Транзистор и его работа для чайников

Что такое биполярный транзистор — элементарное полупроводниковое устройство, функциональность которого охватывает изменение либо усиление выходного сигнала от заряженных частиц. Соответственно, данное устройство может быть представлено как два диодных элемента, включенных противоположно друг другу. В простонародье биполярный транзистор пришел на смену морально и физически устаревшим транзисторам лампового вида, которые эксплуатировались очень длительное время в конструкциях телевизоров прошлого столетия. Рисунок 1 — Биполярный транзистор. Как видно из изображения 1 устройства данного вида имеют 3 выхода, однако, по конструктивному исполнению внешний вид отличается друг от друга.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Работа транзистора
• Простым языком как работает транзистор
• Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает
• Принцип работы полевого транзистора для чайников
• Принцип работы полевого транзистора для чайников
• Как работает PNP транзистор

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Резистор — как это работает ?

Работа транзистора

С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются. На ремонт уходит немало средств, порой, достигая до 50 процентов от стоимости аппарата. И что досадно, некоторые из этих поломок можно было устранить самому, имея начальные знания о том, как работает транзистор.

Почему он? Именно транзисторы чаще всего выходят из строя. Чтобы легче разобраться в работе транзистора, необходимо иметь представление о нем. Он является полупроводником, что указывает на его способность проводить ток в одном направлении и не пропускать в другом. Чтобы достичь таких характеристик используются разные способы изготовления. Все эти приборы по своему характеру работы делятся на две группы :. Хотя и те и другие относятся к одному классу — транзисторы, происходящие в них процессы сильно отличаются.

Движение электронов по замкнутой цепи называется электрическим током. Грубо говоря, чем больше электронов, тем больше ток. Если атом отдает электроны, он становится положительно заряженным и, наоборот, притягивая лишние электроны, он становится отрицательно заряженным.

При добавлении в кремний и германий примесей они становятся необходимым материалом, из которых и изготавливаются биполярные транзисторы.

Биполярными называются электронные приборы, состоящие из двух, имеющие разные заряды слоев. Причем два крайних имеют одинаковый заряд. В связи с этим различают следующие типы:. Граница между этими слоями называется переход. Внутреннюю область, разделенную двумя переходами, называют базой. Две внешние области называют эмиттер и коллектор.

Монокристалл изготовлен таким образом, что одна внешняя область передает в базу носители энергии и называется эмиттером. Другая внешняя область забирает эти носители и называется коллектором. На электрической схеме биполярный транзистор обозначается в виде круга, внутри которого нарисована черточка, а к ней подходят три прямые.

Одна подходит под углом в 90 градусов и обозначает базу, две другие под наклоном. Та из них что имеет стрелку обозначает эмиттер, другая — коллектор. Сам прибор, как правило, имеет три вывода, соответствующих этим областям. Другой вид называется полевой или униполярный. В отличие от биполярного p-n переход работает иначе. Его монокристалл имеет однородный состав. Канал, по которому движутся энергоносители, может быть дырочным или электронным. В дырочном носителем являются положительно заряженные неподвижные ионы, в электронном — отрицательно заряженные.

Вокруг и почти по всей длине этого канала впрыскиваются, вживляются ионы противоположной полярности. Эта область называется затвором, она-то и регулирует проводимость канала. Тот край канала, через который заряженные частицы входят в кристалл, называется исток, а через который выходят — стоком. Для улучшения электрических характеристик между металлическим каналом и затвором стали добавлять диэлектрик.

Если классифицировать транзисторы по структуре, то можно выделить два семейства:. МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-проводник.

Это полевой. Новый JGBT транзистор сочетает в себе достоинства биполярного, но имеет изолированный затвор.

Один из сложных радиоэлементов — транзистор. Принцип работы его сводится к следующему :. Биполярные обладают большей мощностью и могут работать с большими частотами.

Однако, если нужен широкий спектр усиления, то без полевого не обойтись. Рассмотрим, как работает транзистор. Для начинающих радиолюбителей трудно разобраться во всех этих переходах. Чтобы показать принцип работы транзистора простым языком, обратим внимание на следующий пример.

Водопроводный кран вентильного типа способен очень плавно менять напор воды. Это достигается благодаря постепенному изменению пропускного отверстия. На этом же принципе основана работа и полевого транзистора. Затвор окружает пропускной канал.

При подаче на него запирающего напряжения, электрическое поле как бы сдавливает проход, тем самым уменьшая поток заряженных частиц. Как и при закрывании крана необходимо прилагать небольшое усилие, так и мощность затвора, по сравнению с основным каналом, очень мала. Сходство также и в том, что при небольших изменениях напряжения на затворе, сечение прохода также меняется незначительно. Работа биполярного прибора несколько отличается от работы полевого.

В первую очередь отличается способ управления движением заряженных частиц. В полевом используется электрическое поле, в биполярном — ток между базой и эмиттером. В зависимости от типа прибора стрелочка эмиттера на схеме будет либо направлена к базе, тогда это тип p-n-p, либо от базы, тогда это n-p-n. В базе появляется больше носителей заряда и их становится тем больше, чем больше ток в этой цепи. К коллектору подводится обратное напряжение, т.

Поскольку между эмиттером и коллектором возникает разность потенциалов, между этими выводами появляется ток. Он будет тем больше, чем больше носителей заряда имеется в базе. Когда к эмиттеру и базе подключают источник питания противоположного знака, ток прекращается, транзистор закрывается.

Что поможет лучше понять работу транзистора? Для чайников важно понять одну истину. Если открыт переход эмиттер — база подается прямое напряжение , то открыт и сам прибор, в противном случае он закрыт. Полевые транзисторы очень чувствительны к повышенному напряжению. При работе с ними необходимо предотвратить возможность попадания на них статистического напряжения. Этого можно достичь надев заземленный браслет.

При подборе аналога важно учитывать не только рабочее напряжение, но и допустимый ток. А если прибор работает в частотном режиме, то и его частоту.

Главная Элементы электрики Транзисторы Простым языком как работает транзистор. Простым языком как работает транзистор С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются. Ладыжин Валерий. Особенности проверки транзистора мультиметром без выпаивания.

Устройство, принцип действия и режим работы биполярных транзисторов. Виды и принципы действия полевых транзисторов для чайников.

Простым языком как работает транзистор

С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются. На ремонт уходит немало средств, порой, достигая до 50 процентов от стоимости аппарата. И что досадно, некоторые из этих поломок можно было устранить самому, имея начальные знания о том, как работает транзистор. Почему он? Именно транзисторы чаще всего выходят из строя. Чтобы легче разобраться в работе транзистора, необходимо иметь представление о нем.

Как запомнить тип биполярного транзистора по его условной схеме? .. Просто я не могу понять работу в случае одной пластины.

Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Устройство и работа биполярного транзистора. Транзистором называется активный полупроводниковый прибор, при помощи которого осуществляется усиление, преобразование и генерирование электрических колебаний.

Принцип работы полевого транзистора для чайников

Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого.

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим.

Принцип работы полевого транзистора для чайников

Если рассматривать механические аналоги, то работа транзисторов напоминает принцип действия гидравлического усилителя руля в автомобиле. Но, сходство справедливо только при первом приближении, поскольку в транзисторах нет клапанов. В этой статье мы отдельно рассмотрим работу биполярного транзистора. Основой устройства биполярного транзистора является полупроводниковый материал. Первые полупроводниковые кристаллы для транзисторов изготавливали из германия, сегодня чаще используется кремний и арсенид галлия. Сначала производят чистый полупроводниковый материал с хорошо упорядоченной кристаллической решеткой.

Как работает PNP транзистор

Транзисторы — это радиоэлектронные компоненты из полупроводникового материала, которые предназначены для преобразований, усилений и генерации электрических колебаний.

Но всё же, как работает транзистор? Говоря простым языком с помощью транзистора можно управлять током. Транзисторами называются любые устройства, которое способно имитировать главные его свойства, а именно — изменять сигнал между двумя разными типами состояний при изменениях сигнала на управляющем электроде. Транзисторы бывают двух типов: полевые; биполярные. Материалами изготовления служат германий и кремний, но при добавлении примесей способность проводить ток возрастает. Нужно рассмотреть оба типа транзисторов, для того чтобы понять как работает транзистор?

устройство, классификация и работа простым языком Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы и вообще с чем его.

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы и вообще с чем его едят, то берем стул по удобнее и подходим поближе.

На сегодняшний день, среди достаточного количества разновидностей транзисторов выделяют два класса: p-n — переходные транзисторы биполярные и транзисторы с изолированным полупроводниковым затвором полевые. Другое название, которое можно встретить при описании полевых транзисторов — МОП металл — окисел — полупроводник. Обусловлено это тем, что в качестве диэлектрического материала в основном используется окись кремния SiO 2. Немного пояснений.

Ну… усиление это когда мы производим какое-то действие, чтобы было лучше, качественнее, комфортнее, удобнее, безопаснее.

Транзистор transistor, англ. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению. Оглавление: Что такое полевой транзистор Полевые транзисторы, их виды Полевой транзистор, принцип работы Зачем нужен полевой транзистор Применение полевых транзисторов Плюсы и минусы полевых транзисторов. Полевой транзистор — это устройство с тремя или четырьмя контактами, в котором ток на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. Поэтому их называют полевыми.

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы.

ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР — как это работает

содержание видео

Рейтинг: 4.0; Голоса: 1

Полевой транзистор широко применяется при построении различных микросхем. В данном видео рассмотрено, как работает полевой транзистор, его конструкция и основные преимущества. Различают МДП и МОП транзисторы. К последним относятся и MOSFET. Здесь рассмотрена работа полевого транзистора с p-n переходом. Он состоит из очень тонкой пластины n или p типа, ограниченной с двух сторон p-n переходами. Имеет три внешние вывода
Дата: 2020-09-04

← Что такое RFID и как это работает

ТОП 5 способов как проверить светодиод →

Похожие видео

Таинственные рисунки предков в башкирском Гранд-Каньоне Русское географическое общество

• Русское географическое общество

Лучший гид России. 3 сезон. Мышкин Русское географическое общество

• Русское географическое общество

Лучший гид России. 3 сезон. Алтай Русское географическое общество

• Русское географическое общество

СОННЫЙ ПАРАЛИЧ. Как вызывать и как избавиться

• TED-ED

Вот с кем была ЯДЕРНАЯ война XIX века! А потом ЗАПУСТИЛИ комету

• Альтернативная история

Путешествие по настоящей России. Архангельск Русское географическое общество

• Русское географическое общество

Комментарии и отзывы: 10

Roldugin
Добрый день. Подскажите пожалуйста можно ли сделать из транзистора включение камеры заднего вида подключенной к навигатору через ав вход!
Мне необходимо сделать так, чтоб камера включалась сразу же с навигатором одновременно. Питается камера от встроенного аккумулятора навигатора и скажу сразу что в автомобиле она не стоит.
Питается камера от 4 вольт аккумулятора навигатора, на навигаторе есть плюс, который появляется после включения но там около 3х вольт и этого мало для камеры.
Мне нужно чтоб данным появляющимся плюсом управлялся транзистор и включал камеру от аккумулятора на прямую. Можно как плюс питания, так и минус. Самое важное чтоб когда пропадало питание на управляющем плюсе, полностью отключалась камера и не посадила аккумулятор.
Можно ли такое сделать и что для этого нужно! Спасибо!

Владимир
Я чяйник в области полевых транзисторов, но я слышал, что нельзя руками трогать контакты полевого транзистора, т. к. статические заряды на теле человека пробивают транзистор. Нужно заземлять руку или жало паяльника. А Вы так смело берётесь за ножки транзистора. Мы с сыном решили собрать часы на макетной плате от AliExpress. Я воткнул К176ИЕ18 в плату и она похоже перестала работать. Объясните, пожалуйста, суть процесса. И спасибо Вам за видео. Всё очень понятно и наглядно.

Захар
Обучение будущих мореходов обычно начинают с парусного флота. А ведь полевой транзистор — это по сути ламповый триод. Только в лампе вакуум, а в транзисторе полупроводник. То-же самое электрическое поле создаваемое сеткой (затвором) задерживает поток электронов из катода (истока) на анод (сток. А принцип работы ламп понятен интуитивно. Было-бы намного понятней)
PS: А заодно, можно было-бы поговорить про теплый, ламповый звук. )

Михаил
Ох уж эти транзисторы, я уж подумал что одуванчик полевой, а это значит электрическим полем транзистор управляется оказывается, и тут без сарказма, Хоть чуть чуть стало понятнее про эти транзисторы, только зачем pnp? a npn, это как с реле нормально замкнутое и нормально разокнутое, или что? И еще жду про мосфеты, все-таки они встречаются даже чаще чем моргаю глазами. Спасибо большое, доступным языком хоть объясняешь: )

владимир
Подскажите пожалуйста нужен полевой транзистор Р канальный JFET но при подаче на затвор напряжения 1 вольт и выше ( до 3х вольт)он блокировал протирание тока от истока к стоку, а при падении напряжения ниже 0. 8 вольт затвор открывался. Такой транзистор нужен для управления Свето диодом

Роман
ни хуя не понятно! объяснение для тех кто уже что то знает. Сколько авторов на ютубе, столько и объяснений, почему когда подать на затвор Р- минус, N- канал сужается? По идеи он должен отталкивать от себя электроны и притягивать дырки, т. е. N -канал должен расширяться, а у вас наоборот?

Сослан
Дмитрий, приветствую тебя! являюсь твоим постоянным зрителем, захотел пройти твой курс для начинающих электронщиков, деньги послал как и было указано(960р, а ответа нет(сказали на е-майл придут дальнейшие указания. ответьте как получить продукт, за который я отдал деньги?

Денис
14: 14 у источника питания, что питает затвор + и — местами перепутаны?
Если да, то это очень печально, потому, что материал реально качественный, но все эти ошибки сводят его качество в ничто, это очень печально, был бы рад, если бы вы не делали больше ошибок.
Спасибо!

serge19
очень хорошее объяснение. только вот вопрос, когда собирали схему и подавали питание на затвор, говорили. что подаём питание обратное относительно истока. и подавали + на затвор, но на исток так же подавался +, или я что-то не так понял?

Николай
Здравствуйте. Многие ваши видео посмотрел. Сам знаком с электроникой давно, но интересно. Иной раз вижу что-то новое или до конца не понятое. По моему всё грамотно рассказываете(по крайней мере лучше других. Спасибо.

Транзистор. Как работает ? транзистор и для чего он нужен? Виды транзисторов и принцип работы для чайников

Принцип действия

Полупроводники занимают промежуточное состояние между проводниками и диэлектриками. В обычном состоянии они не проводят электрический ток, но их сопротивление падает с ростом температуры. Чем она выше, тем больше энергии, которую получает вещество.

В атомах полупроводника электроны отрываются от «родительского» атома и улетают к другому, чтобы заполнить там «дырку», которую оставил такой же электрон. Получается, что внутри такого материала одновременно происходят два процесса: полет электронов (n-проводимость, от слова negative – отрицательный), и образование «дырок» (p-проводимость от слова positive – положительный). В обычном куске кремния эти процессы уравновешены: количество дырок равно количеству свободных электронов.

Однако с помощью специальных веществ можно нарушить это равновесие, добавив «лишние» электроны (вещества – доноры) или «лишние» «дырки» (вещества акцепторы). Таким образом можно получить кристалл полупроводника с преобладающей n-проводимостью, либо p-проводимостью.

Если два таких материала приложить друг к другу, то в месте их соприкосновения образуется так называемый p-n переход. Дырки и электроны проходят через него, насыщая соседа. То есть там, где был избыток дырок, идет их заполнение электронами и наоборот.

В какой-то момент в месте соприкосновения не останется свободных носителей заряда и наступит равновесие. Это своего рода барьер, который невозможно преодолеть, этакая пустыня. Этот слой принято называть обедненным слоем.

Теперь, если приложить к такому материалу напряжение, то оно поведет себя интересным образом: при прямой его направленности обедненный слой истончится и через него пойдет электроток, а при обратном – наоборот, расширится.

Как говорится, если для чайников, то p-n переход обладает способностью пропускать ток только в одном направлении. Это своего рода «обратный клапан» для электрической сети. На этом их свойстве основана работа всех полупроводниковых приборов.

Существует две основные разновидности транзисторов: полевые (иногда их называют униполярными) и биполярными. Различаются они по устройству и принципу действия.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор обладает двумя переходами: p-n-p или n-p-n. Принципиальное различие между ними – направление течения тока.

Коллектор и эмиттер, обладающие одинаковой проводимостью (в n-p-n транзисторе n-проводимостью), разделены базой, которая обладает p-проводимостью. Если даже эмиттер подключен к источнику питания, ему не пробиться напрямую в коллектор. Для этого необходимо подать ток на базу.

В таком случае электроны из эмиттера заполняют «дырки» последней. Но так как база слабо легирована, то и дырок в ней мало. Поэтому большая часть электронов переходит в коллектор и они начинают свое движение по цепи. Ток коллектора практически равен току эмиттера, ведь на базу приходится очень маленькое его значение.

Чтобы нагляднее себе это представить, можно воспользоваться аналогией с водопроводной трубой. Для управления количеством воды нужен вентиль (транзистор). Если приложить к нему небольшое усилие, он увеличит свое проходное сечение трубы и через него начнет проходить больше воды.

Как работает NPN транзистор

Принципиальная схема NPN-транзистора показана на рисунке ниже. Прямое смещение применяется через соединение эмиттер-база, а обратное смещение применяется через соединение коллектор-база. Напряжение прямого смещения VEB мало по сравнению с напряжением обратного смещения VCB.

Эмиттер NPN-транзистора сильно легирован. Когда прямое смещение прикладывается к эмиттеру, большинство носителей заряда движутся к базе. Это вызывает протекание тока эмиттера IE. Электроны входят в материал P-типа и соединяются с дырками.

База NPN-транзистора слегка легирована. Из-за чего только несколько электронов объединяются, а оставшиеся составляют ток базы IB. Ток базы проникает в область коллектора. Обратный потенциал смещения области коллектора прикладывает высокую силу притяжения к электронам, достигающим коллектора. Таким образом, привлекают или собирают электроны на коллекторе.

Весь ток эмиттера входит в базу. Таким образом, можно сказать, что ток эмиттера является суммой токов коллектора и базы.

Полевой транзистор

Если в биполярном транзисторе управление происходило с помощью тока, то в полевом – с помощью напряжения. Состоит он из пластинки полупроводника, которую называют каналом. С одной стороны к ней подключен исток – через него в канал входят носители электрического тока, а с другой сток – через него они покидают канал.

Сам канал как бы «зажат» между затвором, который обладает обратной проводимостью, то есть если канал имеет n-проводимость, то затвор – p-проводимость. Затвор электрически отделен от канала. Изменяя напряжение на затворе, можно регулировать зону p-n перехода. Чем она больше, тем меньше электрической энергии проходит через канал. Существует значение напряжения, при котором затвор полностью перекроет канал и ток между истоком и стоком прекратится.

Наиболее наглядная иллюстрация в этом случае – садовый шланг, который проходит через камеру небольшого колеса. В таком случае, даже когда в него подается небольшое давление воздуха (напряжение затвор-исток), оно значительно увеличивается в размерах и начинает пережимать шланг, перекрывается просвет шланга и прекращается подача воды (увеличивается зона p-n перехода и через канал перестает идти электроток).

Описанный выше тип полупроводникового прибора является классическим и называется транзистором с управляющим p-n переходом. Часто можно встретить аббревиатуру JFET – Junction FET, что просто перевод русского названия на английский.

Другой тип полевого триода имеет небольшое различие в конструкции затвора. На слое кремния с помощью окисления образуется слой диэлектрика оксида кремния. Уже на него методом напыления металла наносят затвор. Получаются чередующиеся слои Металл -Диэлектрик – Полупроводник или МДП-затвор.

Такой полевой транзистор с изолированным затвором обозначается латинскими буквами MOSFET.

Существует два вида МДП-затвора:

1. МДП-затвор с индуцированным (или инверсным) каналом в обычном состоянии закрыт, то есть при отсутствии напряжения на затворе электроток через канал не проходит. Для того, чтобы открыть его, к затвору необходимо приложить напряжение.
2. МДП-затвор со встроенным (или собственным) каналом в обычном состоянии открыт, то есть при отсутствии напряжения на затворе электроток через канал проходит. Для того, чтобы закрыть его, к затвору необходимо приложить напряжение.

Проверка транзистор n-p-n

Нередко транзисторы ломаются, такие приборы не годны для применения. Поэтому часто требуется их проверить перед работой.

Для проверки работоспособности используется мультитестер, либо любой другой тестер DT-83x или MAS-83х.

1. В транзисторе типа npn сперва подключают красный щуп к выходу базы, а черный – к проводу коллектора. Проверка идет в прямом включении, т.е. когда проводится ток. Аналогично проверяется переход база (красный щуп) – эмиттер (черный щуп). Значения показателя должны быть больше единицы и зависят от модели транзистора.
2. Далее следует проверить транзистор n-p-n при обратном включении. Схема та же, только меняется полярность. К базе присоединяется черный щуп, а красный по очереди к коллектору, потом к эмиттеру. Ток в этом направлении не должен течь, на дисплее у исправного транзистора высвечивается единица.

В случае, когда в транзисторе есть пробой перехода «база-коллектор» или «база-эмиттер», тестер покажет одинаковое значение в независимости от полярности, т.е. покажет сопротивление, а не пробивное напряжение. Это сопротивление будет меньше единицы или даже стремиться к нулю.

При обрыве тестер всегда показывает единицу в обоих случаях при проверке транзистора. Т.е. он вообще не проводит ток.

Основные характеристики

Основная особенностью всех видов транзисторов является способность управлять мощным током с помощью небольшого по силе. Их отношение показывает насколько эффективен полупроводниковый прибор.

В биполярных транзисторах этот показатель называется статическим коэффициентом передачи тока базы. Он характеризует, во сколько раз основной коллекторный ток больше вызвавшего его тока базы. Этот параметр имеет очень широкое значение и может достигать 800.

Хотя на первый взгляд кажется, что здесь важен принцип «чем больше, тем лучше», но в действительности это не так. Скорее, тут применимо изречение «лучше меньше, да лучше». В среднем биполярные транзисторы имеют коэффициент передачи тока базы в пределах 10 – 50.

Для полевых транзисторов схожий по типу параметр называется крутизной входной характеристики или проводимостью прямой передачи тока. Если вкратце, он показывает, на сколько изменится напряжение, проходящее через канал, если изменить напряжение затвора на 1 В.

Если на транзистор подать сигнал с определенной частотой, то он многократно усилит его. Это свойство полупроводниковых приборов применяется в радиоэлектронике. Однако существует предел усиления частоты, за которым триод уже не в состоянии усилить сигнал.

Поэтому оптимальным считается максимальная рабочая частота сигнала, в 10-20 раз ниже предельного усиления частоты транзистора.

Еще одной показательной характеристикой транзистора является максимальная допустимая рассеиваемая мощность. Дело в том, что при работе любого электрического прибора вырабатывается тепло. Оно тем больше, чем выше значения силы тока и напряжения в цепи.

Отводится оно несколькими способами: с помощью специальных радиаторов, принудительного обдува воздухом и другими. Таким образом, существует некий предел количества теплоты для любого триода (для каждого он разный), который он может рассеять в пространство. Поэтому при выборе прибора исходят из характеристик электрической цепи, на который предстоит установить транзистор.

Резюме

Главное предназначение транзистора – управление большой силой тока с помощью малой силы тока, то есть с помощью маленького базового тока мы можем регулировать приличный коллекторный ток.

Есть критического значение базового тока, которые нельзя превышать, иначе сгорит переход база-эмиттер. Такая сила тока через базу возникает, если потенциал на базе будет более 5 Вольт в прямом смещении. Но лучше даже близко не приближаться к такому значению. Также не забывайте, чтобы открыть транзистор, на базе должен быть потенциал больше, чем 0,6-0,7 Вольт для кремниевого транзистора.

Резистор в базе служит для ограничения протекающего тока через базу-эмиттер. Его значение выбирают в зависимости от режима работы схемы. В основном это граница насыщения транзистора, при котором коллекторный ток начинает принимать свои максимальные значения.

При проектировании схемы не забываем, что лишняя мощность рассеивается на транзисторе. Самый щадящий режим – это режим отсечки и насыщения, то есть лампа либо вообще не горит, либо горит на всю мощность. Самая большая мощность будет выделяться на транзисторе в том случае, если лампа горит в пол накала.

Типы подключений

Основная задача транзистора – усиливать поступающий сигнал. Проблема в том, что у любого триода имеются только три контакта, в то время как сам усилитель имеет четыре полюса – два для входящего сигнала и два для выходящего, то есть усиленного. Выход из положения – использовать один из контактов транзистора дважды: и как вход, и как выход.

По этому принципу различают три вида подключения. Стоит отметить, что не имеет принципиальной разницы, какой тип прибора используется – полевой или биполярный.

1. Подключение с общим эмиттером (ОЭ) или общим истоком (ОИ). Эта схема подключения имеет наибольшие значения усиления мощности по току и напряжению. Однако из-за эффекта Миллера его частотные характеристики значительно хуже. Борются с этим негативным явлением несколькими способами: используют подключение с общей базой, применяют каскодное подключение двух транзисторов (подключённому по общему эмиттеру добавляется второй, подключенный по общей базе).
2. Подключение с общей базой (ОБ) или общим затвором (ОЗ). Здесь полностью исключено влияние эффекта Миллера. Однако за это приходиться платить: в этой схеме усиления тока практически не происходит, зато имеется широкий диапазон для изменения частоты сигнала.
3. Подключение с общим коллектором (ОК) или общим стоком (ОС). Такой тип подключения часто называют эмиттерным или истоковым повторителем. Это «золотая середина» между двумя предыдущими видами схем: частотные характеристики и мощность усиления по току и напряжению находятся где-то посередине между двумя первыми.

Все три описанных выше типа подключения применяются в зависимости от того, какие цели преследуют конструкторы.

Виды транзисторов

В первых транзисторах применялся германий, который работал не совсем стабильно. Со временем от него отказалось в пользу других материалов: кремния (самый распространённый) и арсенида галлия. Но все это традиционные полупроводники.

В настоящее время начинают набирать популярность триоды на основе органических материалов и даже веществ биологического происхождения: протеинов, пептидов, молекул хлорофилла и целых вирусов. Биотранзисторы используются в медицине и биотехнике.

Другие классификации транзисторов:

1. По мощности подразделяются на маломощные (до 0,1 Вт), средней мощности (от 0,1 до 1 Вт) и просто мощные (свыше 1 Вт).
2. Также разделяются по материалу корпуса (металл или пластмасса), типу исполнения (в корпусе, бескорпусные, в составе интегральных схем).
3. Нередко их объединяют друг с другом для улучшения характеристик. Такие транзисторы называются составными или комбинированными и могут состоять из двух и более полупроводниковых приборов. Строение и у них простое: эмиттер первого является базой для второго и так далее до необходимого количества триодов. Бывает нескольких типов: Дарлинга (все составляющие с одинаковым типом проводимости), Шиклаи (тип проводимости разный), каскодный усилитель (два прибора, работающие как один с подключением по схеме с общим эмиттером).
4. К составным относится также и IGBT-транзистор, представляющий собой биполярный, который управляется при помощи полярного триода с изолированным затвором. Такой тип полупроводниковых приборов применяется в основном там, где нужно управлять большим током (сварочные аппараты, городские электросети) или электромеханическими приводами (электротранспорт).
5. В качестве управления может применяться не ток, а другое электромагнитное воздействие. К примеру, в фототранзисторах в качестве базы используется чувствительный фотоэлемент, а в магнитотранзисторах – материал, индуцирующий ток при воздействии на него магнитного поля.

Технологический предел для транзисторов еще не достигнут. Их размеры уменьшаются с каждым голом, а различные научно-исследовательские институты ведут поиск новых материалов для использования в качестве полупроводника. Можно сказать, что эти полупроводниковые приборы еще не сказали миру своего последнего слова.

Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ)

В схеме с ОЭ входной сигнал поступает на выводы база — эмиттер,выход-

ной снимается с коллектора относительно эмиттера. Эмиттер является общим

электродом для входной и выходной цепей.

Основной особенностью схемы с ОЭ является то,что входным током в ней

является не ток эмиттера,а малый по величине ток базы I б .

Поэтому входное сопротивление каскада с общим эмиттером значительно

выше,чем входное сопротивление каскада с общей базой и составляет сотни

Ом.Выходное сопротивление в схеме с общим эмиттером также достаточно

велико (порядка десятков килоом).В многокаскадном усилителе на транзис-

торах,включенных по схеме с ОЭ,в ряде случаев можно обойтись без специ-

альных согласующих устройств между каскадами.

Важнейшим достоинством схемы с ОЭ является большое усиление по

току.Коэффициент усиления по току равен отношению приращения тока

коллектора к приращению тока базы,т.е. K i = Δ I k / Δ I б. = β.

Обычно это отношение Δ I k / Δ I б. обозначается буквой β.Соотношение меж-

ду β и α определяет формула β = α /1- α (ΔIб = ΔIэ — ΔIк => β = Δ I k / Δ I б =

= Δ I к / Δ I э — Δ I к,учитывая,что ΔIэ / ΔIк = 1/ α,получим β = α /1- α).

Коэффициент усиления по напряжению для схемы с общим эмиттером

имеет примерно такую же величину,как и для схемы с общей базой.

Коэффициент усиления по мощности для схемы с ОЭ,равен К р = К i · К u = β· К u ;

оказывается значительно выше,чем для схемы с общей базой и может дости-

гать несколько тысяч.

Схема включения с ОК

Схема включения транзистора с общим коллектором (ОК)

В схеме с общим кллектором входной цепью является база-коллектор,вы-

ходной — коллектор-эмиттер.Обшим электродом является коллектор.Нагрузка

присоединяется к эмиттеру. Входным током является ток базы (как и в схеме

с ОЭ),а выходным током,протекающим по сопротивлению нагрузки — ток эмиттера.Поэтому коэффициент усиления по току определяется по формуле

K i = Δ I э / Δ I б = 1 / 1- α. Входное сопротивление схемы с ОК очень велико (по-

рядка сотен килом),а выходное наоборот,составляет десятки Ом.Поэтому

каскад ОК имеет коэффициент усиления по напряжению Кu< 1.Данная схема

применяется в основном для согласования сопротивлений между отдельными

каскадами усилителя или между выходом усилителя и низкоомной нагрузкой

Статический режим работы

Статические характеристики транзисторов,как и статические характерис-

тики электронных ламп,связывают между собой токи и напряжения различ-

ных электродов прибора. В транзисторах взаимно связаны всегда четыре ве-

личины: входные и выходные токи и напряжения. Одним семейством харак-

теристик эту зависимость показать нельзя.Поэтому необходимо пользоваться

двумя семействами статических характеристик транзистора.Наибольшее

распространение получили входные и выходные статические характери-

стики для двух основных схем с ОЭ и ОБ.

Для схемы с ОБ входная характеристика представляет собой зависимость

тока эмиттера Iэ от напряжения между эмиттером и базой Uэб при постоянной

величине напряжения между коллектором и базой Uкб

Iэ = f(Uэ.б) при Uкб = const.

Статические характеристики транзистора для схемы с общей базой:

а) — входные; б) — выходные;

Выходные характеристики транзистора для схемы с общей базой изоб-

ражают зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при по-

стоянных значениях эмиттерного тока. I к = φ ( U к. б ) при I э = const .

Из выходных характеристик видно,что при нормальной рабочей полярнос-

ти напряжения Uк.б,когда коллекторный переход работает в обратном направ-

лени,выходные характеристики представляют собой почти прямые линии,

идущие с очень небольшим наклоном.Это обьясняется тем,что коллекторный

ток создается за счет диффузии зарядов,проникающих от эмиттера через ба-

зу к коллектору.Поэтому величина коллекторного тока определяется глав-

ным образом величиной тока эмиттера и незначительно зависит от напряже-

ния Uк.б,приложенного к коллекторному переходу.Из характеристики видно,

что даже при U к.б. =0 ток коллектора может иметь достаточно большую вели-

чину,зависящую от величины тока эмиттера.

При Iэ = 0 характеристика выходит из начала координат,а затем идет на не-

большой высоте почти параллельно оси абсцисс. Она соответствует обычной

характеристике обратного тока p-n перехода.Ток Iко,определяемый такой ха-

рактеристикой,является неуправляемым и представляет собой один из пара-

метров транзистора.Из выходных характеристик видно также,что при пере-

мене полярности напряжения Uк.б ток Iк резко уменьшается и достигает нуля

при значениях напряжения Uк.б порядка десятых долей вольта.В этом случае

коллекторный переход работает в прямом направлении и напряжение Uк.б противодействует диффузии носителей зарядов,идущих от эмиттера к кол-

лектору.При дальнейшем увеличении прямого напряжения,приложенного к

коллекторному переходу,ток через этот переход резко возрастает и идет в направлении,обратном нормальному рабочему току.При этом транзистор мо-

жет выйти из строя.Поэтому участки характеристик,показанные пунктирны-

ми линиями,не являются рабочими и обычно на грфиках не приводятся.

Для схемы с общим эмиттером статической входной характеристикой яв-

ляется график зависимости тока базы Iб от напряжения база-эмиттер Uб. э при

постоянном значении напряжения коллектор- эмиттер Uк.э.

I б = f ( U б.э. ) при U к.э. = const

Статические характеристики транзистора для схемы с общим эмиттером:

а-входные;б-выходные;

Выходные характеристики транзистора для схемы с ОЭ представляют со-

бой зависимости тока коллектора от напряжения между коллектором и эмит-

тером при постоянном токе базы I к = f ( U к.э. ) при I б = const .

Из характеристик видно,что с ростом напряжения Uк.э ток Iб уменьшается.

Это обьясняется тем,что при увеличении Uк.э растет напряжение,приложен-

ное к коллекторному переходу в обратном направлении,уменьшается веро-

ятность рекомбинации носителей заряда в базе,так как почти все носители

быстро втягиваются в коллектор.

Как работает квантовый компьютер?

Если бы вас попросили представить себе квантовый компьютер, что бы вы представили себе?

Может быть, вы видите обычный компьютер, только больше, с какой-то таинственной физической магией внутри? Забудьте о ноутбуках или настольных компьютерах. Забудьте о фермах компьютерных серверов. Квантовый компьютер принципиально отличается как по внешнему виду, так и, что более важно, по способу обработки информации.

В настоящее время существует несколько способов создания квантового компьютера. Но давайте начнем с описания одного из ведущих проектов, чтобы объяснить, как он работает.

Представьте себе нить накала лампочки, висящей вверх ногами, но это самый сложный свет, который вы когда-либо видели. Вместо одного тонкого витка проволоки он организовал их серебристые рои, аккуратно сплетенные вокруг сердечника. Они расположены слоями, которые сужаются по мере продвижения вниз. Золотые пластины разделяют конструкцию на секции.

Внешняя часть этого сосуда называется люстрой. Это холодильник с наддувом, который использует специальную смесь сжиженного гелия для охлаждения квантового чипа компьютера почти до абсолютного нуля. Это самая низкая теоретически возможная температура.

При таких низких температурах крошечные сверхпроводящие цепи в чипе приобретают свои квантовые свойства. И именно эти свойства, как мы скоро увидим, можно использовать для выполнения вычислительных задач, практически невозможных на классическом компьютере.

Традиционные компьютерные процессоры работают в двоичном формате: миллиарды транзисторов, обрабатывающих информацию на вашем ноутбуке или смартфоне, либо включены (1), либо выключены (0). Используя серию цепей, называемых «воротами», компьютеры выполняют логические операции в зависимости от состояния этих переключателей.

Классические компьютеры спроектированы так, чтобы следовать определенным негибким правилам. Это делает их чрезвычайно надежными, но также делает их непригодными для решения определенных видов задач, в частности задач, где вы пытаетесь найти иголку в стоге сена.

Вот где блестят квантовые компьютеры.

Если вы представляете компьютер, решающий задачу, как мышь, бегущую по лабиринту, то классический компьютер находит путь, пробуя каждый путь, пока не дойдет до конца.

Что, если вместо того, чтобы решать лабиринт методом проб и ошибок, вы могли бы рассмотреть все возможные маршруты одновременно?

Квантовые компьютеры делают это, заменяя двоичные «биты» классических вычислений чем-то, называемым «кубитами». Кубиты действуют в соответствии с таинственными законами квантовой механики: теория о том, что физика работает по-разному на атомном и субатомном уровне.

Классический способ продемонстрировать квантовую механику — пропустить свет через барьер с двумя щелями. Часть света проходит через верхнюю щель, часть через нижнюю, и световые волны сталкиваются друг с другом, создавая интерференционную картину.

А теперь приглушите свет, пока не начнете один за другим испускать отдельные фотоны — элементарные частицы, из которых состоит свет. Логически каждый фотон должен пройти через одну щель, и им не с чем мешать. Но каким-то образом вы все равно получаете интерференционную картину.

Вот что происходит согласно квантовой механике: пока вы не обнаружите их на экране, каждый фотон существует в состоянии, называемом «суперпозиция». Как будто он путешествует по всем возможным путям одновременно. То есть до тех пор, пока состояние суперпозиции не «схлопнется» под наблюдением, чтобы показать единственную точку на экране.

Кубиты используют эту способность для очень эффективных вычислений.

В примере с лабиринтом состояние суперпозиции будет содержать все возможные маршруты. И тогда вам придется свернуть состояние суперпозиции, чтобы выявить наиболее вероятный путь к сыру.

Точно так же, как вы добавляете больше транзисторов, чтобы расширить возможности вашего классического компьютера, вы добавляете больше кубитов, чтобы создать более мощный квантовый компьютер.

Благодаря квантово-механическому свойству под названием «запутанность» ученые могут переводить несколько кубитов в одно и то же состояние, даже если кубиты не соприкасаются друг с другом. И хотя отдельные кубиты существуют в суперпозиции двух состояний, это число возрастает экспоненциально по мере того, как вы запутываете все больше кубитов друг с другом. Таким образом, двухкубитная система хранит 4 возможных значения, а 20-кубитная система — более миллиона.

Что это значит для вычислительной мощности? Это помогает подумать о применении квантовых вычислений к реальной проблеме: проблеме простых чисел.

Простое число — это натуральное число больше 1, которое можно без остатка разделить только само на себя или на 1.

Хотя маленькие числа легко умножать на большие, гораздо сложнее сделать обратное; вы не можете просто посмотреть на число и назвать его множители. Это основа одной из самых популярных форм шифрования данных, называемой RSA.

Вы можете расшифровать безопасность RSA, только разложив на множители произведение двух простых чисел. Каждый простой множитель обычно состоит из сотен цифр, и они служат уникальными ключами к проблеме, которую невозможно решить, не зная ответов заранее.

В 1995 г. Массачусетский технологический институт им. Математик Питер Шор, тогда работавший в AT&T Bell Laboratories, разработал новый алгоритм факторизации простых чисел любого размера. Однажды квантовый компьютер сможет использовать свою вычислительную мощность и алгоритм Шора, чтобы взломать все, от ваших банковских записей до ваших личных файлов.

В 2001 году IBM создала квантовый компьютер с семью кубитами для демонстрации алгоритма Шора. В качестве кубитов они использовали атомные ядра, которые имеют два разных спиновых состояния, которыми можно управлять с помощью радиочастотных импульсов.

Это был не лучший способ сделать квантовый компьютер, потому что его очень сложно масштабировать. Но ему удалось запустить алгоритм Шора и разложить 15 на 3 и 5. Вряд ли впечатляющий расчет, но все же большое достижение в простом доказательстве того, что алгоритм работает на практике.

Даже сейчас специалисты все еще пытаются заставить квантовые компьютеры работать так же хорошо, как классические суперкомпьютеры.

Это остается чрезвычайно сложной задачей, главным образом потому, что квантовые состояния хрупки. Трудно полностью остановить взаимодействие кубитов с внешней средой даже с помощью точных лазеров в переохлаждаемых или вакуумных камерах.

Любой шум в системе приводит к состоянию, называемому «декогеренция», когда суперпозиция нарушается и компьютер теряет информацию.

Небольшое количество ошибок естественно для квантовых вычислений, потому что мы имеем дело с вероятностями, а не со строгими правилами двоичной системы. Но декогеренция часто вносит столько шума, что затемняет результат.

Когда один кубит переходит в состояние декогеренции, запутанность, обеспечивающая работу всей системы, разрушается.

Итак, как это исправить? Ответ называется исправлением ошибок, и это может произойти несколькими способами.

Исправление ошибок № 1: Квантовый компьютер с полным исправлением ошибок может обрабатывать распространенные ошибки, такие как «переворачивание битов», когда кубит внезапно переходит в неправильное состояние.

Для этого вам нужно построить квантовый компьютер с несколькими так называемыми «логическими» кубитами, которые фактически выполняют математические операции, и набором стандартных кубитов, исправляющих ошибки.

Потребовалось бы много кубитов для исправления ошибок — может быть, 100 или около того на каждый логический кубит — чтобы система работала. Но конечным результатом будет чрезвычайно надежный и в целом полезный квантовый компьютер.

Исправление ошибки № 2.  Другие эксперты пытаются найти умные способы видеть сквозь шум, создаваемый различными ошибками. Они пытаются построить то, что они называют «шумными квантовыми компьютерами среднего масштаба», используя другой набор алгоритмов.

В некоторых случаях это может сработать, но не во всех случаях.

Исправление ошибки № 3. Другая тактика — найти новый источник кубитов, который не так восприимчив к шуму, например «топологические частицы», которые лучше сохраняют информацию. Но некоторые из этих экзотических частиц (или квазичастиц) являются чисто гипотетическими, так что эта технология может появиться через годы или десятилетия.

Из-за этих трудностей квантовые вычисления развивались медленно, хотя и были достигнуты некоторые значительные успехи.

В 2019 году Google использовала 54-кубитный квантовый компьютер под названием Sycamore, чтобы выполнить невероятно сложное (хотя и бесполезное) моделирование менее чем за 4 минуты, запустив квантовый генератор случайных чисел миллион раз, чтобы оценить вероятность различных результатов.

Sycamore работает совсем не так, как квантовый компьютер, созданный IBM для демонстрации алгоритма Шора. Sycamore берет сверхпроводящие цепи и охлаждает их до таких низких температур, что электрический ток начинает вести себя как квантово-механическая система. В настоящее время это один из ведущих методов построения квантового компьютера, наряду с захватом ионов в электрические поля, где разные энергетические уровни аналогичным образом представляют разные состояния кубитов.

Sycamore был крупным прорывом, хотя многие инженеры расходятся во мнениях относительно того, насколько значительным. Google заявил, что это была первая демонстрация так называемого квантового преимущества: решение задачи, которая была бы невозможна для классического компьютера.

В нем говорилось, что лучшему в мире суперкомпьютеру понадобилось бы 10 000 лет, чтобы выполнить ту же задачу. IBM оспорила это утверждение.

По крайней мере, сейчас до серьезных квантовых компьютеров далеко. Но с миллиардами долларов инвестиций от правительств и крупнейших мировых компаний гонка за возможностями квантовых вычислений идет полным ходом. Настоящий вопрос заключается в следующем: как квантовые вычисления изменят то, что на самом деле означает для нас «компьютер». Как это изменит то, как работает наш электронный мир? И когда?

Новый дизайн чипов IBM и Samsung, объяснение

Возможности современных компьютеров и смартфонов постоянно растут, они становятся быстрее и эффективнее с каждой моделью, и в основном это связано с тем, что крошечные микрочипы, на которых они основаны, развиваются с беспрецедентной скоростью. Как предсказывает закон Мура, количество транзисторов, которые может содержать чип для питания электроники, должно более или менее удваиваться каждые два года. Больше транзисторов означает более быстрые чипы, способные выполнять больше вычислений, но достижение этого без изменения размера чипов заставило компьютерных инженеров беспокоиться о нехватке места.

Но у IBM есть новый подход: поворачивая отдельные транзисторы — основные строительные блоки микросхем, которые контролируют или усиливают электрические сигналы — так, чтобы они располагались на микросхеме вертикально, а не горизонтально, инженеры могли разместить гораздо больше их в заданном пространстве. .

«Исторически сложилось так, что транзисторы были сконструированы так, чтобы лежать плоско на поверхности полупроводника, а электрический ток протекал через них сбоку или из стороны в сторону», — говорится в пресс-релизе IBM на этой неделе о новой архитектуре чипа. дизайн, который они также представят завтра на встрече International Electron Devices 2021 года. «С новыми полевыми транзисторами с вертикальной транспортировкой, или VTFET, IBM и Samsung успешно внедрили транзисторы, которые построены перпендикулярно поверхности чипа с вертикальным или восходящим током».

Чтобы понять, почему это потенциально важно для полупроводниковой технологии, имеет смысл сначала на мгновение сосредоточиться на отдельных транзисторах. «ДНК любой аппаратной технологии — это транзистор, — говорит Хемант Джаганнатан, исследователь из IBM. Миллиарды транзисторов могут покрывать поверхность кремниевой пластины, и эти пластины наслаиваются друг на друга, образуя микрочип.

Типичный стандартный транзистор, обычно используемый в электронике, имеет три вывода: исток, затвор, сток. Ток (который представляет собой поток электронов) течет от истока к стоку. Затворы контролируют поток токов и определяют состояние транзистора. Когда на затвор подается напряжение, транзистор включен и находится в состоянии 1. Когда ток между истоком и стоком не течет, состояние равно 0. Кроме того, два отдельных транзистора нуждаются в промежуточной области, чтобы изолировать их и предотвратить не мешать друг другу, и это делается с помощью фиктивных ворот.

[См. также: Понимание глобальной нехватки микросхем, большой кризис, связанный с крошечными компонентами ]

Существует понятие, называемое «шагом контактного затвора», которое представляет собой физическое расстояние, необходимое для размещения всех компонентов транзистора. «Это очень основные структурные требования, и вы можете представить себе две жесткие стены, и вы должны установить ворота, распорку и область для контакта внутри них», — говорит Джаганнатан. Стены продолжают смыкаться, но в какой-то момент они не могут сблизиться без ущерба для функциональности.

Предыдущие инновационные транзисторы, такие как FinFET и нанолисты, имеют затвор, исток и сток в одной плоскости. При вертикальной конструкции эти структуры, по сути, укладываются друг на друга на пластине. Кроме того, вертикальным транзисторам не нужен фиктивный затвор — вместо этого они используют так называемую неглубокую траншейную изоляцию, которая экономит место.

[См.: Intel начнет массовое производство новых трехмерных транзисторов для более быстрых и эффективных компьютерных микросхем ]

Они также меняют ориентацию потока тока, который по-прежнему течет от истока к стоку, но теперь перпендикулярен поверхности пластины, а не параллельно.

«Сделав это изменение, вы теперь можете независимо изменять длину затвора, толщину прокладки и контакты», — говорит Джаганнатан. «Поскольку вы можете двигаться вертикально и располагать эти транзисторы еще ближе друг к другу, теперь вы можете получить больше транзисторов в заданной области».

Хуймин Бу, вице-президент по исследованиям гибридных облачных технологий в IBM, подсчитал, что по сравнению с лучшей на сегодняшний день технологией трехмерных транзисторов (например, FinFET) VTFET может позволить им вместить в пять раз больше транзисторов в чипе того же размера. Это полезно в приложениях, где размер чипа фиксирован.

[См. также: Последний квантовый чип IBM преодолевает неуловимый барьер в 100 кубитов]

При тестировании по сравнению с устройством FinFET того же масштаба IBM утверждает, что наблюдала 50-процентное снижение емкости и сопротивления. , что снизило энергопотребление на 85 процентов. Команда продолжит наблюдать за показателями производительности, такими как сопротивление в устройстве, которое определяет, насколько легко втекают и вытекают токи, а также как быстро транзистор может быть выключен и включен, а также изоляция между истоком и стоком.

За последние 80 лет конструкция транзистора снова и снова пересматривалась. Модель FinFET улучшила конструкцию под названием MOSFET 1960-х годов. Несколько лет назад архитектура, называемая нанолистом с затвором вокруг транзистора, сделала устройства менее герметичными.

«Инновации в полупроводниках — это очень сложно, — говорит Бу. «На это уходит много лет».

Например, он отмечает, что на производство металлических ворот High-K ушло 16 лет. В качестве другого примера, FinFET потребовалось около 14 лет, чтобы перейти к производству. Нанолист, над которым все еще работают многие группы, еще не достиг стадии производства, но ожидается, что это произойдет в ближайшие два года. После этого пройдет еще около 14 лет, прежде чем он будет внедрен в повседневные электронные устройства.

«Мы говорим о [VTFET] сегодня, а не через два года, потому что это нововведение является таким важным прорывом», — говорит Бу. «Мы просим отрасль взглянуть на это новое технологическое предложение и предложить более совершенные процессы и инструменты проектирования на основе этой инновации, чтобы наше сообщество могло по-настоящему использовать эту технологическую функцию через пять-восемь лет».

13 Обычно используемые компоненты на печатных платах для начинающих

Печатные платы — довольно сложные устройства, которые на первый взгляд могут показаться запутанными и пугающими. Если вы новичок в обычной электронной инженерии, вы, возможно, сталкивались с этим один или два раза. На самом деле, вы, возможно, уже знакомы с ним. Но как новичок, определенно стоит понять назначение печатной платы и знать, с чем вам придется работать, прежде чем пытаться построить свою собственную.

Итак, вот наша разбивка на 13 наиболее часто используемых электронных компонентов для печатных плат.

Что такое ПХБ?

Печатные платы — или печатные платы — можно считать основным строительным блоком любой электронной конструкции. Печатная плата соединяет несколько электронных компонентов в единую, полнофункциональную систему, способную питать различные устройства. Подобно тому, как целые города формируются из улиц, кварталов, районов и зданий, так и компоненты ПХБ взаимодействуют между собой. Печатные платы с годами развивались и играют решающую роль как у инженеров-электриков, так и у любителей.

Печатные платы могут варьироваться от односторонних плат (только один медный слой) до многосторонних (до 20+ слоев). Чем больше добавленных слоев, тем сложнее печатная плата, тем более совершенным будет соответствующий гаджет. Больше слоев также означает больше электронных компонентов.

Прочные печатные платы определенно могут удерживать до пары десятков электронных компонентов. Однако для начинающих мы рекомендуем начать с 13 наиболее распространенных компонентов.

1. Резисторы
2. Конденсаторы
3. Transformers
4. Transistors
5. Diodes
6. Batteries
7. Integrated Circuits
8. Oscillators
9. Inductors
10. Switches/Relays
11. Potentiometers
12. SCR
13. Sensors

Resistors – Control Energy

Resistors are the основы контроля тока — вот почему они так часто используются в печатных платах. Эти двусторонние электрические элементы довольно просты для понимания и интеграции в различные проекты.

Сопротивление часто определяется как «легкость», с которой объекты пропускают электричество через себя. Подумайте о разнице между изоляторами и проводниками; первое, очевидно, обладает более высоким сопротивлением, чем второе.

Резисторы, с другой стороны, позволяют пользователям точно определять уровень сопротивления объекта. Они предназначены для сопротивления потоку электрического тока путем преобразования электрической энергии в тепло, которое затем рассеивается.

Резисторы могут быть изготовлены из самых разных материалов и представлены в различных стилях. Наиболее распространенными (и настоятельно рекомендуемыми для начинающих) являются резисторы из углеродной пленки в осевом стиле. Резисторы осевого типа имеют выводы на обоих концах стержня. Их корпус помечен разноцветными кольцами, которые обозначают значение сопротивления резистора.

Конденсаторы — накопители энергии

Конденсаторы, число которых меньше только резисторов, — это электронные компоненты, которые вы обязательно найдете на каждой печатной плате. В то время как резисторы контролируют электрический заряд, конденсаторы временно хранят его. Думайте о них как о крошечных батареях с еще меньшим пространством для хранения. Они способны потерять и полностью зарядиться за доли секунды. Из-за этого конденсаторы обычно используются для «фильтрации»: процесса, при котором резервный источник энергии берет верх, когда основной источник питания отключается, чтобы не потерять или сбросить данные.

В печатных платах конденсаторы электростатически накапливают энергию, чтобы позже высвободить ее там, где требуется питание в цепи. Он работает путем сбора противоположных зарядов (положительных и отрицательных) на двух проводящих пластинах (обычно металлических) с изоляционным материалом какой-либо формы между ними.

Существуют различные типы конденсаторов, часто классифицируемые по проводящему материалу обкладок или разделяющему их изоляционному материалу. Большинство начинающих и случайных любителей используют конденсаторы из полиэстера, керамические конденсаторы или радиальные конденсаторы.

Вы заметите, что некоторые конденсаторы напоминают резисторы. Самое заметное отличие состоит в том, что резисторы имеют выводы на противоположных концах. Конденсаторы имеют два вывода, выступающих с одной стороны.

Трансформаторы – передача энергии

Трансформаторы общего назначения передают энергию от одного источника к другому посредством процесса, называемого «индукцией». Трансформаторы для печатных плат работают так же. Они передают электрическую энергию из разных цепей и преобразуют ее, увеличивая или уменьшая напряжение. Как и резисторы, они технически регулируют ток. Самая большая разница заключается в том, что они обеспечивают большую электрическую изоляцию, чем управляемое сопротивление, путем «преобразования» напряжения.

Трансформаторы для печатных плат состоят из двух или более отдельных индуктивных цепей (называемых обмотками) и сердечника из мягкого железа. Первичная обмотка предназначена для цепи источника или источника энергии, а вторичная обмотка предназначена для цепи приема, куда поступает энергия. Трансформаторы разбивают большое количество напряжения на меньшие, более управляемые токи, чтобы не перегружать и не перегружать оборудование.

Транзисторы – усиление энергии

Резисторы могут быть основой управления током, но транзисторы являются основой всей современной электроники. Их можно, по сути, считать строительными блоками.

В отличие от хранения, регулирования или контроля зарядов на печатной плате, транзисторы усиливают их. Биполярный транзистор, который является наиболее распространенным типом транзистора, имеет три области и три вывода, по которым протекает и усиливается ток. Есть два типа биполярных транзисторов; НПН и ПНП. Оба состоят из (1) базы, (2) коллектора и (3) эмиттера и имеют области как P-типа, так и N-типа.

• Основание: основание/фундамент всего устройства
• Излучатель: место высвобождения/испускания зарядов
• Коллектор: собирает носители заряда

Биполярный транзистор NPN имеет область P-типа, расположенную между двумя областями N-типа. В типе NPN небольшой ток течет от базы к эмиттеру. Затем этот ток включает другую цепь , которая также заставляет гораздо больший ток течь от коллектора к эмиттеру, эффективно увеличивая (или усиливая) высвобождаемый ток.

Биполярный транзистор PNP имеет область N-типа, расположенную между двумя областями P-типа. Это отменяет текущий процесс типа NPN. Небольшой ток начинается с коллектора и течет к эмиттеру, заставляя больший ток проходить через базу к эмиттеру.

Транзисторы NPN используются чаще, чем транзисторы PNP по ряду причин. Тем не менее, оба имеют свои преимущества и недостатки в зависимости от проекта.

Диоды — перенаправление энергии

Возвращаясь к нашей печатной плате — городское сравнение, диоды — это улицы с односторонним движением на печатной плате. Эти двухконтактные компоненты контролируют и перенаправляют поток энергии, позволяя току течь в одном направлении и блокируя его движение в другом. Поток обычно идет от положительной клеммы (называемой анодом) к отрицательной клемме (называемой катодом).

Как и резисторы, диоды используют электрическое сопротивление для управления потоком энергии. Высокое сопротивление в одном направлении и нулевое сопротивление в другом эффективно блокирует протекание тока в неправильном направлении и потенциальное повреждение оборудования.

Самый распространенный диод, с которым знакомы многие люди, даже не любители, — это светоизлучающие диоды или светодиоды. Другими распространенными примерами диодов для печатных плат являются стабилитроны, быстродействующие переключающие диоды и диоды Шоттки.

Аккумулятор – обеспечение энергией

Теоретически все знают, что такое аккумулятор. Аккумуляторы, возможно, наиболее широко покупаемый компонент в этом списке, используются не только инженерами-электронщиками и любителями. Люди используют это маленькое устройство для питания своих повседневных предметов; пульты, фонарики, игрушки, зарядные устройства и многое другое.

Батарея на печатной плате в основном хранит химическую энергию и преобразует ее в пригодную для использования электронную энергию для питания различных цепей на плате. Они используют внешнюю цепь, чтобы позволить электронам течь от одного электрода к другому. Это формирует функциональный (но ограниченный) электрический ток.

Ток ограничен процессом преобразования химической энергии в электрическую. Для некоторых аккумуляторов этот процесс может завершиться в течение нескольких дней. Другим могут потребоваться месяцы или годы, прежде чем химическая энергия будет полностью израсходована. Вот почему некоторые батареи (например, батареи в пультах дистанционного управления или контроллерах) необходимо менять каждые несколько месяцев, в то время как другим (например, батареям в наручных часах) требуются годы, прежде чем они полностью разрядятся.

Существуют различные типы батарей для печатных плат, но мы настоятельно рекомендуем приобретать перезаряжаемые батареи.

Интегральные схемы — многофункциональные электростанции

Интегральные схемы — это электростанции всех печатных плат. Батареи могут быть источником энергии, но схемы — это фабрики по производству энергии. Эти крошечные пластины содержат тысячи (или даже миллионы) транзисторов, резисторов и конденсаторов. Благодаря этому они могут усиливать, генерировать и обрабатывать энергию на печатной плате — это лишь некоторые из функций.

Как следует из названия, интегральные схемы (или ИС) — это в основном схемы, которые были интегрированы в печатную плату посредством минимизации. Эти пластинчатые компоненты обычно изготавливаются из силикона и заключены в пластиковый корпус. Более современные могут также использовать цифровые или аналоговые технологии для выполнения вычислений.

Эти типы технологий дополнительно определяют два типа ИС: цифровые и аналоговые. Лучший для начинающих зависит от типа проекта, который необходимо выполнить. Цифровые интегральные схемы обычно используются в компьютерах и бытовой электронике. Аналоговые интегральные схемы (также называемые линейными) обычно используются для усиления звука и радиочастот.

Генераторы – точные таймеры

В печатных платах кварцевые генераторы действуют как программируемые таймеры или часы, периодически генерирующие электронные сигналы. Они названы так потому, что зависят от резонанса вибрирующего кристалла, сделанного из пьезоэлектрического материала, который определяет частоту электронного сигнала или колебания.

Для создания резонанса можно использовать различные пьезоэлектрические материалы, но кварцевые кристаллы пользуются большой популярностью. Генератор использует электрическое поле в тандеме с напряжением, приложенным к электроду рядом с кристаллом кварца, чтобы создать свойство, известное как обратное пьезоэлектричество. Затем электрическое поле отключается, чтобы позволить кристаллу вернуться к своей прежней форме. При этом кварц генерирует другое электрическое поле, которое, в свою очередь, генерирует напряжение определенной частоты — другими словами, колебание.

Кварцевые генераторы обычно используются в качестве точных таймеров для наручных часов, микроконтроллеров и других подобных устройств.

Катушки индуктивности – увеличение энергии

Катушки индуктивности, как резисторы и конденсаторы, считаются линейными пассивными компонентами печатных плат. Как и конденсаторы, катушки индуктивности представляют собой устройства с двумя выводами, которые накапливают энергию. Но в то время как конденсаторы накапливают энергию электростатически, катушки индуктивности используют магнитное поле.

Индукторы, также известные как катушки, дроссели и реакторы, обычно состоят из сердечника, обернутого изолированным проводом. Чем больше раз проволока намотана на сердечник (т. е. число витков), тем сильнее генерируется магнитное поле и, следовательно, энергия. Обмотки усиливают магнитное поле и, соответственно, накопленную энергию и энергетические возможности устройства.

Катушки индуктивности характеризуются свойством, называемым индуктивностью, которое представляет собой отношение напряжения к скорости изменения тока. Они часто используются для фильтрации или блокировки определенных сигналов, таких как радиопомехи в аудиооборудовании.

Переключатели – кнопки питания

Переключатель – еще один широко известный компонент печатной платы, уступающий только батареям. Многие люди — опять же, не только инженеры и любители — покупают переключатели для повседневных задач. Они не просто принадлежат печатным платам. Их можно увидеть на кухнях, в комнатах, на удаленных устройствах и т. д.

Думайте о переключателях/реле как о кнопках питания. Они в основном контролируют поток тока в цепи, открывая и закрывая цепь. Один щелчок переключателя, и цепь размыкается, позволяя току течь к лампочке в комнате. Еще один щелчок, и цепь замыкается. Лампа отключается от тока и выключается.

Существует по крайней мере дюжина различных типов переключателей , , все они различаются по физической конструкции и внешнему виду. Наиболее распространенными являются кнопочные выключатели, рычаги и тумблеры. Другие примеры включают коробчатые, кулисные, микро-, ползунковые и поворотные переключатели.

Потенциометры – переменное сопротивление

Потенциометры в основном представляют собой переменные резисторы с тремя выводами. Подобно резисторам, они контролируют энергию в цепи. Они так называются, потому что они в основном определяют электрический потенциал или напряжение устройства. Обычные потенциометры бывают двух типов: поворотные и линейные.

Поворотные потенциометры немного более известны, чем линейные. Они используют ручку для изменения сопротивления устройства, позволяя контакту ползунка перемещаться по полукруглому резистору, чтобы определять, насколько высокой или низкой должна быть энергия. Наиболее популярным примером поворотного потенциометра в игре может быть ручка регулировки громкости на радиоприемниках. Величина тока, подаваемого на усилитель, регулируется потенциометром, следовательно, регулируется громкость звука.

Линейные потенциометры почти такие же, только это прямая линия, а не полукруг. Вспомните кнопки регулировки громкости на современных смартфонах или наушниках.

SCR – сильноточный контроль

SCR расшифровывается как Silicon-Controlled Rectifier. Подобно транзисторам и диодам, SCR, также называемые тиристорами, названы так потому, что они состоят из четырех кремниевых слоев (вместо трех композиций NPN или PNP, используемых в транзисторах). В некотором смысле их можно рассматривать как два транзистора, работающих в тандеме для управления большими значениями напряжения и мощности. В этом смысле они немного больше подходят для проектов и операций с высоким переменным током, где обычного транзистора может быть недостаточно.

Четыре уровня — NPNP или PNPN — функционируют скорее как переключатели, а не как усилители. Более того, для активации указанных переключателей требуется всего один импульс, а не постоянный ток, как в одинарных или биполярных транзисторах.

Датчики

И последнее, но не менее важное: у нас есть датчики. Это довольно простые электронные компоненты в том смысле, что они «чувствуют» физический ввод или изменения окружающей среды и реагируют соответствующим образом. Тип входных данных может варьироваться от изменений тепла, света и влажности до давления, шума, движения и т. д.

Ответ, генерируемый датчиком, приходит в виде электрического сигнала, соответствующего любому обнаруженному им изменению. Затем этот сигнал отправляется другим компонентам схемы или печатной платы.

Если запрограммировано, эти датчики затем генерируют выходные данные в виде удобочитаемых дисплеев или дополнительных сигналов, передаваемых в электронном виде для будущего считывания или дальнейшей обработки.

Датчики на печатной плате обычно преобразуют физическую энергию в электрическую. В некотором смысле это делает их конвертерами. Датчики на самом деле довольно гибкие и могут быть разных форм. Они могут быть даже в виде диодов, таких как красный светодиод на пульте от телевизора, который сигнализирует о том, включено устройство или выключено. Общие практические реализации датчиков включают измерение влажности, определение качества воздуха, датчики движения и автоматическое освещение.

Conclusion

To recap here are the 13 most common PCB components we covered:

1. Resistors
2. Capacitors
3. Transformers
4. Transistors
5. Diodes
6. Batteries
7. Integrated Circuits
8. Oscillators
9. Inductors
10. Switches /Реле
11. Потенциометры
12. SCR
13. Датчики

Если вы новичок и любитель, эти 13 электронных компонентов окажутся довольно простыми и полезными при создании первых нескольких печатных плат.