Thiết bị và nguyên tắc hoạt động của bóng bán dẫn

Không thể phóng đại tầm quan trọng thực tế của bóng bán dẫn lưỡng cực đối với kỹ thuật điện và điện tử hiện đại. Ngày nay bóng bán dẫn lưỡng cực được sử dụng ở khắp mọi nơi: để tạo và khuếch đại tín hiệu, trong bộ chuyển đổi điện, trong máy thu và máy phát và ở nhiều nơi khác, nó có thể được liệt kê trong một thời gian rất dài.

Do đó, trong khuôn khổ bài viết này, chúng tôi sẽ không đề cập đến tất cả các lĩnh vực ứng dụng có thể có của bóng bán dẫn lưỡng cực mà chỉ xem xét thiết bị và nguyên lý hoạt động chung của thiết bị bán dẫn tuyệt vời này, từ những năm 1950 đã biến toàn bộ ngành công nghiệp điện tử thành kể từ những năm 1970 đã góp phần đáng kể vào việc tăng tốc tiến bộ kỹ thuật.

Một bóng bán dẫn lưỡng cực là một thiết bị bán dẫn ba điện cực bao gồm ba cơ sở có độ dẫn thay đổi làm cơ sở. Do đó, các bóng bán dẫn thuộc loại NPN và PNP. Vật liệu bán dẫn mà bóng bán dẫn được tạo ra chủ yếu là: silicon, gecmani, gali arsenua và các loại khác.

Silic, gecmani và các chất khác ban đầu là chất điện môi, nhưng nếu bạn thêm tạp chất vào chúng, chúng sẽ trở thành chất bán dẫn. Các chất bổ sung vào silicon như phốt pho (chất cho điện tử) sẽ làm cho silicon trở thành chất bán dẫn loại N và nếu boron (chất nhận điện tử) được thêm vào silicon, thì silicon sẽ trở thành chất bán dẫn loại P.

Kết quả là chất bán dẫn loại N dẫn điện tử và chất bán dẫn loại P dẫn điện lỗ trống. Như bạn đã biết, độ dẫn điện được xác định bởi loại hạt mang điện hoạt động.

Vì vậy, một chiếc bánh ba lớp gồm chất bán dẫn loại P và loại N về cơ bản là một bóng bán dẫn lưỡng cực. Kèm theo mỗi lớp là các thiết bị đầu cuối được gọi là: Emitter, Collector và Base.

Cơ sở là một điện cực kiểm soát độ dẫn điện. Bộ phát là nguồn mang dòng điện trong mạch. Bộ thu là nơi theo hướng mà các sóng mang hiện tại lao tới dưới tác động của EMF áp dụng cho thiết bị.

Các ký hiệu cho các bóng bán dẫn lưỡng cực NPN và PNP khác nhau trong sơ đồ. Những chỉ định này chỉ phản ánh thiết bị và nguyên tắc hoạt động của bóng bán dẫn trong mạch điện. Mũi tên luôn được vẽ giữa bộ phát và đế. Hướng của mũi tên là hướng của dòng điện điều khiển được đưa vào mạch bộ phát cơ sở.

Vì vậy, trong một bóng bán dẫn NPN, mũi tên chỉ từ đế đến cực phát, nghĩa là ở chế độ hoạt động, các electron từ cực phát sẽ lao đến cực thu, trong khi dòng điện điều khiển phải hướng từ đế đến cực phát.

Trong một bóng bán dẫn PNP thì ngược lại: mũi tên hướng từ bộ phát đến đế, có nghĩa là ở chế độ hoạt động, các lỗ từ bộ phát chạy tới bộ thu, trong khi dòng điều khiển phải hướng từ bộ phát sang cực căn cứ.

Hãy xem tại sao điều này xảy ra. Khi một điện áp dương không đổi được đặt vào đế của bóng bán dẫn NPN (trong vùng 0,7 vôn) so với bộ phát của nó, điểm nối pn của bộ phát gốc-bộ phát của bóng bán dẫn NPN này (xem hình) được phân cực thuận và rào thế giữa đường giao nhau của bộ thu -cơ sở và bộ phát cơ sở giảm, bây giờ các electron có thể di chuyển qua nó dưới tác động của EMF trong mạch thu-phát.

Với dòng cơ sở đủ, dòng điện thu-phát sẽ phát sinh trong mạch này và thu thập với dòng điện cơ sở-bộ phát. Bóng bán dẫn NPN sẽ bật.

Mối quan hệ giữa dòng thu và dòng điều khiển (cơ sở) được gọi là mức tăng hiện tại của bóng bán dẫn. Tham số này được đưa ra trong tài liệu về bóng bán dẫn và có thể thay đổi từ đơn vị đến vài trăm.

Khi một điện áp âm không đổi được đặt vào đế của bóng bán dẫn PNP (trong vùng -0,7 volt) so với bộ phát của nó, điểm nối bộ phát-cơ sở np của bóng bán dẫn PNP này được phân cực thuận và rào cản tiềm năng giữa bộ thu- cơ sở và cơ sở tiếp giáp -emitter giảm, bây giờ các lỗ có thể di chuyển qua nó dưới tác động của EMF trong mạch thu-phát.

Lưu ý cực tính của nguồn cung cấp cho mạch thu. Với dòng cơ sở đủ, dòng điện thu-phát sẽ phát sinh trong mạch này và thu thập với dòng điện cơ sở-bộ phát. Bóng bán dẫn PNP sẽ bật.

Các bóng bán dẫn lưỡng cực thường được sử dụng trong các thiết bị khác nhau trong bộ khuếch đại, rào cản hoặc công tắc.

Ở chế độ tăng cường, dòng cơ sở không bao giờ giảm xuống dưới dòng giữ, giúp giữ cho bóng bán dẫn luôn ở trạng thái dẫn điện mở. Trong chế độ này, các dao động dòng cơ bản thấp khởi tạo các dao động tương ứng ở dòng điện thu cao hơn nhiều.

Ở chế độ phím, bóng bán dẫn chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở, hoạt động như một công tắc điện tử tốc độ cao. Ở chế độ rào cản, bằng cách thay đổi dòng cơ sở, dòng tải bao gồm trong mạch thu được kiểm soát.

Xem thêm:Công tắc điện tử Transistor - Nguyên lý hoạt động và sơ đồ