их свойства и назначение. Какие бывают основные виды транзисторов?

Транзистор – это полупроводниковый прибор, основными функциями которого является преобразование, усиление и коммутация электрических сигналов и имеет три вывода. Также транзистор является ключевым элементом любых микросхем как базовая единица. Первый полупроводниковый транзистор был представлен в 1947 году, а в 1956 году за это изобретение и исследование полупроводников была присуждена Нобелевская премия по физике Уильяму Шокли и Джону Бардину. По сути изобретение транзистора было попыткой улучшить вакуумный триод, улучшив его характеристики и уменьшив его размеры. В 1950х годах было начато серийное производство биполярных транзисторов.

 

Основными материалами для производства транзисторов сейчас являются кремний (Si), нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC) и арсенид галлия (GaAs), который преимущественно применяется в высокочастотных приборах. Существует несколько видов транзисторов, отличающихся по типу работы.

Из основных наиболее распространенных типов можно выделить три:

• Биполярные транзисторы (BJT)
• Полевые транзисторы (FET)
• Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ, IGBT)

Биполярный транзистор (BJT, bipolar junction transistor) – самый старый из всех видов и представляет собой структуру чередующихся областей полупроводника с разными типами проводимости n-p-n (основными носителями заряда являются электроны) или p-n-p (основными носителями заряда являются дырки). В числе главных преимуществ — возможность работы с достаточно высокими токами и простота изготовления. Применяется как ключевой и усилительный элемент в электронных схемах. Из недостатков можно выделить большое энергопотребление и управление током базы.

Биполярный транзистор состоит из 3 областей: коллектора, эмиттера и базы. В зависимости от включения с помощью этого типа можно реализовывать разные схемы работы. Основные применения – усилители и в качестве ключа.

 

Полевой транзистор (FET, field effect transistor) – наиболее применяемый тип транзисторов на данный момент. Он обладает многими преимуществами перед биполярными, что и обуславливает его повсеместное использование, например: высокое входное сопротивление, увеличенное быстродействие, управление напряжением и др.

 

Существует два типа полевых транзисторов: с управляющим p-n переходом (JFET) и с изолированным затвором (MOSFET), последний из которых является самым распространенным. JFET (junction field effect transistor) работает только в режиме истощения (depletion mode), поэтому сферы его применения весьма ограничены.

 

MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) на сегодня самый используемый тип транзисторов в мире. Он состоит из областей стока и истока одного типа проводимости, интегрированных в подложку другого типа и разделенных между собой. Затвор представляет собой металлический контакт, который отделен от полупроводниковой части диэлектриком.

При подаче определенного напряжения на затвор, индуцируется канал в подложке между истоком и стоком, что соответствует открытию транзистора.

Традиционно полевые транзисторы изготавливаются из кремния. Но в последнее десятилетие активно развивается производство транзисторов из карбида кремния. MOSFET из карбида кремния может работать с большими напряжениями и на гораздо более высокой частоте. Эта характеристика при создании преобразователей на SiC MOSFET помогает очень сильно выигрывать в размерах устройства и уменьшении (удешевлении) обвязки.

Полевые транзисторы применяются сейчас почти везде: бытовая техника, промышленная автоматика, источники питания, автоэлектроника и много где еще.

 

Третий основной по распространению вид транзисторов – IGBT (insulated gate bipolar transistor). Исходя из названия «Биполярный Транзистор с Изолированным Затвором», понятно, что это гибрид разных технологий. В 90х годах прошлого столетия хотелось иметь полупроводниковый прибор, сочетающий большую мощность, как у тиристоров, так низкие потери как у полевого транзистора.

IGBT транзистор представляет собой биполярный транзистор, управляемый полевым. Сфера применения в основном мощные устройства: преобразователи частоты, тяговый привод электротранспорта, источники питания.

Современные IGBT работают с напряжениями до 10 килоВольт и токами в несколько килоАмпер.

Лекция №4 транзистор – это тоже просто

1. Биполярные транзисторы

Транзистор (transistor от слов transfer — передача и resistor — сопротивление) можно трактовать так: сопротивление в выходной цепи (например, между коллектором и эмиттером) может регулироваться входным сигналом (например, напряжением на базе).

Транзисторы биполярные– потому что при работе всегда происходит движение двух видов зарядов: электронов и дырок. Есть еще Униполярные (полевые, канальные) транзисторы, при их работе происходит движение либо электронов, либо дырок по специальному каналу (

n— или p-типа).

Биполярные транзисторы – трехслойная структура с тремя выводами: эмиттер (излучатель зарядов), база (средняя часть), коллектор (собиратель зарядов). Биполярные транзисторы бывают двух типов: npn или pnp.

коллектор

npn—транзистор

эмиттер

коллектор

pnp—транзистор

эмиттер

Некоторые технические детали. Стрелка на изображении транзистора показывает возможное направление тока, то есть перемещение положительного заряда между эмиттером и коллектором.

Направление тока совпадает с перемещением положительных дырок и противоположно перемещению отрицательных электронов. Не трудно убедиться, что электроны или дырки всегда двигаются от эмиттера к коллектору. Кроме того направление стрелки показывают полярность включения. Если потенциал эмиттера равен нулю, на коллекторе npn транзистора должен «плюс», а на коллекторе pnp транзистора — «минус». Направление стрелки еще показывает напряжение на базе, при которой транзистор «открывается» (начинает работать). В npn транзисторе напряжение на базе относительно эмиттера должно быть положительным, а в pnp транзисторе – отрицательным. Зная эту символику, легко анализировать разные схемы.

В цифровой технике наиболее распространенное включение транзисторов по схеме ОЭ (с общим эмиттером). Входное напряжение (на базе) и выходное (на коллекторе) измеряется относительно эмиттера, потенциал которого принимается за ноль. Это определяет схему включения коллектора: плюс в npn, минус в pnp транзисторе. В цепи коллектора и эмиттера может быть сопротивление, чтобы при открывании транзистора не замкнуть источник на землю «накоротко».

Менее распространены схемы включения ОБ (с общей базой: база заземлена, вход – эмиттер, выход – коллектор) и ОК (с общим коллектором: если эмиттер и коллектор поменять местами относительно положения на приведенном рисунке).

2. Процессы в биполярном транзисторе

В биполярных транзисторах есть движение зарядов обоих типов. Однако в npn—транзисторе главную роль играет электронная проводимость, в pnp—транзисторе — дырочная проводимость. То есть основным считается движение заряда от эмиттера к коллектору (электронов в npn, дырок в pnp). Перемещение свободных электронов происходит быстрее, чем «перескок по дыркам». Поэтому в современной технике предпочитают использовать

npn—транзисторы.

Рассмотрим процессы в npn—транзисторе (включенном по схеме ОЭ). Все сказанное можно распространить и на pnp—транзистор, если в рассуждениях «плюс» и «минус», «электроны» и «дырки» поменять местами.

Под сопротивлением транзистора понимают сопртивление между эмиттером и коллектором. Если Rтр→∞, говорят «транзистор закрыт». Коллектор и эмиттер разомкнуты, ток в выходной цепи не протекает, на выходе оказывается высокое напряжение. Если Rтр→0, говорят «транзистор полностью открыт». Эмиттер и коллектор замыкаются накоротко, падение напряжение выделяется только на сопротивлении (включаемое между коллектором и источником). На входе – низкое напряжение, так как выход замкнут на землю.

Итак, на эмиттере – ноль, на коллекторе – плюс. Напряжение на базе меняется, и именно Uбэ (напряжение базы относительно эмиттера) определяет, закрыт или открыт транзистор.

+

Uвых

Как и в случае диода будем рассматривать процессы в виде перемещения зарядов под действием электрических сил и в виде поведения частиц в потенциальной яме (дырки при этом похожи на шарики, стремящиеся занять нижнее положение, а электроны подобны пузырькам воздуха в жидкости).

Рассмотрим два случая. Первый случай, пусть Uбэ соответствует логическому нулю – низкому напряжению: Uбэ = 0 или Uбэ < 0 или положительное, но Uбэ < Uпор ~ 0.5В. Проще считать Uбэ ≤ 0, так как при Uбэ=0 за счет контактной разности потенциалов на базе появится небольшой минус.

Второй случай, пусть Uбэ соответствует логической единице – высокому напряжению: Uбэ положительное и Uбэ >> Uпор ~ 0.5В, но меньше напряжения источника (5В). Обычно Uбэ ~ 2В – 2.5В.

Если на входе (базе) 0 или минус, все переходы закрыты, транзистор закрыт, токи не протекают, Rтр→∞

­

Если на входе (базе) плюс, то электроны эмиттера идут на базу и большинство попадают на коллектор. Дырки базы идут на эмиттер, транзистор открыт, Rтр=0.

Получается интересный эффект: переход Б-К остается закрытым даже в рабочем состоянии, а электроны, попавшие с эмиттера на базу, далее проходят на коллектор. Это связано с тем, что переход Б-К закрыт для основных носителей (дырок базы и электронов коллектора), а для неосновных носителей (электронов, попавших на базу p—типа) переход является открытым.

С ростом напряжения на базе транзистор «открывается», увеличивается ток в выходной цепи (эмиттер – коллектор), но достаточно быстро при Uвх>2 В (при ЭДС=5В) наступает насыщение: транзистор полностью открыт, увеличение Uэб уже не влияет на токи и напряжения в выходной цепи.

Каково применение транзистора в электронике?

18 ноября 2022 г. от Veerendra

Каково применение транзистора в электронике?

Транзисторы:

1. Транзистор представляет собой электронное устройство с тремя выводами, помеченными как база , коллектор и эмиттер .
2. Это твердотельное электронное устройство, выполняющее множество функций, таких как переключатель, усилитель, стабилизатор напряжения и модулятор сигнала.
3. Транзисторы изготавливаются путем соединения полупроводников n-типа и полупроводников p-типа.

Типы и обозначения транзисторов

1. Существует два типа транзисторов: npn-транзистор и pnp-транзистор.
2. Транзистор npn состоит из tljin-слоя полупроводника p-типа, заключенного между двумя слоями полупроводника n-типа. В транзисторе npn и коллектор, и эмиттер представляют собой полупроводники n-типа, а база — полупроводник p-типа.
   
3. Транзистор pnp состоит из тонкого слоя полупроводника n-типа, заключенного между двумя слоями полупроводника p-типа. В транзисторе p-n-p и коллектор, и эмиттер представляют собой полупроводники p-типа, а база — полупроводник n-типа.
   
4. На рисунке показаны символы для двух типов транзисторов: транзистора npn и транзистора pnp.
   
5. Стрелка в каждом символе указывает направление обычного тока. В транзисторе npn ток течет от C к E, тогда как в транзисторе pnp ток течет от E к C.

Люди также спрашивают

• Как можно использовать транзистор в качестве переключателя?
• Общие сведения о полупроводниковых диодах
• Что вы подразумеваете под выпрямлением?
• Что такое однополупериодный выпрямитель?
• Для чего используется двухполупериодный выпрямитель?
• Что вы подразумеваете под логическими вентилями?
• Что понимают под комбинационными логическими схемами?

Какова основная функция транзистора?

1. Транзистор не может работать, если к батарее подключены только выводы коллектора и эмиттера. Говорят, что транзистор закрыт. На рисунке видно, что когда транзистор выключен, через него не может протекать ток, поэтому лампочка не загорается.
   
2. Если к базе подключить небольшую батарею, как показано на рисунке, для прямого смещения перехода база-эмиттер через базу может протекать небольшой ток. Это включает транзистор. Транзистор проводит и позволяет большему току коллектора течь через него от коллектора к эмиттеру. Следовательно, лампочка горит.
   
3. Поведение транзистора, показанного на рисунке выше, можно резюмировать следующим образом:
   (a) Если в цепи база-эмиттер присутствует небольшой ток, транзистор включается и проводит электричество.
   (b) Небольшой ток в цепи база-эмиттер позволяет большему току протекать в цепи коллектор-эмиттер.
4. Эти две характеристики показывают, что транзистор можно использовать в качестве усилителя тока и переключателя управления.

Как работает транзистор в качестве усилителя?

Транзистор в качестве усилителя тока:

1. Электронное оборудование, показанное на рисунке, состоит из схем усилителя, состоящих из транзисторов. Функция схемы усилителя состоит в том, чтобы усиливать небольшой постоянный ток или переменный ток. напряжение (сигнал).
   
2. Транзистор действует как усилитель тока, позволяя маленькому току управлять большим током. Величина тока коллектора, I _C , в первую очередь определяется током базы, I _Б .
3. На рисунке показана простая схема усилителя, используемая для демонстрации усиления тока путем измерения I _B и I _C .
   
4. Переменный резистор R используется для управления током базового эмиттера I _B . Ток выходного коллектора I _C наблюдают с помощью миллиамперметра.
5. Типичный график зависимости I _C от I _B , показанный на рисунке, можно использовать для получения коэффициента усиления по току для транзистора, используемого в схеме. Обратите внимание, что небольшое изменение тока базы приведет к большому изменению тока коллектора.
   
6. Усиление тока или коэффициент усиления по току можно рассчитать по графику следующим образом:
   

Транзистор работает как усилитель Эксперимент

Цель: Показать транзистор, работающий как усилитель тока.
Материалы: Транзистор, резисторы 2,2 кОм, 3,9 кОм, 4,7 кОм, 6,8 кОм, 8,2 кОм и 10,0 кОм, соединительные провода, сухие элементы
Аппаратура: Миллиамперметры с диапазоном 0–1 мА и 0–100 м0 900 Внимание:  Убедитесь, что клеммы транзистора подключены правильно, чтобы не повредить транзистор.
Метод:

1. Электрическая схема устроена, как показано на рисунке.
2. Переключатель S ₁ , замкнут. Регистрируют показания тока базы I _b на миллиамперметре A ₁ и тока коллектора I _c на миллиамперметре A ₂ .
3. Шаг 2 повторяется с переключателем S ₁ разомкнут, а переключатель S ₂ замкнут. Показания амперметров записывают.
4. Оба переключателя S ₁ и S ₂ замкнуты. Показания амперметров записывают.
5. Шаг 4 повторяется путем замены резистора 10,0 кОм в базовой цепи резисторами 8,2 кОм, 6,8 кОм, 4,7 кОм, 3,9 кОм и 2,2 кОм. Все показания записываются.
6. Построен график зависимости I _c от I _b .

Результаты:

1. S ₁ Закрыто, S ₂ Open:
   I _B = 0,08 мА, I _C = 0 MA
2. S ₁ OPEN, S ₂
3. :
   :
   :
   :
   5:
   5:
   5:
   5. I _B = 0 мА, I _C = 0 MA
4. Оба S ₁ и S ₂ закрыты:
   
5. Рисунок показывает график I _C против I _B .
   

Обсуждение:

1. Когда переключатель S ₁  замкнут, миллиамперметр А ₁ , дает ненулевое показание для I _b . Между тем миллиамперметр A ₂ дает показания для I _c , равные нулю. Таким образом, можно сделать вывод, что ток течет только в базовой цепи.
2. Когда переключатель S ₁ разомкнут, а переключатель S ₂ замкнут, оба миллиамперметра A ₁  и A ₂  дают нулевое значение. Таким образом, можно сделать вывод, что ток в цепи базы и коллектора отсутствует.
3. Когда ток базы I _b увеличивается, ток коллектора I _c увеличивается.
4. Градиент графика представляет текущее усиление.
   
5. Транзистор усиливает ток за счет увеличения тока коллектора при увеличении тока базы. Небольшое увеличение тока базы, I _b , приводит к большому увеличению тока коллектора, I _c .

Разделитель потенциалов

1. Как упоминалось ранее, если в цепи база-эмиттер есть небольшой ток, транзистор включается и проводит электричество.
2. Следовательно, транзистор можно включать и выключать, изменяя напряжение, подаваемое на вывод базы.
3. Это можно сделать, последовательно подключив два резистора к основному аккумулятору. Это называется делителем потенциала .
4. Делитель потенциала в транзисторной схеме показан на рис.
   
5. Напряжения можно рассчитать как:
   

Численные задачи и решения для транзисторов

1. На рисунке показан график зависимости I _c  от I _b .
   
   Рассчитать коэффициент усиления по току.
   Решение:
   
2. На рисунке показана транзисторная схема.
   
   (a) Какова функция двух резисторов?
   (б) Найдите напряжение на базе транзистора.
   (c) Найдите текущее усиление.
   Решение:
   
   

Рубрики: Физика С тегами: функция транзистора, Как транзистор работает как усилитель?, как работает транзистор, транзистор, Транзистор как усилитель тока, транзистор как усилитель, транзистор как усилитель работает, транзистор как принцип работы усилителя, Типы транзисторов и символы, транзистор работает как усилитель, типы транзисторов, использование транзисторов, Какова основная функция транзистора?, Каково использование транзистора в электронике?

Транзисторы — Введение

разработка Электронная промышленность, как мы видим сегодня, началась с изобретение транзистора. Работа транзистора может легко понять, если у вас уже есть знания о полупроводниках диоды. Если вы ничего не знаете о диодах, Не волнуйтесь. Этот учебник предоставит полное руководство по транзисторы, который помогает новичкам легко понять концепция.

В В предыдущих уроках мы видели, что диоды состоят из комбинация n-типа и р-тип полупроводник. При соединении полупроводника p-типа с полупроводником n-типа, p-n между ними образуется стык. Этот p-n переход образует наиболее популярное устройство, известное как полупроводниковый диод. Ан добавление еще одного слоя к диоду с p-n переходом формирует трехвыводной прибор называется транзистором. Термин транзистор обычно относится к транзистору с биполярным переходом (BJT).

Нравится диод с p-n переходом, транзистор тоже состоит из комбинация полупроводниковых слоев p-типа и n-типа. Однако, в отличие от диода с p-n переходом, транзистор содержит один полупроводниковый слой p-типа и два полупроводниковых слоя n-типа или один полупроводниковый слой n-типа и два полупроводниковых слоя p-типа.

Транзистор состоит из одного полупроводника p-типа и двух n-типа. слоев известен как транзистор n-p-n, тогда как транзистор состоит из одного полупроводника n-типа и двух p-типа. слоев известен как p-n-p транзистор.

N-тип а полупроводники p-типа являются внешними полупроводники. В полупроводнике n-типа свободные электроны являются основными носителями заряда и дырками являются неосновными носителями заряда, тогда как в р-типе полупроводник, дырки являются основными носителями заряда и свободными электроны являются неосновными носителями заряда. Следовательно, в Свободные электроны полупроводника n-типа переносят большую часть тока тогда как в полупроводнике р-типа дырки несут большую часть текущий.

Транзистор определение

А Транзистор представляет собой трехвыводной полупроводниковый прибор, усиливает или переключает ток.

или

А Транзистор – это электронное устройство, управляющее током поток или переключает текущий поток.

или

А транзистор – это электронное устройство, управляющее движением электронов (носителей заряда).

или

А транзистор — это небольшое электронное устройство, управляющее потоком электрического тока.

Краткая история транзисторов

транзистор был успешно продемонстрирован 23 декабря 1947 г. в Белл Лаборатории, Нью-Джерси. Трое лиц, которым приписывают изобретением транзистора были Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн. Среди этих трех лиц, Уильям Шокли сыграл ключевую роль в изобретении транзистор.

Что транзистор?

Транзистор – это трехвыводной полупроводниковый прибор, усиливающий электронные сигналы, такие как радио- и телевизионные сигналы. До появления транзисторов электронные лампы используются для усиления электронных сигналов. Но в наши дни электронные лампы заменены транзисторами из-за его различные преимущества перед вакуумными трубками.

различные преимущества и недостатки транзисторов и вакуума трубки следующие:

Преимущества вакуумные трубки

• вакуумные трубки можно легко заменить.
• Устойчив к большие перегрузки и напряжения шипы
• Супериор качество звука

Недостатки вакуумных ламп

• Высокая мощность расход
• Высокая стоимость
• Вакуумные трубки очень громоздки. Так они занимают больше места.
• Высокое напряжение необходимо для работы вакуумных ламп.
• Продукция большая жара
• Нижний эффективность

Преимущества транзисторы

• Малая мощность расход
• Низкая стоимость
• Маленький размер
• Высшее эффективность
• Низкое напряжение необходим для работы транзисторов
• Высокий физическая прочность, чем у вакуумных ламп
• Производить далеко меньше тепла, чем вакуумные трубки
• Транзисторы легче вакуумных ламп

Недостатки транзисторов

• Меньше устойчивы к перегрузкам и скачкам напряжения, чем электронные лампы
• Техническое обслуживание очень сложно
• Это сложно заменить транзистор

Классификация транзисторов

транзисторы классификацию можно понять, наблюдая за деревом ниже диаграмма.

транзисторы в основном подразделяются на два типа: биполярный переход Транзистор (BJT) и полевой транзистор (FET). В биполярном Соединительный транзистор (BJT), как свободные электроны, так и дырки проводить электрический ток, тогда как в полевом транзисторе (FET) либо свободные электроны, либо дырки проводят электрический ток.

Биполярные переходные транзисторы (BJT) снова классифицируются на два типа: это транзисторы NPN и PNP.

Полевые транзисторы (FET) делятся на два типа: JFET и МОП-транзистор. JFET расшифровывается как Junction Field Effect. Transistor и MOSFET расшифровываются как Metal Oxide Semiconductor. Полевой транзистор.

Транзисторы с полевым эффектом соединения (JFET) в режиме обеднения делятся на два типа: N-канальные и P-канальные.