Транзистор Toshiba

транзисторы

Заказать оборудование Toshiba

Перейти в каталог Toshiba

Купить Транзистор Toshiba в компании Олниса можно оптом или в розницу. Доставим Транзистор Toshiba в любой регион России. Можем предложить точный аналог. Работаем напрямую с производителем, не используя посредников.

Транзистор – это один из основных полупроводниковых элементов, используемый для усиления, преобразования и генерирования электрических сигналов (иными словами – это устройство для контроля электрического тока, проходящего сквозь прибор). Производится это устройство с полупроводниковых материалов, в основном кремниевого или германиевого сплава.

Транзисторы делятся на два вида:

• полевой
• биполярный

В полевых транзисторах управление электрическим током, что проходит сквозь него, проводится электрическим полем. Эти устройства называют униполярными. Это означает, что принцип работы основывается на работе одного вида носителя.

В свою очередь полевые транзисторы делятся на два типа:

• с изолирующим затвором, который еще называют MOSFET
• с управляющим p-n переходом

Каждый транзистор оснащен тремя электродами: утечка, сток и затвор.

Более 30 лет компания Toshiba является одним из мировых лидеров в разработке и создании транзисторов, и многих других компонентов.

В большинстве своем транзисторы Toshiba используют только в тех устройствах, которые требуют мгновенного управления мощной энергией. Так, например, их используют в роли силового ключа для разнообразных устройств в импульсном блоке питания, в инверторе напряжения, а так же в сварочном оборудовании инверторного типа. Insulated Gate Bipolar Transistor – биполярный транзистор с изолированным затвором — это комбинация входящего сопротивления MOSFET транзистора с большим напряжением коммутации двухполюсного транзистора. Направленная проводимость биполярного транзистора позволяет сделать его использование наилучшим в тех случаях, в которых нужны напряжения высокой амплитуды и увеличенные токи коммутации.

Олниса представляет класс IGBT-транзисторов Toshiba, что предоставляют скоростное переключение, при помощи различных комбинаций довольно малого количества инжектированных носителей.

Главные особенности IGBT-транзисторов Toshiba:

• Молниеносное переключение до 2 мкс.
• Небольшое падение напряжения на открытом транзисторе и при высоких токах.
• Присутствие встроенных электродов с подходящими свойствами

Большое входное сопротивление, которое дает возможность управлять Insulated Gate Bipolar Transistor, используя напряжение.

В структуре Insulated Gate Bipolar Transistor  4 слоя (pnpn). Невысокое напряжение насыщения доходит с помощью pnp транзистора, который моделирует проводимость тогда, когда транзистор работает.

Каталог продукции Олниса, являющейся мультибрендовым поставщиком электронного оборудования в России и по всем странам СНГ, содержит широкий выбор транзисторов Toshiba.

Мы поможем подобрать и доставим в любую точку России любое электротехническое оборудование. Сотрудничая с Олниса, клиент получает неизменно профессиональный сервис, доставку заказанной продукции до двери, возможность рассрочки платежа и неизменно – соблюдение гарантийных обязательств

Транзистор Toshiba 2SK1489

Транзистор представляет собой активный компонент и полупроводниковое устройство, которое используется

Официальный сайт Toshiba

Toshiba Corporation – это всемирно известная корпорация, которая существует уже более 140 лет.

Аналог Toshiba

Toshiba International Corporation (TIC) объявляет о выпуске системы бесперебойного питания (ИБП) G9000 на 400 В мощностью 500 кВА / 450 кВт. Серия G9000 предлагает настоящие онлайн-системы с двойным

Гетероструктурные транзисторы CoolGaN™ – преимущества и особенности управления

24 июля 2019

телекоммуникацииуправление питаниемInfineonстатьяинтегральные микросхемыдискретные полупроводникиMOSFETGaNHEMT

Гетероструктурные полевые транзисторы (HFET) производства Infineon позволили построить силовые преобразователи по новым схемам и достичь КПД 99%. Как ожидается, они вскоре станут стандартом силовой электроники.

Хотя возможности кремниевых полупроводниковых приборов еще до конца не исчерпаны, и производители электронных компонентов ежегодно сообщают о появлении новых линеек транзисторов и диодов с улучшенными характеристиками, давно очевидно, что для следующего витка развития силовой электроники необходима новая элементная база. Неполная управляемость, высокие потери при коммутации, наличие паразитных компонентов и прочие недостатки кремниевых полупроводниковых приборов серьезно ограничивают количество доступных схемотехнических решений и максимальную частоту переключений преобразователей, без чего КПД этих узлов станет недопустимо малым для практического использования.

На сегодняшний день наиболее перспективным вариантом замены элементов на традиционной кремниевой основе являются транзисторы с высокой подвижностью электронов (High-Electron-Mobility Transistor, HEMT), также известные под названием гетероструктурные полевые транзисторы (Heterostructure Field-Effect Transistor, HFET).

Работы над освоением технологий производства HEMT активно ведутся многими производителями электронных компонентов, в том числе и компанией Infineon – одним из мировых лидеров в этой отрасли. В статье речь пойдет об особенностях транзисторов CoolGaN™ – одной из первых линеек HEMT, использование которой может вывести преобразователи электрической энергии на новый уровень качества.

Ключевые преимущества транзисторов CoolGaN™

Наиболее важным отличием HEMT от MOSFET является отсутствие паразитного диода между истоком и стоком, что позволяет этим приборам проводить ток и блокировать его протекание в обоих направлениях. В существующих схемах, особенно на основе полумостов, замена MOSFETна HEMTможет привести, например, к значительному уменьшению потерь, вызванных восстановлением паразитных диодов. А в перспективе эти приборы могут быть использованы в совершенно новых схемах преобразователей, реализация которых на существующей элементной базе сейчас крайне затруднительна.

Кроме этого, статические и динамические характеристики HEMT намного лучше, чем у флагманских моделей MOSFET аналогичного класса, что позволяет либо повысить КПД преобразователя за счет уменьшения всех видов потерь в силовых полупроводниковых элементах, либо за счет увеличения частоты переключений уменьшить массогабаритные показатели узлов и систем питания.

 

Структура транзисторов CoolGaN™

В отличие от традиционных полевых транзисторов с изолированным затвором, в которых направление тока перпендикулярно плоскости кристалла, в транзисторах с высокой подвижностью электронов основные носители заряда перемещаются параллельно подложке в тонком гетеропереходном слое так называемого двумерного электронного газа (Two-Dimensional ElectronGas, 2DEG). Этот слой образуется в результате взаимного проникновения двух полупроводников с разной шириной запрещенных зон: нитрида галлия (GaN) и сплава нитридов алюминия и галлия (AlGaN). Подробнее об этом читайте в статье «Снизить потери энергии: гетероструктурные полевые транзисторы CoolGaN™ от Infineon».

Технология изготовления транзисторов CoolGaN™ состоит из нескольких этапов. Вначале на кремниевой подложке эпитаксиальным методом выращивают слой GaN. Это позволяет, во-первых, использовать существующую инфраструктуру производства традиционных кремниевых пластин, а во-вторых – уменьшить скорость деградации кристалла из-за разницы температурных коэффициентов теплового расширения этих материалов. Следующий этап заключается в создании на поверхности выращенного кристалла дополнительных слоев: AlGaN и GaN, причем последний слой полупроводника легируется специальными добавками для получения ярко выраженной дырочной проводимости (p-GaN). По мере наращивания новых полупроводниковых слоев в формируемой многослойной структуре методом химического травления создаются участки, которые затем создадут ключевые зоны будущего транзистора: исток, сток и затвор. Завершают производственный процесс этапы металлизации и пассивации, после которых транзистор готов к установке в корпус.

Потенциал в области затвора должен быть достаточно высоким для блокировки перемещения носителей заряда в слое двумерного электронного газа без внешних источников электрического поля.

В противном случае при нулевом напряжении между затвором и истоком сопротивление основного канала будет невысоким, и приборы фактически станут полевыми транзисторами со встроенными каналами, использование которых в преобразователях энергии крайне нежелательно. Поэтому все транзисторы CoolGaN™ имеют индуцированные каналы, что позволяет позиционировать их в качестве потенциальной замены традиционным MOSFET во всех известных решениях силовой электроники.

Особенности управления транзисторами CoolGaN™

Как и MOSFET, HEMTCoolGaN™ имеет три вывода: исток, сток и затвор. Однако в MOSFET затвор электрически изолирован от основного канала и фактически является нелинейным конденсатором, ток которого в статическом режиме равен нулю. В HEMT вывод затвора образует с основным каналом полупроводниковый диод, на который, чтобы перевести транзистор в проводящее состояние, необходимо подать прямое напряжение. Таким образом, транзисторы CoolGaN™, в отличие от MOSFET, управляются током, а не напряжением.

Аналогичный метод управления имеют биполярные транзисторы. Однако в отличие от них, HEMT имеют как минимум на порядок больший коэффициент усиления по току. Так, например, максимальный ток стока транзисторов CoolGaN™ может достигать 80 А при токе затвора около 26 мА.Это означает, что коэффициент усиления по току HEMT приблизительно равен 3000, в то время как для мощных биполярных транзисторов он обычно не превышает 100.

Токовый метод управления означает также малое значение порогового напряжения V_GS(th) между затвором и истоком, необходимого для начала протекания тока стока. Так, например, для того чтобы в цепи стока начал протекать ток величиной 2,6 мА, на вход транзистора CoolGaN™ необходимо подать напряжение около 1,3 B. Здесь также необходимо отметить, что порог открывания транзистора зависит от температуры. Испытания транзисторов CoolGaN™ показали, что напряжение V_GS(th) имеет незначительный температурный дрейф величиной около – 750 мкВ/°C (рисунок 1).

Рис. 1. Зависимость VGS(th) от температуры перехода Tj для 600-вольтовых CoolGaN™ с сопротивлением открытого канала 70 мОм

Поскольку входная цепь транзисторов CoolGaN™ фактически является диодом, то в их характеристиках отсутствует традиционный для MOSFET параметр максимального напряжения «затвор-исток». Вместо этого указывается максимального допустимый ток затвора, превышение которого приведет к тепловому пробою p-n-перехода и физическому разрушению транзистора (таблица 1). При подаче на затвор обратного напряжения 0…10 B ни ток стока, ни ток затвора не протекают. А вот его дальнейшее увеличение приведет к открытию встроенных защитных 12-вольтовых диодов, и, если не принимать никаких мер по ограничению тока затвора, высокое значение обратного напряжения приведет к разрушению транзистора.

Таблица 1. Входные характеристики 600-вольтовых CoolGaN™ с сопротивлением открытого канала 70мОм

Параметр	Значение, мА	Примечание
Максимальный ток затвора (продолжительный), IG	20	При температуре кристалла 0…150°С
Максимальный ток затвора (импульсный), IG pulse	2	При температуре кристалла 0…150°С, tpulse = 50 нс, f = 100 кГц
Максимальное обратное напряжение «затвор-исток» (продолжительное), VGS	10	При температуре кристалла 0…150°С
Максимальное обратное напряжение «затвор-исток» (импульсное), VGS	25	При температуре кристалла 0…150°С, tpulse = 50 нс, f = 100 кГц, открытый сток

Прямую (рисунок 2) и обратную (рисунок 3) ветви входных характеристик транзисторов CoolGaN™ можно определить так же, как и вольт-амперные характеристики обычных диодов. Но при этом следует учитывать, что прямые ветви очень сильно зависят от тока стока, который смещает их по горизонтальной оси, причем величина смещения зависит от величины и направления коммутируемого тока. А вот обратные ветви затворной цепи транзисторов CoolGaN™ практически полностью определяются защитными диодами и мало чем отличаются от аналогичных характеристик стабилитронов.

Рис. 2. Прямые ветви ВАХ 600-вольтовых транзисторов CoolGaN™ с сопротивлением открытого канала 70 мОм при отключенном стоке

Рис. 3. Обратные ветви ВАХ 600-вольтовых транзисторов CoolGaN™ с сопротивлением открытого канала 70 мОм при отключенном стоке

Динамические характеристики транзисторов CoolGaN™

Одним из самых важных параметров, влияющих практически на все динамические характеристики полевых транзисторов, является заряд затвора (Gate Charge) Q_G. Именно этот параметр определяет ключевые требования к драйверу, в частности – к величине его выходного тока. Максимальный ток драйвера, как правило, ограничен общим сопротивлением затворной цепи, поэтому чем больше заряд затвора, тем дольше будет переключаться транзистор. Сравнительный анализ зависимостей заряда затвора лучших кремниевых MOSFET с суперпереходом (SJ MOSFET), которые, кстати, практически полностью идентичны аналогичным зависимостям не менее инновационных полевых транзисторов на основе карбида кремния (SiC), и HEMT CoolGaN™ (рисунок 4) показывает, что при одинаковых сопротивлениях каналов последние имеют намного меньшее значение этого параметра. Это позволяет одновременно и упростить схемотехнику драйвера, и увеличить скорость управления транзисторами, что является несомненным преимуществом приборов CoolGaN™.

Рис. 4. Характеристики зарядов затворов 600-вольтовых CoolGaN™ (а) и кремниевых SJ MOSFET (б) с сопротивлениями открытых каналов 70 мОм

Однако необходимо также обратить внимание, что HEMT CoolGaN™ требуют дополнительного расхода энергии на поддержание транзистора в проводящем состоянии, поскольку ток затвора в этом режиме имеет ненулевое значение. Эти потери учитываются введением специального дополнительного параметра – статического заряда (Steady-State Charge) Q_SS, который можно точно определить путем интегрирования мгновенных значений тока затвора или по упрощенной формуле Q_SS = I_SSt_SS, где I_SS – среднее значение тока затвора на протяжении интервала открытого состояния транзистора t_SS.

Не менее важной характеристикой коммутационных возможностей полевого транзистора является величина заряда Q_OSS, накапливаемого в выходной емкости С_OSS. Этот параметр особенно актуален для квазирезонансных схем с мягким переключением, в которых от величины Q_OSS напрямую зависит время рекуперации энергии, запасенной в индуктивных элементах. И здесь транзисторы CoolGaN™ фактически не имеют аналогов, ведь их выходной заряд приблизительно в 10 раз меньше, чем у самых лучших представителей MOSFET (рисунок 5). Для квазирезонансных преобразователей это означает сокращение времени резонансных колебаний при коммутации и, соответственно, увеличение рабочей частоты.

Рис. 5. Зависимости зарядов выходной емкости 600-вольтовых CoolGaN™ (а) и кремниевых SJ MOSFET (б) с сопротивлениями открытых каналов 70 мОм

Однако, несмотря на столь малое значение Q_OSS, количество энергии E_OSS, запасаемое в выходной емкости транзисторов CoolGaN™, соизмеримо с аналогичным параметром транзисторов SJ MOSFET. Это объясняется особенностью полевых транзисторов с изолированным затвором, у которых, как показано на рисунке 5, выходная емкость С_OSS очень нелинейно зависит от величины напряжения между стоком и затвором V_DS.

При малых значениях V_DS выходная емкость MOSFET велика, и в нее необходимо переместить относительно большой заряд даже при незначительном изменении V_DS. Но поскольку количество E_OSS определяется интегралом от произведения QV, то из-за малых абсолютных значений V_DS произведение QV будет небольшим. По мере увеличения напряжения на стоке выходная емкость MOSFET резко уменьшается, и при значениях V_DS больше 40 B для изменения напряжения на емкости С_OSS даже на значительную величину уже не требуется такого количества носителей заряда, как при малых V_DS, поэтому произведение QV снова будет небольшим, но уже из-за низкого абсолютного значения Q.

Таким образом, несмотря на то, что транзисторы CoolGaN™ имеют почти на порядок меньшее значение Q_OSS, количество энергии E_OSS, запасаемой в емкости С_OSS, не сильно отличается от MOSFET. Например, в схеме преобразователя, работающего от источника питания с напряжением 380 В, значение E_OSS всего лишь на 25% меньше, чем у SJ MOSFET аналогичного класса (рисунок 6).

Рис. 6. Количество энергии EOSS, запасаемой в выходной емкости 600-вольтовых CoolGaN™ (а) и кремниевых SJ MOSFET (б) с сопротивлениями открытых каналов 70 мОм

Особенности параллельной работы транзисторов CoolGaN™

Как и в MOSFET, с ростом температуры подвижность носителей заряда HEMT CoolGaN™ уменьшается, что эквивалентно росту активного сопротивления кристалла в проводящем состоянии R_DS(ON). При этом величина температурного коэффициента изменения сопротивления канала R_DS(ON) намного меньше, чем у MOSFET, и не превышает 2,0 (рисунок 7), в то время как для кремниевых транзисторов значение этого параметра, как правило, равно 2,4.Это означает, что системы на основе транзисторов CoolGaN™ проще и эффективнее в масштабировании, а их установочная мощность при параллельном соединении будет более эффективно использоваться. Однако в любом случае схема управления преобразователем должна иметь функцию контроля и ограничения выходного тока для предупреждения выхода рабочих точек транзисторов за пределы области безопасной работы.

Рис. 7. Типовые выходные характеристики 600-вольтовых CoolGaN™ с сопротивлениями открытых каналов 70 мОм при температуре 25°С (а) и 125°С (б)

Область безопасной работы транзисторов CoolGaN™

Область безопасной работы (Safe Operating Area, SOA) показывает энергетические пределы транзистора, а именно – с какой максимальной скоростью может выделяться тепло на кристалле без ущерба для его физической целостности. Как и множество других силовых транзисторов, HEMT CoolGaN™ предназначены для работы в импульсных схемах, однако это не означает, что они не могут использоваться в линейном режиме (рисунок 8). Главное – чтобы тепло, выделяемое на кристалле, успевало отводиться, не доводя его температуру до опасных значений.

Рис. 8. Область безопасной работы 600-вольтовых CoolGaN™ с сопротивлениями открытых каналов 70 мОм при температуре 25°С (а) и 125°С (б)

Однако разработчику следует помнить, что любой заход рабочей точки на границу области безопасной работы приводит к необратимой деградации кристалла, даже если длительность этого режима меньше максимально допустимого значения, и транзистор физически остается целым. Поэтому если в процессе работы преобразователя, особенно в режиме жесткой коммутации индуктивной нагрузки, возможно периодическое возникновение состояния, когда напряжение «исток-сток» и ток стока одновременно имеют значительные величины, разработчику следует ориентироваться на область безопасной работы, рекомендуемую для часто повторяющих состояний (рисунок 9). Это даст гарантию длительной работы транзисторов и предотвратит их преждевременные отказы, вызванные ускоренным разрушением кристаллов.

Рис. 9. Область безопасной работы 600-вольтовых CoolGaN™ с сопротивлениями открытых каналов 70 мОм для повторяющихся состояний при температуре 25°С (а) и 125°С (б)

Перспективы применения транзисторов CoolGaN™

Несмотря на то что в ассортименте компании Infineon на момент написания статьи присутствует всего несколько 600-вольтовых приборов из данного семейства, а пополнение этой линейки только планируется, уже сейчас преобразователи на их основе устанавливают новые стандарты качества как по уровню удельной мощности, так и по величине КПД. Даже простая замена традиционных MOSFET на HEMT позволяет значительно снизить потери и уменьшить габариты конечного решения, а использование транзисторов CoolGaN™ в схемах безмостового корректора коэффициента мощности (PoleFull-Bridge Power Factor Correction) с КПД более 99% заставило полностью пересмотреть подходы к построению входной части выпрямительных устройств.

Однако в первую очередь транзисторы CoolGaN™ найдут применение в областях, в которых их давно ждут. Речь идет о приложениях, в которых полный контроль над протеканием тока является обязательным условием функционирования. В эту категорию прежде всего попадают схемы, работающие с переменным током или напряжением: АС/АС-конверторы, выпрямители, инверторы, преобразователи частоты (в том числе и матричные преобразователи). На сегодняшний день для того чтобы на существующей элементной базе создать ключ, способный управлять переменным током, приходится комбинировать несколько полупроводниковых приборов (рисунок 10). Очевидно, что наличие в цепи протекания тока как минимум двух последовательно включенных силовых компонентов отрицательно сказывается на КПД этих преобразователей, и это является одним из главных сдерживающих факторов развития этой области силовой электроники.

Рис. 10. Варианты реализации ключей переменного тока

Простая замена существующих MOSFET или IGBTна HEMT CoolGaN™ позволит превратить любую схему DC/DC-конвертера в преобразователь, способный работать на переменном токе (рисунок 11). Такие узлы можно использовать, например, в качестве регуляторов мощности устройств, работающих от напряжения промышленной сети с частотой 50/60 Гц. Их ключевыми преимуществами, по сравнению с традиционными симисторными регуляторами, являются отсутствие искажений выходного напряжения и, соответственно, меньший уровень электромагнитных помех. Кроме этого они могут работать с нагрузкой любого типа, в том числе и чисто реактивной, у которой коэффициент мощности равен нулю. Анализируя историю развития силовой преобразовательной техники и учитывая малые размеры транзисторов CoolGaN™, можно с большой вероятностью предположить, что в будущем преобразователи, изображенные на рисунке 12, будут выпускаться в интегральном исполнении и потребуют для своей работы всего несколько внешних компонентов.

Рис. 11. Примеры преобразователей напряжения промышленной сети на основе транзисторов CoolGaN™: а) понижающий; б) повышающий; в) инвертирующий (преобразующий фазу)

Однако при использовании транзисторов CoolGaN™ новые возможности появляются не только у преобразователей переменного напряжения. Полный контроль над протеканием тока позволит достаточно простым способом реализовать в классических DC/DC-конверторах режим рекуперации, при котором электрическая энергия через силовую часть будет передаваться в обратном направлении: с выхода на вход. Потребность в таких преобразователях существует уже сейчас, ведь с каждым годом все большее количество техники, особенно информационной, требует наличия резервного источника питания, предотвращающего потерю данных при аварии основного. В качестве примера можно привести один из вариантов системы питания информационного устройства с несколькими питающими шинами разного напряжения.

Пусть в системе существуют две шины питания с напряжениями +5 и +12 В (рисунок 12). Пусть в качестве основного используется внешний источник питания с напряжением 5 В, подключаемый к соответствующей шине, а в качестве резервного – 12-вольтовая аккумуляторная батарея. Для передачи энергии между питающими шинами установлен преобразователь на транзисторах CoolGaN™, способный передавать энергию в обоих направлениях. В нормальном режиме работы система питается от основного источника, а преобразователь передает энергию с шины +5 В на шину +12 В, одновременно заряжая аккумуляторную батарею. При аварии основного источника питания направление передачи энергии преобразователя автоматически меняется (причем схеме управления в общем случае даже не надо менять длительность импульсов открытых состояний транзисторов) и система продолжает стабильно работать от аккумуляторной батареи.

Рис. 12. Пример использования транзисторов CoolGaN™ в преобразователе постоянного напряжения системы питания с несколькими питающими напряжениями

Очевидно, что реализовать подобную схему на традиционных MOSFET весьма затруднительно, поскольку паразитные диоды между стоком и истоком просто не позволят обеспечить полноценный режим рекуперации. Подобные смены режимов работы активно используются в приложениях с переменными энергетическими потоками, например, в электротранспорте, при котором электродвигатель может выступать как в роли потребителя (при движении), так и в роли генератора (при торможении) электрической энергии.

Заключение

Появление HEMT CoolGaN™ – не просто очередная экзотика силовой преобразовательной техники, которую «теоретически можно использовать» в практических схемах. Эта технология в ближайшее время должна стать доминирующей в области производства силовых полупроводниковых приборов, а использование HEMT в импульсных преобразователях – такой же нормой, как сегодня использование MOSFET или IGBT.

Конечно, компании Infineon еще предстоит долгая и кропотливая работа по расширению ассортимента HEMT и усовершенствованию технологии их производства. Однако уже сейчас можно сказать, что начался новый виток в развитии силовой преобразовательной техники, ведь гетеропереходные полевые транзисторы с высокой подвижностью электронов впервые за долгие годы позволили снять те принципиальные ограничения, которые накладывала на схемотехнику импульсных преобразователей электрической энергии существующая элементная база.

•••

Что такое транзистор — javatpoint

следующий → ← предыдущая Транзистор — это своего рода полупроводниковое устройство, которое, сокращение от сопротивления передачи, регулирует или контролирует электрический сигнал, такой как ток или напряжение. 23 декабря 1947 года он был разработан тремя американскими физиками Уильямом Шокли, Уолтером Браттейном и Джоном Бардином. Как правило, это переключающее устройство или миниатюрное устройство, используемое для передачи слабого сигнала из цепи с коротким сопротивлением в цепь с высоким сопротивлением. Это компонент, который состоит из полупроводников. На рисунке ниже показан пример транзистора. В большинстве электронных устройств транзистор является одним из ключевых компонентов и генерирует двоичные биты 0 и 1, которые используются компьютером для установления связи, а также для работы с булевой логикой. В истории науки одним из важнейших изобретений считается транзистор, формирующий логические элементы при размещении в различных конфигурациях. Эти вентили объединяются в полные сумматоры или в массивы, известные как полусумматоры. Два PN-диода включены в транзистор, который включен встречно-параллельно. Транзистор состоит из трех выводов: входного, выходного и управляющего переключения. Название трех выводов, содержащихся в транзисторе, — это эмиттер, база и коллектор. Названия этих выводов указаны на основе общего вывода транзистора. Он широко встраивается в интегральные схемы или встречается в печатных платах в виде дискретных частей. Для современных электронных устройств это важный структурный блок. Легирование — химический процесс, используемый для создания транзисторов, при котором дополнительный положительный заряд (P-тип) или дополнительный отрицательный заряд (N-тип) приобретается полупроводниковым материалом. Для этого используются две конфигурации PNP или NPN со средним материалом, который служит основой или регулятором потока. Через весь компонент большое количество электричества протекает при небольшом изменении напряжения или тока в среднем базовом слое, который можно использовать в качестве усилителя. Детали транзистора Транзистор состоит из выводов или трех слоев полупроводниковых материалов, которые позволяют проводить ток и устанавливать соединение с внешней цепью. С помощью других пар клемм ток регулируется напряжением. Транзистор имеет три вывода, которые выглядят следующим образом: База: Основная функция клеммы базы — активировать транзистор, который образует две цепи; выходная цепь коллекторная и входная с эмиттерной. Для его изготовления используются тонкие слои, которые представляют собой среднюю часть транзистора. Низкое сопротивление цепи обеспечивается цепью эмиттер-база, смещенной в прямом направлении. Более высокое сопротивление цепи обеспечивает переход коллектор-база, расположенный в противоположном смещении. Коллектор: Это левая часть диода и положительный вывод транзистора. Удаление большинства зарядов от соединения с базой является основной функцией коллектора. Эмиттер: Эмиттерный диод — это правая часть диода, который работает для большого сектора основного носителя траста. Это отрицательный вывод транзистора, который служит основным носителем заряда для базы. Символы транзисторов NPN-транзистор и PNP-транзистор — это два типа транзисторов. Точно так же транзистор, который имеет два слоя материала P-типа и один слой материала N-типа, называется транзистором PNP. На приведенном ниже рисунке представлены символы транзисторов NPN и PNP. Символ стрелки описывает протекание тока эмиттера при прямом смещении, которое реализуется на переходе эмиттер-база. Путь тока является основным отличием транзисторов PNP и NPN. В соединении NPN условный ток вытекает из эмиттера, как указано с помощью отходящей стрелки на рисунке. Точно так же в соединении PNP обычный ток течет в эмиттер; это видно на рисунке, который представлен стрелкой внутрь. Типы транзисторов Транзисторы в основном бывают двух типов в зависимости от того, как они используются в схеме, а именно: Биполярный переходной транзистор (BJT) Биполярные переходные транзисторы — это виды транзисторов, которые состоят из выводов, базы, эмиттера и коллектора. Он считается токоуправляемым устройством. Гораздо большим током, протекающим между выводами коллектора и эмиттера, можно управлять с помощью небольшого тока, поступающего в базовую область транзистора. Кроме того, BJT (транзистор с биполярным переходом) имеет два других основных типа: транзистор PNP и транзистор NPN, которые обсуждаются ниже: PNP Транзистор: Другой тип транзисторов с биполярным переходом, который состоит из двух полупроводниковых материалов p-типа, где материал n-типа введен или помещен между обоими. А для разделения этих материалов используется тонкий полупроводниковый слой n-типа. Два последовательно соединенных кварцевых диода содержат PNP-транзистор. Кроме того, в такой конфигурации устройство управляет протеканием тока. Левая сторона диодов в этом транзисторе известна как диод эмиттер-база, а правая сторона диодов известна как диод коллектор-база. В PNP-транзисторах электроны являются неосновными носителями заряда, а дырки — основными носителями заряда. Функция символа стрелки в этом транзисторе состоит в том, чтобы указать обычный ток. В этом транзисторе ток течет от вывода эмиттера к выводу коллектора. Ниже приведено изображение, которое представляет транзистор PNP с символом. Транзистор NPN: Один из других типов транзисторов с биполярным переходом (BJT), который широко используется в схемах и состоит из тонкого слоя полупроводника p-типа между двумя материалами n-типа. Основная функция транзистора NPN заключается в преобразовании слабых сигналов в сильные. В NPN-транзисторе ток перемещается в транзисторах, когда электроны переходят из области эмиттера в область коллектора. По сравнению с подвижностью дырок подвижность электронов выше у NPN-транзисторов; следовательно, они широко используются в настоящее время. На рисунке ниже NPN-транзистор обозначен символом. Полевой транзистор Три вывода, затвор, исток и сток, используются для создания полевых транзисторов (FET). Такие транзисторы считаются устройствами, управляемыми напряжением. Терминал затвора управляет током между истоком и стоком. P-канальный полевой транзистор или N-канальный полевой транзистор в этом транзисторе используются для проводимости. Величина импеданса цепи обратно пропорциональна току согласно закону Ома. Это означает, что ток очень низкий, если импеданс высок. Таким образом, от источника питания схемы полевые транзисторы потребляют очень мало тока. На изображении ниже изображен полевой транзистор. Таким образом, исходные силовые элементы схемы, которые подключены к транзисторам, не возмущаются транзисторами. По сравнению с биполярными транзисторами полевые транзисторы не обеспечивают высокого усиления, которое является основным ограничением полевых транзисторов. Полевые транзисторы обладают такими преимуществами, как меньшая нагрузка, простота изготовления и дешевизна. Однако биполярные транзисторы лучше с точки зрения большего усиления. JFET и MOSFET являются основными типами полевых транзисторов (FET). Хотя MOSFET и JFET очень близки друг к другу, MOSFET имеют более высокие значения входного импеданса по сравнению с JFET. FET включает в себя некоторые функции, которые обсуждаются ниже: Этот транзистор имеет высокое входное сопротивление, через которое будет протекать входной ток из-за обратного смещения. В полевом транзисторе носители заряда отвечают за передачу либо электронов, либо дырок, что делает его униполярным. Иногда этот транзистор называют устройством, управляемым напряжением; это происходит, когда входное напряжение затвора управляет напряжением o/p полевого транзистора. По сравнению с биполярными транзисторами полевые транзисторы имеют меньший уровень шума, поскольку в проводящей полосе отсутствуют переходы. Коэффициент усиления представляет собой соотношение изменения входного напряжения и изменения выходного тока; следовательно, это можно сделать с помощью крутизны. Некоторая разница между FET и BJT Биполярный транзистор — биполярное устройство, тогда как полевой транзистор — униполярное устройство. BJT — это устройство, управляемое током, а FET — это устройство, управляемое напряжением. По сравнению с биполярными транзисторами полевые транзисторы имеют меньший уровень шума. Термическая стабильность FET высокая, а BJT низкая. Характеристика усиления BJT может быть выполнена через усиление по напряжению, тогда как в FET с крутизной. Рабочий транзистор Обычно транзисторы изготавливаются из кремния, так как он имеет больший ток, высокое номинальное напряжение и меньшую температурную чувствительность. Базовый ток определяется секцией эмиттер-база, находящейся в прямом смещении, которая движется через базовую область. Базовый ток имеет очень маленькую величину. Базовый ток отвечает за создание дырки в базовой области или за перенос электронов в коллекторную область. По сравнению с эмиттером транзисторы имеют меньшее количество электронов, так как база транзистора слабо легирована и очень тонкая. Несколько электронов эмиттера перемещаются в область коллектора. Следовательно, можно сказать, что за счет изменения области базы достигается большой ток коллектора. История транзистора Важнейшим компонентом электронного устройства является транзистор, который управляет электрическим сигналом, таким как ток или напряжение. Хотя вакуумная лампа была разработана эксцентричным американским изобретателем Ли Де Форестом в 1906, он потреблял много электроэнергии и был громоздким. Кроме того, транзистор был подходящим решением для работы с электроникой, поскольку он потребляет гораздо меньше энергии и имеет небольшие размеры по сравнению с электронными лампами. Во время войны команда сделала радар возможным благодаря некоторым достижениям в области исследований полупроводников. 23 декабря 1947 года три американских физика Уильяма Шокли, Уолтера Браттейна и Джона Бардина разработали транзистор и успешно продемонстрировали его в Bell Laboratories в Мюррей-Хилл, штат Нью-Джерси. Однако, по сравнению с двумя другими, Уильям Шокли сыграл важную или совсем другую роль в процессе разработки транзистора. Более десяти лет Шокли работал над проектом такого типа. Хотя у него была возможность успешно разработать теорию, он мог быть не в состоянии построить работающую модель после восьми лет практики. Чтобы заняться проектированием и разработкой, были вызваны Бардин и Браттейн. И создали «точечный» транзистор. Но биполярный транзистор был разработан Шокли, который заменил транзистор с точечным контактом, и он превосходил его. Таким образом, Шокли сыграл большую роль в изобретении транзистора. докторскую степень по квантовой физике. В 1936 году он начал работать над созданием транзистора, теории физики твердого тела. Тонкая проволока была включена в детекторы сигналов, содержащиеся в первых радиоприемниках, которые попадали на кристалл галенита. провод был известен как кошачий ус. Однако эти ранние радиоприемники не могли работать последовательно. Но он был основой для «точечного» транзистора, принципа, по которому работал детектор кристалла.0006 В первом транзисторе Браттейн и Бардин использовали вместо галенита германий. Однако они использовали похожие кошачьи усы. Биполярный транзистор, разработанный Shockley, устранил проблемные точечные контакты . В 1954 году компания Texas Instruments из Далласа впервые начала коммерческое производство переходных транзисторов для портативных радиоприемников. В том же 1954 году IBM объявила, что планирует заменить электронные лампы на транзисторы в своих компьютерах, и представила свой первый компьютер с 2000 транзисторами. Производство транзисторов также было начато японской компанией Sony, которая доминировала на рынке. Вместо электронных ламп Sony начала производить телевизоры с использованием транзисторов в 19 веке.60-е годы. И транзисторы заменили электронные лампы, и почти технология электронных ламп устарела. По состоянию на 2016 год самый мощный компьютерный процессор может содержать более семи миллиардов транзисторов. Преимущества и недостатки транзисторов В таблице ниже приведены преимущества и недостатки транзистора. ПРЕИМУЩЕСТВА НЕДОСТАТКИ Выходной импеданс транзистора является самым низким для усилителя BJT с общим коллектором, а его входной импеданс является самым высоким. Он потребляет очень низкое напряжение и используется в качестве источника тока с регулируемым током. Имеет более длительный срок службы и может выдерживать механическую вибрацию. Стоимость его не сильно высока, да и размер небольшой. В транзисторе нагрев катода не потребляет мощность. Место выхода из строя транзистора трудно отследить из-за его малых размеров. Кроме того, их нелегко отпаять и заменить новыми. Технология изготовления транзисторов очень сложна. Из-за второй поломки или термической ВПП его можно легко повредить. Более того, реверсивная блокирующая способность очень мала. Следующая темаЧто такое джойстик ← предыдущая следующий →

Что такое транзистор и как работает транзистор?

Транзистор является одной из основных частей большинства электронных устройств, который создает двоичные биты 0 и 1, необходимые для связи и булевой логики в компьютерах. Изобретение транзистора считается одним из самых важных изобретений в истории науки.

Растет спрос и использование транзисторов в электронных устройствах, таких как компьютеры, микросхемы памяти, MP3-плееры, камеры, твердотельные устройства хранения мультимедиа для электронных игр, микропроцессоры и подобные электронные гаджеты. Исследование, проведенное в течение прогнозируемого периода (т. е. 2020–2027 гг.), показало, что мировой рынок транзисторов расширяется со совокупным годовым темпом роста (CAGR) 4,1% .

Согласно исследованию Statista , продажи транзисторов производителями в Соединенном Королевстве в 2021 году составили примерно 212,4 миллиона фунтов стерлингов. Это увеличение продаж по сравнению с предыдущим годом показывает спрос на транзисторы в электронной промышленности.

В этом блоге мы разберемся в транзисторе, его типах и более подробно.

Содержание

1) Что такое транзистор?

2) Типы транзисторов

3) Как работает транзистор?

4) История транзисторов

5) Плюсы и минусы транзисторов

6) Заключение

Что такое транзистор?  

Термин «транзистор» относится к определенному классу полупроводниковых устройств, которые регулируют или управляют электрическими сигналами, такими как ток или напряжение. Он был изобретен и продемонстрирован 23 декабря 19 года.47, тремя американскими учеными по имени Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли. Слабый сигнал часто переносится из цепи с коротким сопротивлением в цепь с высоким сопротивлением с помощью коммутационного устройства или небольшого гаджета. Это элемент, состоящий из полупроводников.

Транзисторы образуют логические элементы при размещении вместе с различными конфигурациями, которые могут быть объединены в массивы (полусумматоры) или полные сумматоры. Транзистор состоит из двух PN-диодов, соединенных встречно-параллельно. Он также содержит три клеммы для ввода, вывода и функций переключения управления. Эти три вывода транзисторов называются базой, эмиттером и коллектором.

  

Названия этих выводов основаны на общем выводе транзистора. Он часто встречается в виде отдельных частей на печатных платах или реализован в интегральных схемах. Это важнейший строительный блок для современных технологических гаджетов.

Полупроводниковый материал приобретает дополнительный положительный заряд (P-тип) или отрицательный заряд (N-тип) во время легирования — химической процедуры, используемой для изготовления транзисторов. Это может быть сделано либо в конструкции PNP, либо в конструкции NPN с промежуточным материалом в качестве основы или регулятора потока. Когда напряжение или ток в среднем базовом слое незначительно изменяются, значительное количество электричества проходит через весь компонент, который можно использовать в качестве усилителя.

Теперь давайте разберемся с определением транзистора.

Определение транзистора  

Транзистор можно определить как трехслойное полупроводниковое устройство, которое используется для управления, усиления и генерации электрических сигналов. Транзистор — это сочетание двух слов «переход» и «резистор».

Вы заинтересованы в получении знаний по курсу Обучение робототехнике и автоматизации процессов ? Если да, зарегистрируйтесь прямо сейчас!  

Типы транзисторов  

Транзисторы в основном делятся на два типа в зависимости от использования схем.

Транзистор с биполярным переходом (BJT)  

Транзистор с биполярным переходом имеет три вывода: базу, эмиттер и коллектор. Даже незначительный ток, поступающий в область базы транзистора, может регулировать больший ток между выводами коллектора и эмиттера. Кроме того, существует две основные разновидности транзисторов с биполярным переходом (BJT): транзисторы PNP и транзисторы NPN, которые рассматриваются ниже: 

Транзистор PNP: Другой формой транзистора с биполярным соединением является транзистор PNP. Этот транзистор состоит из двух полупроводниковых материалов p-типа и полупроводникового материала n-типа, введенного посередине. Для разделения этих двух материалов p-типа используется тонкий слой полупроводника n-типа. Транзистор PNP состоит из двух последовательно соединенных кварцевых диодов. Кроме того, в этой конфигурации устройство также регулирует ток. Эти транзисторные диоды разделены на две стороны: диод коллектор-база справа и диод эмиттер-база слева.

В PNP-транзисторах дырки составляют большую часть носителей заряда, а электроны — неосновную часть. Стрелка в этом транзисторе служит для обозначения нормального протекания тока. Ток течет от вывода эмиттера этого транзистора и выходит на вывод коллектора. Транзистор PNP показан символом на изображении ниже.

Транзистор NPN: Другой распространенной формой транзистора с биполярным переходом (BJT) является транзистор NPN, который состоит из двух материалов n-типа и тонкого слоя полупроводника p-типа, введенного посередине. Основная задача транзистора NPN заключается в преобразовании слабых сигналов в сильные. Когда электроны переходят от эмиттера к области коллектора NPN-транзистора, через транзисторы протекает ток. Поскольку подвижность электронов NPN-транзисторов выше, чем подвижность дырок, в настоящее время они часто используются. Транзистор NPN с символом показан на изображении ниже.

Полевой транзистор  

Полевые транзисторы (FET) состоят из клемм затвора, истока и стока. Эти типы транзисторов считаются компонентами, управляемыми напряжением. Терминал Gate управляет током между истоком и стоком. Этот транзистор проводит электричество, используя либо P-канальный полевой транзистор, либо N-канальный полевой транзистор. Полевой транзистор можно увидеть на рисунке ниже.

Согласно закону Ома сила тока обратно пропорциональна импедансу цепи. Если сопротивление высокое, ток будет очень низким. Таким образом, полевые транзисторы потребляют чрезвычайно минимальный ток от источника питания схемы.

Таким образом, силовые элементы, прикрепленные к транзисторам, в результате не мешают работе транзисторов. Полевым транзисторам не хватает значительного усиления, которое производят биполярные транзисторы, что является основным недостатком полевых транзисторов.

Преимущества полевых транзисторов включают более простое производство, низкую стоимость и меньшую нагрузку. Однако биполярные транзисторы лучше, потому что они обеспечивают лучшее усиление.

Двумя основными типами полевых транзисторов являются полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы на основе оксида металла и кремния (MOSFET). По сравнению с транзисторами с полевым эффектом перехода (JFET) значения входного импеданса (MOSFET) более значительны.

Заинтересованы ли вы в карьере в Интернете вещей (IoT)? Тогда присоединяйтесь к курсу Internet of Things (IoT) Training прямо сейчас!  

Как работает транзистор?  

Поскольку кремний имеет более высокую допустимую нагрузку по току, более высокое номинальное напряжение и менее чувствителен к температуре, он обычно используется для изготовления транзисторов. Сегмент эмиттер-база остается смещенным в прямом направлении и проходит через область базы, чтобы установить базовый ток. Величина базового тока очень мала. Чтобы электроны переместились из области базы в область коллектора, ток базы должен создать дырку.

В транзисторах меньше электронов, чем в эмиттерах, потому что база транзистора очень узкая и слегка легированная. Эти несколько электронов из эмиттера перемещаются в собирающую область. Следовательно, ток коллектора можно получить, изменив площадь базы.

Переход база-эмиттер и переход база-коллектор биполярного переходного транзистора (BJT) обычно имеют прямое и обратное смещение.

Давайте используем транзистор NPN в качестве примера, чтобы продемонстрировать, как работает транзистор. Носителями тока в PNP-транзисторе являются дырки, а напряжения обратные. Другие применяемые концепции такие же, как и в транзисторе PNP.

Операции с NPN-транзисторами  

Поскольку эмиттер NPN-устройства изготовлен из материала n-типа, большинство носителей — электроны. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, дырки неосновных носителей будут перемещаться в сторону области n-типа, а электроны будут перемещаться из области n-типа в область p-типа.

Дырки и электроны сливаются при соприкосновении, позволяя току течь через соединение. Дырки и электроны покидают соединение, когда оно смещено в обратном направлении, что приводит к образованию обедненной области между двумя областями, где ток не может проходить.

Электроны покидают эмиттер и перетекают в базу, когда между базой и эмиттером проходит ток. Когда электроны попадают в обедненную область, они часто объединяются.

Однако в этом месте очень мало легирования и очень тонкая основа. Это указывает на то, что большинство электронов могут пройти через эту область, не рекомбинируя с дырками. Поэтому электроны пойдут в сторону коллектора. И таким образом в коллекторной цепи будет протекать ток.

История транзисторов

Транзистор — это твердотельный полупроводниковый прибор, который генерирует, регулирует и усиливает электрические импульсы (сигналы). После разработки Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б. Шокли в 1947 году в Bell Labs он заменил вакуумную лампу во многих приложениях.

Транзисторы создаются из различных слоев полупроводников путем смешивания примесей (таких как бор или мышьяк) с кремнием. Эти примеси влияют на то, как кремний проводит электричество. Транзисторы сыграли решающую роль в развитии электроники из-за их крошечных размеров, минимального тепловыделения, низкого энергопотребления, надежности, доступной цены и скорости работы.

Интегральные схемы заменили отдельные транзисторы в 1960-х и 1970-х годах, проложив путь к разработке современных компьютерных микросхем, содержащих миллиарды транзисторов. Сегодня транзисторы выполняют различные функции для разных целей практически в каждом электронном устройстве.

На следующем изображении показано развитие транзисторов с момента изобретения первого транзистора.

Плюсы и минусы транзисторов

Давайте обсудим преимущества и недостатки транзисторов в следующей таблице.

Плюсы

Минусы

1) Имеет более длительный срок хранения. 2) Имеет крошечный размер, да и стоимость не высока. 3) Для транзисторов с биполярным соединением выходной импеданс самый низкий, а входной импеданс самый высокий. 4) Потребление напряжения очень низкое. 5) Может выдерживать механические вибрации. 6) Нагреватель катода в транзисторе не потребляет энергию.

1) Трудно отследить место отказа из-за его крошечного размера. 2) Также сложно выпаять старые транзисторы для замены их новыми. 3) Для создания транзистора используются сложные технологии производства. 4) Может выйти из строя при повторной поломке. 5) Низкая реверсивная блокирующая способность. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника