Site Loader

Содержание

Типы транзисторов — подробная классификация полупроводника

Классификация, основанная на их структуре

 

Точечный транзистор

Это были одни из первейших германиевых транзисторов, которые работали на основе сложного и ненадёжного процесса образования электричества. По этой причине не справлялись с возложенными на них задачами довольно часто. У них был коэффициент усиления тока a с общей базой больше единицы и демонстрировал отрицательное сопротивление.

Биполярный плоскостной транзистор

Эти транзисторы имеют три вывода (эмиттер, базу и коллектор), отсюда вытекает то, что они обладают двойным соединением, а именно соединением база-эмиттер и соединением коллектор-база. Это токоуправляемые устройства, чья проводимость тока основывается одновременно на главном, и на побочном носителе заряда (поэтому транзистор и называется биполярным).

Они могут быть и (i) npn с основными носителями заряда в виде электронов или (ii) pnp. Обособленно стоят многие другие типы биполярных плоскостных транзисторов:

Биполярный гетеротранзистор: эти транзисторы подходят для устройств с высокой частотой и у них участки эмиттера и базы сделаны из отличающихся полупроводниковых материалов.

Транзистор Шотки или зажатые транзисторы Шотки: они используют барьер Шотки для избегания насыщения транзистора.

Лавинные транзисторы: это по-особенному устроенные транзисторы, которые действуют в зоне лавинного сбоя (где действующее напряжение будет больше чем напряжение сбоя) и имеют очень высокие скорости переключения.

Транзисторы Дарлингтона: эти транзисторы имеют два отдельных транзистора, которые каскадно включены таким образом, что в результате устройство обладает очень высоким коэффициентом усиления тока.

Транзистор с множественным эмиттером: этот вид транзисторов специально сделан так, чтобы понимать логические операции.

Транзистор с множественной базой: он использует для усиления очень низкий уровень сигнала среди шумного окружения за счёт конструктивного добавления сигнала, в отличии от случайного шума.

Диффузионный транзистор: эти транзисторы основаны на том, что имеется диффундирующий полупроводниковый материал с необходимыми присадками.

 

Полевой транзистор

Эти транзисторы являются транзисторами, которые управляются напряжением. Эти транзисторы имеют три вывода. Один из них, вывод затвора, контролирует поток электрического тока между выводом источника и выводом стока. Их также называют монополярными устройствами, поскольку их проводимость тока является лишь следствием основных носителей заряда, согласно с чем, они могут быть одновременно N-канальными (большинство носителей заряда являются электронами) и P-канальными полевыми транзисторами.

Полевые транзисторы также могут быть подразделены на:

Плоскостные полевые транзисторы: Они могут быть как pn, так и транзисторами с металлическим полупроводником, которые зависят от того, имеют ли они pn-соединение или соединение в виде Барьера Шотки.

Металлические оксидные полупроводниковые полевые транзисторы или транзисторы с изолированным затвором

: Эти устройства имеют изолирующий слой под их выводом затвора, который приводит к очень высокому полному сопротивлению на входе. Они могут быть как истощающими, так и усиливающими, что зависит от того, имеют ли они уже существующий канал или нет, что уже влияет на их поведение в присутствии или отсутствии напряжения на затворе.

Металлические окисел полупроводниковые полевые транзисторы с двойным затвором: Это в частности очень полезные транзисторы в устройствах с радиочастотой. Они имеют два последовательных контроля затвора.

Транзистор с высокой мобильностью электронов или гетероструктурный

полевой транзистор: Эти транзисторы характеризуются присутствием гетеро-связей, которые заключаются между разными материалами на той и другой стороне соединения и используются в устройствах с очень высокой микроволновой частотой. Другие разновидности этих транзисторов, включая метаморфные, псевдоморфные, индуцированные, гетероструктрные изолированные и модуляционные с примесями.

Плавниковые полевые транзисторы: Они имеют двойной затвор, ширина их эффективного канала обеспечивается тонким кремниевым “плавником”, который формирует тело транзистора.

Вертикальный металл-окисел полупроводниковый

: По конструкции схож с обычным металл-окисел полупроводниковым, но есть и различие, заключающееся в наличии V-образной канавки, которая увеличивает их сложность и стоимость.

Металл-окисел полупроводниковый с U-образной канавкой: У них структура в виде траншей, и они почти такие же как предыдущие, только канавка у них не V-образная, а U-образная.

Траншейный металл-окисел полупроводниковый: Имеется вертикальная структура с выводом источника и стока на вершине и дне соответственно.

Металлический нитрид окисел полупроводниковый: Этот вид транзистора является дополнением к технологии металл окисел полупроводниковых и использует нитрид окисел как изоляционный слой.

Полевые транзисторы с быстрым обратным или быстрым восстанавливающим эпитаксиальным диодом: Это ультра быстрые полевые транзисторы с возможностью быстрого выключения для диода, расположенного в корпусе.

Обеднённый полевой транзистор: Эти транзисторы основаны на абсолютно истощенных субстратах.

Туннельный полевой транзистор: Они работают на принципе квантового туннелирования и широко применяются в электронике с низкой энергией, включая цифровые схемы.

Ионно-чувствительный полевой транзистор: Данный транзистор использует концентрацию ионов для регулирования величины потока электрического тока, проходящего через него. Эти устройства широко используются в медико-биологических исследованиях и наблюдении за окружающей средой.

Биологически-чувствительные полевые транзисторы: В этих транзисторах биологические молекулы, привязанные к выводу затвора, изменяют распределение заряда и меняют проводимость каналов. Существует множество разновидностей этих устройств, например днк полевые транзисторы, иммунные полевые транзисторы и т.д.

Полевые транзисторы с органической памятью за счёт наночастиц: Эти устройства имитируют поведение интернейрон сигнала и применяется в области искусственного интеллекта.

Органические полевые транзисторы: Их структура основана на концепции тонкоплёночных транзисторов. Для их канала используются органические полупроводники. Они широко используются в электронике, разлагаемой микроорганизмами.

Шестиугольные полевые транзисторы: Их область матрицы основана на базовых ячейках, имеющих шестиугольную форму, которые, в свою очередь, уменьшают размер матрицы, увеличивая плотность канала.

Полевые транзисторы с углеродной нанотрубкой: Канал сделан из углеродной нанотрубки (одиночной или массива), а не из кремния.

Полевой транзистор с нанолентой из графена: Они используют наноленты из графена как материал для их каналов.

Полевые транзисторы с вертикальной прорезью: Эти двух-затворные устройства с вертикальной кремниевой прорезью ни что иное как узкий коридор кремния между двух более больших кремниевых участков.

Квантовые полевые транзисторы: эти транзисторы характеризуются очень высокой скоростью действия и работой на принципе квантового туннелировнаия.

T-инвертированные транзисторы: Часть такого устройства вертикально расширена из горизонтальной плоскости.

Тонкоплёночный транзистор: В качестве активного полупроводника используются тонкие плёнки, изолятор и металл прокладываются по непроводящему материалу, такому как стекло.

Баллистические транзисторы: Их используют в высокоскоростных интегрированных схемах, их работа основана на использовании электромагнитных сил.

Электролит окисел полупроводниковые полевые транзисторы: У них металлическая часть стандартных металл-окисел полупроводниковых заменена на электролит. Их используют для обнаружения нейронной активности.

Классификация, основанная на функциях транзисторов

1. Транзисторы с маленьким сигналом: Этот тип транзисторов используется в частности для усиления сигналов с низким уровнем (редко – для переключения) и может быть как npn, так и pnp по своей конструкции.

2. Маленькие переключающие транзисторы: Широко применяются для переключения, несмотря на то, что они могут быть вовлечены в процесс усиления. Эти транзисторы доступны сразу и в виде npn, и в виде pnp.

3. Силовой транзистор: Их используют как силовые усилители в мощных устройствах. Это могут быть npn, или pnp, или транзисторы Дарлингтона.

4. Высокочастотные транзисторы: их также называют радиочастотными транзисторами. Они используются в устройствах, где есть высокоскоростное переключение, где маленькие сигналы действуют на больших частотах.

5. Фототранзистор

: Это устройства с двумя выводами, которые чувствительны к свету. Они являются ни чем иным, как стандартными транзисторами, которые имеют фоточувствительную область как замещение базовой области.

6. Однопереходные транзисторы: Используются исключительно как переключатели и не подходят для усиления.

7. Транзисторы для биомедицинских исследований и для исследования окружающей среды: Их название говорит само за себя.

В дополнение к этому, существуют также биполярные транзисторы с изолированным затвором, которые сочетают в себе особенности одновременно биполярных плоскостных транзисторов и полевых транзисторов. Они используют изолированный затвор для контроля биполярного силового транзистора, выступая в роли переключателя.

Также есть устройства, которые имеют два туннельных перехода, включая участок, контролирующий затвор. Их называют одиночными электронными транзисторами. Транзисторы без переходов и с нанопроволокой не имеют перехода затвора, что приводит к более плотным и дешёвым микрочипам. Наконец, стоит отметить, что это были лишь некоторые типы транзисторов среди множества типов, которые представлены на рынке.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Определение цоколевки и типа транзистора

Иногда возникает необходимость определить тип транзистора (p-n-p или n-p-n), выводы эмиттера, коллектора и базы (при стертой маркировке, для импортных транзисторов и т.д). Это можно сделать с помощью омметра.

В качестве испытуемого возмем транзистор КТ 3107 рис. 1.

 

Рис.1

Сначала определяем вывод базы по прямым и обратным сопротивлениям переходов эмиттера и коллектора. Поскольку вывод базы как правило расположен либо посередине, либо справа, то начнем с этих выводов. Подсоеденим красный и черный щуп таким образом рис. 2.

 

Рис. 2

Индикатор показывает  бесконечно большое сопротивление т.е «1» рис. 3.

 

Рис. 3

Перепробовав всевозможные комбинации получили что база у нас посередине т.к на индикаторе 725 Ом рис. 4-5.

 

Рис. 4

 

Рис. 5

Поскольку к выводу базы подсоеденен черный щуп, то тип транзистора p-n-p. Теперь подсоеденим щупы вот так: рис. 6.

 

Рис. 6

Индикатор показывает сопротивление 728 Ом рис. 7.

 

Рис. 7

Так как у перехода эмиттера прямое сопротивление больше чем у перехода коллектора (728 > 725 в нашем случае) то вывод коллектора слева, а эммитера справа. Для достоверности проверим его на спец. разъеме для определения коэффициента передачи. Индикатор показавает 94 рис. 8  значит выводы мы определили правильно рис. 9.

 

Рис. 8

 

Рис. 9

Схематически это можно изобразить вот так: рис. 10 .

 

Рис. 10

Данная статья является собственностью сайта «Схематехник». Перепечатка запрещена!

©Савицкий А. 2007 г.

 

Общая характеристика схем включения транзисторов p-n-p типа.

Схемы

Iвх

Iвых

Ki

Rвх и Rвых

Uвх

Uвых

Ku

Kp

Инв

ОБ

<1

Rвх < Rвых

Uэб

Uкб

>1

>1

Нет

ОЭ

>1

Rвх < Rвых

Uбэ

Uкэ

>1

>1

Да

ОК

>1

Rвх > Rвых

Uбк

Uэк

<1

>1

Нет

Влияние температуры на работу полупроводниковых транзисторов. На работу транзисторов значительно влияет повышение температуры. При этом возрастает начальный ток коллектора, а, следовательно, это приводит к изменению характеристик транзистора. Например, для германиевого транзистора включённого по схеме ОБ при диапазоне нагрева от 200С до 700С Iко (начальный ток коллектора) увеличится в 25 раз.

Известно, что Iк=Iко+Iэ, (12.33)

где — не зависит от температуры,Iэ=const и поэтому незначительное увеличение Iк при повышении температуры практически не изменяет режим работы транзистора. В том случае, если транзистор включён по схеме ОЭ, то начальным током является сквозной ток и он возрастает при изменении температуры от 200С до 700С примерно в 2 раза. Очевидно, что такое возрастание тока приводит к резкому изменению выходных характеристик (зависимости Iк от Uкэ) транзистора, перемещается рабочая точка и режим усиления нарушается.

Полевые транзисторы.

Полевые транзисторы – это полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования и усиления электрических сигналов с помощью полевых транзисторов обусловлены потоком основных носителей, которые протекают через проводящий канал и управляются электрическим полем. В образовании выходного тока в полевых транзисторах участвуют только электроны или дырки, а поэтому эти полупроводниковые приборы ещё называются униполярными транзисторами.

Полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим p-n переходом и изолированным затвором, или МДП-транзисторы (металл-диэлектрик-полупроводник). Также к полевым транзисторам с изолированным затвором относятся МОП-транзисторы (металл-диоксид кремния-полупроводник)

В этих группах полевых транзисторов электроды обозначают истоком И (эмиттер-биполярного транзистора), затвором З (база биполярного транзистора) и стоком С (коллектор биполярного транзистора). На рис. 12-21 изображена упрощённая структура полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Рис. 12-21. Структурная схема полевого транзистора с управляющим pn переходом.

Условное графическое изображение полевых транзисторов с управляющим p-n переходом с каналом n-типа и p-типа приведены на рис. 12-22 а, б

Рис. 12-22. Условное графическое обозначение полевого транзистора с управляющим p-n переходом с каналом n-типа (а), p-типа (б).

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом выполнен в виде пластины из полупроводника n-или p-типа (рис.1-21в данном случае рассматривается полупроводник n-типа). На гранях этой пластины созданы области p-типа электропроводности (3) и в результате образуются p-n переходы, а контакты областей «3» соеденены между собой. Объём пластины, расположенный между p-n переходом является каналом полевого транзистора. Если приложить к затвору отрицательное напряжение, то происходит обеднение электронами (основные носители) участков канала, примыкающих к затвору, ширина p-n перехода возрастает и увеличивается его сопротивление. Таким образом происходит управление сопротивлением канала. В том случае, если канал полевого транзистора p-типа, то при подаче положительного напряжения между затвором и истоком p-n переход расширяется и уменьшается толщина канала и, следовательно, увеличивает его сопротивление.

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом (канал n-типа) оказывается запертым (Iс=0) при обратном напряжении, которое называется напряжением отсечки Uзиотс. В этом случае p-n переходы сливаются и ток через канал не проходит. Напряжение насыщения: Uси(нас) = /Uзи(отс)/-/Uзи/…………………………………………………………..(12.34).

Режим, когда Uси>=Uсиназ называется режимом насыщения и рост тока Iс прекращается при увеличении Uси.

Полевые транзисторы имеют три схемы включения с общим истоком (ОИ) (а), общим стоком (ОС) (б) и с общим затвором (ОЗ) с каналом n-типа. Наиболее часто используемой схемой включения применяется схема с ОИ (рис. 12-23).

Рис. 12-23. Схема включения полевого транзистора с общим истоком.

Так же как у биполярных транзисторов полевые транзисторы имеют статические характеристики. Основной статической характеристикой полевого транзистора с управляющим p-n переходом — выходная (стоковая), которая показывает зависимость Iс от Uси при Uзи=const. Вольтамперная стоковая характеристика полевого транзистора с управляющим p-n переходом показана на рис. 12-24.

Рис. 12-24. Стоковая вольтамперная характеристика полевого транзистора с управляющим pn переходом.

Из рис. 12-24 видно, что с повышением Uси электрический ток Iс увеличивается линейно, но при Uси=Uси(нас) ток стока не увеличивается. Для полевых транзисторов с управляющим p-n переходом зависимость Iс от отрицательного значения Uзи при Uси=const называют характеристиками прямой передачи или стокозатворной. Вольтамперная характеристика прямой передачи показана на рис. 12-25.

Рис. 12-25. Вольт-амперная характеристика прямой передачи (стокозатворной) полевых транзисторов.

Параметрами полевых транзисторов с управляющим p-n переходом являются крутизна стокозатворной характеристики, входное и выходное дифференциальное сопротивление, напряжение отсечки, междуэлектродные электрические ёмкости, коэффициент усиления.

Крутизна стокозатворной характеристики характеризует управляющее действие затвора и её измеряют при Uзн= данное и Uси=const.

S=dIс/dUзи ………………….(12.35)

Входное дифференциальное сопротивление очень большое (108-1010 Ом) и связано это с тем, что концентрация неосновных носителей в канале небольшая и поэтому обратный ток невелик и практически не зависит от /Uзи/. Выходное дифференциальное сопротивление электрической цепи стока определяют по формуле: приUзи=const. Напряжение отсечки – это напряжение на затворе при Ic=0 и Uси=0.

Междуэлектродные электрические ёмкости – это электроёмкости между затвором и истоком, между затвором и стоком, между стоком и истоком.

Коэффициент усиления К=dUис/dUзи , ……………….(12.36)

где Uзи – заданное при Iс=const.

Можно также рассчитать коэффициент усиления по следующей формуле:

К=S . Rисдиф (12.37)

Для расчёта схем на полевых транзисторах используют схемы замещения (рис. 12-26)

Рис. 12-26. Схема замещения полевого транзистора:

Сзс – электроёмкость между затвором и истоком; Rси – дифференциальное выходное сопротивление; Uзи – источник тока, управляемого напряжением на затворе Uзи, Сзи – электроёмкость между затвором и истоком.

Страница не найдена | Кафедра физики твердого тела ПетрГУ

http://secretary.rid.go.th/ http://rtlabs.nitk.ac.in/ http://www.ei.ksue.edu.ua/ http://www.unajma.edu.pe/ http://www.drbrambedkarcollege.ac.in/ https://esperanza.eastern.edu/ https://www.hsri.or.th/ https://www.agrft.uni-lj.si/ http://www4.fe.usp.br/ https://www.cnba.uba.ar/

Home
bak hocam 2yildir kullandigim siteye gelip kod ekliyorsun not yazip kodlarini siliyorum (insan olan utanir kusura bakma hocam diyip giderdi) kendine dusmanmi ariyorsun? belliki sen disli birine denk gelmemissin hayatin boyunca ama ben cok ugrastim cokta denk geldim bu sekilde tanimadigin birini tehtit etmen ya deli oldugunu gosterir yada tecrubesizligini sen bana isimi ogretecegine once baskalarina ait olan sitelere girmemeyi ogren ondan sonra bana isimi ogretirsin ben cok takintili bir adamim beni kotu bir insan olmaya zorlama rica ediyorum bak lutfen birbirimizi uzmeyelim emin ol bu site felan umrumdami saniyorsun? olay tamamen prensip meselesi sen benim yatakodama gelip beraber yatacagiz diyorsun oyle bir olay yok isine bak oldu 10 kisi daha cagir 500 kod eklesin herkes yorumbacklink isimi yapiyorsun? sacmalamissin daha fazla beni muatap etme kendinle yaptigin terbiyesizligin farkina var illa darbe yiyincemi aklin basina gelecek anlamiyorum ki o kadar yaziyorum ki birbirimize kotuluk yapmayalim kalp kirmayalim birbirimizi uzmeyelim sana daha once boyle notlar yazan bir linkci gordun mu Allah askina ben bazen goruyorum ana baci duymadigim kufurler yaziyor adamlar birbirine sen benim gibi bir insani uzuyorsun ama lutfen.. 8yildir ben kimseyle ortak site kullanmadim babam gelse onunlada kullanmam en hassas oldugum konudur bu bir daha kod eklememeni siddetle tavsiye ediyorum yoksa farkli seyler olur ve kendine nur topu gibi manyak bir dusman edinirsin bos yere bu polemigi uzatiyorsun haksiz olan sensin kod disinde birsey yazmak istersen yazabilirsin ama rica ediyorum isi inada bindirme senden ERDEMLİ DÜRÜST VE OLGUN bir davranis bekliyorum beni anladigini umuyorum ve tekrar inşAllah kod eklemeyecegini umuyorum olumlu olumsuz notunu buraya yazablirsin bende bir daha bu siteyi kullanmiyacagim sanada kullandirmam tabiki is site isi degil prensip isi.. ihtiyacin olabilir site sayin azdir bunlar dogal seyler ben gerekirse kendim eklerim senin kodlarini oyle bir durumda kendi kodlarimida silerim sadece senin olur ama o son not garip bir insan oldugunu dusunduruyor bana ve inan ugrasacak vaktim de kafamda yok kendine sardirma hepimiz ekmek davasindayiz senle isim yok benden sana kotulukte gelmez ama beni zorlama lutfen.. zaten kafamda bir dunya sorun var hayat acimasiz hayat zor benim derdim bana yetiyor butun ictenligim ve iyi niyetim ile sana bu notu yaziyorum bu kadar sozden sonra kod ekleyecegini sanmiyorum birde seninle ugrasmayayim guzel kardesim arkadasim lutfen rica ediyorum LUTFEN barış her zaman erdemli insanlarin isidir lutfen ayni olgunluk ile senden olumlu donusunu bekliyorum eger yazdiklarimda kalp kirici yada incitici birsey varsa lutfen kusura bakma 1-2defa kontrol ettim ama belki gozumden kacmis olabilir hakkini helal et ve en iyisi ikimiz icinde helallesip bu isi noktalamaktir inan kotu biri degilim selam ve sevgiyle..

ВЫБОР ТИПА ТРАНЗИСТОРА

ВЫБОР ТИПА ТРАНЗИСТОРА

В отличие от биполярных полевые транзисторы сильно влияют на характеристики переключательной схемы. Плоскостные ПТ с управляющим p-n-переходом обладают наиболее стабильными характеристиками и наиболее стойки к радиационному облучению, поскольку действие их основывается на использовании объемной проводимости. Полевые МОП-транзисторы более чувствительны к облучению, а характеристики их менее стабильны, поскольку действие их основано на поверхностной проводимости. При заданных размерах активной области транзистор с управляющим p-n-переходом имеет меньшее значение сопротивления канала, чем МОП-транзистор. Однако для управления МОП-транзисторами можно использовать более простые схемы, чем для ПТ с управляющим p-n-переходом, поскольку в МОП-транзисторах затвор изолирован от канала независимо от полярности переключаемого сигнала В отличие от МОП-транзисторов ПТ с p-n-переходом проводят при подаче смещения в прямом направлении.

Характеристики полевых транзисторов (как МОП-транзисторов, так и с управляющим p-n-переходом) зависят от типа основных носителей канала. Благодаря более высокой подвижности носителей сопротивление транзистора с n-каналом в проводящем состоянии составляет около 1/3 сопротивления подобного ПТ с p-каналом (так, у полевого транзистора 2N5433 сопротивление n-канала в открытом состоянии составляет всего 7 Ом). Для коммутации однополярных положительных сигналов целесообразно выбирать транзистор с каналом p-типа, а для отрицательных — n-типа В этом случае отпирающее напряжение U0=0, т. е. не требуется дополнительного источника отпирающего напряжения U0 и, как правило, значительно упрощается схема управления.

Для получения высокой точности коммутатора необходимы полевые транзисторы с малым значением rк0 и Iз.зап, но ПТ, имеющие меньшее значение rк0, имеют большие Iс.зап. Поэтому для оценки пригодности полевых транзисторов вводится коэффициент качества [3]

D = rк0 * Iз.зап

Использование транзисторов с наименьшим значением D обеспечивает лучшую точность коммутатора.

Полевые транзисторы с относительно малым значением rк0 имеют сравнительно большие значения входной Сз.и и проходной Сз.с ёмкостей (см. табл. 1). При построении коммутаторов с большими скоростями переключения предпочтение надо отдавать транзисторам, имеющим меньшее значение емкостей Сз.и и Сз.с.

Использование транзисторов с малым напряжением отсечки позволяет не только расширить диапазон коммутируемого сигнала, но и улучшить характеристики переключения за счет уменьшения амплитуды управляющего напряжения [3].

<< Предыдущее Содержание Назад Далее >>

Типы транзисторов: характеристика и параметры

Прежде чем рассматривать типы транзисторов, следует выяснить, что вообще представляет собой транзистор и для чего используется.

Что такое транзистор

Транзистором называется полупроводниковый триод, представляющий собой компонент, используемый в области радиоэлектроники, изготавливаемый из полупроводниковых материалов. Он имеет три вывода, позволяющие управлять в цепи электрическим током с помощью входного сигнала.

Из-за своих качеств применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать, сгенерировать или усилить электрические сигналы. Название транзистора применяется и для других устройств, имитирующих основное качество транзистора – способность изменять сигнал в двух различных состояниях, при одновременном изменении сигнала управляющего электрода.

Виды и характеристика

Все транзисторы подразделяются на два вида – NPN и PNP. В этих на первый взгляд сложных аббревиатурах, нет ничего особо сложного. Данными буквенными обозначениями определяется порядок наложения специфических слоев. Такими слоями являются pn-переходы в полупроводниковых материалах, использованных для их изготовления.

Глядя визуально на любой полупроводник, невозможно определить тип полупроводниковой структуры, расположенной внутри корпуса. Эти данные обозначаются маркировкой, нанесенной на корпус. Тип транзистора необходимо знать заранее, поскольку использование его в схеме может быть самым различным.

Следует помнить о том, что NPN и PNP совершенно разные. Поэтому их нельзя просто так перепутать или заменить между собой. Заменить один на другой возможно при определенных условиях. Основное условие – значительное изменение схемы включения этих транзисторов. Таким образом, для определенных узлов радиотехнических устройств, применяются только свои, конкретные марки, в противном случае, устройство просто выйдет из строя, и не будет работать.

Технологические различия

Помимо типа pn-перехода, все они различаются технологией применяемой для их изготовления.

В связи с этим, можно отметить два видаа транзисторов, различающихся параметрами:

  • Биполярные – отличаются подачей в их базу тока небольшой величины. Этот ток, в свою очередь, служит для управления количеством тока, проходящего между эмиттером и коллектором.
  • Полевые – оборудуются тремя выводами, носящими название затвор, сток и исток. В данном случае, на затвор транзистора воздействует не ток, а напряжение. Эти транзисторы отличаются различной полярностью.

«Мексиканская шляпа» в графене позволит на порядок снизить энергопотребление процессоров будущего

«Дело здесь не столько в том, чтобы сэкономить электричество — электроэнергии у нас хватает. При меньшем энергопотреблении электронные компоненты меньше нагреваются, а значит, могут работать с более высокой тактовой частотой — не один гигагерц, а, например, 10 или даже 100», — говорит ведущий автор исследования, заведующий Лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов и преподаватель кафедры общей физики МФТИ Дмитрий Свинцов.

Создание транзисторов, способных переключаться при малых напряжениях (менее 0,5 вольт) является одной из серьезнейших проблем современной электроники. Наиболее перспективными кандидатами для решения проблемы являются туннельные транзисторы. В отличие от классических транзисторов, где электроны «перепрыгивают» через энергетический барьер, в туннельных транзисторах электроны через барьер «просачиваются» благодаря квантовому эффекту туннелирования. Однако в большинстве полупроводников туннельный ток очень мал, и это не позволяет использовать туннельные транзисторы на их основе в реальных схемах.

Авторы статьи, ученые из МФТИ, Физико-технологического института РАН и университета Тохоку (Япония) предложили новую конструкцию туннельного транзистора на основе двухслойного графена и с помощью моделирования доказали, что этот материал является идеальной платформой для низковольтной электроники.

Графен, удивительные свойства которого были открыты выпускниками МФТИ Андреем Геймом и Константином Новоселовым, представляет собой лист углерода толщиной в один атом. За счет двумерности свойства графена, в том числе электрические, радикально отличаются от трехмерного углерода — графита.

«Двухслойный графен — это два листа графена, связанные между собой ван-дер-ваальсовыми связями. Получать его так же просто, как однослойный графен, но благодаря уникальной структуре энергетических зон он представляет собой чрезвычайно перспективный материал для низковольтных туннельных переключателей», — говорит Свинцов.

Энергетические зоны двухслойного графена, т.е. разрешенные значения энергии электрона при данном значении импульса, имеют вид «мексиканской шляпы» (рис. 1А, для сравнения, энергетические зоны большинства полупроводников имеют вид параболоида). Оказывается, что плотность электронов, которые можно разместить вблизи краев «мексиканской шляпы» стремится к бесконечности – эта особенность называется сингулярностью ван Хова. При приложении уже небольшого напряжения на затвор транзистора огромное число электронов с краев «мексиканской шляпы» одновременно начинают туннелировать. Это приводит к резкому изменению тока при приложении малого напряжения, а малость используемого напряжения приводит к рекордно низкому энергопотреблению.

В своей работе исследователи отмечают, что до недавнего времени сингулярность ван Хова в двухслойном графене была едва заметна. Иначе говоря, края «мексиканской шляпы» выглядели потрёпанными из-за низкого качества образцов. Современные образцы графена на подложках гексагонального нитрида бора (hBN) обладают гораздо лучшим качеством, и наличие острых сингулярностей ван Хова в них экспериментально подтверждено методами сканирующей зондовой микроскопии и инфракрасной спектроскопии поглощения.


(A) Зависимость энергии электрона от импульса в двухслойном графене, напоминающая мексиканскую шляпу (слева), и энергетическая зависимость плотности состояний (справа). При энергии, соответствующей краю шляпы, плотность электронных состояний (density of states, DoS) стремится к бесконечности. (B) Красным обозначены состояния электронов, которые участвуют в туннелировании в двухслойном графене (слева) и в полупроводнике с «обычными» параболическими зонами (справа). Электроны, которые могут протуннелировать при малом напряжении в графене лежат на кольце, а в полупроводнике с параболическими зонами – лишь в одной точке. Пунктирная линия обозначает туннельные переходы. Красные линии обозначают траектории туннелирующих электронов в валентных зонах (valence band).

Разработанная авторами статьи конструкция транзистора уникальна еще по одной причине: для ее создания не требуется химического легирования графена. Химическое легирование — это растворение небольших количеств одного полупроводника в другом, которе служит для увеличения электропроводности. Например, растворение фосфора в кремнии приводит к тому же эффекту, что и растворение соли в воде — получающаяся смесь начинает проводить ток. Операция легирования являетя одной из самых сложных в микроэлектронной технологии. К счастью, двухслойный графен хорошо проводит ток сам по себе; более того, для измнения его проводимости не нужно внедрять инородные вещества — достаточно подать напряжение правильной полярности на так называемые “легирующие затворы” (“doping gates” на рис. 2).


Предложенная конструкция транзистора: двухслойный графен (красный слой) переносится на оксид кремния SiO2 или выращивается на подложке нитрида бора (hBN). Тонкий диэлектрик ZrO2 (2 нм) отделяет канал транзистора от управляющих затворов. Крайние затворы (doping gates) создают легированные контакты, центральный затвор (control gate) управляет прозрачностью туннельного барьера.


Рассчитанная зависимость тока графенового туннельного транзистора от напряжения на затворе. Закрашенная область в 150 мВ — это рабочий диапазон напряжений транзистора, который гораздо уже рабочего диапазона типичных кремниевых транзисторов (500 мВ). Крутизна характеристики предложенного транзистора значительно выше крутизны кремниевых анаологов. Так, чтобы изменить ток кремниевого транзистора в 10 раз, надо приложить как минимум 60 милливольт напряжения на затвор (штрихования линия показывает предел крутизны для таких транзисторов). В графеновом транзисторе достаточно приложить 20 микровольт напряжения на затвор, чтобы изменить ток на порядок.

При оптимальных условиях графеновый транзистор может менять силу тока в цепи в тридцать пять тысяч раз при колебании напряжения на затворе всего в 150 милливольт.

«Это означает, что транзистор требует меньше энергии для переключения, меньше энергии требуют микросхемы, меньше выделяется тепла, нужны менее мощные системы охлаждения, а тактовую частоту можно повысить, не опасаясь, что избыточное тепло разрушит микросхему», — говорит Свинцов.

Транзистор

: Типы транзисторов | Infoplease

Транзистор представляет собой набор полупроводниковых материалов, которые имеют общие физические границы. Чаще всего используются кремний, арсенид галлия и германий, в которые были введены примеси с помощью процесса, называемого легированием . В полупроводниках типа n примеси или легирующие примеси приводят к избытку электронов или отрицательным зарядам; в полупроводниках типа p легирующие примеси приводят к недостатку электронов и, следовательно, к избытку положительных носителей заряда или дырок.

Переходный транзистор n-p-n состоит из двух полупроводников типа n (называемых эмиттером и коллектором), разделенных тонким слоем полупроводника типа p (называемого базой). Действие транзистора таково, что если электрические потенциалы на сегментах определены должным образом, небольшой ток между соединениями базы и эмиттера приводит к большому току между соединениями эмиттера и коллектора, что приводит к усилению тока.Некоторые схемы предназначены для использования транзистора в качестве переключающего устройства; Ток в переходе база-эмиттер создает путь с низким сопротивлением между коллектором и эмиттером. Переходный транзистор p-n-p , состоящий из тонкого слоя полупроводника типа n , лежащего между двумя полупроводниками типа p , работает таким же образом, за исключением того, что все полярности поменяны местами.

Очень важным типом транзистора, разработанным после переходного транзистора, является полевой транзистор (FET).Он практически не потребляет мощность от входного сигнала, преодолевая главный недостаток переходного транзистора. Полевой транзистор с каналом n состоит из стержня (канала) из полупроводникового материала типа n , который проходит между двумя небольшими участками материала типа p рядом с его центром и контактирует с ними. Клеммы, прикрепленные к концам канала, называются истоком и стоком; те, которые присоединены к двум областям типа p , называются воротами. Напряжение, приложенное к затворам, направлено таким образом, чтобы не было тока на переходах между материалами типа p — и n ; по этой причине его называют обратным напряжением.Изменения величины обратного напряжения вызывают изменения сопротивления канала, позволяя обратному напряжению управлять током в канале. Устройство с p -каналом работает так же, но с обратной полярностью.

Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) представляет собой вариант, в котором одиночный затвор отделен от канала слоем оксида металла, который действует как изолятор или диэлектрик. Электрическое поле затвора распространяется через диэлектрик и регулирует сопротивление канала.В этом устройстве входной сигнал, который подается на затвор, может увеличивать ток через канал, а также уменьшать его.

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторские права © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

См. Дополнительные статьи в энциклопедии: Электротехника

Тип транзистора

— обзор

2.4.3 Основные операции полевого МОП-транзистора

Тип транзистора, который сейчас доминирует в компьютерном дизайне, — это полевой транзистор МОП или МОП-транзистор .Термин полевой транзистор относится к способу работы устройства, использующему напряжение для создания электрического поля для управления токами. Первый полевой МОП-транзистор был создан Дахвоном Кангом и Мартином Аталлахом в Bell Labs в 1959 году [Ata60; Kah63; Kah76] [Ata60] [Kah63] [Kah76].

Фиг. 2.21 и 2.22 показаны виды транзистора сбоку и сверху соответственно. Вид сбоку показывает, что транзистор представляет собой комбинацию двух других изученных нами структур: МОП-конденсатора и диода. Область под оксидом конденсатора известна как канал ; здесь и происходит действие транзистора.Области на двух концах канала известны как исток и сток . Фактически мы можем построить два типа транзисторов: если исток и сток относятся к типу n , у нас есть транзистор типа n , названный в честь неосновной несущей; если исток и сток легированы типом p , то транзистор будет иметь вид p типа . (Тип транзистора более конкретно относится к типу неосновного носителя в канале, который совпадает с легированием истока и стока.На этой диаграмме также показаны полосы на транзисторе. На виде сверху показаны два важных физических размера транзистора: его длина , длина и ширина , ширина . Оба измеряются относительно направления тока. Многие другие физические параметры транзистора, такие как толщина оксида, устанавливаются в процессе производства. Однако разработчик схемы может выбрать длину и ширину транзистора для оптимизации свойств схемы; это ручки, которые мы будем использовать для оптимизации логической задержки и энергопотребления.На рис. 2.23 показано схематическое обозначение транзисторов типа n и p . Он также показывает основные напряжения и токи, представляющие интерес: I d — ток сток-исток; V ds — напряжение сток-исток; Vgs — напряжение затвор-подложка.

Рисунок 2.21. Поперечное сечение МОП-транзистора типа n .

Рисунок 2.22. Вид сверху на МОП-транзистор типа n .

Рисунок 2.23. Символ транзистора и связанных с ним напряжений и токов.

Простая модель ВАХ полевого МОП-транзистора достаточна для большинства наших целей. Мы сконцентрируем внимание на длинноканальной модели , которая была разработана для первых полевых МОП-транзисторов. Эта модель, среди прочего, предполагает, что канал намного длиннее, чем длина обедненной области вокруг переходов p-n . Это предположение и многие другие лежащие в основе предположения не верны для современных нанометровых устройств.Современные транзисторы требуют гораздо более сложных моделей, которые можно решить только численно.

Как показано на рис. 2.24, ток I d через канал транзистора зависит как от В ds , так и от Vgs— V ds и Vgs являются независимыми переменные, а I d — зависимая переменная. На рис. 2.26 показан график зависимости тока стока I d от напряжения сток-исток В ds с напряжением затвор-подложка Vgs в качестве дополнительной переменной.Ниже порогового напряжения В t , мы предполагаем, что ток стока не течет. (Мы скоро вернемся к этому упрощению). Для заданного Vgs ток сначала растет по мере увеличения напряжения сток-исток; мы называем это линейной областью , хотя, как мы увидим, ток не совсем линейный. После того, как В ds достигает определенного уровня, устройство переходит в область насыщения , ток стока выравнивается.Vgs определяет уровень тока насыщения и крутизну роста тока линейной области.

Рисунок 2.24. Напряжения и токи в MOSFET.

Рисунок 2.25. Энергетические полосы в полевом МОП-транзисторе типа n .

На рис. 2.25 показана конфигурация полос МОП-транзистора типа n без приложенного напряжения. Более высокие уровни зоны в канале образуют энергетический барьер, препятствующий попаданию электронов из стока в канал. V ds и Vgs перемещают ленты.Положительный Vgs снижает полосы у поверхности в канале; положительный В ds понижает полосы в стоке. Оба эти условия снижают энергетический барьер и помогают электронам проходить через устройство.

Форма ВАХ полевого МОП-транзистора показана на рис. 2.26. Нам понадобится семейство кривых, по одной для каждого значения напряжения затвора. Каждая из этих кривых разделена на две области: линейная и насыщенности . В линейной области ток стока является (примерно) линейным по отношению к напряжению стока / истока.Ток стока не зависит от напряжения стока / истока в области насыщения.

Рисунок 2.26. Кривые зависимости тока от напряжения для МОП-транзистора.

Мы можем вывести уравнения транзистора, чтобы получить некоторое представление о физических свойствах транзистора [Sze81]. Здесь мы сконцентрируемся на устройстве типа n ; уравнения типа p имеют аналогичный вид.

Мы будем использовать μ n и μ p для подвижностей носителей типа n и p ; Следует иметь в виду, что подвижность носителей в канале значительно ниже, чем в объемном кремнии.Например, дрейфовая подвижность при 300 К в кремнии составляет μn = 1,05 × 103 см2 / Вс [Sze81, стр. 29]. Подвижность инверсионного слоя уменьшается с увеличением напряжения сток-исток; оно изменяется от максимального значения 800 см2 / В · с в поле 1 × 105 В / см2 до минимального значения 400 см2 / В · с в поле 6 × 105 В / см2 при температуре 25 ° C [Sze81 p. 449].

Эта простая модель полевого МОП-транзистора основана на омическом сопротивлении с добавлением скручивания, при котором концентрация носителей может модулироваться приложенным напряжением затвора. Проводимость канала транзистора как функция глубины x связана с плотностью заряда и подвижностью:

(2.51) σ (x) = qn (x) μn (x).

Если предположить, что подвижность в канале постоянна, то мы можем вычислить проводимость канала g из проводимости путем интегрирования по глубине:

(2.52) g = qμnWL∫0xin (x) dx = qμn | Qn | WL.

где | Qn | — общий заряд в вертикальном срезе канала, а W, и L, — ширина и длина канала.

Инкрементное сопротивление горизонтального участка канала dy составляет:

(2.53) dR = dygL = dyWμn | Qn (y) |.

Падение напряжения на этом участке составляет

(2,54) dV = IddR = IddyWμn | Qn (y) |.

Чтобы вычислить ток, нам нужно знать заряд. Когда мы анализировали пороговое напряжение МОП-конденсатора, нас интересовал только поверхностный заряд, поскольку нас интересовала точка, в которой эта населенность поверхностного заряда инвертируется. Чтобы понять ток, протекающий через полевой МОП-транзистор, мы должны учитывать как поверхностный заряд, так и заряд в массивном кремнии.

Если мы сделаем несколько упрощающих предположений (отсутствие ловушек на границе раздела или фиксированного заряда, чистый дрейфовый ток и т. Д.)), то можно вывести относительно простое уравнение для заряда. ψs — поверхностный потенциал в начале работы в области сильной инверсии; его можно аппроксимировать выражением ψs = VD + 2ψB.

МОП-конденсатор, образующий затвор, направляет заряд к пластине. Часть этого заряда вносит вклад в инверсионный слой, в то время как другой заряд находится глубже в объеме. Полный заряд дан в соответствии с основным соотношением конденсаторов. Мы будем называть емкость затвора Cg, чтобы соответствовать обычному использованию в схемотехнике, но помните, что Cg = Cox.Заряд в инверсионном слое представляет собой разность между полным зарядом и объемным зарядом:

(2,55) Qn (y) = Qs (y) −Qb (y) = — [VG − V (y) −2ψB] Cg + 2ϵsiqNA [V (y) + 2ψB].

Мы используем этот подход для более полного учета платы за канал. Когда мы анализировали пороговое напряжение МОП-конденсатора, мы основывали этот критерий исключительно на заряде x = 0. В случае МОП-транзистора ток канала включает неосновные носители, которые не находятся точно на границе раздела.Уравнение (2.55) учитывает весь заряд, который способствует току стока.

Мы можем найти общий вид тока, интегрировав уравнение. (2.54) перенапряжения [0, В ds ] и положения каналов [0, L ]:

(2,56) Wμn∫0Vds | Q (n) | dV = Ids∫0Ldy

( 2.57) Wμn∫0Vds {[VG − V (y) −2ψB] Cg + 2ϵsiqNA [V (y) + 2ψB]} dV = IdsL

Мы можем записать текущее уравнение в этой форме, потому что I ds постоянна по длине канала из-за сохранения заряда.Однако приложенное напряжение сток-исток, видимое через канал, изменяется с расстоянием: в истоке напряжение затвора равно 0; на стоке В = В ds . Результат:

(2,58) Ids = WLμnCg {(Vgs − 2ψB − 12Vds) Vds − 23ϵsiqNA / ψBCg [(Vds + 2ψB) 3 / 2− (2ψB) 3/2]}.

Это уравнение заряда справедливо для всех напряжений, вызывающих сильную инверсию. Мы можем упростить его, рассмотрев два случая: небольшое приложенное напряжение сток-исток В ds и большое В ds .Используя случай малых В ds , мы можем определить формулу для порогового напряжения В t [Tau98]:

Пороговое напряжение состоит из двух компонентов: составляющая инверсионного заряда из уравнения . (2.50) и отдельный член для объемного заряда:

(2.59) Vtn = 2ψB + 2ϵsiqNa (2ψB) Cox = 2kTqlnNani + 2ϵsiqNa (2ψB) Cox

Обратите внимание, что пороговое напряжение обратно пропорционально емкости затвора. Ниже порогового напряжения предполагается, что для этой модели затвор не проводит ток.Наше обсуждение МОП-конденсатора объяснило, почему существует область отсечки — населенность несущих каналов еще не инвертирована.

Когда мы подставим это обратно в Ур. (2.58) и упрощая для малых В D , мы находим линейный ток области:

(2,60) Id = k′WL [(Vgs − Vt) Vds − 12Vds2]

Рис. 2.27 помогает нам понять, почему ток стока насыщается. На рисунке показан транзистор при трех различных значениях: В ds ; напряжение затвора постоянно и во всех случаях выше порогового напряжения.При V ds = 0 инверсионный слой имеет одинаковую толщину по всей длине. При повышении В DS инверсионный слой истончается на выводе с положительным напряжением. На границе между линейной областью и областью насыщения инверсионный слой на положительном выводе уменьшился до нулевой толщины. Это состояние называется отсечкой . Канал будет продолжать проводить ток, но условие отсечки ограничивает количество тока, которое мы можем потреблять.

Рисунок 2.27. Эволюция заселенностей неосновных носителей при увеличении напряжения исток-сток.

Мы можем найти уравнение тока в области насыщения, найдя напряжение отсечки, что мы и делаем, подставляя Q n ( L ) = 0 в уравнение. (2.55) и используя обозначение K = εsiqNa / Cg:

(2.61) VD, sat = VG − 2ψB + K2 (1−2VG / K2).

Когда мы подставляем это обратно в формулу тока полного стока, мы находим ток насыщения:

(2.62) Id = 12k′WL (Vgs-Vt) 2

Условно, ток стока типа n протекает от стока к истоку.

Ток стока немного изменяется с увеличением тока сток-исток в режиме насыщения. Этот эффект, известный как эффект тела, не имеет значения для схемных моделей, которые мы разработаем в главе 3.

Мы используем обозначения kn ′ = μnCox и kp ′ = μpCox в качестве крутизны устройства. Термин крутизна происходит от того факта, что он связывает выходной ток с входным напряжением; типичными единицами измерения являются мкА / В 2 или А / В 2 .Обратите внимание, что увеличение емкости затвора увеличивает крутизну транзистора, что, в свою очередь, увеличивает количество производимого им тока. Ток стока пропорционален ширине транзистора и обратно пропорционален его длине. Иногда мы используем обозначение

(2.63) β = k′WL.

Уравнения для транзистора типа p имеют ту же форму, но противоположные знаки на большинстве значений: ток стока течет от истока к стоку, пороговое напряжение отрицательное, и мы ссылаемся на В sd и Vsg.Мы можем создать отрицательные пороговые напряжения без добавления дополнительного источника питания, подключив подложки устройств типа p и n к противоположной полярности. Как показано на рис. 2.28, транзисторы типа n встроены в подложку p , которая подключена к отрицательной клемме источника питания; Транзисторы типа p находятся в подложке типа n , подключенной к положительному выводу. Когда напряжение затвора в пределах нормального источника питания прикладывается к каждому из этих транзисторов, результатом является напряжение затвора правильной полярности: положительное для типа n и отрицательное для типа p .

Рисунок 2.28. Смещение транзисторов типа n и p .

Теперь мы можем написать уравнения тока стока для трех различных областей работы:

cutoffVgs I d = 0 (2,64)
linearVds Id = k’WL [(Vgs-Vt) Vds-12Vds2] (2,65)
насыщениеVds≥Vgs-Vt Id = 12k’WL (Vgs-Vt) 2 (2,66)

Выделите 2.5

Крутизна MOSFET пропорциональна емкости затвора.

Пример 2.4 Токи МОП-транзисторов

Мы можем вычислить некоторые примерные значения на основе наших расчетов для МОП-конденсатора; предположим, что канал нашего транзистора имеет такой же размер, L, = 180 нм, W, = 270 нм.

Крутизна нашего транзистора типа n составляет

kn ′ = 170 мкА / В2

Мы вычислили пороговое напряжение нашего МОП-конденсатора, равное В t = 0.7 В. Если мы подключим источник напряжения В ds = 0,3 В через сток и исток и подключим затвор к Vgs = 1,1 В, то ток в этой точке линейной области составит

Id. = (170 мкА / В2) 32 [(1,1 В-0,7 В) 0,3 В-120,3 В2] = 19 мкА

Если Vgs = 1,2 В и В ds = 1,2 В, то транзистор находится в состоянии насыщения. области и

Id = 12 · (170 мкА / В2) · 32 · (1,2 В − 0,7 В) 2 = 32 мкА.

Пример 2.5 Тенденции параметров МОП-транзисторов

Вот типичные значения параметров транзисторов для транзисторов типа n и p для ряда технологий [PTM15]:

0,004 × 10 −4
Технология (нм) V tn (V) V tp (V) μ n (cm 2 / V s) μ p (см 2 / V s) k n (A / V 2 ) k p (A / V 2 )
130 0.38 −0,32 0,059 0,0084 9,1 × 10 −4 1,2 × 10 −4
90 0,40 −0,34 1,2 × 10 −4
65 0,42 −0,37 0,049 0,0057 9,2 × 10 −4
45 0.47 −0,41 0,0440 0,0044 8,7 × 10 −4 0,87 × 10 −4
32 0,51 −0,435 −0,435 8,1 × 10 −4 0,74 × 10 −4
22 0,51 −0,37 0,0181 0,0023 10436 5,2 × 10 −4

Обратите внимание, что транзисторы типа n и p имеют разные параметры даже в одном поколении технологий.Пороговые напряжения для транзисторов типа p обычно ниже. Крутизна транзисторов типа p также ниже из-за меньшей эффективной подвижности дырок по сравнению с электронами. Мы также можем видеть, что значения параметров для типов p и n расходятся по мере сжатия транзисторов.

Типы и схемы транзисторов | Newark

В декабре 1947 года исследователи из Bell Laboratories продемонстрировали «германиевый транзистор с точечным контактом PNP», действующий как речевой усилитель с коэффициентом усиления 18.Это событие принято считать датой рождения транзистора.

С тех пор транзисторы достигли своего повсеместного присутствия за счет их использования как в функциях переключения, так и в функциях усиления, а также благодаря тому, что они доступны в широком диапазоне мощностей, скоростей переключения и многих других параметров. Хотя это дает разработчикам электроники большой выбор, это также может создать препятствие: как мне выбрать лучший транзистор для моего нового проекта или обновления?

В этой статье делается попытка дать некоторые рекомендации по этому поводу путем классификации транзисторов и их параметров.В нем показано, как использовать параметры при оценке пригодности транзисторов для различных приложений. Обсуждение также касается одной конкретной проблемы, которая часто возникает, когда инженеры пытаются подключить датчики процесса к входам программируемых логических контроллеров (ПЛК); использовать ли устройства NPN или PNP.

В то время как статья в основном основана на биполярных переходных транзисторах (BJT) и полевых транзисторах (FET), более специализированные технологии — биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и нитрид галлия (GaN) транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) — также представлены.Также описан пример усилителя с общим источником на полевых транзисторах.

Затем мы рассмотрим, как можно эффективно согласовать транзисторы с приложениями, используя параметрический поиск, например, доступный на веб-сайте Farnell.

Типы транзисторов

Транзисторы — это твердотельные устройства, изготовленные из полупроводниковых материалов, как правило, из кремния, германия и арсенида галлия. Обычно они имеют три клеммы — одна клемма, общая для входных и выходных сигналов, а сигнал на одной из оставшихся клемм управляет током на другой, как показано на рис.1.

Рис.1: Базовая модель транзистора — Изображение принадлежит Premier farnell

Древовидная диаграмма на Рис.2 суммирует различные способы реализации этой базовой концепции трехполюсников.

Рис. 2: Древовидная диаграмма транзисторов — изображение принадлежит Premier farnell

На этой диаграмме показано, что транзисторы в основном делятся на типы BJT и FET. Однако самый основной вопрос при выборе транзистора заключается не в том, BJT это или полевой транзистор, а в его полярности — используется ли его выходной вывод положительным или отрицательным по отношению к его общему выводу? Если ответ положительный, нам нужен NPN BJT или N-канальный полевой транзистор, в противном случае нам нужен PNP или P-канал.

Статья Джеймса Брайанта, опубликованная на Wiki компании Analog Devices 19 мая 2014 г., содержит много ценной информации и рекомендаций по выбору транзисторов для приложений; некоторые из них воспроизводятся ниже.

Для большинства транзисторных приложений общего назначения требуются непроводящие устройства с нулевым смещением на управляющем входе (база или затвор). Такими устройствами являются полевые транзисторы BJT или полевые МОП-транзисторы в режиме улучшения. Полевые транзисторы в режиме истощения встречаются гораздо реже, хотя и полезны для некоторых приложений. Выбор канала NPN / N или канала PNP / P продиктован положительным или отрицательным питанием, но нужен ли нам BJT или MOSFET?

Во многих случаях это не имеет значения.Дискретные полевые МОП-транзисторы, возможно, на десять или двадцать процентов дороже, чем биполярные транзисторы, но им не требуются базовые резисторы, которые стоят денег и дорогостоящего места на плате. Они немного более уязвимы к электростатическим повреждениям (ESD) во время обращения, но они не потребляют базовый ток и не нагружают цепи постоянного тока (поскольку они имеют относительно большую входную емкость, они могут вызвать проблемы с емкостной нагрузкой в ​​более высокочастотных цепях).

Когда-то пороговое напряжение затвора (значение Vgs, при котором MOSFET начинает проводить) составляло несколько вольт, поэтому их нельзя было использовать с очень низкими напряжениями питания, но сегодня пороговые напряжения многих устройств сопоставимы с 0.Базовое напряжение включения 7В кремниевого биполярного транзистора. Таким образом, BJT и MOSFET теперь будут одинаково хорошо работать как в усилителях, так и в коммутационных приложениях.

Однако входом BJT является кремниевый диод. Мы можем использовать его тепловые свойства для измерения температуры, а его высокий ток при перегрузке — действовать как фиксирующая или ограничивающая цепь, поэтому есть некоторые схемы, в которых необходим BJT.

Уже около двадцати лет журнал Elektor публикует схемы, построенные на основе транзисторов, которые он называет TUN и TUP («Transistor Universal NPN» и «Transistor Universal PNP»).Эти транзисторы являются кремниевыми планарными BJT, и любой транзистор, который превышает следующие спецификации, соответствует требованиям:

Подходят самые дешевые малосигнальные кремниевые транзисторы. Список также может включать MUN и MUP («универсальный N-канал MOSFET» и «универсальный P-канал MOSFET») — и самые дешевые небольшие полевые МОП-транзисторы соответствуют этой спецификации:

Большинство версий SPICE содержат стандартные BJT и MOSFET, которые похожи на эти «универсальные» устройства. Таким образом, при разработке системы, содержащей дискретные малосигнальные транзисторы, используйте эти универсальные схемы на этапе проектирования и выберите наиболее удобный (т.е. лучшая упаковка, доступность и невысокая стоимость) при заказе. Однако при публикации или описании дизайна используйте общую терминологию, чтобы было ясно, что точный выбор устройства вряд ли будет иметь значение. Конечно, многие конструкции не могут использовать эти стандартные устройства — некоторые спецификации должны выходить за рамки простого стандарта. В таких случаях укажите исключения, например:

Параметры транзистора

Существует ряд параметров, помимо очевидных факторов, таких как номинальная мощность, которые необходимо учитывать при оценке транзистора в качестве кандидата для вашей схемы.Мы рассмотрим их дальше.

Максимальное напряжение коллектор / сток. BVceo или BVds: Если максимальное напряжение питания меньше, чем BVceo или BVds, и в коллекторе / стоке нет индуктивной схемы, которая могла бы вызвать более высокие переходные процессы напряжения, и нет внешнего источника сигнала, который мог бы применять более высокие напряжения, тогда нам нужно не беспокойтесь об этой спецификации.

Однако существует множество схем, в которых можно ожидать, что транзистор будет работать с высокими значениями Vce или Vds, либо в установившемся состоянии, либо в переходных процессах, и очень важно, чтобы в этом случае был выбран правильный максимум.

BJT и MOSFET с пробивным напряжением более 500 В недороги и легко доступны, хотя коэффициент усиления по току ß высоковольтных BJT чаще находится в диапазоне 40–100, а не = 100 для TUN / TUP. Точно так же пороговое напряжение затвора высоковольтного полевого МОП-транзистора с большей вероятностью будет в диапазоне 2–5 В, а не 500–2000 мВ для MUN / MUP.

Абсолютный максимальный ток коллектора / стока. Ic (max) или Id (max): Максимальный ожидаемый ток коллектора / стока не должен превышать абсолютный максимальный номинальный ток устройства.Учитывая, что значение TUN / etc для этого составляет 100 мА, это маловероятно для схем со слабым сигналом, но если для подачи питания на нагрузку требуется транзистор, необходимо проверить максимальный ток.

Абсолютный максимальный номинальный ток некоторых устройств можно разделить на номинальный ток постоянного (или, возможно, средний) ток и более высокий рейтинг переходных процессов для коротких импульсов. Важно убедиться, что пиковые переходные токи находятся в номинальных пределах.

Большинство малосигнальных транзисторов имеют номинальные значения Imax более 100 мА — обычно 300–1000 мА — и многие устройства, соответствующие спецификации TUN и т. Д., Действительно имеют такой рейтинг и могут использоваться, когда требуются такие средние токи.Если требуются более высокие токи, устройства TUN и т. Д. Будут неадекватными, и необходимо выбрать устройство питания. При более высоких токах важно соблюдать номинальную мощность, а также номинальный ток, пакеты, вероятно, будут больше, и может потребоваться радиатор. Биполярные транзисторы с более высокими максимальными токами могут иметь более низкие значения ß при больших токах.

Пакеты и питание: Существует бесчисленное множество различных корпусов транзисторов, от почти микроскопических корпусов для поверхностного монтажа до больших пластиковых и металлических корпусов, способных выдерживать несколько кВт при соответствующем охлаждении.Выберите тот, который наиболее удобен для вашего применения — поверхностное крепление для массового производства, вывод для прототипирования и мелкосерийное производство, где удобна простота ручной пайки, и любой блок питания, подходящий, когда необходимо учитывать рассеивание и радиаторы.

Ток утечки коллектора / стока Ice0 или Idss0: (иногда называемый «током отсечки».) Это небольшой ток утечки, который течет от коллектора к эмиттеру или от стока к истоку, когда транзистор выключен.Обычно он составляет порядка десятков нА, но в таблицах данных иногда устанавливаются довольно большие максимальные значения для худшего случая, чтобы снизить затраты на тестирование. Транзисторы, используемые в качестве переключателей или усилителей очень низкого уровня, следует выбирать для утечки менее 50 нА, но для большинства приложений 200 нА или даже более вполне приемлемы.

Рис. 3: Инвертор с очень низким энергопотреблением, использующий полевой МОП-транзистор с малой утечкой — Правообладатель иллюстрации Premier farnell

Инвертор с низким энергопотреблением, показанный на рис. 3, является примером схемы, требующей очень низкой утечки коллектора / стока.Утечка стока 100 нА дает падение напряжения 1 В и выходное напряжение 2 В, только на пороге разрешенных уровней логической 1, поэтому в практических конструкциях следует использовать полевые МОП-транзисторы с утечкой стока / истока = 50 нА.

Обратите внимание, что, хотя этот инвертор имеет очень низкую мощность [300 нА = 0,9 мкВт при включенном транзисторе], он также очень медленный — при условии, что выходная емкость транзистора плюс емкость дорожки плюс входная емкость следующего каскада равны 20 пФ, что не является необоснованным. время нарастания около 0.2 мс — это приемлемо для приложений постоянного тока, но не даже для цепей переключения средней скорости.

Коэффициент усиления по току ß или hfe: Коэффициент усиления по току BJT — это отношение тока коллектора к току базы, когда устройство не находится в режиме насыщения, то есть напряжение коллектора / базы положительное [для устройства NPN]. ß обычно довольно постоянен в широком диапазоне токов, но он может быть немного ниже при очень низких базовых токах и почти наверняка начнет падать, когда ток коллектора приблизится к своему абсолютному максимальному значению.Поскольку это соотношение, это безразмерная величина.

TUN и TUP имеют ß = 100, но сильноточные и высоковольтные BJT могут иметь несколько более низкие (= 40 или 50) минимальные заданные значения.

Рис.4: Транзисторный (BJT или MOSFET) эмиттер / истоковый повторитель — Изображение принадлежит Premier farnell

Выходной каскад эмиттерного повторителя / истокового повторителя, показанный на рисунке 4, одинаково точен как с BJT, так и с MOSFET. В простых эмиттерных повторителях предполагается, что напряжения базы / эмиттера или затвора / истока Vbe или Vgs остаются постоянными, что дает фиксированное смещение между входным напряжением и напряжением нагрузки, но в более точных схемах обратная связь может быть получена от эмиттера (источника). / подключение нагрузки.

Поскольку часть эмиттерного тока должна протекать в базе, токи коллектора и эмиттера BJT не идентичны, что означает, что выходной каскад тока должен быть выполнен на MOSFET, а не на BJT, поскольку MOSFET имеют практически нулевой ток затвора. .

Прямая крутизна gfs: Прямая крутизна полевого транзистора — это отношение ΔIds / ΔVgs, когда устройство включено и цепь стока не ограничена по току. Измеряется в сименсах (S). Малосигнальные полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы могут иметь gfs всего в несколько мс, но более крупные могут иметь усиление от больших долей сименса до нескольких сименсов или более.

Как правило, изменения напряжения затвора в несколько вольт достаточно для изменения тока стока с минимального (выключенного) до его абсолютного максимального значения. Также важно знать, при каком напряжении на затворе начинается проводимость (см. Ниже).

Пороговое напряжение затвора Vgs (th): Пороговое напряжение затвора полевого МОП-транзистора — это напряжение затвора / истока, при котором правильно смещенный сток начинает потреблять ток. Определение «запусков» будет указано в спецификации и может составлять всего несколько мкА, но более вероятно, что оно будет определено как 1 мА или даже больше для полевого МОП-транзистора высокой мощности.Выше этого порогового значения ток стока будет очень быстро расти с небольшим увеличением напряжения затвора.

Если полевой МОП-транзистор должен управляться логикой, важно, чтобы его пороговое напряжение было выше наихудшего значения логического 0 в температурном диапазоне схемы, которое, вероятно, составит не менее нескольких сотен мВ, иначе он может начать включаться, когда его предполагается выключить.

Напряжение насыщения Vce (sat): Когда BJT включается достаточно сильно, чтобы падение напряжения на его нагрузке коллектора было достаточным для понижения потенциала коллектора ниже потенциала базы (другими словами, переход база-коллектор смещен в прямом направлении), он называется насыщенным.Это напряжение насыщения не пропорционально току коллектора, поэтому модель насыщенного транзистора — это не просто сопротивление между его коллектором и эмиттером.

Два примера важности низкого напряжения насыщения:

[A] В классической логике TTL каждый входной источник 1,6 мА в управляющий им выход логического 0. При полном разветвлении 10 это означает, что выходной транзистор TTL может потреблять около 16 мА при напряжении насыщения не более 400 мВ.

[B] Когда силовой BJT используется для переключения сильноточных нагрузок, его рассеивание при заданном токе нагрузки пропорционально его напряжению насыщения.Чем ниже напряжение насыщения, тем меньше тепла необходимо отводить от транзистора.

Обратите внимание, что когда вы снимаете входной привод с насыщенного транзистора, возникает задержка (обычно нсек или десятки нсек, но может быть больше), прежде чем он начнет отключаться. Это время восстановления после насыщения, которое при четко определенных условиях может быть указано в его техническом паспорте.

On Resistance Ron: МОП-транзисторы не насыщаются, потому что они являются основными устройствами-носителями. Когда они включены с напряжением затвора, значительно превышающим пороговое напряжение затвора, они ведут себя как резисторы низкого номинала, и их активное сопротивление указано в их технических характеристиках.Применяется закон Ома — падение напряжения пропорционально току и включенному сопротивлению, а их рассеяние равно I2R.

Коэффициент шума NF: Большинство транзисторных приложений имеют относительно высокий уровень шума, и шум не является проблемой. Но если это проблема, то это критически важно. Многие транзисторы, как BJT, так и FET, имеют коэффициент шума, указанный и гарантированный их производителями. При сравнении коэффициентов шума различных устройств важно, чтобы они были измерены при одинаковом импедансе источника.Если транзисторы предназначены для использования в радиосистемах, вероятно, что их NF будет измерена при 50 Ом, поэтому сравнение простое, но бессмысленно сравнивать NF двух устройств, у которых NF были измерены при разных импедансах.

Частота перехода ft: ft BJT — это частота, при которой коэффициент усиления по току при коротком замыкании (на ВЧ) на выходе равен единице. ft — наиболее широко используемый показатель качества для сравнения частотной характеристики BJT. Большинство TUN и TUP будут иметь ft намного выше минимума 100 МГц, но транзисторы с высокой мощностью и высоким напряжением часто будут иметь гораздо более низкие значения.

Полевые транзисторы — это крутильные устройства с бесконечно малым входным постоянным током, поэтому неправильно учитывать их усиление по постоянному току. Но поскольку они имеют входную емкость (Cgs) от пФ до сотен пФ, их емкостное входное сопротивление относительно низкое на ВЧ, поэтому их входной ток ВЧ может быть измерен и их ft. Иногда лист данных полевого или полевого транзистора будет содержать значение ft, полученное таким образом, и его, безусловно, допустимо использовать, если таковой имеется, для оценки частотной характеристики полевого транзистора, но обычно скорость полевых транзисторов указывается в единицах времени переключения.

Время переключения t (вкл.) И t (выкл.): Большинство полевых транзисторов и многие BJT имеют спецификации времени переключения, определяемые как время, необходимое при определенных условиях для повышения выходного тока от нуля до заданного значения, или чтобы вернуться к нулю соответственно. Предполагается, что сигнал переключения является мгновенным (юридическая фикция) или определяется как несколько нсек. Сравнение времени переключения — надежный способ сравнения относительных скоростей транзисторов при условии, что они испытываются в аналогичных условиях.

Емкости C ??: С транзистором связаны три емкости — входная емкость Cin, выходная емкость Cout и емкость Миллера (или обратная связь) Cfb. Разные производители используют разные названия (поэтому C ?? в заголовке), но это должно быть ясно видно из рисунка 5.

Рисунок 5: Паразитные емкости транзисторов (разные производители используют разные названия / символы) — Авторское право на изображение Полевые транзисторы Premier farnell

, особенно силовые полевые МОП-транзисторы, могут иметь значения Cin до 1 нФ или даже более, хотя малосигнальные полевые МОП-транзисторы будут иметь гораздо меньшие значения, вероятно, в диапазоне 15-50 пФ.Однако при проектировании схем, где такая емкость может влиять на время нарастания или стабильность схемы, важно убедиться, что конструкция учитывает такие значения и что устройства выбираются с емкостями, допускаемыми конструкцией схемы.

NPN и устройства PNP

При развертывании систем программируемых логических контроллеров (ПЛК) их цифровые входы должны быть согласованы с подключенными датчиками не только по уровням напряжения, которые обычно составляют 24 В постоянного тока, но и по полярности — NPN или ПНП.Датчики PNP являются устройствами источника тока, а датчики NPN — потребителями тока. Датчик источника тока должен быть подключен к входу потребления тока и наоборот.

При выборе есть несколько аргументов в пользу PNP. Во-первых, датчики PNP легче понять и устранить неисправности техническим специалистам, поскольку датчик выдает сигнал напряжения высокого уровня, когда выход активен. Во-вторых, в схеме NPN, если провод обрывается и контактирует с землей, вход ПЛК является истинным. Это потенциально может привести к нежелательному поведению машины (например, к включению кнопки запуска).Когда провод в цепи PNP замыкается на массу, вход ПЛК ложный.

Тем не менее, хотя датчики PNP являются стандартными в США и Европе, разновидности NPN по-прежнему пользуются некоторым предпочтением в Азии. Это означает, что в худшем случае организации может потребоваться иметь дополнительный запас датчиков или модулей ввода, чтобы всегда можно было установить совместимые пары. Этот аспект установки также необходимо отслеживать и управлять.

Однако в основном ситуация улучшается благодаря некоторой гибкости.Например, многие модули ввода (особенно версии со степенью защиты IP20, которые чаще всего устанавливаются в шкафах) могут быть подключены как NPN, так и PNP. Однако обратите внимание, что все входы в этом модуле должны быть либо NPN, либо PNP. Их нельзя смешивать и сочетать. Кроме того, на рынке появляются новые датчики, которые можно подключить или настроить как NPN или PNP. В качестве альтернативы, многие карты ПЛК могут быть подключены к NPN или PNP и не требуют изменения оборудования.

Эти вопросы более подробно обсуждаются в журнале «Control Design», в документе «Вопросы и ответы», озаглавленном «Как выбрать между PNP и NPN».

Другие технологии транзисторов

До сих пор мы обсуждали основные формы транзисторов BJT и FET и их варианты. Однако существуют и другие типы; Двумя ключевыми примерами являются биполярный транзистор с изолированным затвором или IGBT и транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) из нитрида галлия (GaN).

Биполярный транзистор с изолированным затвором или IGBT представляет собой нечто среднее между BJT и полевым транзистором. Он сочетает в себе высокий входной импеданс и высокую скорость переключения полевого МОП-транзистора с низким напряжением насыщения биполярного транзистора для создания другого типа устройства переключения транзисторов, способного обрабатывать большие токи коллектор-эмиттер с практически нулевым током затвора.

IGBT предлагают характеристики переключения выходов и проводимости биполярного транзистора, но управляются напряжением, как полевые МОП-транзисторы. IGBT в основном используются в приложениях силовой электроники, таких как инверторы, преобразователи и источники питания, где требования к твердотельному коммутационному устройству не полностью удовлетворяются силовыми BJT и силовыми MOSFET. Доступны сильноточные и высоковольтные BJT, но их скорости переключения медленные, в то время как силовые полевые МОП-транзисторы могут иметь более высокие скорости переключения, но высоковольтные и сильноточные устройства дороги и труднодоступны.

Рис. 6: Представление транзистора IGBT — Изображение принадлежит Premier farnell

На рис. 6 показано, что биполярный транзистор с изолированным затвором представляет собой трехконтактное устройство, которое объединяет вход N-канального MOSFET с изолированным затвором и подключенный выход биполярного транзистора PNP в виде конфигурации Дарлингтона.

В результате терминалы помечены как Коллектор, Эмиттер и Затвор. Два из его выводов (C-E) связаны с путем проводимости, по которому проходит ток, а его третий вывод (G) управляет устройством.

Транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) из нитрида галлия (GaN) представляют собой еще одну транзисторную технологию. Они открывают новые возможности, предлагая ряд преимуществ по сравнению с кремниевыми МОП-транзисторами. GaN-транзисторы могут достигать гораздо более высокой скорости нарастания dV / dt и, таким образом, могут переключаться намного быстрее, чем кремниевые MOSFET, что значительно снижает потери на переключение. Другим преимуществом является отсутствие заряда обратного восстановления, что вызывает звон в коммутационном узле с использованием традиционных кремниевых МОП-транзисторов.

Считается, что транзисторы сочетают высокое напряжение пробоя с высокой эффективностью, что позволяет им хорошо работать в качестве силовых устройств.После использования в усилителях мощности мобильных базовых станций и радиолокационных датчиках, дальнейшее расширение до преобразования энергии в таком оборудовании, как системы питания серверов.

Обладая низким сопротивлением в открытом состоянии и высокой скоростью переключения, GaN HEMT предлагает потенциал для миниатюризации устройства, снижения энергопотребления и снижения затрат за счет дальнейших разработок в технологии, а также схем, которые максимизируют эти преимущества.

Пример применения транзистора — схема усилителя с общим истоком на полевых транзисторах

Схема усилителя на полевых транзисторах с общим истоком является одной из наиболее широко используемых конфигураций всех схем на полевых транзисторах для многих приложений с высоким уровнем универсальных характеристик.Он обеспечивает усиление по току и напряжению, а также удовлетворительное входное и выходное сопротивление.

Рис.7: Базовый усилитель с общим источником на полевых транзисторах — Изображение принадлежит Premier farnell

На рис. 7 показана типичная схема усилителя с общим источником, разработанная электронными заметками. Входной сигнал поступает через C1; этот конденсатор гарантирует, что на затвор не будет воздействовать какое-либо постоянное напряжение, поступающее с предыдущих каскадов. Резистор R1 удерживает затвор под потенциалом земли. Его значение обычно может составлять около 1 МОм.Резистор R2 создает напряжение на нем, удерживая источник выше потенциала земли. C2 действует как байпасный конденсатор, обеспечивая дополнительное усиление при переменном токе.

Резистор R3 создает на нем выходное напряжение, а C3 передает переменный ток на следующий каскад, блокируя постоянный ток.

Поиск подходящего транзистора

Поняв и определив набор параметров для вашего целевого транзистора, следующим шагом будет поиск реального доступного устройства, которое обладает этим набором. Один из способов сделать это — использовать параметрические поисковые системы Фарнелла для фильтрации подходящих кандидатов.Раздел «Биполярные транзисторы», например, можно искать по полярности, напряжению коллектора-эмиттера, частоте перехода, рассеиваемой мощности и току коллектора постоянного тока, а также по соответствию, упаковке и производителю.

Аналогичным образом, область «RF FET Transistor» может быть отфильтрована по напряжению источника стока, непрерывному току стока, рассеиваемой мощности, минимальной и максимальной рабочей частоте, а также по корпусу, количеству контактов, максимальной рабочей температуре, соответствию требованиям, упаковке и производителю. .

(iv) Назван в честь Джона Милтона Миллера, который впервые описал его действие в 1920 году.

Типы и схемы транзисторов — Дата публикации: 4 сентября 2018 г. компанией Farnell element14

Схемы и типы схем транзисторов »Примечания к электронике

Существует множество различных транзисторных схем, начиная от типов, таких как общий эмиттер и эмиттерный повторитель, до таких конструкций, как токовое зеркало, Дарлингтона, пара Шиклая, токовое зеркало, пара с длинным хвостом, источник тока и многие другие.


Типы транзисторных цепей включают:
Типы транзисторных цепей Общий эмиттер Эмиттер-повторитель Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклай Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр высоких частот

См. Также: Конструкция транзисторной схемы


Транзистор позволяет разрабатывать множество схем с множеством различных функций.От усилителей до буферов и фильтров до генераторов, источников тока, длинно-хвостовых пар и многого, многого другого.

Какой бы ни была схема, основные условия смещения подчиняются одним и тем же основным правилам, но топология схемы позволяет использовать транзистор различными способами для обеспечения множества различных функций схемы.

Транзисторные схемы

Существует много различных типов транзисторных схем. Каждый тип имеет свою топологию и выполняет разные функции.

Выбор различных типов транзисторных схем приведен ниже:

  • Схема транзисторного усилителя с общим эмиттером: Усилитель с общим эмиттером является одним из наиболее широко используемых типов транзисторных схем. Он используется во многих приложениях, где допустимы средние уровни ввода / вывода и требуется среднее усиление по напряжению. . . . . Подробнее об усилителе на транзисторах с общим эмиттером
  • Транзисторная схема эмиттерного повторителя: Этот тип транзисторной схемы часто используется там, где требуется высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление.Он действует как буферная схема. Он также известен как схема с общим коллектором. . . . . Узнайте больше о транзисторном усилителе с общим коллектором / эмиттерным повторителем .
  • Транзисторная схема с общей базой: Транзисторная схема с общей базой не так широко используется, как типы с общим эмиттером и эмиттерным повторителем. Он действительно находит применение в некоторых микрофонных усилителях, а также в усилителях VHF / UHF RF. . . .. Узнайте больше о транзисторном усилителе с общей базой .
  • Пара Дарлингтона: Пара Дарлингтона представляет собой конфигурацию транзисторной схемы, которая используется для обеспечения очень высоких уровней усиления. Когда эмиттер первого транзистора подключен к базе второго, это эффективно дает бета-умножение. Эта транзисторная схема типа f может использоваться по-разному и может дать отличные характеристики. . . . . Узнайте больше о паре Darlington.
  • Пара Sziklai: Пара Sziklai имеет много общего с Darlington, но, используя немного другую конфигурацию, ее можно использовать с Darlington в выходных каскадах транзисторного усилителя. . . . . Узнайте больше о паре Sziklai.
  • Схема токового зеркала: Этот тип транзисторной схемы широко используется в интегральных схемах. У него два плеча, и ток, протекающий в одном плече, отражается в другом.. . . . Подробнее о схеме зеркала тока .
  • Длиннохвостая пара: Транзисторная длиннохвостая пара представляет собой базовую форму дифференциального усилителя, который составляет основу многих схем операционных усилителей. . . . . Узнайте больше об усилителе для пар с длинными хвостовиками.
  • Источник постоянного тока: . . . . Подробнее об активном источнике постоянного тока .
  • Умножитель емкости: Схема умножителя емкости транзистора имеет эффект умножения эффективной емкости конденсатора на значение β транзистора. . . . . Узнайте больше о умножителе емкости .
  • Двухтранзисторный усилитель: Полезная небольшая схема, использующая транзисторы PNP и NPN, обеспечивающие определенный уровень усиления, с возможностью увеличения усиления по сравнению с одним транзистором.. . . . Подробнее о Двухтранзисторный усилитель
  • Фильтр верхних частот: Несмотря на то, что операционные усилители могут обеспечивать очень хорошие фильтры верхних частот, иногда возникает необходимость в простой транзисторной схеме для обеспечения той же функции. . . . . Узнайте больше о фильтре высоких частот .

Это дает общее представление о некоторых различных типах транзисторных схем. Существует огромное количество различных типов схем, каждая со своими функциями и параметрами.Используя их, можно построить гораздо более крупные схемы, обеспечивающие более сложную общую функцию.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Транзистор

Библиотека: Электропроводка
Введено: 2.7.0
Внешний вид:

Поведение

Транзистор имеет два входа, называемых затвором и истоком , и один выход, называемый сток . На схеме источник вход и сток выход соединены пластиной; Logisim рисует стрелку, чтобы указать направление потока от входа к выходу. Вход затвора соединен с пластиной, параллельной пластина, соединяющая исток с стоком .Logisim поддерживает два типа транзисторы с немного другим поведением, описанным ниже; P-тип транзистор обозначен кружком, соединяющим вход затвора с его пластина, а у транзистора N-типа такой окружности нет.

В зависимости от значения, найденного в воротах , значение в источнике может быть передано в сток ; или может не быть связи от источника , так что сток оставлен плавающим.Определение передачи или отключения зависит от типа транзистора: Транзистор P-типа (обозначен кружком в строке gate ) передает когда затвор равен 0, а транзистор N-типа (у которого нет такого круга) передает, когда вентиль равен 1. Поведение суммируется следующие таблицы.

P-образный
затвор
0
0 0
1
0 Z X
источник 1 1 Z X
Z Z Z Z
X X Z X
3
N-образный
9107 X / Z
0 Z 0 X
источник 1 Z 1 X
Z Z Z Z
X Z X X

Или в сокращенном виде:

P-образный
затвор сток
0 9011
0 9011 9011
X / Z X *
N-образный
9045 Z
1 источник
X / Z X *

* Если источник — Z, сток — Z; иначе сток — это Х.

Если атрибут Data Bits больше 1, вход gate все еще остается один бит, но его значение применяется одновременно к каждому из исходный входных бит.

Транзистор N-типа ведет себя очень похоже на Контролируемый буфер. Основное отличие заключается в том, что транзистор предназначен для более простых схем.

Штифты (при условии, что компонент обращен на восток, линия затвора вверху / слева)

Западный край (вход, разрядность соответствует атрибуту Data Bits)
Источник компонента вход, который будет передавать на выход если запускается входом вентиль .
Северный край (вход, разрядность 1)
Вход , вентиль компонента. Для транзисторов P-типа транзистор будет передавать, если значение gate равно 0; для транзисторов N-типа, это запустит транзистор, если значение затвора равно 1.
Восточный край (вывод, разрядность соответствует атрибуту Data Bits)
Выход компонента, который соответствует входу источника если указано входом вентиль , или будет плавающим, если вентиль ввод — это отрицание того, что указывает отрицание.Если ворота плавающие или значение ошибки, то вывод будет значением ошибки.

Атрибуты

Когда компонент выбран или добавляется, Alt-0 — Alt-9 изменяет его атрибут Data Bits а клавиши со стрелками изменяют его атрибут Facing .

Тип
Определяет, является ли транзистор P-типом или N-типом.
Облицовка
Направление компонента (его выход относительно его входа).
Расположение ворот
Расположение ворот входа.
Биты данных
Разрядность входов и выходов компонента.

Поведение инструмента Poke Tool

Нет.

Поведение текстового инструмента

Нет.

Вернуться к Ссылка на библиотеку

типов транзисторов | Electrical4U

Классификация на основе структуры транзистора

Транзисторы с точечным контактом

Это были самые первые германиевые транзисторы, которые работали на основе сложного и ненадежного процесса электрического формования, из-за чего они довольно часто выходили из строя.Кроме того, они имели коэффициент усиления по току общей базы α больше 1 и имели отрицательное сопротивление.

Биполярный переходной транзистор (BJT)

BJT — это транзисторы с тремя выводами (эмиттер, база и коллектор) и, следовательно, имеют два перехода, а именно переход база-эмиттер и переход коллектор-база. Это устройства с регулируемым током, ток проводимости которых зависит как от основных, так и от неосновных носителей заряда (следовательно, биполярных). Кроме того, это может быть либо (i) npn-транзистор с основными носителями заряда в виде электронов, либо (ii) pnp-транзистор с основными носителями заряда в виде дырок, в зависимости от их природы легирования.Помимо этого, существует множество других типов BJT:

  • Биполярный транзистор с гетеропереходом:

    Они подходят для высокочастотных приложений и имеют свои эмиттерные и базовые области из различных полупроводниковых материалов.

  • Транзистор Шоттки или транзисторы с ограничением Шоттки:

    В этих устройствах используется барьер Шоттки, чтобы избежать насыщения транзистора.

  • Лавинные транзисторы:

    Это специально разработанные транзисторы, работающие в области лавинного пробоя (где рабочее напряжение будет больше, чем напряжение пробоя) и обладают очень высокой скоростью переключения.

  • Транзисторы Дарлингтона:

    Это транзисторы, в которых два отдельных транзистора соединены каскадом таким образом, что полученное устройство обладает очень высоким коэффициентом усиления по току.

  • Транзистор с несколькими эмиттерами:

    Этот тип транзистора специально разработан для реализации логической операции И-НЕ.

  • Транзистор с несколькими базами:

    Он используется для усиления сигналов очень низкого уровня, присутствующих в шумной среде, путем конструктивного добавления сигнала, а случайный шум — стохастически.

  • Диффузионный транзистор:

    Они образуются путем диффузии полупроводникового материала с необходимыми легирующими добавками.

Полевой транзистор (FET)

Это транзисторы с управляемым напряжением, которые являются трехконтактными, в которых клемма затвора управляет потоком тока между клеммами истока и стока. Их также называют униполярными устройствами, поскольку их ток проводимости обусловлен только большинством носителей заряда, в соответствии с которыми они могут быть либо n-канальными (большинство носителей заряда — электроны), либо полевыми транзисторами с р-каналом (большинство носителей заряда — дырки) полевыми транзисторами. .Кроме того, полевые транзисторы могут быть классифицированы как полевые транзисторы с переходом

  • (JFET):

    JFET могут быть либо полевыми транзисторами с pn-переходом, либо полевыми транзисторами с металлическими полупроводниками (MESFET), в зависимости от того, имеют ли они pn-переход или переход с барьером Шоттки.

  • Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) или полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET):

    Эти устройства имеют изолирующий слой под выводом затвора, что приводит к очень высокому входному импедансу. По своей природе они могут иметь режим истощения или улучшения, в зависимости от того, есть ли у них уже существующий канал или нет, который, в свою очередь, влияет на их поведение при наличии и отсутствии напряжения затвора.

  • МОП-транзистор с двойным затвором (DGMOSFET):

    Они особенно полезны в ВЧ-приложениях и имеют два последовательных элемента управления затвором.

  • Транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT) или гетероструктурный полевой транзистор (HFET):

    Они характеризуются наличием гетероперехода, который состоит из разных материалов по обе стороны от перехода и используется в очень высоких микроволновых частотах. Приложения. Другие варианты этих устройств включают метаморфный HEMT, псевдоморфный HEMT (PHEMT), индуцированный HEMT, полевой транзистор с гетероструктурным изолированным затвором (HIGFET) и полевой транзистор с модулирующим допированием (MODFET).

  • FinFETs:

    Это транзисторы с двойным затвором, эффективная ширина канала которых определяется тонким кремниевым «плавником», образующим корпус устройства.

  • Вертикальная МОП (VMOS):

    Это устройство конструктивно похоже на устройство МОП, за исключением того, что они имеют V-образную канавку, что увеличивает их сложность и стоимость.

  • UMOS FET:

    Это полевые транзисторы на основе траншейной конструкции, почти похожие на VMOS, за исключением того факта, что они имеют U-образную канавку вместо V-образной канавки.

  • TrenchMOS:

    Полевые транзисторы, основанные на этой технологии, имеют вертикальную структуру с терминалами истока и стока наверху и внизу соответственно.

  • Metal Nitride Oxide Semiconductor (MNOS):

    Этот тип транзистора является дополнением к технологии MOS и использует оксид нитрида в качестве изолирующего слоя.

  • Эпитаксиальные диодные полевые транзисторы с быстрым обратным или быстрым восстановлением (FREDFET):

    Это сверхбыстрые полевые транзисторы с возможностью быстрого отключения основного диода.

  • Полевые транзисторы с истощением (DEPFET):

    Эти полевые транзисторы сформированы на полностью истощенных подложках.

  • Туннельный полевой транзистор (TFET):

    Они работают по принципу квантового туннелирования и широко используются в низкоэнергетической электронике, включая цифровые схемы.

  • Ионно-чувствительный полевой транзистор (ISFET):

    Этот полевой транзистор использует концентрацию ионов в растворе для регулирования силы тока, протекающего через него. Эти устройства широко используются в области биомедицины и мониторинга окружающей среды.

  • Биологически чувствительный полевой транзистор (BioFET):

    В этих полевых транзисторах биологические молекулы, которые связываются с выводом затвора, изменяют его распределение заряда и изменяют проводимость канала. Среди этих устройств существует множество вариантов, таких как EnFET, ImmunoFET, GenFET, DNAFET, CPFET, BeetleFET и т. Д. в области искусственного интеллекта.

  • Органические полевые транзисторы (OFET):

    Эти полевые транзисторы имеют структуру, основанную на концепции тонкопленочных транзисторов, и используют органические полупроводники в качестве канала. Они широко используются в области биоразлагаемой электроники.

  • HEXFETs:

    Это полевые транзисторы, площадь кристалла которых состоит из основных ячеек гексагональной формы, которые, в свою очередь, уменьшают размер кристалла при одновременном увеличении плотности каналов.

  • Полевой транзистор из углеродных нанотрубок (CNTFET):

    Этот полевой транзистор содержит канал, сделанный из углеродных нанотрубок (одиночных или массивных) вместо объемного кремния.

  • Graphene Nanoribbon FET (GNRFET):

    В этих полевых транзисторах в качестве материала канала используются графеновые наноленты.

  • Вертикальный щелевой полевой транзистор (VeSFET):

    Это двухзатворные полевые транзисторы с вертикальной кремниевой щелью, представляющие собой не что иное, как узкий проход кремния между двумя более крупными областями кремния.

  • Квантовые полевые транзисторы (QFET):

    Эти транзисторы характеризуются очень высокой скоростью работы и работают по принципу квантового туннелирования.

  • Inverted-T FET (ITFET):

    Они имеют часть устройства, выходящую вертикально из горизонтальной плоскости.

  • Тонкопленочный транзистор (TFT):

    Они имеют тонкие пленки из активного полупроводника, изолятора и металла, нанесенные на непроводящую подложку, такую ​​как стекло.

  • Баллистические транзисторы:

    Они используются в высокоскоростных интегральных схемах и работают за счет использования электромагнитных сил.

  • Электролит-оксид-полупроводниковый полевой транзистор (EOSFET):

    Металлическая часть стандартных полевых МОП-транзисторов заменена раствором электролита и используется для определения активности нейронов.

Классификация, основанная на их функциях

  1. Малосигнальные транзисторы:

    Транзисторы этого типа особенно используются для усиления сигналов низкого уровня (редко для переключения) и могут быть либо npn, либо pnp по своей природе.

  2. Малые переключающие транзисторы:

    Они широко используются для целей переключения, хотя их можно использовать для процесса усиления. Эти транзисторы доступны как в форме npn, так и pnp.

  3. Силовые транзисторы:

    Они используются в качестве усилителей мощности в приложениях большой мощности и могут быть npn, pnp или транзисторами Дарлингтона.

  4. Высокочастотные транзисторы:

    Они также известны как РЧ-транзисторы и используются в высокоскоростных переключающих устройствах, в которых малые сигналы работают на высоких частотах.

  5. Фототранзистор:

    Эти двухконтактные светочувствительные устройства представляют собой не что иное, как стандартные транзисторы, у которых есть светочувствительная область вместо базовой области.

  6. Однопереходные транзисторы:

    Эти транзисторы используются исключительно в качестве переключателей и не подходят для усиления.

  7. Биомедицинские и экологические транзисторы:

    Они используются в области биомедицины и контроля окружающей среды.

В дополнение к ним существует также биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), который сочетает в себе функции как BJT, так и полевых транзисторов, поскольку он использует изолированный затвор для управления биполярным силовым транзистором, действующим как переключатель.Существуют также устройства, которые содержат два туннельных перехода, окружающих управляемый затвором остров, называемый одноэлектронными транзисторами (SET).

В некоторых транзисторах, таких как транзисторы с нановолоконным соединением (JNT), даже отсутствует затворный переход, что приводит к более плотным и дешевым микрочипам. Наконец, следует отметить, что это всего лишь счетное количество типов транзисторов среди множества типов, представленных на рынке.

Тип простого транзистора и идентификатор вывода

Биполярный переходной транзистор (BJT) имеет три области, эмиттер и коллектор которых сделаны из полупроводника одного типа («n» для npn и «p» для pnp), но база имеет противоположный тип.Если мы рассмотрим выводы базы и эмиттера (или выводы базы и коллектора), мы получим диод с p-n переходом. Но если мы возьмем клеммы коллектора и эмиттера, мы обнаружим два диода, соединенных спина к спине.

При прямом смещении p-n перехода (с батареей и токоограничивающим резистором) диод начинает проводить, и падение напряжения на нем очень мало (0,7 В для Si). При обратном смещении диод перестает проводить, и падение напряжения на нем очень близко к напряжению питания.Но практически никакой ток не будет течь через выводы коллектора и эмиттера, когда мы сделаем коллектор положительным по отношению к эмиттеру или наоборот.

Это основа первой части нашего эксперимента, который помогает определить тип данного транзистора (будь то npn или pnp), а также его базу. Но таким образом мы не можем отличить коллектор от эмиттера. Для этого мы должны понять еще один основной принцип.

BJT обладают внутренним свойством усиления тока.При работе в активной области небольшой ток, вводимый в базу, может вызвать большой ток, протекающий между коллектором и эмиттером. Отношение тока коллектора к току базы известно как коэффициент усиления прямого тока βF.

Хотя коллектор и эмиттер изготовлены из полупроводника одного типа, мы не можем ожидать большого усиления тока, если будем рассматривать коллектор как эмиттер, а эмиттер как коллектор.

Если мы смещаем в прямом направлении переход коллектор-база и обратное смещение перехода база-эмиттер, мы называем это обратным режимом работы.Из-за структурных различий и уровней легирования коэффициент обратного тока βI чрезвычайно мал. Таким образом, в то время как βF может быть порядка сотен, βI составляет всего лишь несколько единиц. Этот принцип будет использован во второй части нашего эксперимента, чтобы различать выводы коллектора и эмиттера.

В основе схемы (показанной на рис. 1) лежит компаратор, построенный на операционном усилителе IC 741 (IC1). С помощью цепи делителя, состоящей из R3 и R4 между положительным выводом питания и землей, инвертирующий вывод поддерживается при опорном напряжении Vref = VssR4 / (R3 + R4) или –VssR4 / (R3 + R4) в зависимости от выбора контакт + Vss (обозначенный «npn») или –Vss (обозначенный «npn») переключателем SPDT S1.Напряжение на неинвертирующем выводе снимается с нижнего конца резистора R2 (1 кОм), обозначенного V +.

Если V +> Vref, выход компаратора будет высоким (положительное состояние насыщения ≈ + Vss), и будет гореть красный светодиод. С другой стороны, если V +

Первую часть эксперимента по определению типа транзистора можно провести следующим образом:
1. Обозначьте выводы проверяемого транзистора (TUT) как 1, 2 и 3 произвольно.
2. Оставляя в стороне гнездо C, в этой части эксперимента используйте только гнезда A и B.
3. Выберите контакт, помеченный «n-p-n». Это сделает напряжение на разъеме A положительным по отношению к разъему B (GND).
4. Возьмите любую пару выводов транзистора и вставьте один вывод в гнездо A, а другой — в гнездо B.Посмотрите, какой светодиод горит, а какой остается «выключенным», и запишите это.
5. Затем поменяйте местами клеммы в двух розетках и снова проследите за состоянием светодиодов и запишите его.
6. Повторите шаги 4 и 5 для оставшихся двух пар и запишите все шесть наблюдений в виде таблицы.

Из Таблицы I сначала найдите пару клемм, для которых светится только красный светодиод, даже если клеммы поменяны местами. Это клеммы коллектора и эмиттера. Однако вы не можете определить, какой из них будет коллектором или эмиттером в этой части эксперимента.

После того, как вы разделите выводы коллектора и эмиттера, оставшийся вывод, очевидно, будет базой транзистора.

Вплоть до этого момента мы не знаем, является ли транзистор npn- или pnp-типом, потому что утверждение, сделанное выше, останется в силе для коллектора и эмиттера, которые оба относятся к типу «n» или «p». Единственное, что мы знаем, это то, что база будет из полупроводника противоположного типа.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.