहुंचता है।
वोल्टेज और अशुद्धता एकाग्रता के बीच संबंध सूत्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:
φ= वी टी*एलएन( एन* एनपी)/एन 2 मैं , कहाँ
वी टी – थर्मोडायनामिक तनाव का मूल्य, एनऔर एनपी – क्रमशः इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की सांद्रता, और n i आंतरिक सांद्रता को दर्शाता है।
जब एक प्लस को पी-कंडक्टर और एक माइनस को एन-टाइप सेमीकंडक्टर से जोड़ा जाता है, तो विद्युत आवेश बाधा को दूर कर देंगे, क्योंकि उनका आंदोलन पी-एन जंक्शन के अंदर विद्युत क्षेत्र के खिलाफ निर्देशित होगा। इस मामले में, संक्रमण खुला है. लेकिन यदि ध्रुव उलट जाएं तो संक्रमण बंद हो जाएगा। इसलिए निष्कर्ष: पी-एन जंक्शन एक-तरफ़ा चालकता बनाता है। इस गुण का उपयोग डायोड के डिज़ाइन में किया जाता है।
डायोड से ट्रांजिस्टर तक.
आइए प्रयोग को जटिल बनाएं। आइए समान संरचना वाले दो अर्धचालकों के बीच एक और परत जोड़ें। उदाहरण के लिए, पी-टाइप सिलिकॉन वेफर्स के बीच हम एक चालकता परत (एन-सी) डालते हैं। संपर्क क्षेत्रों में क्या होगा इसका अंदाज़ा लगाना मुश्किल नहीं है. ऊपर वर्णित प्रक्रिया के अनुरूप, पी-एन जंक्शन वाले क्षेत्र बनते हैं जो वर्तमान की ध्रुवीयता की परवाह किए बिना, उत्सर्जक और कलेक्टर के बीच विद्युत आवेशों की गति को अवरुद्ध कर देंगे।
सबसे दिलचस्प बात तब होगी जब हम परत (आधार) पर थोड़ा सा वोल्टेज लागू करेंगे। हमारे मामले में, हम एक नकारात्मक चिह्न के साथ करंट लागू करेंगे। जैसे डायोड के मामले में, एक एमिटर-बेस सर्किट बनता है जिसके माध्यम से करंट प्रवाहित होगा। साथ ही, परत छिद्रों से संतृप्त होने लगेगी, जिससे उत्सर्जक और संग्राहक के बीच छिद्र संचालन शुरू हो जाएगा।
चित्र 7 को देखें। यह दर्शाता है कि सकारात्मक आयनों ने हमारी सशर्त संरचना के पूरे स्थान को भर दिया है और अब कोई भी चीज़ धारा के संचालन में हस्तक्षेप नहीं करती है। हमने पी-एन-पी संरचना वाले द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का एक दृश्य मॉडल प्राप्त किया है।
चावल। 7. ट्रायोड के संचालन का सिद्धांत जब आधार डी-एनर्जेटिक होता है, तो ट्रांजिस्टर बहुत जल्दी अपनी मूल स्थिति में लौट आता है और कलेक्टर जंक्शन बंद हो जाता है।
डिवाइस एम्प्लीफिकेशन मोड में भी काम कर सकता है।
संग्राहक धारा सीधे आधार धारा के समानुपाती होती है : मैंको= ß* मैंबी , कहाँ ß – वर्तमान लाभ, मैंबी – आधार धारा.
यदि आप नियंत्रण धारा का मान बदलते हैं, तो आधार पर छेद निर्माण की तीव्रता बदल जाएगी, जिससे सिग्नल आवृत्ति को बनाए रखते हुए आउटपुट वोल्टेज के आयाम में आनुपातिक परिवर्तन होगा। इस सिद्धांत का उपयोग संकेतों को बढ़ाने के लिए किया जाता है।
आधार पर कमजोर दालों को लागू करने से, आउटपुट पर हमें समान प्रवर्धन आवृत्ति मिलती है, लेकिन बहुत बड़े आयाम के साथ (कलेक्टर-एमिटर सर्किट पर लागू वोल्टेज द्वारा निर्धारित)।
एनपीएन ट्रांजिस्टर इसी तरह से काम करते हैं। केवल वोल्टेज की ध्रुवीयता बदलती है। एन-पी-एन संरचना वाले उपकरणों में प्रत्यक्ष चालकता होती है। पीएनपी प्रकार के ट्रांजिस्टर में विपरीत चालकता होती है।
यह जोड़ना बाकी है कि अर्धचालक क्रिस्टल प्रकाश के पराबैंगनी स्पेक्ट्रम के समान तरीके से प्रतिक्रिया करता है। फोटॉन प्रवाह को चालू और बंद करके, या इसकी तीव्रता को समायोजित करके, आप ट्रायोड के संचालन को नियंत्रित कर सकते हैं या अर्धचालक प्रतिरोधी के प्रतिरोध को बदल सकते हैं।
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर कनेक्शन सर्किट
सर्किट डिजाइनर निम्नलिखित कनेक्शन योजनाओं का उपयोग करते हैं: एक सामान्य आधार, सामान्य उत्सर्जक इलेक्ट्रोड और एक सामान्य कलेक्टर के साथ कनेक्शन (चित्र 8)।
चावल। 8. द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए कनेक्शन आरेख एक सामान्य आधार वाले एम्पलीफायरों की विशेषता यह है:
- कम इनपुट प्रतिबाधा, जो 100 ओम से अधिक नहीं है;
- ट्रायोड के अच्छे तापमान गुण और आवृत्ति विशेषताएँ;
- उच्च अनुमेय वोल्टेज;
- दो अलग-अलग ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकता है।
सामान्य उत्सर्जक सर्किट में हैं:
- उच्च धारा और वोल्टेज लाभ;
- कम बिजली लाभ;
- इनपुट के सापेक्ष आउटपुट वोल्टेज का व्युत्क्रमण।
इस कनेक्शन के लिए, एक शक्ति स्रोत पर्याप्त है।
"सामान्य संग्राहक" सिद्धांत पर आधारित कनेक्शन आरेख प्रदान करता है:
- उच्च इनपुट और कम आउटपुट प्रतिरोध;
- कम वोल्टेज लाभ कारक (< 1).
फ़ील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर कैसे काम करता है? नौसिखियों के लिए स्पष्टीकरण
क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर की संरचना द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर से इस मायने में भिन्न होती है कि इसमें मौजूद धारा पी-एन जंक्शन क्षेत्र को पार नहीं करती है। आवेश एक नियंत्रित क्षेत्र से होकर गुजरते हैं जिसे गेट कहा जाता है। गेट थ्रूपुट को वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है।
पी-एन ज़ोन का स्थान विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में घटता या बढ़ता है (चित्र 9 देखें)। मुक्त आवेश वाहकों की संख्या तदनुसार बदलती रहती है - पूर्ण विनाश से लेकर अत्यधिक संतृप्ति तक। गेट पर इस प्रभाव के परिणामस्वरूप, ड्रेन इलेक्ट्रोड (संपर्क जो संसाधित करंट को आउटपुट करते हैं) पर करंट नियंत्रित होता है। आने वाली धारा स्रोत संपर्कों के माध्यम से बहती है।
चित्र 9. पी-एन जंक्शन के साथ क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर अंतर्निर्मित और प्रेरित चैनल वाले फ़ील्ड ट्रायोड एक समान सिद्धांत पर काम करते हैं। आपने चित्र 5 में उनके चित्र देखे।
क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर कनेक्शन सर्किट
व्यवहार में, कनेक्शन आरेखों का उपयोग द्विध्रुवी ट्रायोड के अनुरूप किया जाता है:
- एक सामान्य स्रोत के साथ - करंट और पावर में बड़ा लाभ पैदा करता है;
- सामान्य गेट सर्किट कम इनपुट प्रतिबाधा और कम लाभ प्रदान करते हैं (सीमित उपयोग है);
- कॉमन-ड्रेन सर्किट जो कॉमन-एमिटर सर्किट की तरह ही काम करते हैं।
चित्र 10 विभिन्न कनेक्शन योजनाएं दिखाता है।
चावल। 10. फ़ील्ड ट्रायोड कनेक्शन आरेख की छवि लगभग हर सर्किट बहुत कम इनपुट वोल्टेज पर काम करने में सक्षम है।
सरल भाषा में ट्रांजिस्टर के संचालन के सिद्धांत को समझाने वाले वीडियो
पीएनपी ट्रांजिस्टर एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है, एक निश्चित अर्थ में एनपीएन ट्रांजिस्टर का उलटा। इस प्रकार के ट्रांजिस्टर डिज़ाइन में, इसके पीएन जंक्शन एनपीएन प्रकार के संबंध में रिवर्स पोलरिटी के वोल्टेज द्वारा खोले जाते हैं। डिवाइस के प्रतीक में, तीर, जो उत्सर्जक आउटपुट को भी निर्धारित करता है, इस बार ट्रांजिस्टर प्रतीक के अंदर इंगित करता है।
डिवाइस डिज़ाइन
पीएनपी-प्रकार ट्रांजिस्टर के डिज़ाइन सर्किट में एन-प्रकार सामग्री के एक क्षेत्र के दोनों ओर पी-प्रकार अर्धचालक सामग्री के दो क्षेत्र होते हैं, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।
तीर उत्सर्जक और उसके वर्तमान की आम तौर पर स्वीकृत दिशा (पीएनपी ट्रांजिस्टर के लिए "अंदर की ओर") की पहचान करता है।
पीएनपी ट्रांजिस्टर में इसके एनपीएन द्विध्रुवी समकक्ष के समान विशेषताएं हैं, सिवाय इसके कि इसमें धाराओं और वोल्टेज ध्रुवीयताओं की दिशाएं संभावित तीन कनेक्शन योजनाओं में से किसी के लिए उलट हैं: सामान्य आधार, सामान्य उत्सर्जक और सामान्य कलेक्टर।
दो प्रकार के द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के बीच मुख्य अंतर
उनके बीच मुख्य अंतर यह है कि छेद पीएनपी ट्रांजिस्टर के लिए मुख्य वर्तमान वाहक हैं, एनपीएन ट्रांजिस्टर में इस क्षमता में इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसलिए, ट्रांजिस्टर को आपूर्ति करने वाले वोल्टेज की ध्रुवताएं उलट जाती हैं, और इसका इनपुट करंट आधार से प्रवाहित होता है। इसके विपरीत, एक एनपीएन ट्रांजिस्टर के साथ, बेस करंट इसमें प्रवाहित होता है, जैसा कि दोनों प्रकार के उपकरणों को एक सामान्य आधार और एक सामान्य उत्सर्जक के साथ जोड़ने के लिए सर्किट आरेख में नीचे दिखाया गया है।
पीएनपी-प्रकार ट्रांजिस्टर का ऑपरेटिंग सिद्धांत बहुत बड़े एमिटर-कलेक्टर करंट को नियंत्रित करने के लिए एक छोटे (एनपीएन-प्रकार की तरह) बेस करंट और एक नकारात्मक (एनपीएन-प्रकार के विपरीत) बेस बायस वोल्टेज के उपयोग पर आधारित है। दूसरे शब्दों में, पीएनपी ट्रांजिस्टर के लिए, उत्सर्जक आधार के संबंध में और कलेक्टर के संबंध में भी अधिक सकारात्मक है।
आइए सामान्य आधार के साथ कनेक्शन आरेख में पीएनपी प्रकार के बीच अंतर देखें
दरअसल, यह देखा जा सकता है कि कलेक्टर वर्तमान आईसी (एनपीएन ट्रांजिस्टर के मामले में) बैटरी बी 2 के सकारात्मक टर्मिनल से बहती है, कलेक्टर टर्मिनल से गुजरती है, इसमें प्रवेश करती है और फिर वापस लौटने के लिए बेस टर्मिनल से बाहर निकलना चाहिए बैटरी का नकारात्मक टर्मिनल. उसी तरह, एमिटर सर्किट को देखकर आप देख सकते हैं कि कैसे बैटरी B1 के पॉजिटिव टर्मिनल से इसका करंट बेस टर्मिनल के माध्यम से ट्रांजिस्टर में प्रवेश करता है और फिर एमिटर में प्रवेश करता है।
इस प्रकार, संग्राहक धारा I C और उत्सर्जक धारा I E दोनों आधार टर्मिनल से होकर गुजरती हैं। चूँकि वे अपने सर्किट के साथ विपरीत दिशाओं में घूमते हैं, परिणामी बेस करंट उनके अंतर के बराबर होता है और बहुत छोटा होता है, क्योंकि IC, I E से थोड़ा कम होता है। लेकिन चूंकि उत्तरार्द्ध अभी भी बड़ा है, अंतर धारा (बेस करंट) के प्रवाह की दिशा I E के साथ मेल खाती है, और इसलिए पीएनपी-प्रकार के द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर में आधार से प्रवाहित होने वाली धारा होती है, और एनपीएन-प्रकार वाले में प्रवाह होता है मौजूदा।
एक सामान्य उत्सर्जक के साथ कनेक्शन सर्किट के उदाहरण का उपयोग करके पीएनपी प्रकार के बीच अंतर
इस नए सर्किट में, बेस-एमिटर पीएन जंक्शन बैटरी वोल्टेज बी1 द्वारा बायस्ड है और कलेक्टर-बेस जंक्शन बैटरी वोल्टेज बी2 द्वारा रिवर्स बायस्ड है। इस प्रकार एमिटर टर्मिनल बेस और कलेक्टर सर्किट के लिए सामान्य है।
कुल उत्सर्जक धारा दो धाराओं I C और I B के योग द्वारा दी जाती है; एक दिशा में उत्सर्जक टर्मिनल से गुजरना। इस प्रकार, हमारे पास I E = I C + I B है।
इस सर्किट में, बेस करंट I B उत्सर्जक करंट I E से बस "शाखा बंद" हो जाता है, जो दिशा में भी इसके साथ मेल खाता है। इस मामले में, एक पीएनपी-प्रकार के ट्रांजिस्टर में अभी भी आधार I B से प्रवाहित धारा होती है, और एक एनपीएन-प्रकार के ट्रांजिस्टर में एक अंतर्वाहित धारा होती है।
ज्ञात ट्रांजिस्टर स्विचिंग सर्किट के तीसरे में, एक सामान्य कलेक्टर के साथ, स्थिति बिल्कुल वैसी ही है। इसलिए, हम पाठकों के लिए स्थान और समय बचाने के लिए इसे प्रस्तुत नहीं करते हैं।
पीएनपी ट्रांजिस्टर: वोल्टेज स्रोतों को जोड़ना
बेस-टू-एमिटर वोल्टेज स्रोत (वी बीई) आधार से नकारात्मक और उत्सर्जक से सकारात्मक जुड़ा होता है क्योंकि पीएनपी ट्रांजिस्टर तब संचालित होता है जब आधार उत्सर्जक के सापेक्ष नकारात्मक रूप से पक्षपाती होता है।
कलेक्टर (वी सीई) के संबंध में उत्सर्जक आपूर्ति वोल्टेज भी सकारात्मक है। इस प्रकार, पीएनपी-प्रकार ट्रांजिस्टर के साथ, आधार और कलेक्टर दोनों के संबंध में उत्सर्जक टर्मिनल हमेशा अधिक सकारात्मक होता है।
वोल्टेज स्रोत पीएनपी ट्रांजिस्टर से जुड़े हुए हैं जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।
इस बार कलेक्टर एक लोड अवरोधक, आर एल के माध्यम से आपूर्ति वोल्टेज वीसीसी से जुड़ा है, जो डिवाइस के माध्यम से बहने वाली अधिकतम धारा को सीमित करता है। एक बेस वोल्टेज वीबी, जो इसे उत्सर्जक के सापेक्ष नकारात्मक रूप से पूर्वाग्रहित करता है, इसे एक अवरोधक आरबी के माध्यम से लागू किया जाता है, जिसका उपयोग फिर से अधिकतम बेस करंट को सीमित करने के लिए किया जाता है।
पीएनपी ट्रांजिस्टर चरण का संचालन
इसलिए, पीएनपी ट्रांजिस्टर में बेस करंट प्रवाहित करने के लिए, बेस को सिलिकॉन डिवाइस के लिए लगभग 0.7 वोल्ट या जर्मेनियम डिवाइस के लिए 0.3 वोल्ट तक उत्सर्जक (करंट को बेस छोड़ना होगा) से अधिक नकारात्मक होना चाहिए। बेस रेसिस्टर, बेस करंट या कलेक्टर करंट की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सूत्र समकक्ष एनपीएन ट्रांजिस्टर के लिए उपयोग किए जाने वाले समान हैं और नीचे प्रस्तुत किए गए हैं।
हम देखते हैं कि एनपीएन और पीएनपी ट्रांजिस्टर के बीच मूलभूत अंतर पीएन जंक्शनों का सही पूर्वाग्रह है, क्योंकि उनमें धाराओं की दिशा और वोल्टेज की ध्रुवताएं हमेशा विपरीत होती हैं। इस प्रकार, उपरोक्त सर्किट के लिए: I C = I E - I B, क्योंकि धारा आधार से प्रवाहित होनी चाहिए।
आम तौर पर, अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में पीएनपी ट्रांजिस्टर को एनपीएन ट्रांजिस्टर द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है, केवल वोल्टेज ध्रुवता और वर्तमान दिशा में अंतर होता है। ऐसे ट्रांजिस्टर का उपयोग स्विचिंग डिवाइस के रूप में भी किया जा सकता है, और पीएनपी ट्रांजिस्टर स्विच का एक उदाहरण नीचे दिखाया गया है।
ट्रांजिस्टर विशेषताएँ
पीएनपी ट्रांजिस्टर की आउटपुट विशेषताएँ समकक्ष एनपीएन ट्रांजिस्टर के समान होती हैं, सिवाय इसके कि उन्हें वोल्टेज और धाराओं की विपरीत ध्रुवता की अनुमति देने के लिए 180 डिग्री घुमाया जाता है (पीएनपी ट्रांजिस्टर का आधार और कलेक्टर धाराएं नकारात्मक होती हैं)। इसी प्रकार, पीएनपी ट्रांजिस्टर के ऑपरेटिंग बिंदुओं को खोजने के लिए, इसकी गतिशील लोड लाइन को कार्टेशियन समन्वय प्रणाली की तीसरी तिमाही में दर्शाया जा सकता है।
2N3906 PNP ट्रांजिस्टर की विशिष्ट विशेषताओं को नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।
एम्पलीफायर चरणों में ट्रांजिस्टर जोड़े
आप सोच रहे होंगे कि पीएनपी ट्रांजिस्टर का उपयोग करने का क्या कारण है जब कई एनपीएन ट्रांजिस्टर उपलब्ध हैं जिनका उपयोग एम्पलीफायर या सॉलिड स्टेट स्विच के रूप में किया जा सकता है? हालाँकि, दो अलग-अलग प्रकार के ट्रांजिस्टर - एनपीएन और पीएनपी - होने से पावर एम्पलीफायर सर्किट डिजाइन करते समय बहुत फायदे मिलते हैं। ये एम्पलीफायर आउटपुट चरण में ट्रांजिस्टर के "पूरक" या "मिलान" जोड़े का उपयोग करते हैं (एक पीएनपी ट्रांजिस्टर और एक एनपीएन ट्रांजिस्टर एक साथ जुड़े हुए हैं, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है)।
एक दूसरे के समान, समान विशेषताओं वाले दो संगत एनपीएन और पीएनपी ट्रांजिस्टर को पूरक कहा जाता है। उदाहरण के लिए, TIP3055 (NPN प्रकार) और TIP2955 (PNP प्रकार) पूरक सिलिकॉन पावर ट्रांजिस्टर का एक अच्छा उदाहरण हैं। उन दोनों में डीसी करंट गेन β=I C /I B 10% के भीतर मेल खाता है और उच्च कलेक्टर करंट लगभग 15A है, जो उन्हें मोटर नियंत्रण या रोबोटिक अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है।
इसके अलावा, क्लास बी एम्पलीफायर अपने आउटपुट पावर चरणों में ट्रांजिस्टर के मिलान जोड़े का उपयोग करते हैं। उनमें, एनपीएन ट्रांजिस्टर सिग्नल के केवल सकारात्मक आधे-तरंग का संचालन करता है, और पीएनपी ट्रांजिस्टर केवल इसके नकारात्मक आधे का संचालन करता है।
यह एम्पलीफायर को दी गई पावर रेटिंग और प्रतिबाधा पर दोनों दिशाओं में स्पीकर के माध्यम से आवश्यक शक्ति पारित करने की अनुमति देता है। परिणामस्वरूप, आउटपुट करंट, जो आमतौर पर कई एम्पीयर के क्रम पर होता है, दो पूरक ट्रांजिस्टर के बीच समान रूप से वितरित किया जाता है।
इलेक्ट्रिक मोटर नियंत्रण सर्किट में ट्रांजिस्टर जोड़े
इनका उपयोग प्रतिवर्ती डीसी मोटरों के लिए एच-ब्रिज नियंत्रण सर्किट में भी किया जाता है, जो मोटर के माध्यम से इसके घूर्णन की दोनों दिशाओं में समान रूप से वर्तमान को विनियमित करना संभव बनाता है।
उपरोक्त एच-ब्रिज सर्किट को ऐसा इसलिए कहा जाता है क्योंकि इसके चार ट्रांजिस्टर स्विच का मूल विन्यास क्रॉस लाइन पर स्थित मोटर के साथ "एच" अक्षर जैसा दिखता है। ट्रांजिस्टर एच-ब्रिज संभवतः प्रतिवर्ती डीसी मोटर नियंत्रण सर्किट के सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले प्रकारों में से एक है। यह मोटर को नियंत्रित करने के लिए स्विच के रूप में कार्य करने के लिए प्रत्येक शाखा में एनपीएन और पीएनपी ट्रांजिस्टर के "पूरक" जोड़े का उपयोग करता है।
नियंत्रण इनपुट ए मोटर को एक दिशा में चलने की अनुमति देता है, जबकि इनपुट बी का उपयोग रिवर्स रोटेशन के लिए किया जाता है।
उदाहरण के लिए, जब ट्रांजिस्टर TR1 चालू है और TR2 बंद है, तो इनपुट A आपूर्ति वोल्टेज (+Vcc) से जुड़ा है, और यदि ट्रांजिस्टर TR3 बंद है और TR4 चालू है, तो इनपुट B 0 वोल्ट (GND) से जुड़ा है। इसलिए, मोटर इनपुट ए की सकारात्मक क्षमता और इनपुट बी की नकारात्मक क्षमता के अनुरूप एक दिशा में घूमेगी।
यदि स्विच स्थिति बदल दी जाती है ताकि TR1 बंद हो, TR2 चालू हो, TR3 चालू हो, और TR4 बंद हो, तो मोटर धारा विपरीत दिशा में प्रवाहित होगी, जिससे यह विपरीत दिशा में प्रवाहित होगी।
इनपुट ए और बी पर विपरीत तर्क स्तर "1" या "0" का उपयोग करके, आप मोटर के घूर्णन की दिशा को नियंत्रित कर सकते हैं।
ट्रांजिस्टर के प्रकार का निर्धारण
किसी भी द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर को अनिवार्य रूप से एक साथ बैक टू बैक जुड़े हुए दो डायोड से युक्त माना जा सकता है।
हम इस सादृश्य का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए कर सकते हैं कि एक ट्रांजिस्टर अपने तीन टर्मिनलों के बीच प्रतिरोध का परीक्षण करके पीएनपी या एनपीएन प्रकार है या नहीं। उनमें से प्रत्येक जोड़ी का मल्टीमीटर का उपयोग करके दोनों दिशाओं में परीक्षण करने पर, छह मापों के बाद हमें निम्नलिखित परिणाम मिलते हैं:
1. उत्सर्जक - आधार।इन लीडों को एक सामान्य डायोड की तरह काम करना चाहिए और केवल एक दिशा में करंट का संचालन करना चाहिए।
2.संग्राहक - आधार.इन लीडों को भी सामान्य डायोड की तरह काम करना चाहिए और केवल एक दिशा में करंट का संचालन करना चाहिए।
3. उत्सर्जक - संग्राहक.ये निष्कर्ष किसी भी दिशा में नहीं निकाला जाना चाहिए.
दोनों प्रकार के ट्रांजिस्टर के संक्रमण प्रतिरोध मान
तब हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि पीएनपी ट्रांजिस्टर स्वस्थ और बंद है। इसके उत्सर्जक (ई) के सापेक्ष इसके आधार (बी) पर एक छोटा आउटपुट करंट और नकारात्मक वोल्टेज इसे खोल देगा और बहुत अधिक एमिटर-कलेक्टर करंट को प्रवाहित करने की अनुमति देगा। पीएनपी ट्रांजिस्टर सकारात्मक उत्सर्जक क्षमता पर आचरण करते हैं। दूसरे शब्दों में, एक पीएनपी द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर केवल तभी संचालित होगा जब आधार और कलेक्टर टर्मिनल उत्सर्जक के संबंध में नकारात्मक हों।
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द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के संचालन का डिज़ाइन और सिद्धांत
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर एक अर्धचालक उपकरण है जिसमें एक अर्धचालक एकल क्रिस्टल में दो इलेक्ट्रॉन-छेद जंक्शन बनते हैं। ये संक्रमण अर्धचालक में विभिन्न प्रकार की विद्युत चालकता के साथ तीन क्षेत्र बनाते हैं। एक चरम क्षेत्र को उत्सर्जक (ई) कहा जाता है, दूसरे को संग्राहक (के), मध्य को आधार (बी) कहा जाता है। ट्रांजिस्टर को विद्युत सर्किट से जोड़ने के लिए प्रत्येक क्षेत्र में धातु के लीड लगाए जाते हैं।
उत्सर्जक और संग्राहक की विद्युत चालकता आधार की विद्युत चालकता के विपरीत होती है। पी- और एन-क्षेत्रों के प्रत्यावर्तन के क्रम के आधार पर, पी-एन-पी और एन-पी-एन संरचनाओं वाले ट्रांजिस्टर को प्रतिष्ठित किया जाता है। पी-एन-पी और एन-पी-एन ट्रांजिस्टर के लिए पारंपरिक ग्राफिक प्रतीक केवल उत्सर्जक को इंगित करने वाले इलेक्ट्रोड पर तीर की दिशा में भिन्न होते हैं।
पी-एन-पी और एन-पी-एन ट्रांजिस्टर के संचालन सिद्धांत समान हैं, इसलिए भविष्य में हम केवल पी-एन-पी संरचना वाले ट्रांजिस्टर के संचालन पर विचार करेंगे।
एक उत्सर्जक और आधार द्वारा निर्मित इलेक्ट्रॉन-छिद्र जंक्शन को उत्सर्जक जंक्शन कहा जाता है, और एक संग्राहक और आधार जंक्शन को संग्राहक जंक्शन कहा जाता है। जंक्शनों के बीच की दूरी बहुत छोटी है: उच्च-आवृत्ति ट्रांजिस्टर के लिए यह 10 माइक्रोमीटर (1 μm = 0.001 मिमी) से कम है, और कम-आवृत्ति ट्रांजिस्टर के लिए यह 50 μm से अधिक नहीं है।
जब ट्रांजिस्टर चल रहा होता है, तो इसके जंक्शनों को बिजली स्रोत से बाहरी वोल्टेज प्राप्त होता है। इन वोल्टेज की ध्रुवता के आधार पर, प्रत्येक जंक्शन को आगे या विपरीत दिशा में चालू किया जा सकता है। ट्रांजिस्टर के तीन ऑपरेटिंग मोड हैं: 1) कटऑफ मोड - दोनों संक्रमण और, तदनुसार, ट्रांजिस्टर पूरी तरह से बंद हैं; 2) संतृप्ति मोड - ट्रांजिस्टर पूरी तरह से खुला है; 3) सक्रिय मोड - यह पहले दो के बीच एक मध्यवर्ती मोड है। कटऑफ और संतृप्ति मोड का उपयोग प्रमुख चरणों में एक साथ किया जाता है, जब ट्रांजिस्टर अपने आधार पर आने वाली दालों की आवृत्ति के साथ वैकल्पिक रूप से पूरी तरह से खुला या पूरी तरह से बंद होता है। स्विचिंग मोड में काम करने वाले कैस्केड का उपयोग स्विचिंग सर्किट (स्विचिंग बिजली आपूर्ति, टेलीविजन के क्षैतिज स्कैनिंग आउटपुट चरण, आदि) में किया जाता है। पावर एम्पलीफायरों के आउटपुट चरण आंशिक रूप से कटऑफ मोड में काम कर सकते हैं।
ट्रांजिस्टर का उपयोग अक्सर सक्रिय मोड में किया जाता है। यह मोड ट्रांजिस्टर के आधार पर एक छोटा वोल्टेज लागू करके निर्धारित किया जाता है, जिसे बायस वोल्टेज (यू सेमी) कहा जाता है। ट्रांजिस्टर थोड़ा खुलता है और इसके संक्रमण के माध्यम से करंट प्रवाहित होने लगता है। ट्रांजिस्टर के संचालन का सिद्धांत इस तथ्य पर आधारित है कि उत्सर्जक जंक्शन (बेस करंट) के माध्यम से प्रवाहित होने वाली अपेक्षाकृत छोटी धारा कलेक्टर सर्किट में बड़ी धारा को नियंत्रित करती है। उत्सर्जक धारा आधार और संग्राहक धाराओं का योग है।
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के ऑपरेटिंग मोड
कट-ऑफ मोड ट्रांजिस्टर तब प्राप्त होता है जब उत्सर्जक और संग्राहक पी-एन जंक्शन विपरीत दिशा में बाहरी स्रोतों से जुड़े होते हैं। इस मामले में, दोनों पीएन जंक्शनों के माध्यम से बहुत छोटी रिवर्स एमिटर धाराएं प्रवाहित होती हैं ( मैं ईबीओ) और कलेक्टर ( मैं केबीओ). बेस करंट इन धाराओं के योग के बराबर है और, ट्रांजिस्टर के प्रकार के आधार पर, माइक्रोएम्प्स की इकाइयों से लेकर - µA (सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के लिए) से लेकर मिलीएम्प्स की इकाइयों - mA (जर्मेनियम ट्रांजिस्टर के लिए) तक होता है।
यदि उत्सर्जक और संग्राहक पी-एन जंक्शन आगे की दिशा में बाहरी स्रोतों से जुड़े हैं, तो ट्रांजिस्टर अंदर होगा संतृप्ति मोड . बाहरी स्रोतों द्वारा बनाए गए विद्युत क्षेत्र से उत्सर्जक और संग्राहक जंक्शनों का प्रसार विद्युत क्षेत्र आंशिक रूप से कमजोर हो जाएगा यू ईबीऔर यू केबी. परिणामस्वरूप, मुख्य आवेश वाहकों के प्रसार को सीमित करने वाली संभावित बाधा कम हो जाएगी, और उत्सर्जक और संग्राहक से आधार में छिद्रों का प्रवेश (इंजेक्शन) शुरू हो जाएगा, अर्थात, उत्सर्जक संतृप्ति धाराओं नामक धाराएं प्रवाहित होंगी ट्रांजिस्टर का उत्सर्जक और संग्राहक ( मैं ई.यू.एस) और कलेक्टर ( मैं के.यू.एस).
सिग्नलों को प्रवर्धित करने के लिए उपयोग किया जाता है ट्रांजिस्टर के संचालन का सक्रिय मोड
.
जब ट्रांजिस्टर सक्रिय मोड में काम कर रहा होता है, तो इसका उत्सर्जक जंक्शन आगे की दिशा में चालू होता है, और कलेक्टर जंक्शन विपरीत दिशा में चालू होता है।
प्रत्यक्ष वोल्टेज के तहत यूईबीछेदों को उत्सर्जक से आधार में इंजेक्ट किया जाता है। एक बार एन-प्रकार के आधार में, छेद इसमें अल्पसंख्यक चार्ज वाहक बन जाते हैं और, प्रसार बलों के प्रभाव में, कलेक्टर पी-एन जंक्शन पर चले जाते हैं (फैलते हैं)। आधार के कुछ छिद्र उसमें मौजूद मुक्त इलेक्ट्रॉनों से भरे (पुनर्संयोजित) होते हैं। हालाँकि, आधार की चौड़ाई छोटी है - कई इकाइयों से लेकर 10 माइक्रोन तक। इसलिए, छिद्रों का मुख्य भाग कलेक्टर पी-एन जंक्शन तक पहुंचता है और इसके विद्युत क्षेत्र द्वारा कलेक्टर तक स्थानांतरित हो जाता है। जाहिर है, कलेक्टर वर्तमान मैं
के पीइससे अधिक उत्सर्जक धारा नहीं हो सकती, क्योंकि कुछ छिद्र आधार में पुनः संयोजित हो जाते हैं। इसीलिए मैं के पी = एच 21बी मैंउह
परिमाण एच
21बीउत्सर्जक धारा का स्थैतिक स्थानांतरण गुणांक कहा जाता है। आधुनिक ट्रांजिस्टर के लिए एच
21बी= 0.90...0.998. चूंकि कलेक्टर जंक्शन को विपरीत दिशा में स्विच किया जाता है (अक्सर कहा जाता है - विपरीत दिशा में पक्षपाती), रिवर्स करंट भी इसके माध्यम से प्रवाहित होता है मैं बीडब्ल्यूसी
, आधार (छिद्र) और संग्राहक (इलेक्ट्रॉन) के अल्पसंख्यक वाहकों द्वारा गठित। इसलिए, एक सामान्य आधार के साथ एक सर्किट के अनुसार जुड़े ट्रांजिस्टर का कुल कलेक्टर वर्तमान
मैंको =
एच 21बी मैंउह +मैंबीडब्ल्यूसी
वे छेद जो कलेक्टर जंक्शन तक नहीं पहुंचे और आधार में पुनः संयोजित (भरे) हुए, इसे सकारात्मक चार्ज देते हैं। आधार की विद्युत तटस्थता को बहाल करने के लिए, बाहरी सर्किट से इसे समान संख्या में इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति की जाती है। बाह्य परिपथ से आधार तक इलेक्ट्रॉनों की गति से इसमें एक पुनर्संयोजन धारा उत्पन्न होती है मैं बी.आर.ई.सी.पुनर्संयोजन धारा के अलावा, रिवर्स कलेक्टर धारा विपरीत दिशा में और पूर्ण आधार धारा में आधार से प्रवाहित होती है
आई बी = आई बी.रेक - आई केबीओ
सक्रिय मोड में, बेस करंट कलेक्टर करंट और एमिटर करंट से दसियों और सैकड़ों गुना कम होता है।
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर कनेक्शन सर्किट
पिछले आरेख में, स्रोत द्वारा निर्मित विद्युत परिपथ यू ईबी, ट्रांजिस्टर के उत्सर्जक और आधार को इनपुट कहा जाता है, और स्रोत द्वारा निर्मित सर्किट यू केबी, कलेक्टर और एक ही ट्रांजिस्टर का आधार, आउटपुट है। आधार इनपुट और आउटपुट सर्किट के लिए ट्रांजिस्टर का सामान्य इलेक्ट्रोड है, इसलिए इसके समावेशन को सामान्य आधार वाला सर्किट कहा जाता है, या संक्षेप में "ओबी योजना"।
निम्नलिखित चित्र एक सर्किट दिखाता है जिसमें एमिटर इनपुट और आउटपुट सर्किट के लिए सामान्य इलेक्ट्रोड है। यह एक सामान्य उत्सर्जक सर्किट है, या "OE आरेख".
इसमें, आउटपुट करंट, ओबी सर्किट की तरह, कलेक्टर करंट है मैं के, उत्सर्जक धारा से थोड़ा अलग अर्थात, और इनपुट बेस करंट है मैं बी, कलेक्टर करंट से काफी कम। धाराओं के बीच संचार मैं बीऔर मैं के OE योजना समीकरण द्वारा निर्धारित की जाती है: मैं के= एच
21
इ मैं बी +
मैंकेईओ
आनुपातिकता कारक एच
21
E को स्थैतिक आधार धारा स्थानांतरण गुणांक कहा जाता है। इसे उत्सर्जक धारा के स्थैतिक स्थानांतरण गुणांक के रूप में व्यक्त किया जा सकता है एच
21बी
एच
21
ई = एच
21बी
/
(1 —एच
21बी
)
अगर एच
21बीसंबंधित मान 0.9...0.998 की सीमा के भीतर है एच
21
ई 9...499 के अंदर होगा।
अवयव मैं Keo को OE सर्किट में रिवर्स कलेक्टर करंट कहा जाता है। इसका मान 1+ है एच
21
ई गुना से भी ज्यादा मैंबीडब्ल्यूसी, यानी मैंकेईओ =(1+ एच
21
इ )
मैंकेबीओ. विपरीत धाराएँ मैंबीडब्ल्यूसी और मैंसीईओ इनपुट वोल्टेज पर निर्भर नहीं हैं यू ईबीऔर यू बीईऔर परिणामस्वरूप संग्राहक धारा के अनियंत्रित घटक कहलाते हैं। ये धाराएँ परिवेश के तापमान पर दृढ़ता से निर्भर करती हैं और ट्रांजिस्टर के थर्मल गुणों को निर्धारित करती हैं। यह स्थापित किया गया है कि रिवर्स वर्तमान मूल्य मैंजर्मेनियम के लिए 10 डिग्री सेल्सियस और सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के लिए 8 डिग्री सेल्सियस के तापमान में वृद्धि के साथ बीईआर दोगुना हो जाता है। OE सर्किट में, अनियंत्रित रिवर्स करंट में तापमान में परिवर्तन होता है मैं KEO अनियंत्रित रिवर्स करंट के तापमान परिवर्तन से दसियों और सैकड़ों गुना अधिक हो सकता है मैं BWC और ट्रांजिस्टर के संचालन को पूरी तरह से बाधित कर देता है। इसलिए, ट्रांजिस्टर सर्किट में, ट्रांजिस्टर कैस्केड के थर्मल स्थिरीकरण के लिए विशेष उपायों का उपयोग किया जाता है, जिससे ट्रांजिस्टर के संचालन पर धाराओं में तापमान परिवर्तन के प्रभाव को कम करने में मदद मिलती है।
व्यवहार में, अक्सर ऐसे सर्किट होते हैं जिनमें ट्रांजिस्टर के इनपुट और आउटपुट सर्किट के लिए सामान्य इलेक्ट्रोड कलेक्टर होता है। यह एक सामान्य कलेक्टर के साथ एक कनेक्शन सर्किट है, या "ओके सर्किट" (एमिटर फॉलोअर)
.
