இருமுனை சந்தி திரிதடையம்

கட்டற்ற கலைக்களஞ்சியமான விக்கிப்பீடியாவில் இருந்து.
தாவிச் செல்லவும்: வழிசெலுத்தல், தேடல்

இருமுனை (சந்தி) திரிதடையம் (அ) இருமுனை (சந்தி) டிரான்சிஸ்டர் (அ) " இருவகை மின்னிக் கடத்தித் திரிதடையம் (இமிதி) " (ஆங்கிலம்: Bipolar Junction Transistor (BJT)) என்பது ஒரு மும்முனை கொண்ட மின்னணு சாதனமாகும். அது மாசு கலக்கப்பட்ட குறைக்கடத்தி பொருளால் ஆனது. மேலும் அது பெருக்கம் (ஆம்ப்ளிஃபையிங்) அல்லது ஸ்விட்ச்சிங் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படலாம். இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்களின் செயல்பாடுகளுடன் எலக்ட்ரான்களும் அதேபோல் துளைகளும் சம்பந்தப்பட்டுள்ளதாலும் அவற்றுக்கு இப்பெயர் வழங்கப்படுகிறது. BJT யிலான மின்சுமைப் பாய்வுக்கு வெவ்வேறு மின்சுமைச் செறிவுள்ள இரு பகுதிகளுக்குக் குறுக்கே மின்சுமை கேரியர்களின் இருதிசை விரவலே காரணமாகும். இந்த வகை செயல்பாடானது புல-விளைவு டிரான்சிஸ்டர்கள் போன்ற ஒற்றைமுனை டிரான்சிஸ்டர்களிலிருந்து, மாறுபடுகின்றது. அவற்றில் இழுப்பின் காரணமான மின்சுமை பாய்வில் ஒரு வகை கேரியர்கள் மட்டுமே சம்பந்தப்பட்டுள்ளன. வடிவமைப்பைப் பொறுத்தவரை பெரும்பாலான BJT சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்திற்கு அதிக செறிவுள்ள உமிழ்ப்பானிலிருந்து அடிவாய்க்கு செலுத்தப்படுவதே காரணமாக உள்ளது. அங்கு அவை சிறுபான்மை கேரியர்களாகும். அங்கு அவை சேகரிப்பான் வழியாக பரவுகின்றன. மேலும் இதனால் BJTகள் சிறுபான்மை-கேரியர் சாதனங்கள் என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.

BJT PNP symbol (case).svg PNP
BJT NPN symbol (case).svg NPN
Schematic symbols for
PNP- and NPN-type
BJTs.

பொருளடக்கம்

அறிமுகம்[தொகு]

முன்னோக்கு மின்சார்புடைய E–B சந்தி மற்றும் எதிர் மின்சார்புடைய B–C சந்தியுடன் கூடிய NPN BJT

ஒரு NPN டிரான்சிஸ்டரை ஒரே நேர் மின்முனையைப் பகிர்ந்துள்ள இரண்டு டயோடுகளாகக் கருதலாம். வழக்கமான செயல்பாட்டில், உமிழ்ப்பான் - அடிவாய் சந்தி முன்னோக்கு மின்சார்பு உடையதாகும் மற்றும் அடிவாய்–சேகரிப்பான் சந்தி எதிர் மின்சார்பு உடையதாகும். எடுத்துக்காட்டாக NPN டிரான்சிஸ்டர் ஆனது அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் சந்திக்கு நேர் மின்னழுத்தம் வழங்கப்படும்போது வெப்பவியல் ரீதியாக உருவாக்கப்பட்ட கேரியர்களுக்கும் குறைப்புப் பகுதியின் விலக்கு மின் புலத்துக்கும் இடையேயான சமநிலை சீரற்றுப்போகிறது. இதனால் வெப்பவியல் ரீதியாக கிளர்ச்சியூட்டப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் அடிவாய் பகுதிக்கு விரவுகின்றன. இந்த எலக்ட்ரான்கள் அடிவாய் மூலமாக உமிழ்ப்பானின் அருகே உள்ள உயர் செறிவுள்ள பகுதியிலிருந்து சேகரிப்பானுக்கு அருகே உள்ள குறைந்த செறிவுள்ள பகுதியை நோக்கி செல்கின்றன (அல்லது "விரவுகின்றன"). அடிவாயானது p-வகை மாசு கலக்கப்பட்டது எனவே அது அடிவாயில் துளைகளை பெரும்பான்மை கேரியராக்கும் என்பதால் அடிவாயிலுள்ள எலக்ட்ரான்கள் சிறுபான்மை கேரியர்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன.

சேகரிப்பான்–அடிவாய் சந்தியை அடையும் முன் மீண்டும் சேரும் கேரியர்களின் சதவீதத்தைக் குறைப்பதற்கு டிரான்சிஸ்டரின் அடிவாய்ப் பகுதி மிகவும் மெல்லியதாக இருக்க வேண்டும். அப்போதுதான் கேரியர்கள் குறைக்கடத்தியின் சிறுபான்மைக் கேரியரின் ஆயுட்காலத்தினை விட மிகக் குறைந்த நேரத்தில் விரவ முடியும். குறிப்பாக அடிவாயின் தடிமன் எலக்ட்ரான்களின் விரவல் நீளத்தை விட குறைவாக இருக்க வேண்டும். சேகரிப்பான்–அடிவாய் சந்தி எதிர் மின் சார்புடையதாகும். அதனால் சேகரிப்பானிலிருந்து அடிவாய்க்கு சிறிதளவு எலக்ட்ரான் செலுத்தல் நிகழ்கிறது. ஆனால் அடிவாயிலிருந்து சேகரிப்பானை நோக்கி விரவும் எலக்ட்ரான்கள், சேகரிப்பான்–அடிவாய் சந்தியின் குறைப்புப் பகுதியினால் சேகரிப்பானுக்குள் துடைத்து அனுப்பப்படுகிறது. மெல்லிய பகிரப்பட்ட அடிவாய் மற்றும் சமச்சீரற்ற சேகரிப்பான்–உமிழ்ப்பான் மாசுக்கலப்பே ஓர் இருமுனை டிரான்சிஸ்டரை தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ள இரண்டு தனித்தனியான மற்றும் எதிரெதிர் சார்புடைய டயோடுகளிலிருந்து வேறுபடுத்துகிறது.

மின்னழுத்தம், மின்னோட்டம் மற்றும் மின்சுமை கட்டுப்பாடு[தொகு]

சேகரிப்பான்–உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டம் அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டத்தால் (மின்னோட்டக் கட்டுப்பாடு) அல்லது அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் மின்னழுத்தத்தால் (மின்னழுத்தக் கட்டுப்பாடு) கட்டுப்படுத்தப்படுவதாகக் கருதலாம். இந்தக் கண்ணோட்டங்கள் அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் சந்தியின் மின்னோட்டம்–மின்னழுத்தம் தொடர்பினால் தொடர்புப்படுத்தப்படுகின்றன. அது ஒரு p-n சந்தியின் (டயோடு) வழக்கமான அடுக்குத்தொடர் பண்புள்ள மின்னோட்டம்–மின்னழுத்த வளைவாகும்.[1]

அடிவாய் பகுதியிலுள்ள சிறுபான்மை-கேரியர் மின்சுமையின் அளவே சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்திற்கான இயற்பியல் ரீதியான விளக்கமாகும்.[1][2][3] கம்மெல்–பூன் மாதிரி போன்ற டிரான்சிஸ்டர் செயல்பாட்டின் விவரமான மாதிரிகள் இந்த மின்சுமையின் பகிர்ந்தளிப்புக்கு விளக்கமாக இருக்கின்றன. அவை பிரத்யேகமாக டிரான்சிஸ்டர் நடத்தையை மேலும் துல்லியமாக விளக்குகின்றன.[4] மின்சுமை-கட்டுப்பாட்டு கண்ணோட்டம் எளிதாக ஃபோட்டோ டிரான்சிஸ்டர்களைக் கையாளுகின்றன. அதில் ஃபோட்டான்களை உறிஞ்சுவதால் அடிவாய் பகுதியிலுள்ள சிறுபான்மை கேரியர்கள் உருவாக்கப்படுகின்றன. மேலும் அது அணைத்தல் அல்லது மீட்பு நேரம் ஆகியவற்றையும் கையாளுகின்றது இது அடிவாய் பகுதி மீண்டும் சேர்தலின் மின்சுமையைப் பொறுத்ததாகும். இருப்பினும் அடிவாய் மின்சுமை மின் முனைகளில் தெரியக்கூடிய சமிக்ஞையாக இல்லாமலிருப்பதால் பொதுவாக மின்சுற்று வடிவமைப்புகளிலும் பகுப்பாய்விலும் மின்னோட்டம்- மற்றும் மின்னழுத்தம்-கட்டுப்பாட்டு கண்ணோட்டங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

அனலாக் மின்சுற்று வடிவமைப்பில், மின்னோட்டம்-கட்டுப்பாடு கண்ணோட்டம் சில நேரங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அது தோராயமாக நேரியல் தன்மை கொண்டதாக இருப்பது இதற்கு காரணமாகும். அதாவது சேகரிப்பான் மின்னோட்டமானது தோராயமாக அடிவாய் மின்னோட்டத்தின் \beta_F மடங்காக உள்ளது. உமிழ்ப்பான்–அடிவாய் மின்னழுத்தம் தோராயமாக மாறிலி மற்றும் சேகரிப்பான் மின்னோட்டமானது அடிவாய் மின்னோட்டத்தின் பீட்டா மடங்காக உள்ளது என்ற கருத்தின் அடிப்படையில் சில அடிப்படை மின்சுற்றுகளை வடிவமைக்கலாம். இருப்பினும் தயாரிப்பு BJT மின்சுற்றுகளை துல்லியமாகவும் நம்பகமாக இருக்கும் வகையிலும் வடிவமைக்க, மின்னழுத்தம்-கட்டுப்பாடு (எடுத்துக்காட்டுக்கு, எபர்ஸ்-மோல்) மாதிரி தேவைப்படுகிறது[1]. மின்னழுத்தம்-கட்டுப்பாடு மாதிரிக்கு ஓர் அடுக்கியல் சார்பைக் கருத்தில் கொள்வது அவசியமாகிறது. ஆனால் எபர்ஸ்-மோல் மாதிரியில் உள்ளதைப் போன்று டிரான்சிஸ்டர் டிரான்ஸ்டண்டக்டன்ஸாக மாதிரியாக்கம் செய்யப்படும் வகையில் அதை நேரியலாக்கும் போது வகையிட்டு பெருக்கிகள் போன்ற மின்சுற்றுகளுக்கான வடிவமைப்பு பெரும்பாலும் நேரியல் சிக்கலாக இருப்பதால் மின்னழுத்தம்-கட்டுப்பாடு கண்ணோட்டம் பெரும்பாலும் பரிந்துரைக்கப்படுகிறது. செயல்பாட்டுக்கு அடுக்குத்தொடர் வளைவானது முக்கியமாக விளங்கும் அடுக்கியல் I–V டிரான்ஸ்லீனியர் மின்சுற்றுகளுக்கு, டிரான்சிஸ்டர்கள் வழக்கமாக மின்னழுத்தத்தால் கட்டுப்படுத்தப்படும் வகையிலேயே மாதிரியாக்கப்படுகின்றன. மேலும் அவற்றில் டிரான்ஸ்கண்டக்டன்ஸ் மதிப்பு சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்திற்கு நேர்த்தகவிலுள்ளது. பொதுவாக டிரான்சிஸ்டர் அளவு மின்சுற்று வடிவமைப்பானது SPICE அல்லது ஒரு ஒப்பிடக்கூடிய அனலாக் மின்சுற்று சிமுலேட்டரைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படுகிறது. ஆகவே மாதிரி சிக்கல் தன்மையானது வழக்கமாக வடிவமைப்பாளருக்கு சிக்கலாக இருப்பதில்லை.

இயக்குதல், அணைத்தல் மற்றும் சேமிப்பு தாமதம்[தொகு]

இருமுனை டிரான்சிஸ்டரில், இயக்கும் போதும் அணைக்கும் போதும் சில தாமதப் பண்புகள் ஏற்படுகின்றன. பெரும்பாலான டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் குறிப்பாக பவர் டிரான்சிஸ்டர்கள் நீண்ட அடிவாய் சேமிப்பு நேரத்தைக் கொண்டுள்ளன. அது ஸ்விட்ச்சிங் பயன்பாடுகளில் செயல்பாட்டின் அதிகபட்ச அதிர்வெண்ணை கட்டுப்படுத்துகிறது. ஒரு பேக்கர் க்ளாம்ப்பைப் பயன்படுத்துவது இந்த சேமிப்பு நேரத்தைக் குறைப்பதற்கான ஒரு வழியாகும்.

டிரான்சிஸ்டர் 'ஆல்ஃபா' மற்றும் 'பீட்டா' [தொகு]

அடிவாயைக் கடந்து சேகரிப்பானை அடையக்கூடிய எலக்ட்ரான்களின் விகிதம் BJT செயல்திறனின் அளவீடாகும். உமிழ்ப்பான் பகுதியின் அதிக மாசுக்கலப்பு மற்றும் அடிவாய் பகுதியின் குறைவான மாடுக்கலப்பு ஆகியவற்றின் காரணமாக அடிவாயிலிருந்து உமிழ்ப்பானுக்கு செலுத்தப்படும் துளைகளை விட அதிக எலக்ட்ரான்கள் உமிழ்ப்பானிலிருந்து அடிவாய்க்கு செலுத்தப்படக்கூடும். பொது-உமிழ்ப்பான் மின்னோட்ட ஈட்டம் βF அல்லது hfe மூலம் குறிக்கப்படுகிறது. இது தோராயமாக முன்னோக்கு செயல் பகுதியிலுள்ள DC சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்திற்கும் DC அடிவாய் மின்னோட்டத்திற்கும் உள்ள விகிதமாகும். சிறு சமிக்ஞை டிரான்சிஸ்டர்களுக்கு இது வழக்கமாக 100 க்கும் அதிகமாக உள்ளது. ஆனால் உயர் திறன் பயன்பாடுகளுக்காக வடிவமைக்கப்பட்ட டிரான்சிஸ்டர்களுக்கு குறைவாக இருக்கலாம். பொது-அடிவாய்மின்னோட்ட ஈட்டம், αF என்பது மற்றொரு முக்கியமான அளவுருவாகும். பொது-அடிவாய் மின்னோட்ட ஈட்டமானது தோராயமாக முன்னோக்கு செயல் பகுதியில் உமிழ்ப்பானிலிருந்து சேகரிப்பானுக்கு செல்லும் மின்னோட்டத்தின் ஈட்டமாகும். இந்த விகிதமானது வழக்கமாக ஒன்றுக்கு நெருக்கமான மதிப்பையே கொண்டுள்ளது. அதன் மதிப்பு 0.98 மற்றும் 0.998 க்கு இடையே உள்ளது. பின்வரும் முற்றொருமைகளின் மூலம் ஆல்ஃபா மற்றும் பீட்டா ஆகியவை மிகவும் துல்லியமாக தொடர்புபடுத்தப்படுகின்றன (NPN டிரான்சிஸ்டர்):

\alpha_T = \frac{I_{\text{C}}}{I_{\text{E}}}
\beta_F = \frac{I_{\text{C}}}{I_{\text{B}}}
\beta_F = \frac{\alpha_{T}}{1 - \alpha_{T}}\iff \alpha_{T} = \frac{\beta_F}{\beta_F+1}

கட்டமைப்பு[தொகு]

ப்ளேனார் NPN இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டரின் எளிய குறுக்குவெட்டுத் தோற்றம்
ஒரு KSY34 அதிக-அதிர்வெண் NPN டிரான்சிஸ்டரின் டை, அடிவாய் மற்றும் உமிழ்ப்பான் கட்டப்பட்ட வயர்களின் மூலம் இணைக்கப்பட்டுள்ளன

ஒரு BJT இல் மூன்று வெவ்வேறு அளவில் மாசு கலக்கப்பட்ட குறைக்கடத்தி பகுதிகள் உள்ளன. அவை உமிழ்ப்பான் பகுதி, அடிவாய் பகுதி மற்றும் சேகரிப்பான் பகுதி ஆகியவையாகும். இந்தப் பகுதிகள் ஒரு PNP டிரான்சிஸ்டரில் முறையே p வகை, n வகை மற்றும் p வகையும் NPN டிரான்சிஸ்டரில் n வகை, p வகை மற்றும் n வகையுமாகும். ஒவ்வொரு குறைக்கடத்தி பகுதியும் ஒரு மின்வாயுடன் இணைக்கப்படுகிறது. அவற்றின் தோராயமான லேபிள்கள் பின்வருமாறு: உமிழ்ப்பான் (E), அடிவாய் (B) மற்றும் சேகரிப்பான் (C).

அடிவாயானது உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பான் ஆகியவற்றுக்கிடையே வைக்கப்படுகிறது. அது குறைவாக மாசு கலக்கப்பட்டதால் அதிக மின் தடை கொண்டதாக உள்ளது. சேகரிப்பானானது உமிழ்ப்பான் பகுதியைச் சூழ்ந்துள்ளது. இதனால் அடிவாய் பகுதிக்கு செலுத்தப்படும் எலக்ட்ரான்கள் சேகரிக்கப்படுவதை கிட்டத்தட்ட முடியாததாக்குகிறது. இதனால் α இன் விளைவு மதிப்பு ஒன்றுக்கு நெருக்கமாகிறது. மேலும் இதனால் டிரான்சிஸ்டரின் β மதிப்பு அதிகமாகிறது. BJT இன் ஒரு குறுக்குவெட்டுத்தோற்றம் சேகரிப்பான்–அடிவாய் சந்தியானது உமிழ்ப்பான்–அடிவாய் சந்தியை விட அதிக பரப்பளவைக் கொண்டுள்ளதைக் காண்பிக்கிறது.

பிற டிரான்சிஸ்டர்களைப் போலன்றி இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டரானது சமச்சீரான சாதனமல்ல. அதாவது சேகரிப்பானையும் உமிழ்ப்பானையும் இடமாற்றி அமைத்தால் டிரான்சிஸ்டர் முன்னோக்கு செயல் பயன்முறையை விடுத்து எதிர் பயன்முறையில் இயங்கத் தொடங்கும். டிரான்சிஸ்டரின் உள்ளார்ந்த கட்டமைப்பானது வழக்கமாக முன்னோக்கு பயன்முறைக்கு உகந்த வகையிலேயே அமைக்கப்பட்டுள்ளதால் சேகரிப்பானையும் உமிழ்ப்பானையும் இடமாற்றுவதால் எதிர் செயல்பாட்டில் α மற்றும் β மதிப்புகள் எதிர் செயல்பாட்டிலான மதிப்பை விடக் குறைவாகிறது. பெரும்பாலும் எதிர் பயன்முறையின் α மதிப்பு 0.5 ஐ விடக் குறைவாகவே உள்ளது. உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பானின் மாசுக்கலப்பு விகிதமே இந்த சமச்சீரின்மை இல்லாததற்குக் காரணமாகும். உமிழ்ப்பான் அதிகமாக மாசு கலக்கப்படுகிறது. ஆனால் சேகரிப்பான் குறைவாகவே மாசு கலக்கப்படுகிறது. இதனால் சேகரிப்பான்–அடிவாய் சந்தி உடைவதற்கு முன் அதிக அளவிலான எதிர் மின் சார்புடைய மின்னழுத்தம் பயன்படுத்தப்பட முடிகிறது. வழக்கமான செயல்பாட்டில் சேகரிப்பான்–அடிவாய் சந்தி எதிர் மின்சார்புடையதாகும். உமிழ்ப்பான் செலுத்தல் செயல்திறனை அதிகரிப்பதே உமிழ்ப்பான் அதிகமாக மாசுக்கலக்கப்படுவதற்கான காரணமாகும்: உமிழ்ப்பானால் செலுத்தப்பட்ட கேரியர்களுக்கும் அடிவாயால் செலுத்தப்பட்ட கேரியர்களுக்கும் உள்ள விகிதம். அதிக மின்னோட்ட ஈட்டத்திற்கு உமிழ்ப்பான்–அடிவாய் சந்திக்கு செலுத்தப்படும் பெரும்பாலான கேரியர்கள் உமிழ்ப்பானிலிருந்தே வர வேண்டும்.

சில நேரங்களில் CMOS செயலாக்கங்களில் பயன்படுத்தப்படும் குறை-செயல்திறனுள்ள "பக்க" இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்கள் சில நேரங்களில் சமச்சீராக வடிவமைக்கப்படுகின்றன. அதாவது அதில் முன்னோக்கு மற்றும் எதிர் செயல்பாடு ஆகிய இரண்டிலும் எந்த வேறுபாடும் இருப்பதில்லை.

அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் மின் முனைகளுக்கிடையே செலுத்தப்படும் மின்னழுத்தத்திலான சிறிய மாற்றங்களால் உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பான் ஆகியவற்றுக்கிடையே பாயும் மின்னோட்டமானது குறிப்பிடத்தக்க அளவு மாறுகிறது. உள்ளீடு மின்னழுத்தம் அல்லது மின்னோட்டத்தைப் பெருக்க இந்த விளைவைப் பயன்படுத்தலாம். BJTகளை மின்னழுத்தத்தால் கட்டுப்படுத்தப்படும் மின் மூலங்களாகக் கருதலாம். ஆனால் மிகவும் எளிதாக மின்னோட்டத்தால்-கட்டுப்படுத்தப்படும் மின் மூலங்களாக அல்லது மின்னோட்டப் பெருக்கிகளாக விளக்கலாம். இதற்கு அடிவாயில் குறைவான மாசு கலப்பே காரணமாகும்.

பழைய டிரான்சிஸ்டர்கள் ஜெர்மானியத்தால் செய்யப்பட்டவை. மிக நவீன BJTகள் சிலிக்கானால் செய்யப்படுகின்றன. குறிப்பிடத்தக்க அளவு சிறுபான்மை அளவிலானவைகள் கேலியம் ஆர்சனைடிலும் செய்யப்படுகின்றன. குறிப்பாக உயர் வேக பயன்பாடுகளுக்கு (கீழே HBT, என்பதைக் காண்க).

NPN[தொகு]

ஒரு NPN இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டரின் குறியீடு.

NPN என்பது இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்களின் இரு வகைகளில் ஒன்றாகும். அதில் "N" மற்றும் "P" என்ற எழுத்துகள் டிரான்சிஸ்டரின் வெவ்வேறு பகுதிகளிலுள்ள பெரும்பான்மை மின்சுமை கேரியர்களைக் குறிக்கின்றன. இப்போது பயன்படுத்தப்படும் பெரும்பாலான இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்கள் NPN வகையைச் சேர்ந்தவையே ஆகும். ஏனெனில் குறைக்கடத்திகளில் எலக்ட்ரான் நகர்தன்மை துளை நகர்தன்மையை விட அதிகமாகும். இதனால் அதிக மின்னோட்டமும் வேகமான செயல்பாடும் சாத்தியமாகிறது.

NPN டிரான்சிஸ்டர்களில் ஒரு P-மாசுக்கலக்கப்பட்ட குறைக்கடத்தி ("அடிவாய்") அடுக்கு இரண்டு N-மாசுக்கலக்கப்பட்ட அடுக்குகளுக்கிடையே வைக்கப்பட்டிருக்கும். பொது-உமிழ்ப்பான் பயன்முறையில் அடிவாய்க்கு வரும் சிறிதளவு மின்னோட்டம் சேகரிப்பான் வெளியீட்டில் பெருக்கப்படுகிறது. மற்றபடி NPN டிரான்சிஸ்டர் அதன் அடிவாய் உமிழ்ப்பானுடன் ஒப்பிடுகையில் அதிக அளவு செலுத்தப்படும் போது "இயக்கத்தில் உள்ளது".

NPN டிரான்சிஸ்டர் குறியீட்டில் உள்ள அம்பு உமிழ்ப்பான் நீட்டிப்பில் உள்ளது. மேலும் அது சாதனமானது நேர் மின் சார்புடையதாக இருக்கும் போது மரபு மின்னோட்டம் பாயும் திசையைக் குறிக்கிறது.

NPN டிரான்சிஸ்டருக்கான குறியீட்டைக் கண்டறிவதற்கு ஞாபக உதவி முறையாக இதைப் பயன்படுத்தலாம்: "n ot p ointing in அல்லது 'n ot p ointing, n o' "[5]

PNP[தொகு]

PNP என்பது மற்றொரு வகை BJT ஆகும். அதில் "P" மற்றும் "N" ஆகிய எழுத்துகள், டிரான்சிஸ்டரின் வெவ்வேறு பகுதிகளுக்குள் உள்ள பெரும்பான்மை மின்சுமை கேரியர்களைக் குறிக்கின்றன.

ஒரு PNP இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டரின் குறியீடு.

PNP டிரான்சிஸ்டர்களில் ஒரு N-மாசுக்கலக்கப்பட்ட குறைக்கடத்தி அடுக்கு P-மாசுக்கலக்கப்பட்ட பொருளின் இரு அடுக்குகளுக்கிடையே வைக்கப்பட்டிருக்கும். பொது-உமிழ்ப்பான் பயன்முறையில் அடிவாயை விட்டு வெளியேறும் சிறிதளவு மின்னோட்டம் சேகரிப்பான் வெளியீட்டில் பெருக்கப்படுகிறது. மற்றபடி ஒரு PNP டிரான்சிஸ்டர் அதன் அடிவாய் அதன் உமிழ்ப்பானை விடக் குறைவாக செலுத்தப்படும் போது "இயக்கத்தில் உள்ளது".

PNP டிரான்சிஸ்டர் குறியீட்டிலுள்ள அம்பு உமிழ்ப்பான் நீட்டிப்பில் உள்ளது. மேலும் சாதனம் முன்னோக்கு மின் சார்புப் பயன்முறையிலிருக்கும் போது அது மரபு மின்னோட்டம் பாயும் திசையைக் குறிக்கிறது.

PNP டிரான்சிஸ்டருக்கான குறியீட்டை நினைவில் கொள்ள உதவும் வாக்கியம்: "p ointing in p roudly அல்லது 'p ointing in - p ah'."[5]

ஹெட்ரோசந்தி இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்[தொகு]

கிரேடட் ஹெட்ரோசந்தி NPN இருமுனை டிரான்சிஸ்டரிலுள்ள பட்டைகள்.உமிழ்ப்பானிலிருந்து அடிவாய்க்கு செல்வதற்கான எலக்ட்ரான்களுக்கும் அடிவாயிலிருந்து உமிழ்ப்பானுக்கு பின்புறம் செலுத்தப்பட வேண்டிய துளைகளுக்குமான பேரியர்கள் குறிப்பிடப்பட்டுள்ளன. அடிவாய் பகுதியில் எலக்ட்ரான் நகர்வுக்கு உதவும் அடிவாயிலுள்ள பட்டையின் கிரேடிங்கும் குறிக்கப்பட்டுள்ளது. வெளிரிய நிறங்கள் குறைப்புப் பகுதிகளைக் குறிக்கின்றன

ஹெட்ரோசந்தி இருமுனை டிரான்சிஸ்டர் (HBT) BJT இன் மேம்பாடாகும். மேலும் அது பல நூறு GHz வரையிலான மிக அதிக அதிர்வெண்களைக் கொண்ட சமிக்ஞைகளைக் கையாளக்கூடியதாகும். அது தற்கால அல்ட்ராஃபாஸ்ட் மின்சுற்றுகளில் பொதுவாகக் காணப்படுகிறது. இது பெரும்பாலும் RF அமைப்புகளில் உள்ளது.[6][7] ஹெட்ரோசந்தி டிரான்சிஸ்டர்கள், டிரான்சிஸ்டர் கூறுகளுக்கு வெவ்வேறு குறைக்கடத்திகளைக் கொண்டுள்ளன. இது வழக்கமாக உமிழ்ப்பான் அடிவாயை விட அதிக பட்டை இடைவெளி கொண்டமைந்துள்ளது. பட்டை இடைவெளிகளுக்கிடையே உள்ள இந்த வேறுபாடு துளைகளுக்கான தடை அடிவாய்க்குள் பின்னோக்கி செலுத்த அனுமதிப்பதை இந்தப் படம் காண்பிக்கிறது. படத்தில் Δφp எனக் குறிக்கப்பட்டுள்ள இது அதிகமாக இருக்கும் விதத்தில், அடிவாய்க்குள் செலுத்தப்பட வேண்டிய எலக்ட்ரான்களின் அளவான Δφn குறைவாக்கப்படுகிறது. இந்த தடை ஏற்பாடு, உமிழ்ப்பான்-அடிவாய் சந்தி முன்னோக்கு சார்பில் இருக்கும் போது அடிவாயிலிருந்து செலுத்தப்படும் சிறுபான்மை கேரியர் செலுத்தலைக் குறைக்க உதவுகிறது. மேலும் இதன் மூலம் அடிவாய் மின்னோட்டத்தைக் குறைத்து உமிழ்ப்பான் செலுத்தல் செயல்திறனை அதிகரிக்கிறது.

அடிவாய்க்குள் கேரியர்கள் செலுத்தப்படுதலிலான மேம்பாட்டினால் அடிவாய்க்கு அதிக மாசுக்கலப்பளவு கிடைக்கிறது. இதன் விளைவாக அடிவாய் மின்முனையை அணுகுவதற்கு குறைவான தடையே எஞ்சுகிறது. ஒற்றைச்சந்தி BJT என்றும் குறிப்பிடப்படும் மிகவும் பழைய BJT இல் உமிழ்ப்பானிலிருந்து அடிவாய்க்கான கேரியர் செலுத்தல் செயல்திறனானது பிரதானமாக உமிழ்ப்பான் மற்றும் அடிவாயின் மாசுக்கலப்பு அளவுகளுக்கிடையே உள்ள விகிதத்தினாலேயே தீர்மானிக்கப்படுகிறது. அதாவது அதிக செலுத்தல் செயல்திறனைப் பெறுவதற்கு அடிவாயானது குறைவாக மாசுக்கலக்கப்பட்டிருக்க வேண்டும். இதனால் அதன் மின் தடையானது ஒப்பீட்டில் அதிகமாக இருக்கும். மேலும் அடிவாய்ப் பகுதியின் அதிக மாசுக்கலப்பினால் அடிவாய் குறுக்கத்தைக் குறைப்பதன் மூலம் முந்தைய மின்னழுத்தம் போன்ற செயல்திறன் மதிப்புகளை அதிகரிக்கலாம்.

அடிவாயில் உள்ள பொதிவின் தரமிடலானது எடுத்துக்காட்டுக்கு SiGe டிரான்சிஸ்டரில் ஜெர்மானியத்தின் அளவை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அதிகரிப்பதன் மூலம் அதிகரிப்பதால் நடுநிலை அடிவாயில் பட்டை இடைவெளியிலான சரிவு மாற்றம் உண்டாகிறது. இது படத்தில் ΔφG எனக் குறிக்கப்பட்டுள்ளது. இதனால் ஒரு "உள்ளமைக்கப்பட்ட" புலம் கிடைக்கிறது. அது எலக்ட்ரான் அடிவாயின் வழியே செல்ல உதவுகிறது. அந்த நகர்வின் இழுப்புக் கூறானது இயல்பான விரவல் நகர்வுக்கு உதவுகிறது. இதனால் அடிவாயின் வழியேயான நகர்விற்கான நேரத்தைக் குறைப்பதன் மூலம் டிரான்சிஸ்டரின் அதிர்வெண் மறுவினை அதிகரிக்கிறது.

சிலிக்கான்–ஜெர்மானியம் மற்றும் அலுமினியம் கேலியம் ஆர்சனைடு ஆகியவை பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் இரண்டு HBTகளாகும். இருப்பினும் HBT கட்டமைப்புக்கு பரவலான பல்வேறு குறைக்கடத்திகள் பயன்படுத்தப்படலாம். HBT கட்டமைப்புகள் வழக்கமாக MOCVD மற்றும் MBE போன்ற எப்பிடெக்ஸி நுட்பங்களால் செய்யப்படுகின்றன.

செயல்பாட்டுப் பகுதிகள்[தொகு]

இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்களுக்கு ஐந்து தனித்துவமான செயல்பாட்டுப் பகுதிகள் உள்ளன. அவை பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படும் சார்பினால் வரையறுக்கப்படுகின்றன:

  • முன்னோக்கு-செயல் (அல்லது செயல் ): அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் சந்தி முன்னோக்கு மின்சார்புடையதும் அடிவாய்–சேகரிப்பான் சந்தி எதிர் மின்சார்புடையதுமாகும். பெரும்பாலான இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்கள் முன்னோக்கு செயல் பயன்முறையில் மிக அதிக பொது-உமிழ்ப்பான் மின்னோட்ட ஈட்டத்தைத்\beta_F தரும் வகையிலேயே வடிவமைக்கப்படுகின்றன. இவ்வாறானால் சேகரிப்பான்–உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டமானது தோராயமாக அடிவாய் மின்னோட்டத்திற்கு நேர்த்தகவிலிருக்கும். ஆனால் குறைந்த அடிவாய் மின்னோட்ட மாற்றங்களுக்கு அது பல மடங்கு அதிகமாகவே இருக்கும்.
  • எதிர்-செயல் (அல்லது எதிர்த்தகவு-செயல் அல்லது தலைகீழ் ): முன்னோக்கு-செயல் பகுதியின் சார்பு நிலைகளை எதிர்த்திசையிலமைப்பதன் மூலம் ஓர் இருமுனை டிரான்சிஸ்டர் எதிர் செயல் பயன்முறைக்கு மாறுகிறது. இந்தப் பயன்முறையில் உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பான் பகுதிகள் தங்கள் பங்கை பரிமாறிக்கொள்கின்றன. பெரும்பாலான BJTகள் முன்னோக்கு செயல் பயன்முறையில் மின்னோட்ட ஈட்டத்தை அதிகரிக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்படுவதால் தலைகீழ் பயன்முறையில் \beta_F மதிப்பானது பல மடங்கு (வழக்கமான ஜெர்மானியம் டிரான்சிஸ்டருக்கு 2–3 மடங்கு) குறைவாக உள்ளது. இந்த டிரான்சிஸ்டர் பயன்முறையானது பயன்படுத்தப்படுவதில்லை. வழக்கமாக தோல்வித்தடுப்பு நிலைகள் மற்றும் சில வகை இருமுனை லாஜிக் ஆகியவற்றுக்கு மட்டுமே இவற்றைக் கருத்தில்கொள்கின்றனர். அடிவாய்க்கான எதிர் மின் சார்புடைய உறிவு மின்னழுத்தமானது இந்தப் பகுதியில் அளவில் குறைவாக இருக்கலாம்.
  • பூரிதம் : இரு சந்திகளும் முன்னோக்கு மின்சார்புடையதாக இருக்கும்பட்சத்தில் ஒரு BJT பூரிதப் பயன்முறையில் இயங்குகிறது. மேலும் அது உமிழ்ப்பானிலிருந்து சேகரிப்பானுக்கு அதிக மின்னோட்டக் கடத்தலுக்கு வழிவகை செய்கிறது. இந்தப் பயன்முறை ஒரு தர்க்கரீதியான "இயக்க" அல்லது மூடிய ஸ்விட்ச்சைக் குறிக்கிறது.
  • வெட்டு : வெட்டு நிலையில் மின் சார்பு நிலைகள் பூரித நிலைக்கு எதிராக உள்ளன (இரு சந்திகளும் எதிர் மின்சார்புடையவை). சிறிதளவு மின்னோட்டப் பாய்வு உள்ளது. அது தர்க்க ரீதியான "அணைத்தல்" அல்ல்து திறந்த ஸ்விட்ச்சைக் குறிக்கிறது.
  • இறக்க முறிவு பகுதி

இந்தப் பகுதிகள் போதிய அளவு அதிக மின்னழுத்தத்திற்கு ஏற்ப நன்கு வரையறுக்கப்பட்டவை. அவை ஓரளவு சிறிய (சில நூறு மில்லிவோல்ட்டுகளுக்கும் குறைவான) மின் சார்புகளுக்கு ஒன்றுடன் ஒன்று பொருந்துகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக டிஜிட்டல் லாஜிக்கில் கீழிறக்கு ஸ்விட்ச்சாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு NPN BJT இன் வழக்கமான நிலத்தொடுதொடுத்த-உமிழ்ப்பான் உள்ளமைப்பில், "அணைக்கப்பட்ட" நிலையானது எப்போதுமே எதிர்-மின் சார்புடைய சந்தியுடன் தொடர்புடையதாகாது. ஏனெனில் அடிவாய் மின்னழுத்தமானது எப்போதுமே நில இணைப்பினை விடக் குறைவாவதில்லை. இருப்பினும் முன்னோக்கு மின் சார்பானது பூச்சியத்திற்கும் மிகவும் நெருங்கிய அளவாகவே உள்ளது. அதாவது மின்னோட்டம் பாய்வதில்லை இதனால் முன்னோக்கு செயல் பகுதியின் இந்த முனையை வெட்டுப் பகுதி எனக் கருதலாம்.

மின்சுற்றுகளில் செயல்-பயன்முறை NPN டிரான்சிஸ்டர்கள்[தொகு]

NPN டிரான்சிஸ்டரின் கட்டமைப்பும் பயனும். திட்ட விளக்கப்படத்திற்கேற்க அம்பு.

எதிரிலுள்ள விளக்கப் படமானது இரண்டு மின்னழுத்த மூலங்களுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ள ஒரு NPN டிரான்சிஸ்டரின் திட்ட விளக்கமாகும். டிரான்சிஸ்டர் C இலிருந்து E க்கு போதிய அளவு மின்னோட்டத்தைக் கடத்த வைக்க (1 mA இன் மடங்கில்), V_{\text{BE}} மதிப்பானது குறைந்தபட்ச மதிப்பை விட அதிகமாக இருக்க வேண்டும். இது சில நேரங்களில் உள் முறிவு (கட்-இன்) மின்னழுத்தம் என அழைக்கப்படுகிறது. உள் முறிவு மின்னழுத்தமானது வழக்கமாக சிலிக்கான் BJTகளுக்கு அறை வெப்பநிலையில் சுமார் 600 mV என உள்ளது. ஆனால் டிரான்சிஸ்டரின் வகை மற்றும் அதன் மின் சார்பைப் பொறுத்து வேறுபடலாம். இந்த செலுத்தப்படும் மின்னழுத்தத்தினால் கீழுள்ள P-N சந்தி 'இயக்க நிலைக்கு' மாறுகிறது. இதனால் உமிழ்ப்பானிலிருந்து அடிவாய்க்கு எலக்ட்ரான்கள் பாய்கின்றன. செயல் பயன்முறையில் அடிவாய் மற்றும் சேகரிப்பான் ஆகியவற்றுக்கிடையே நிலவும் மின் புலமானது (V_{\text{CE}} இனால் உருவாக்கப்படுவது) இந்த எலக்ட்ரான்களில் பெரும்பாலானவை சேகரிப்பானிலுள்ள மேலே உள்ள P-N சந்தியைக் கடக்கக் காரணமாகின்றன. அவை கடந்து சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகின்றனI_{\text{C}}. மீதமுள்ள எலக்ட்ரான்கள் அடிவாயிலுள்ள பெரும்பான்மை கேரியர்களான துளைகளுடன் மீண்டும் சேர்கின்றன. இதனால் அடிவாய் இணைப்பின் வழியே மின்னோட்டம் உருவாகிறது. இது I_{\text{B}} என்னும் அடிவாய் மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. படத்தில் காண்பிக்கப்பட்டது போல, I_{\text{E}} என்ற உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டமானது, மொத்த டிரான்சிஸ்டர் மின்னோட்டமாகும். அது பிற மின்முனை மின்னோட்டங்களின் கூடுதலாகும் (அதாவது I_{\text{E}} = I_{\text{B}} + I_{\text{C}}\,).

படத்தில் மின்னோட்டத்தைக் குறிக்கும் அம்புகள் மரபு மின்னோட்டத்தின் திசையினைக் குறிக்கின்றன – எலக்ட்ரான்கள் பாயும் திசையானது அம்புகளின் திசைக்கு எதிர்த்திசையாகும். ஏனெனில் எலக்ட்ரான்கள் எதிர் மின்சுமை கொண்டுள்ளன. செயல் பயன்முறையில் சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்திற்கும் அடிவாய் மின்னோட்டத்திற்கும் உள்ள விகிதம் DC மின்னோட்ட ஈட்டம் என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த ஈட்டம் வழக்கமாக 100 அல்லது அதற்கும் அதிகமாக உள்ளது. ஆனால் உயர் மின்சுற்று டிசைன்கள் துல்லியமான மதிப்பைச் சார்ந்தவை அல்ல (எடுத்துக்காட்டுக்கு ஆப்-ஆம்ப் என்பதைக் காண்க). DC சமிக்ஞைகளுக்கான இந்த ஈட்டத்தின் மதிப்பு h_{\text{FE}} எனப்படுகிறது, AC சமிக்ஞைகளுக்கான இந்த மதிப்பு h_{\text{fe}} என்று குறிக்கப்படுகிறது. இருப்பினும் குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் வரம்பு இல்லாதபட்சத்தில் \beta குறியீடு பயன்படுத்தப்படுகிறது[மேற்கோள் தேவை].

உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டமானது V_{\text{BE}} உடன் அடுக்குத்தொடர் ரீதியாக தொடர்புடையது என்பது கவனத்தில் கொள்ளத்தக்கதாகும். அறை வெப்பநிலையில் V_{\text{BE}} தோராயமாக 60 mV அதிகரிக்கும் போது உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டமானது 10 என்ற காரணியளவுக்கு அதிகரிக்கிறது. அடிவாய் மின்னோட்டமானது தோராயமாக சேகரிப்பான் மற்றும் உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டங்களுக்கு நேர்த்தகவிலிருப்பதால் அவை இதேபோல் மாறுகின்றன.

மின்சுற்றுகளில் செயல்-பயன்முறை PNP டிரான்சிஸ்டர்கள்[தொகு]

PNP டிரான்சிஸ்டரின் கட்டமைப்பும் பயனும்.

எதிரிலுள்ள படமானது, இரண்டு மின்னழுத்த மூலங்களுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ள ஒரு PNP டிரான்சிஸ்டரின் திட்ட விளக்கமாகும். டிரான்சிஸ்டர் E இலிருந்து C க்கு போதிய அளவு மின்னோட்டத்தைக் கடத்தும்படி செய்ய (1 mA என்ற அளவுகளில்), V_{\text{EB}} மதிப்பானது குறைந்தபட்ச மதிப்பை விட அதிகமாக இருக்க வேண்டும், அது சில நேரங்களில் உள்-முறிவு (கட்-இன்) மின்னழுத்தம் எனப்படுகிறது. வழக்கமாக சிலிக்கான் BJTகளுக்கு அறை வெப்பநிலையில் உள்-முறிவு மின்னழுத்தம் சுமார் 600 mV என உள்ளது, ஆனால் டிரான்சிஸ்டரின் வகை மற்றும் அதன் மின் சார்பைப் பொறுத்து வேறுபடலாம். செலுத்தப்பட்ட இந்த மின்னழுத்தத்தால் மேல் பகுதி P-N சந்தி 'இயக்க நிலைக்கு' மாறி உமிழ்ப்பானிலிருந்து அடிவாய்க்கு துளைகள் செல்கின்றன. செயல் பயன்முறையில் அடிவாய் மற்றும் சேகரிப்பான் (V_{\text{EC}} இனால் உருவாவது) ஆகியவற்றுக்கிடையே உள்ள மின் புலமானது இந்தத் துளைகளில் பெரும்பாலானவை சேகரிப்பானின் கீழ் P-N சந்தியைக் கடக்கவைக்கின்றன. இதனால் I_{\text{C}}என்ற சேகரிப்பான் மின்னோட்டம் உருவாகிறது. மீதமுள்ள துளைகள் அடிவாயிலுள்ள பெரும்பான்மை கேரியர்களான எலக்ட்ரான்களுடன் மீண்டும் சேர்கின்றன. இதனால் அடிவாய் இணைப்பிலிருந்து மின்னோட்டம் உருவாகி I_{\text{B}}என்ற அடிவாய் மின்னோட்டம் கிடைக்கிறது. படத்தில் காண்பிக்கப்பட்டது போல உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டம் I_{\text{E}} ஆனது மொத்த டிரான்சிஸ்டர் மின்னோட்டமாகும். அது பிற மின் முனை மின்னோட்டங்களின் கூடுதலாகும் (அதாவது, I_{\text{E}} = I_{\text{B}} + I_{\text{C}}\,).

படத்தில் மின்னோட்டத்தைக் குறிக்கும் அம்புகள் மரபு மின்னோட்டத்தின் திசையைக் குறிக்கின்றன – துளைகளின் பாய்வு திசையானது அம்புகளின் திசையே ஆகும். ஏனெனில் துளைகள் நேர் மின்சுமை கொண்டுள்ளன. செயல் பயன்முறையில் சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்திற்கும் அடிவாய் மின்னோட்டத்திற்குமுள்ள விகிதமானது DC மின்னோட்ட ஈட்டம் என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த ஈட்டமானது வழக்கமாக 100 அல்லது அதிகமாக உள்ளது. ஆனால் உயர் மின்சுற்று டிசைன்கள் துல்லியமான மதிப்பைச் சார்ந்திருப்பதில்லை. DC சமிக்ஞைகளுக்கான இந்த ஈட்டத்தின் மதிப்பு h_{\text{FE}} என்றும் AC சமிக்ஞைகளுக்கான மதிப்பு h_{\text{fe}} என்றும் வழங்கப்படுகின்றன. இருப்பினும் குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் வரம்பு இல்லாதபட்சத்தில் \beta குறியீடு பயன்படுத்தப்படுகிறது[மேற்கோள் தேவை].

உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டம் V_{\text{EB}} உடன் அடுக்குத்தொடர் ரீதியாக தொடர்புடையது என்பது கருத்தில் கொள்ளத்தக்கதாகும். அறை வெப்பநிலையில் V_{\text{EB}} மதிப்பு 60 mV அதிகரிக்கும் போது உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டமானது 10 என்ற காரணியளவு அதிகரிக்கிறது. ஏனெனில் அடிவாய் மின்னோட்டமானது தோராயமாக சேகரிப்பான் மற்றும் உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டங்களுக்கு நேர்த்தகவிலுள்ளதாகும். அவை ஒரே விதமாக மாறுகின்றன.

வரலாறு[தொகு]

இருமுனை (புள்ளி-தொடர்பு) டிரான்சிஸ்டரானது, வில்லியம் ஷாக்லி அவர்களின் மேற்பார்வையில் ஜான் பர்டீன் மற்றும் வால்டர் ப்ரட்டெயின் ஆகியோரால் பெல் தொலைபேசி ஆய்வகத்தில் டிசம்பர் 1947 இல் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. சந்தி வகைகள், 1948 இல் ஷாக்லியால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன, தனிப்பட்ட மற்றும் தொகுப்பு மின்சுற்றுகள் ஆகிய டிசைனில் தேர்வு செய்யக்கூடிய சாதனமாக முப்பதாண்டுகள் விளங்கின. தற்காலத்தில் டிஜிட்டல் தொகுப்பு மின்சுற்றுகளின் டிசைனிலான CMOS தொழில்நுட்பத்தின் காரணமாக BJT இன் பயன்பாடு குறைந்துள்ளது.

ஜெர்மானியம் டிரான்சிஸ்டர்கள்[தொகு]

ஜெர்மானியம் டிரான்சிஸ்டர் 1950களிலும் 1960களிலும் வழக்கமாக அதன் "வெட்டு" மின்னழுத்தம், சுமார் 0.2 V என்ற அளவில் இருந்து சில பயன்பாடுகளுக்கு அது மிகப் பொருத்தமானதாக விளங்கிய காலத்திலும் மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்பட்டது. மேலும் அது பெரும்பாலும் வெப்பவியல் இழப்பு சிக்கலைக் கொண்டிருந்தது.

தொடக்க கால உற்பத்தி நுட்பங்கள்[தொகு]

இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டர்களை உற்பத்தி செய்யும் பல்வேறு முறைகள் உருவாக்கப்பட்டன[8].

  • புள்ளி-தொடர்பு டிரான்சிஸ்டர் – டிரான்சிஸ்டர் செயல்பாட்டை விளக்கும் முதல் வகை, அதன் அதிக விலை மற்றும் இரைச்சலின் காரணமாக வணிக ரீதியாக குறைவாகவே பயன்படுத்தப்பட்டது.
  • க்ரோவ்ன் சந்தி டிரான்சிஸ்டர் – உருவாக்கப்பட்ட முதல் வகை இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டர்[9]. அது வில்லியம் ஷாக்லியால் பெல் ஆய்வகத்தில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. அது ஜூன் 23, 1948 அன்று கண்டுபிடிக்கப்பட்டது[10]. அதற்கான காப்புரிமை ஜூன் 26, 1948 இல் பதிவு செய்யப்பட்டது.
  • அல்லாய் சந்தி டிரான்சிஸ்டர் – உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பான் அல்லாய் மணிகள் ஒன்றிணைக்கப்பட்டு அடிவாய் உருவாக்கப்பட்டது. இது ஜெனரல் எலக்ட்ரிக் மற்றும் RCA[11] ஆகிய நிறுவனங்களில் 1951 இல் உருவாக்கப்பட்டது.
    • மைக்ரோ அல்லாய் டிரான்சிஸ்டர் – அதி வேக வகை அல்லாய் சந்தி டிரான்சிஸ்டர். ஃபில்கோ[12] நிறுவனத்தில் உருவாக்கப்பட்டது.
    • மைக்ரோ அல்லாய் டிஃப்யூஸ்டு டிரான்சிஸ்டர் – அதி வேக வகை அல்லாய் சந்தி டிரான்சிஸ்டர். ஃபில்கோ நிறுவனத்தில் உருவாக்கப்பட்டது.
    • போஸ்ட் அல்லாய் டிஃப்யூஸ்டு டிரான்சிஸ்டர் – அதிவேக வகை அல்லாய் சந்தி டிரான்சிஸ்டர். ஃபிலிப்ஸ் நிறுவனத்தில் உருவாக்கப்பட்டது.
  • டெட்ரோட் டிரான்சிஸ்டர் – அடிவாய்க்கு இரு இணைப்புகள் கொண்டுள்ள, க்ரோவ்ன் சந்தி டிரான்சிஸ்டர்[13] அல்லது அல்லாய் சந்தி டிரான்சிஸ்டரின்[14] அதிவேக மாற்றவகை.
  • சர்ஃபேஸ் பேரியர் டிரான்சிஸ்டர் – அதிவேக மெட்டல் பேரியர் சந்தி டிரான்சிஸ்டர். ஃபில்கோ[15] நிறுவனத்தில் 1953 இல் உருவாக்கப்பட்டது[16].
  • ட்ரிஃப்ட்-ஃபீல்டு டிரான்சிஸ்டர் – அதிவேக இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டர். ஹெர்பட் குரோமர்[17][18] என்பவரால் ஜெர்மானிய அஞ்சல் சேவையின் செண்ட்ரல் பியூரோ ஆஃப் டெலிகம்யூனிக்கேஷன்ஸ் டெக்னாலஜியால், 1953 ஆம் ஆண்டு உருவாக்கப்பட்டது.
  • டிஃப்யூஷன் டிரான்சிஸ்டர் – நவீன வகை இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டர். இதன் மாதிரி நெறிகள்[19] பெல் ஆய்வகத்தில் 1954 ஆம் ஆண்டு உருவாக்கப்பட்டன.
    • டிஃப்யூஸ்டு அடிவாய் டிரான்சிஸ்டர் – டிஃப்யூஷன் டிரான்சிஸ்டரின் முதல் செயல்படுத்தல்.
    • மெசா டிரான்சிஸ்டர் – டெக்சாஸ் இன்ஸ்ட்ருமெண்ட்ஸ் நிறுவனத்தில் 1957 ஆம் ஆண்டு உருவாக்கப்பட்டது.
    • ப்ளேனார் டிரான்சிஸ்டர் - இதுவே மோனோலித்திக் தொகுப்பு மின்சுற்றுகள் பெருமளவில் உற்பத்தி செய்யப்படுவதைச் சாத்தியமாக்கிய இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டர் ஆகும். இது டாக்டர். ஜீன் ஹோர்னி[20] என்பவரால் ஃபேர்சைல்டு நிறுவனத்தில் 1959 ஆம் ஆண்டு உருவாக்கப்பட்டது.
  • எப்பிடெக்சியல் டிரான்சிஸ்டர் – ஆவி நிலை படிதலைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படும் ஓர் இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டர். எப்பிடெக்ஸி என்பதைக் காண்க. மாசுக்கலப்பு அளவுகளையும் கிரேடியண்ட்டுகளையும் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த உதவுகிறது.

கோட்பாடும் மாதிரியாக்கலும்[தொகு]

கீழே உள்ள விவாதங்களில், NPN இருமுனை டிரான்சிஸ்டரே முக்கியத்துவம் பெற்றுள்ளது. NPN டிரான்சிஸ்டர் செயல் பயன்முறையில் V_{\text{BE}} என்ற அடிவாய்-உமிழ்ப்பான் மின்னழுத்தமும் V_{\text{CB}} என்ற சேகரிப்பான்-அடிவாய் மின்னழுத்தமும் நேர்க்குறி மதிப்புகளாகும், இதில் உமிழ்ப்பான்-அடிவாய் சந்தி முன்னோக்கு சார்புடையதாகவும் சேகரிப்பான்-அடிவாய் சந்தி எதிர் சார்புடையதாகவும் அமைகிறது. செயல்பாட்டின் செயல் பயன்முறையில், எலக்ட்ரான்கள் முன்னோக்கு மின்சார்புடைய n-வகை உமிழ்ப்பான் பகுதியிலிருந்து p-வகை அடிவாய்க்கு செலுத்தப்படுகின்றன, அங்கே அவை முன்னோக்கு மின்சார்புடைய n-வகை சேகரிப்பானுக்கு விரவி எதிர் மின்சார்புடைய சேகரிப்பான்-அடிவாய் சந்தியிலுள்ள மின் புலத்தால் விலக்கி அனுப்பப்படுகின்றன. முன்னோக்கு மற்றும் எதிர் மின் சார்புகளை விளக்கும் படத்திற்கு, கட்டுரையின் இறுதிப் பகுதியான குறைக்கடத்தி டயோடுகள் என்ற பிரிவைக் காண்க.

பெரிய-சமிக்ஞை மாதிரிகள்[தொகு]

எபர்ஸ்-மோல் மாதிரி[தொகு]

செயல் பயன்முறையில் DC உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பான் மின்னோட்டங்கள், எபர்ஸ்-மோல் மாதிரிக்கு சிறப்பாக தோராயமாக்கப்படுகின்றன:

NPN டிரான்சிஸ்டருக்கான எபர்ஸ்-மோல் மாதிரி
PNP டிரான்சிஸ்டருக்கான எபர்ஸ்-மோல் மாதிரி
I_{\text{E}} = I_{\text{ES}} \left(e^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} - 1\right)
I_{\text{C}} = \alpha_T I_{\text{ES}} \left(e^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} - 1\right)

அடிவாய் அக மின்னோட்டத்திற்கு பிரதானமாக விரவலே காரணமாக உள்ளது (ஃபிக் விதியைக் காண்க) மற்றும்,

J_n(\text{base}) = \frac{q D_n n_{bo}}{W} e^{\frac{V_{\text{EB}}}{V_{\text{T}}}}

இங்கு,

  • V_{\text{T}} என்பது kT/q என்ற வெப்ப மின்னழுத்தமாகும் (300 K ≈ அறைவெப்பநிலையில் தோராயமாக 26 mV ஆகும்).
  • I_{\text{E}} என்பது உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டமாகும்
  • I_{\text{C}} என்பது சேகரிப்பான் மின்னோட்டமாகும்
  • \alpha_{T} என்பது பொது அடிவாய் முன்னோக்கு குறும் மின்சுற்று மின்னோட்ட ஈட்டமாகும் (0.98 முதல் 0.998 வரை)
  • I_{\text{ES}} என்பது அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் டயோடின் எதிர் பூரித மின்னோட்டம் ஆகும் (10−15 முதல் 10−12 ஆம்பியர் என்ற அளவில்)
  • V_{\text{BE}} என்பது அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் மின்னழுத்தம் ஆகும்
  • D_n என்பது p-வகை அடிவாயிலுள்ள எலக்ட்ரான்களுக்கான விரவல் மாறிலியாகும்
  • W என்பது அடிவாய் அகலமாகும்

\alpha மற்றும் முன்னோக்கு \beta அளவுருக்கள் முன்னர் விவரிக்கப்பட்டுள்ளன. இந்த மாதிரியில் சில நேரங்களில் ஓர் எதிர் \beta சேர்க்கப்படுகிறது.

கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள எந்த செயல்படும் பகுதியிலும் உள்ள மூன்று மின்னோட்டங்களையும் விவரிக்க, தோராயமாக்கப்படாத எபர்ஸ்-மோல் சமன்பாடுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த சமன்பாடுகள், ஓர் இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டருக்கான டிரான்ஸ்போர்ட் மாதிரியை அடிப்படையாகக் கொண்டவை.[21]

 i_{\text{C}} = I_{\text{S}}\left(e^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} - e^{\frac{V_{\text{BC}}}{V_{\text{T}}}}\right) - \frac{I_{\text{S}}}{\beta_R}\left(e^{\frac{V_{\text{BC}}}{V_{\text{T}}}} - 1\right)
 i_{\text{B}} = \frac{I_{\text{S}}}{\beta_F}\left(e^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} - 1\right) + \frac{I_{\text{S}}}{\beta_R}\left(e^{\frac{V_{\text{BC}}}{V_{\text{T}}}} - 1\right)
 i_{\text{E}} = I_{\text{S}}\left(e^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} - e^{\frac{V_{\text{BC}}}{V_{\text{T}}}}\right) + \frac{I_{\text{S}}}{\beta_F}\left(e^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} - 1\right)

இங்கு,

  • i_{\text{C}} என்பது சேகரிப்பான் மின்னோட்டம் ஆகும்
  • i_{\text{B}} என்பது அடிவாய் மின்னோட்டம் ஆகும்
  • i_{\text{E}} என்பது உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டம் ஆகும்
  • \beta_F என்பது முன்னோக்கு பொது உமிழ்ப்பான் மின்னோட்ட ஈட்டமாகும் (20 முதல் 500 வரை)
  • \beta_R என்பது எதிர் பொது உமிழ்ப்பான் மின்னோட்ட ஈட்டமாகும் (0 முதல் 20 வரை)
  • I_{\text{S}} என்பது எதிர் பூரித மின்னோட்டம் (10−15 முதல் 10−12 ஆம்பியர் வரை) ஆகும்
  • V_{\text{T}} என்பது வெப்ப மின்னழுத்தம் (தோராயமாக 300 K ≈ அறை வெப்பநிலையில் 26 mV) ஆகும்.
  • V_{\text{BE}} என்பது அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் மின்னழுத்தம் ஆகும்
  • V_{\text{BC}} என்பது அடிவாய்–சேகரிப்பான் மின்னழுத்தம் ஆகும்
அடிவாய்-அகல பண்பேற்றம்[தொகு]
மேலே: குறைவான சேகரிப்பான்-அடிவாய் எதிர் மின் சார்புக்கான PNP அடிவாய் அகலம்; கீழே: அதிக சேகரிப்பான்-அடிவாய் எதிர் மின்சார்புக்கான குறுகலான PNP அடிவாய் அகலம்.வெளிரிய நிறங்கள் குறைப்புப் பகுதிகளாகும்.

பயன்படுத்தப்பட்ட சேகரிப்பான்–அடிவாய் மின்னழுத்தமானது (V_{\text{BC}}) மாறும் என்பதால், சேகரிப்பான்–அடிவாய் குறைப்புப் பகுதியானது அளவில் மாறுகிறது. சேகரிப்பான்–அடிவாய் மின்னழுத்தம் அதிகரிக்கப்பட்டால், எடுத்துக்காட்டுக்கு, அதனால் சேகரிப்பான்–அடிவாய் சந்தியின் குறுக்கே, மிக அதிக எதிர் மின் சார்பு ஏற்படுகிறது. அதே போல் சேகரிப்பான்–அடிவாய் குறைப்புப் பகுதி அகலத்தை அதிகரித்தால் அடிவாயின் அகலம் குறைகிறது. அடிவாய் அகலத்திலான இந்த மாற்றம் அதைக் கண்டுபிடித்தவரான ஜேம்ஸ் எம். எர்லியின் பெயரால் பெரும்பாலும் "எர்லி விளைவு" என அழைக்கப்படுகிறது.

அடிவாய் அகலத்தைக் குறுக்கினால் இரு விளைவுகள் உண்டாகின்றன:

  • "சிறிய" அடிவாய் பகுதியில் மீண்டும் சேர்தலுக்கான வாய்ப்பு குறைகிறது.
  • அடிவாயின் குறுக்கே மின்சுமை கிரேடியண்ட்டானது அதிகரிக்கப்பட்டு அதன் விளைவாக உமிழ்ப்பான் சந்தி வழியே செலுத்தப்படும் சிறுபான்மை கேரியர்களின் மின்னோட்டம் அதிகரிக்கிறது.

இரண்டு காரணிகளுமே சேகரிப்பான்–அடிவாய் மின்னழுத்த அதிகரிப்பின் விளைவாக டிரான்சிஸ்டரின் சேகரிப்பான் அல்லது "வெளியீடு" மின்னோட்டத்தை அதிகரிக்கின்றன.

முன்னோக்கு-செயல் பகுதியில், எர்லி விளைவானது சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்தை (i_{\text{C}}) மாற்றியமைத்து முன்னோக்கு பொது உமிழ்ப்பான் மின்னோட்ட ஈட்டமானது (\beta_F) பின்வருமாறு வழங்கப்படுகிறது:[மேற்கோள் தேவை]

 i_{\text{C}} = I_{\text{S}} \, e^{\frac{v_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} \left(1 + \frac{V_{\text{CB}}}{V_{\text{A}}}\right)
 \beta_F = \beta_{F0}\left(1 + \frac{V_{\text{CB}}}{V_{\text{A}}}\right)
 r_{\text{o}} = \frac{V_{\text{A}}}{I_{\text{C}}}

இதில்,

  • V_{\text{CB}} என்பது சேகரிப்பான்–அடிவாய் மின்னழுத்தம் ஆகும்
  • V_{\text{A}} என்பது ஆகும் எர்லி மின்னழுத்தம் (15 V முதல் 150 V வரை) ஆகும்
  • V_{\text{CB}} = 0 V என இருக்கும் போது \beta_{F0} என்பது பொது-உமிழ்ப்பான் மின்னோட்ட ஈட்டம் ஆகும்
  • r_{\text{o}} என்பது வெளியீடு மின்மறுப்பாகும்
  • I_{\text{C}} என்பது சேகரிப்பான் மின்னோட்டம் ஆகும்
மின்னோட்டம்–மின்னழுத்தம் சிறப்பியல்புகள்[தொகு]

BJT இன் இலட்சிய மின்னோட்டம்-மின்னழுத்தம் சிறப்பியல்புகளைத் தருவிக்கும் போது பின்வரும் கருதுகோள்கள் சம்பந்தப்படுகின்றன[22]

  • குறை அளவு செலுத்தல்
  • ஒவ்வொரு பகுதியிலும் சீரற்ற சந்திகளுடன் கூடிய சீரான மாசுக்கலப்பு
  • ஒரு-பரிமாண மின்னோட்டப் பாய்வு
  • மின்சுமை வெளிப் பகுதிகளில் புறக்கணிக்கத்தக்க அளவு மீண்டும் சேர்தல்-உருவாக்கம்
  • வெளி மின்சுமை பகுதிகளுக்கு வெளியே புறக்கணிக்கத்தக்க அளவு மின் புலங்கள்.

கேரியர்களின் செலுத்தலால் தூண்டப்பட்ட சிறுபான்மை விரவல் மின்னோட்டங்களின் சிறப்பியல்புகளைப் பெறுவது முக்கியமாகும்.

pn-சந்தி டயோடைப் பொறுத்தவரை, விரவல் சமன்பாடு ஒரு முக்கிய தொடர்பாகும்.

\frac{d^2 \Delta p_{\text{B}} (x)}{dx^2} = \frac{\Delta p_{\text{B}} (x)}{L_{\text{B}}^2}

இந்தச் சமன்பாட்டின் ஒரு தீர்வு கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது, அதைத் தீர்க்க இரு எல்லை நிபந்தனைகள் பயன்படுத்தப்பட்டு C_1 மற்றும் C_2 ஆகியவை கண்டறியப்படுகின்றன.

\Delta p_{\text{B}} (x) = C_1 e^{x/L_{\text{B}}} + C_2 e^{-x/L_{\text{B}}}

பின்வரும் சமன்பாடுகள் முறையே உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பான் பகுதிக்குப் பொருந்துகின்றன, மேலும் அச்சு ஆயங்களான 0, 0' மற்றும் 0'' ஆகியவை முறையே அடிவாய், சேகரிப்பான் மற்றும் உமிழ்ப்பான் ஆகியவற்றுக்குப் பொருந்துகின்றன.

\Delta n_{\text{B}} (x'') = A_1 e^{x''/L_{\text{B}}} + A_2 e^{-x''/L_{\text{B}}}
\Delta n_{\text{c}} (x') = B_1 e^{x'/L_{\text{B}}} + B_2 e^{-x'/L_{\text{B}}}

உமிழ்ப்பானுக்கான எல்லை நிபந்தனை கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது:

\Delta n_{\text{E}} (0'') = n_{\text{E}O} ( \exp (q V_{\text{EB}} / kT) - 1)\;

உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பான் பகுதிகளின் நிபந்தனைகள் x'' \rightarrow 0 மற்றும் x' \rightarrow 0 என்று ஆவதால் A_1 மற்றும் B_1 ஆகிய மாறிலிகளின் மதிப்புகள் பூச்சியமாகின்றன.

\Delta n_{\text{E}} (x'') \rightarrow 0
\Delta n_{\text{c}} (x') \rightarrow 0

A_1 = B_1 = 0 என்பதால், \Delta n_{\text{E}} (0'') மற்றும் \Delta n_{\text{c}} (0') ஆகியவற்றின் மதிப்புகள் முறையே A_2 மற்றும் B_2 என ஆகின்றன.

\Delta n_{\text{E}} (x'') = n_{\text{E}0} (\exp (q V_{\text{EB}} / kT) - 1) \exp(-x''/L_{\text{E}})\;
\Delta n_{\text{C}} (x') = n_{\text{C}0} (\exp (q V_{\text{CB}} / kT) - 1) \exp(-x'/L_{\text{C}})\;

I_{\text{E}n} மற்றும் I_{\text{C}n} ஆகியவற்றின் கோவைகளை மதிப்பிடலாம்.

I_{\text{E}n} = - q A D_{\text{E}} \frac{d \Delta_{\text{E}} (x'')}{dx} |_{x''=0''}
I_{\text{C}n} = -q A \frac{D_{\text{C}}}{L_{\text{C}}} n_{\text{C}0} ( \exp ( q V_{\text{CB}} / kT) - 1)

மீண்டும் சேர்தல் நிகழ்வுகள் போதிய அளவு ஏற்படாததால் \Delta p_{\text{B}} (x) இன் இரண்டாவது வழித்தோன்றல் மதிப்பு பூச்சியமாகிறது. இதனால் அதிக துளை அடர்த்திக்கும் x க்கு ஒருபடித் தொடர்பு உள்ளது.

\Delta p_{\text{B}} (x) = D_1 x + D_2\;

பின்வருபவையே \Delta p_{\text{B}} இன் எல்லை நிபந்தனைகளாகும்.

\Delta p_{\text{B}} (0) = D_2\;
\Delta p_{\text{B}} (W) = D_1 W + \Delta p_{\text{B}} (0)\;

மேலே உள்ள ஒருபடித் தொடபில் பிரதியிட்டால்,

\Delta p_{\text{B}} (x) = - \left ( \frac{ \Delta p_{\text{B}} (0) - \Delta p_{\text{B}} (W) }{W} \right ) x + \Delta p_{\text{B}} (0).

இந்த முடிவைக் கொண்டு I_{\text{E}p} இன் மதிப்பைத் தருவிக்கலாம்.

I_{\text{E}p} (0) = - q A D_{\text{B}} \frac{d \Delta p_{\text{B}}}{dx}|_{x=0}
I_{\text{E}p} (0) = \frac{q A D_{\text{B}}}{W} \left ( \Delta p_{\text{B}} (0) - \Delta p_{\text{B}} (W) \right )

I_{\text{E}p}, I_{\text{E}n}, \Delta p_{\text{B}}(0) மற்றும் \Delta p_{\text{B}}(W) ஆகிய கோவைகளைப் பயன்படுத்தி உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டத்திற்கான கோவையைப் பெறலாம்.

\Delta p_{\text{B}}(W) = p_{\text{B}0} \exp ( q V_{\text{CB}}/kT)\;
\Delta p_{\text{B}}(0) = p_{\text{B}0} \exp ( q V_{\text{EB}}/kT))\;
I_{\text{E}} = qA \left ( \left ( \frac{D_{\text{E}} n_{\text{E}0}}{L_{\text{E}}} + \frac{D_{\text{B}} p_{\text{B}0}}{W} \right ) \left ( \exp \left ( \frac{q V_{\text{EB}}}{kT} \right ) - 1 \right ) - \left ( \frac{D_{\text{B}}}{W} p_{\text{B}0} \right ) \left ( \exp \left ( \frac {q V_{\text{CB}}}{k T} \right ) - 1 \right ) \right )

இதே போல், சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்தின் கோவையும் பெறப்படுகிறது.

I_{\text{C}p} (W) = I_{\text{E}p} (0)\;
I_{\text{C}} = I_{\text{C}p} (W) + I_{\text{C}n} (0')\;
I_{\text{C}} = q A \left ( \left ( \frac{D_{\text{B}}}{W} p_{\text{B}0} \right ) ( \exp (q V_{\text{EB}} / kT ) -1 ) - \left ( \frac{ D_{\text{C}} n_{\text{C}0} }{ L_{\text{C}} } + \frac{ D_{\text{B}} p_{\text{B}0} }{ W } \right ) ( \exp (q V_{\text{CB}} / kT ) -1 ) \right )

அடிவாய் மின்னோட்டத்தின் கோவையானது முந்தைய முடிவுகளைக் கொண்டு பெறப்படுகிறது.

I_{\text{B}} = I_{\text{E}} - I_{\text{C}}\;
I_{\text{B}} = q A \left ( \frac{D_{\text{E}}}{L_{\text{E}}} n_{\text{E}0} ( \exp ( q V_{\text{EB}} / kT ) - 1) + \frac{D_{\text{C}}}{L_{\text{C}}} n_{\text{C}0} ( \exp ( q V_{\text{CB}} / k T ) - 1 ) \right )
பஞ்ச்த்ரூ[தொகு]

அடிவாய்–சேகரிப்பான் மின்னழுத்தமானது ஒரு குறிப்பிட்ட (சாதனத்தைப் பொறுத்தது) மதிப்பை அடையும் போது, அடிவாய்–சேகரிப்பான் குறைப்புப் பகுதி எல்லையானது அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் குறைப்புப் பகுதி எல்லையைச் சந்திக்கிறது. இந்த நிலையில் டிரான்சிஸ்டர் விளைவில் அடிவாய் இருப்பதில்லை.இவ்வாறு சாதனமானது இந்நிலையில் இருக்கும் போது அதன் அனைத்து ஈட்டங்களையும் இழக்கிறது.

கம்மெல்–பூன் மின்சுமை-கட்டுப்பாட்டு மாதிரி[தொகு]

கம்மெல்–பூன் மாதிரி[23] என்பது BJT இயக்கவியலின் ஒரு விவரமான மின்சுமை-கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது மாதிரியாகும், அது டிரான்சிஸ்டர் செயலியக்கவியலை விளக்க பிறரால் எடுத்தாளப்பட்டு மேம்படுத்தப்பட்டதாகும், அது முனை-அடிப்படையிலான மாதிரிகளை விட அதிக விவரமாக விளக்கப் பயன்பட்டது[2]. இந்த மாதிரியில் டிரான்சிஸ்டர் \beta-மதிப்புகள் டிரான்சிஸ்டரின் dc மின்னோட்ட அளவுகளைச் சார்ந்திருக்கும் தன்மையும் சேர்க்கப்பட்டுள்ளது, எபர்ஸ்-மோல் மாதிரியில் இந்த மதிப்புகள் மின்னோட்டம்-சாராதவையாகும்.[24]

சிறு-சமிக்ஞை மாதிரிகள்[தொகு]

h-பண்புரு மாதிரி[தொகு]

ஒரு NPN BJT இன் பொதுமயமாக்கப்பட்ட h-அளவுரு மாதிரி. CE, CB மற்றும் CC இட அமைப்புகளுக்கு முறையே e, b அல்லது c கொண்டு x இடமாற்றம் செய்யப்படுகிறது.

BJT மின்சுற்றுகளைப் பகுப்பாய்வு செய்யப் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் மற்றொரு மாதிரி "h-பண்புரு" மாதிரியாகும். அது கலப்பின-பை மாதிரியுடனும் y-பண்புரு இரு-போர்ட்டுடனும் நெருங்கிய தொடர்புடையதாகும். ஆனால் அது உள்ளீடு மின்னழுத்தம் மற்றும் வெளியீடு மின்னழுத்தங்களுக்கு பதிலாக உள்ளீடு மின்னோட்டம் மற்றும் வெளியீடு மின்னழுத்தம் ஆகியவற்றை சார்பற்ற மாறிகளாகப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த இரு-போர்ட் நெட்வொர்க்கானது மின்சுற்று நடத்தையின் பகுப்பாய்வுக்கேற்ப வளைந்துகொடுப்பதால் இது குறிப்பாக BJTகளுக்கு பொருத்தமானவையாகும். மேலும் இதை மேலும் துல்லியமான மாதிரிகளை உருவாக்கவும் பயன்படுத்தலாம். காண்பிக்கப்பட்டுள்ளபடி மாதிரியிலுள்ள "x" என்னும் உறுப்பு பயன்படுத்தப்படும் இடத்தைப் பொறுத்து வெவ்வேறு BJT லீடைக் குறிக்கும். பொது-உமிழ்ப்பான் பயன்முறைக்கு தனி மதிப்புகளை வெவ்வேறு குறியீடுகள் குறிக்கின்றன:

  • x = 'e' ஏனெனில் அது ஒரு பொது-உமிழ்ப்பான் இடவமைப்பாகும்
  • முனை 1 = அடிவாய்
  • முனை 2 = சேகரிப்பான்
  • முனை 3 = உமிழ்ப்பான்
  • i in = அடிவாய் மின்னோட்டம் (i b)
  • i o = சேகரிப்பான் மின்னோட்டம் (i c)
  • V in = அடிவாயிலிருந்து-உமிழ்ப்பானுக்கான மின்னழுத்தம் (V BE)
  • V o = சேகரிப்பானிலிருந்து-உமிழ்ப்பானுக்கான மின்னழுத்தம் (V CE)

மற்றும் h-பண்புருக்கள் பின்வருமாறு வழங்கப்படுகின்றன –

  • h ix = h ie – டிரான்சிஸ்டரின் உள்ளீடு மின்மறுப்பு (உமிழ்ப்பான் மின் தடையைப் பொறுத்தது r e).
  • h rx = h re – டிரான்சிஸ்டரின் I BV BE வளைவு V CE மதிப்பைச் சார்ந்துள்ள தன்மையைக் குறிக்கிறது. அது வழக்கமாக மிகச் சிறியதாக உள்ளது. அதனால் அது பெரும்பாலும் புறக்கணிக்கப்படுகிறது (பூச்சியம் எனக் கருதப்படுகிறது).
  • h fx = h fe – டிரான்சிஸ்டரின் மின்னோட்ட-ஈட்டம். இந்த அளவுருவானது தரவுத்தாள்களில் பெரும்பாலும் h FE அல்லது DC மின்னோட்ட-ஈட்டம் (β DC) எனக் குறிக்கப்படுகிறது.
  • h ox = h oe – டிரான்சிஸ்டரின் வெளியீடு மின்மறுப்பு. இந்த உறுப்பானது வழக்கமாக ஏற்புத் தன்மை எனக் குறிக்கப்படுகிறது, இதை மின்மறுப்பாக மாற்ற இதன் தலைகீழியைக் கணக்கிட வேண்டும்.

காண்பிக்கப்பட்ட படி h-அளவுருக்கள் சிற்றெழுத்து-கீழெழுத்துகளைக் கொண்டிருக்கும், அதனால் AC நிபந்தனைகள் அல்லது பகுப்பாய்வுகளைக் குறிக்கின்றன. DC நிபந்தனைகளுக்கு அவை பேரெழுத்தில் குறிக்கப்பட்டிருக்கும். CE இட அமைப்புக்கு ஒரு தோராயமான h-அளவுரு மாதிரியானது பொதுவாக பயன்படுத்தப்படுகிறது. அது மின்சுற்றுப் பகுப்பாய்வை மேலும் எளிதாக்குகிறது. இதற்கு h oe மற்றும் h re அளவுருக்கள் புறக்கணிக்கப்படுகின்றன (அதாவது அவை முறையே முடிவிலியாக அல்லது பூச்சியமாக அமைக்கப்படுகின்றன). காண்பிக்கப்பட்டுள்ளபடி h-அளவுரு மாதிரியானது குறை-அதிர்வெண், சிறு-சமிக்ஞை பகுப்பாய்வுக்குப் பொருத்தமானதாகும். அதிக-அதிர்வெண் பகுப்பாய்வுகளுக்கு அதிக அதிர்வெண்களுக்குத் தேவையான மின் முனைகளுக்கிடையேயான தேக்குத் திறன்கள் சேர்க்கப்படவேண்டியது அவசியம் ஆகும்.

பயன்பாடுகள்[தொகு]

தனிப்பட்ட (டிஸ்கிரீட்) மின்சுற்று டிசைன் போன்ற சில பயன்பாடுகளில் மிகச் சிறப்பானதாகச் செயல்படும் சாதனமாக BJT இன்றும் உள்ளது. அதற்கு தேர்ந்தெடுக்கப்பட பலதரப்பட்ட BJT கள் கிடைப்பதே காரணமாகும். மேலும் MOSFET உடன் ஒப்பிடுகையில் அதன் டிரான்ஸ்கண்டக்டன்ஸ் மதிப்பும் அதிக வெளியீடு மின் தடையும் அதிகமாக இருப்பதும் இதற்குக் காரணமாகும். BJT அதிகமாகத் தேவைப்படும் அனலாக் மின்சுற்றுகளுக்கேற்ற தேர்வாகவும் உள்ளது, குறிப்பாக வயர்லெஸ் அமைப்புகளுக்கான ரேடியோ-அதிர்வெண் மின்சுற்றுகள் போன்ற மிக-அதிக-அதிர்வெண் பயன்பாடுகளுக்கு பயன்படுகிறது. ஒரு தொகுப்பு மின்சுற்றுடன் இரு வகை டிரான்சிஸ்டரின் பயன்பாட்டு வலிமையையும் பயன்படுத்திக்கொள்ளும் மின்சுற்றுகளை உருவாக்க ஒரு வேஃபர் இழை மின்சுற்றுகள் BiCMOS செயலைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்களை MOSFETகளுடன் சேர்த்துப் பயன்படுத்தலாம்.

வெப்பநிலை சென்சார்கள்[தொகு]

முன்னோக்கு மின் சார்புடைய அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் சந்தி மின்னழுத்தத்தின் அறியப்பட்ட வெப்பநிலை மற்றும் மின்னோட்ட சார்புத்தன்மை ஆகியவற்றின் காரணமாக இரண்டு வெவ்வேறு மின் சார்புடைய மின்னோட்டங்களில், அறியப்பட்ட விகிதத்தில், இரண்டு மின்னழுத்தங்களைக் கழிப்பதன் மூலம் வெப்பநிலையை அளவிடவும் பயன்படுத்தலாம்[3].

மடக்கை மாற்றிகள்[தொகு]

அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் மின்னழுத்தம் அடிவாய்–உமிழ்ப்பான் மற்றும் சேகரிப்பான்–உமிழ்ப்பான் மின்னோட்டங்களின் மடக்கைக்கு ஏற்ப மாறுவதால், ஒரு BJT ஐப் பயன்படுத்தி மடக்கைகளையும் எதிர் மடக்கைகளையும் கணக்கிடலாம். இந்த நேரியலற்ற செயல்பாடுகளை ஒரு டயோடும் செய்ய முடியும், ஆனால் டிரான்சிஸ்டர் கூடுதல் மின்சுற்று நெகிழ்தன்மையை வழங்குகிறது.

பாதிப்புக்கு உட்படும் தன்மை[தொகு]

டிரான்சிஸ்டர் அயனியாக்கக் கதிர்வீச்சுக்குட்பட்டால் கதிரியக்க சேதம் ஏற்படுகிறது. கதிர்வீச்சினால் அடிவாய் பகுதியில் "குறைபாடுகள்" ஏற்படும், அவை மீண்டும் சேர்தல் மையங்களாக செயல்படும். இதன் விளைவாக சிறுபான்மை கேரியர் ஆயுட்காலம் குறைந்து அதனால் டிரான்சிஸ்டர் ஈட்டம் கொஞ்சம் கொஞ்சமாகக் குறையும்.

திறன் BJTகள் இரண்டாம் நிலை செயலிழப்பு என அழைக்கப்படும் தோல்விப் பயன்முறைக்குட்பட்டதாகும், அந்நிலையில் சிலிக்கான் டையில் காணப்படும் அதிக மின்னோட்டம் மற்றும் சாதாரண முழுமையற்ற தன்மைகள் ஆகியவற்றால் சிலிக்கானின் சில பகுதிகள் பிற பகுதிகளைவிட பயங்கர வெப்பமடைகின்றன. மாசுக்கலக்கப்பட்ட சிலிக்கான் எதிர்க்குறி வெப்பநிலைக் குணகத்தைக் கொண்டுள்ளது, அதாவது அதிக வெப்பநிலையில் அதிக மின்னோட்டத்தைக் கடத்துகிறது. இதனால் டையின் மிக வெப்பமான பகுதி அதிக மின்னோட்டத்தைக் கடத்துகிறது, இதனால் அதன் கடத்துத்திறன் அதிகமாகிறது. இதனால் சாதனம் செயலிழக்கும் வரை அது மேலும் தொடர்ந்து வெப்பமடைகிறது. இரண்டாம்நிலை செயலிழப்புடன் தொடர்புடைய வெப்பவியல் இழப்பு செயலாக்கமானது, ஒருமுறை தொடங்கிவிட்டால், அது பெரும்பாலும் உடனடியாக ஏற்பட்டு அது டிரான்சிஸ்டர் அமைப்பு மொத்தத்திற்கும் துரதிருஷ்டவசமான சேதங்களை ஏற்படுத்தலாம்.

மேலும் காண்க[தொகு]

குறிப்புதவிகள்[தொகு]

  1. 1.0 1.1 1.2 Paul Horowitz and Winfield Hill (1989). The Art of Electronics (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 9780521370950. http://books.google.com/books?id=bkOMDgwFA28C&pg=PA113&dq=bjt+charge+current+voltage+control+inauthor:horowitz+inauthor:hill&as_brr=0&ei=A33kRuT6Co3goAKF5pSqCw&sig=EmoHsk3zMEtvV1VYKR65A4I1SCM. 
  2. Juin Jei Liou and Jiann S. Yuan (1998). Semiconductor Device Physics and Simulation. Springer. ISBN 0306457245. http://books.google.com/books?id=y343FTN1TU0C&pg=PA166&dq=charge-controlled+bjt+physics&as_brr=0&ei=l9viRqilEIjopQL_i6WFDg&sig=vXciSaFRmNUmg3KIhmBX7DCiVOA. 
  3. [8] "வெளி மின்சுமை நடுநிலைத் தன்மைத் தத்துவமானது டிரான்சிஸ்டரின் பகுப்பாய்வில் பயன்படுத்தப்பட்டால் சேகரிப்பான் மின்னோட்டமானது அடிவாய் பகுதியிலுள்ள நேர் மின்சுமையால் (துளை செறிவு) கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது.... ஒரு டிரான்சிஸ்டர் அதிக அதிர்வெண்களில் பயன்படுத்தப்படும் போது கேரியர்கள் அடிவாய் பகுதியினூடே விரவுவதற்கு எடுத்துக்கொள்ளும் நேரமே அடிப்படைக் குறைபாடாகும்..." (4ஆம் மற்றும் 5ஆம் பதிப்புகளிலும் ஒன்றே)
  4. Paolo Antognetti and Giuseppe Massobrio (1993). Semiconductor Device Modeling with Spice. McGraw–Hill Professional. ISBN 0071349553. http://books.google.com/books?id=5IBYU9xrGaIC&pg=PA96&dq=gummel-poon+charge+model&as_brr=3&ei=v4TkRp-4Gp2cowLM7bnCCw&sig=vYrycIhlQKCq7VmoK231pjYXPyU#PPA98,M1. 
  5. 5.0 5.1 Alphonse J. Sistino (1996). Essentials of electronic circuitry. CRC Press. p. 64, 102. ISBN 9780824796938. http://books.google.com/books?id=lmcHKS1lkrQC&pg=PA64&dq=%22not+pointing%22+PNP&as_brr=3&ei=gD_DSdvbDJXSlQSI8NnTDQ. 
  6. D.V. Morgan, Robin H. Williams (Editors) (1991). Physics and Technology of Heterojunction Devices. London: Institution of Electrical Engineers (Peter Peregrinus Ltd.). ISBN 0863412041. http://books.google.com/books?id=C98iH7UDtzwC&pg=PA210&dq=%22SIGe+heterojunction%22&as_brr=0&sig=6keqSOzQVPjnGn3Ism4CuhX7NHQ#PPA201,M1. 
  7. Peter Ashburn (2003). SiGe Heterojunction Bipolar Transistors. New York: Wiley. Chapter 10. ISBN 0470848383. http://worldcat.org/isbn/0470848383. 
  8. தேர்ட் கேஸ் ஸ்டடி – த சாலிட் ஸ்டேட் அட்வெண்ட் (PDF)
  9. டிரான்சிஸ்டர் மியூசியம் சிஸ்டாரிக் டிரான்சிஸ்டர் ஃபோட்டோ கேலரி பெல் லேப்ஸ் வகை M1752
  10. Morris, Peter Robin (1990). "4.2". A History of the World Semiconductor Industry. IEE History of Technology Series 12. London: Peter Peregrinus Ltd.. p. 29. ISBN 0 86341 227 0. 
  11. டிரான்சிஸ்டர் மியூசியம் ஹிஸ்டாரிக் டிரான்சிஸ்டர் ஃபோட்டோ கேலரி RCA TA153
  12. High Speed Switching டிரான்சிஸ்டர் Handbook (2nd ed.). Motorola. 1963. p. 17. [1]
  13. டிரான்சிஸ்டர் மியூசியம் ஹிஸ்டாரிக் டிரான்சிஸ்டர் ஃபோட்டோ கேலரி வெஸ்டர்ன் எலக்ட்ரிக் 3N22
  14. த டெட்ரோட் பவர் டிரான்சிஸ்டர் PDF
  15. டிரான்சிஸ்டர் மியூசியம் ஹிஸ்டாரிக் டிரான்சிஸ்டர் ஃபோட்டோ கேலரி ஃபில்கோ A01
  16. டிரான்சிஸ்டர் மியூசியம் ஹிஸ்டாரிக் டிரான்சிஸ்டர் ஃபோட்டோ கேலரி சர்ஃபேஸ் பேரியர் டிரான்சிஸ்டர்
  17. ஹெர்ப்'ஸ் பைபோலார் டிரான்சிஸ்டர்ஸ் IEEE ட்ரான்ஸாக்ஷன்ஸ் ஆன் எலக்ட்ரான் டிவைசஸ், தொகுதி. 48, எண். 11, நவம்பர் 2001 PDF
  18. இன்ஃப்லுயன்ஸ் ஆஃப் மொபைலிட்டி அண்ட் லைஃப்டைம் வேரியேஷன்ஸ் ஆன் ட்ரிஃப்ட்-ஃபீல்டு எஃபெக்ட்ஸ் இன் சிலிக்கான்-ஜன்க்ஷன் டிவைசஸ் PDF
  19. டிரான்சிஸ்டர் மியூசியம் ஹிஸ்டாரிக் டிரான்சிஸ்டர் ஃபோட்டோ கேலரி பெல் லேப்ஸ் ப்ரோட்டோடைப் டிஃப்யூஸ்டு பேஸ் ட்ரையோட்
  20. டிரான்சிஸ்டர் மியூசியம் ஹிஸ்டோரிக் டிரான்சிஸ்டர் ஃபோட்டோ கேலரி ஃபேர்சைல்டு 2N1613
  21. A.S. Sedra and K.C. Smith (2004). Microelectronic Circuits (5th ed.). New York: Oxford. Eqs. 4.103–4.110, p. 305. ISBN 0-19-514251-9. 
  22. R S Muller, Kamins TI & Chan M (2003). Device electronics for integrated circuits (Third Edition ed.). New York: Wiley. p. 280 ff. ISBN 0-471-59398-2. http://worldcat.org/isbn/0-471-59398-2. 
  23. எச். கே. கம்மெல் அண்ட் ஆர். சி. பூன், "அன் இண்டெக்ரல் சார்ஜ் கண்ட்ரோல் மாடல் ஆஃப் பைபோலார் டிரான்சிஸ்டர்ஸ்," பெல் சிஸ்ட். டெக். ஜே., தொகுதி. 49, ப. 827–852, மே–ஜூன் 1970
  24. A.S. Sedra and K.C. Smith (2004). Microelectronic Circuits (5th ed.). New York: Oxford. p. 509. ISBN 0-19-514251-9. 

புற இணைப்புகள்[தொகு]