Транзисторы принцип работы для чайников

Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА
• Primary Menu
• Принцип действия транзистора, внутреннее устройство и основные характеристики транзисторов
• Биполярный транзистор: принцип работы
• Что такое транзистор и как он работает?
• Как работают транзисторы
• Как работает транзистор?

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА (Транзистор — это просто-8)

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Транзисторы — это радиоэлектронные компоненты из полупроводникового материала, которые предназначены для преобразований, усилений и генерации электрических колебаний. Но всё же, как работает транзистор? Говоря простым языком с помощью транзистора можно управлять током. Транзисторами называются любые устройства, которое способно имитировать главные его свойства, а именно — изменять сигнал между двумя разными типами состояний при изменениях сигнала на управляющем электроде.

Транзисторы бывают двух типов: полевые; биполярные. Материалами изготовления служат германий и кремний, но при добавлении примесей способность проводить ток возрастает. Нужно рассмотреть оба типа транзисторов, для того чтобы понять как работает транзистор? На рисунке представлены три области p-n-p или n-p-n из которых состоит любой биполярный транзистор.

Структура транзистора В биполярных транзисторах носители зарядов двигаются от эмиттера к коллектору.

База отделяется от коллектора и эмиттера p-n переходами. Протекает ток через транзистор лишь при инжектировании носителей заряда через p-n переход из эмиттера в базу. Находясь в базе, они начинают становиться неосновными носителями заряда и достаточно легко проникают через p-n переходы. Управление током между коллектором и эмиттером осуществляется за счет изменения напряжения между базой и эмиттером.

Конструкция транзистора Как работает транзистор в цепи электрического тока? Основной принцип работы транзистора заключается в управлении электрическим током с помощью незначительного тока являющегося своего рода управляющим током. В полевых транзисторах носители зарядов движутся к коллектору от эмиттера через базу. Существует канал, в легированном проводнике находясь в промежутке между нелегированной подложкой и затвором.

В подложке отсутствует заряд, и она не проводит ток. Перед затвором есть область обеднения с отсутствием носителей заряда. Таким образом, вся ширина канала ограничивается пространством между областью обеднения и пространством между подложкой.

Напряжение, прикладываемое к затвору, уменьшает или увеличивает область обеднения, и тем самым ширину самого канала, контролируя при этом ток. Многие начинающие радиолюбители не так представляют себе принцип работы транзистора.

Они думают, что транзистор способен усилить мощность источника питания, но это далеко не так. Важно понимать, что транзистор управляет большим током коллектора с помощью маленького тока протекающего через базу. Здесь речь идет скорее всего об управлении чем об усилении. На выходе мы получаем «копию» тока эммитера но усиленного в несколько раз. Только запутываете новичков Еще и диод вставь для развязки. А то транзистор перегружает питание моторчика.

Сопротивление надо подбирать методом научного тыка. В м живемс E-Mail обязательное. Подписаться на уведомления о новых комментариях. Запомнить меня. All Rights Reserved. Запрещено копирование материалов без активной ссылки на этот сайт. Как работает транзистор? Подробности Категория: Начинающим Опубликовано Обновить список комментариев.

Полезные ссылки! Справочные данные. Форма входа. Группа в ВК. Самые читаемые. Последние комментарии. Из личного опыта: Количество витков катушек следует уменьшить. Максимальная чувствительност ь 15 см Последние материалы.

Последнии темы форума. Нет сообщений для показа. Вы здесь: Главная Начинающим. Desktop Version.

Primary Menu

Ну… усиление это когда мы производим какое-то действие, чтобы было лучше, качественнее, комфортнее, удобнее, безопаснее. По-моему как-то так. Усиливаем подвеску на машине, чтобы езда была комфортнее. Усиливаем фундамент под дом, загоняя туда железную арматуру, чтобы дом стоял долго и не трещал. Усиливаем армию военной техникой, чтобы обеспечить себе и своему народу безопасность, усиливаем свое тело, чтобы выглядеть уверенно и дать отпор гопникам. Усиливаем подвеску на машине, то есть делаем ее мощнее.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА. Транзисторы можно разделить на два класса — биполярные и униполярные. В биполярных.

Принцип действия транзистора, внутреннее устройство и основные характеристики транзисторов

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности. Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств — от нескольких нанометров бескорпусные элементы, используемые в микросхемах , до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до В. Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и других химических элементов. Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов некоторые виды полимеров, и даже углеродных нанотрубок.

Биполярный транзистор: принцип работы

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

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.

Что такое транзистор и как он работает?

Основы электроники. Практическую значимость биполярного транзистора для современной электроники и электротехники невозможно переоценить. Биполярные транзисторы применяются сегодня повсюду: для генерации и усиления сигналов, в электрических преобразователях, в приемниках и передатчиках, да и много где еще, перечислять можно очень долго. Поэтому в рамках данной статьи мы не будем касаться всевозможных сфер применения биполярных транзисторов, а только рассмотрим устройство и общий принцип действия этого замечательного полупроводникового прибора, который начиная с х годов перевернул всю электронную промышленность, а с х годов сильно способствовал ускорению технического прогресса. Биполярный транзистор — трехэлектродный полупроводниковый прибор, включающий себя в качестве основы три слоя чередующихся по типу проводимости. Полупроводниковые материалы, из которых делают транзисторы, это в основном: кремний, германий, арсенид галлия и другие.

Как работают транзисторы

Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого. Погляди в схему программатора там где был пример с делителем. Видишь стоят диоды, как думаешь, зачем? А все просто.

Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n меня была та же проблема с пониманием принципа работы транзистора.

Как работает транзистор?

Транзисторами transistors, англ. Их основным свойством является возможность посредством сравнительно низких входных сигналов осуществлять управление высоким током на выходах цепи. Для радиодеталей, которые используются в современных сложных электроприборах, применяются полевые транзисторы. Благодаря свойствам этих элементов выполняется включение или выключение тока в электрических цепях печатных плат, или его усиление.

Транзисторы можно разделить на два класса — биполярные и униполярные. Заряд избыточных неосновных носителей, инжектированных в базу, компенсируется равным по величине зарядом основных носителей, так что электрическая нейтральность в базе сохраняется. Полевой транзистор ПТ является униполярным прибором, в котором количество носителей в токе через проводящую область определяется электрическим полем, приложенным к поверхности или p-n-переходу полупроводника. В полевом транзисторе поток электронов направлен от истока, представляющего омический контакт, через проводящий канал к стоку, также представляющему омический контакт рис. Канал имеет длину в направлении протекания тока и соответственно ширину в направлении, перпендикулярном току и поверхности. В полевом транзисторе с p-n-переходом управляющим электродом затвором является слой полупроводника, тип проводимости которого р-тип противоположен типу проводимости канала n-тип.

Радиоэлектронный элемент из полупроводникового материала с помощью входного сигнала создает, усиливает, изменяет импульсы в интегральных микросхемах и системах для хранения, обработки и передачи информации.

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

Транзистор transistor, англ. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению.

Npn транзистор как работает

Главная О сайте BEAM-робототехника BEAM-роботы Искусственная жизнь BEAM-философия Технологии и устройство Робототехника для начинающих Как сделать первого робота Несколько увлекательных экспериментов с первым самодельным роботом Основы Электроника для начинающих Электронные компонеты Резистор Конденсатор Диод Транзистор Светодиод Фототранзистор Основы электроники Алгебра логики Логическое сложение Логическое умножение Логическое отрицание Законы алгебры логики Логические элементы Логические микросхемы Схемы роботов Разработка схем роботов Математические методы Основы схемотехники Схема робота, ищущего свет Схема робота, избегающего препятствия Технологии Платформы Макетирование Монтаж BEAM-роботов Как сделать робота Как сделать простейшего робота в домашних условиях Как сделать простого робота на одной микросхеме Как создать робота с логической схемой Создание робота для поиска света с элементами логики Робот своими руками, избегающий препятствия Самодельный рисующий робот.

Основы Транзистор. Биполярный транзистор. Как работает транзистор. Схема, демонстрирующая принцип работы транзистора.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• О транзисторах «на пальцах». Часть 1. Биполярные транзисторы
• Устройство, принцип работы и различие N-P-N и P-N-P транзисторов
• Транзистор биполярный
• Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает
• Как работает биполярный транзистор
• Как работает транзистор?
• Не могу понять как работает транзистор. Биполярный транзистор: принцип работы
• Транзисторы: схема, принцип работы,​ чем отличаются биполярные и полевые
• Биполярный транзистор как ключ (БТ, BJT)
• Что такое транзистор и как он работает?

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок №19. NPN и PNP биполярные транзисторы

О транзисторах «на пальцах». Часть 1. Биполярные транзисторы

Существуют два основных вида транзисторов: полевые и биполярные. В этом материале я вам расскажу об устройстве биполярных транзисторов и мы поговорим о принципе работы и в чем их основное различие.

Итак, поехали. Согласно записям официальной истории дату Именно в этот день был представлен общественности первый транзистор, который был собран тремя учеными, а именно: Д. Бардин, У. Шокли и У. Появление биполярного транзистора позволило отказаться от использования электронных ламп. Вся современная электроника была бы невозможна без этого изделия. Вот такое важное открытие было совершено в середине го столетия. Теперь от истории перейдем к нашим биполярным транзисторам. Итак, биполярный транзистор схематически можно представить следующим образом:.

Посмотрите внимательно на изображение, вам оно ничего не напоминает? Да, вы правы, если присмотреться и мысленно разделить зону N — перехода, то перед нами два соединенных между собой диода запомните этот момент, в дальнейшем он нам понадобится. Для определения какой проводимости перед нами диод, достаточно прочитать направление P-N перехода.

На рисунке выше у нас проводимость типа P-N-P. Это означает, что перед нами транзистор прямой проводимости так как принято считать, что ток проходит от плюса к минусу. А вот у транзистора N-P-N типа проводимость обратная. Вы заметили, что в обоих вариантах исполнения присутствуют три вывода под названием:. Эмиттер источник, генератор , База основа и Коллектор сборщик, накопитель.

Из всего выше написанного вы уже наверняка поняли, что есть транзисторы обратной и прямой последовательности, а это значит, что и на схемах такие элементы должны иметь различия. Давайте их рассмотрим. Итак, обозначение транзистора прямой проводимости на схемах будет следующее:.

А вот транзистор обратной проводимости обозначается уже так:. На самом деле определить по схеме тип биполярного транзистора довольно просто, достаточно помнить следующее правило:. Если вы посмотрите на схему, то увидите, что эмиттер изображен со стрелкой, которая либо направлена к базе либо от нее.

Так вот если транзистор N-P-N типа, то есть база выполнена из P— полупроводника, то ток течет от базы стрелка эмиттера от базы. Если же база выполнена из N — полупроводника, то ток стрелка втекает в базу. С обозначением и устройством вроде все понятно, а вот как он работает давайте разбираться:.

Давайте представим биполярный транзистор в виде водяной трубы с задвижкой с пружинным механизмом. Как видно из рисунка сверху беспрепятственному протеканию воды по трубе мешает задвижка с пружинным механизмом, если мы приложим небольшое усилие откроем задвижку сжав пружину , то вода беспрепятственно потечет по трубе.

Если же мы отпустим пружину, то она распрямится и вернет задвижку на место, тем самым перекрыв трубу и поток воды будет остановлен. Теперь вообразите, что данная труба — это транзистор P-N-P типа, значит его выводы можно представить следующим образом:. Получается, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору напоминаю, что направление тока совпадает с направлением стрелки на эмиттере нужно сделать так, чтобы ток выходил из базы, или говоря по простому: подать на базу минус.

Давайте наглядно проверим работу такого транзистора. Для этого возьмем КТБ и соберем простенькую схему с двумя источниками питания. Для того, чтобы правильно подключить транзистор необходимо знать какой вывод является эмиттером, базой и коллектором.

Для этого находим техническую документацию и определяем:. Лампочку я буду использовать самую обычную автомобильную, рассчитанную на 12 Вольт. Собранная схема будет выглядеть так:. А на первом источнике питания начинаем очень плавно с нуля поднимать напряжение ровно до того момента, пока не загорится наша лампа.

Схема заработала при напряжении 0,66 Вольт на первом источнике. То есть произошло «открытие» транзистора и через цепь эмиттер-коллектор начал проходить ток. Иначе говоря, напряжение, которое открыло наш транзистор — это ни что иное как падение напряжения на P-N переходе база-эмиттер, которое как раз и находится в пределах от 0,5 до 0,7 В для кремниевых транзисторов. А как дела обстоят с транзисторами, где используется N-P-N переход. Если внимательно посмотреть на техническую документацию к транзистору КТБ, то можно найти запись о том, что комплиментарной парой к этому транзистору является КТБ, а он различается лишь тем что здесь используется N-P-N переход.

И схема подключения будет выглядеть так:. Посмотрите внимательно на эту схему и схему включения КТБ, вы ничего не заметили? Все верно, единственное различие между этими двумя транзисторами заключено в том, что транзистор с P-N-P переходом открывается «минусом» так как на базу подается отрицательный потенциал , а вот транзистор N-P-N открывается «плюсом».

В этом материале мы с вами познакомились с устройством биполярных транзисторов, их устройстве и принципе работы, а также с тем как они обозначаются на схемах. Если статья оказалась вам интересна или полезна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Устройство, принцип работы и различие N-P-N и P-N-P транзисторов

Поскольку коллекторный ток транзистора пропорционально ограничен его током базы, то транзистор можно использовать как своего рода ключ с токовым управлением. Относительно небольшой поток электронов, передаваемых через базу транзистора, обладает способностью управлять намного большим потоком электронов через коллектор. Предположим, у нас есть лампа, которую мы хотели включать и выключать с помощью ключа. Такая схема была бы предельно простой, как на рисунке ниже a. Для иллюстрации, давайте вставим вместо ключа транзистор, чтобы показать, как он может управлять потоком электронов через лампу. Помните, что управляемый ток через транзистор должен проходить между коллектором и эмиттером. Поскольку мы хотим контролировать ток через лампу, то мы должны подключить коллектор и эмиттер нашего транзистора на место двух контактов ключа.

Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n.

Транзистор биполярный

С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются. На ремонт уходит немало средств, порой, достигая до 50 процентов от стоимости аппарата. И что досадно, некоторые из этих поломок можно было устранить самому, имея начальные знания о том, как работает транзистор. Почему он? Именно транзисторы чаще всего выходят из строя. Чтобы легче разобраться в работе транзистора, необходимо иметь представление о нем. Он является полупроводником, что указывает на его способность проводить ток в одном направлении и не пропускать в другом. Чтобы достичь таких характеристик используются разные способы изготовления.

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

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие.

Нашу сильную зависимость от электроники в современном мире не описать.

Как работает биполярный транзистор

Принцип полупроводникового управления электрическим током был известен ещё в начале ХХ века. Несмотря на то, что инженеры, работающие в областях радиоэлектроники, знали как работает транзистор, они продолжали конструировать устройства на основе вакуумных ламп. Причиной такого недоверия к полупроводниковым триодам было несовершенство первых точечных транзисторов. Семейство германиевых транзисторов не отличались стабильностью характеристик и сильно зависели от температурных режимов. Серьёзную конкуренцию электронным лампам составили монолитные кремниевые транзисторы лишь в конце х годов. С этого времени электронная промышленность начала бурно развиваться, а компактные полупроводниковые триоды активно вытесняли энергоёмкие лампы со схем электронных приборов.

Как работает транзистор?

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация. Биполярные транзисторы.

Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n.

Не могу понять как работает транзистор. Биполярный транзистор: принцип работы

Товарищи, ситуация такая. Мне нужно с мозга машины преобразовать с 5В на 12В и с точностью повторить. Смысл в том, что мне нужно подключить другую катушку зажигания к машине, в ней встроен коммутатор. На этот коммутатор приходят импульсы 12В для начала накопления.

Транзисторы: схема, принцип работы,​ чем отличаются биполярные и полевые

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века.

В этом цикле статей мы попытаемся просто и доходчиво рассказать о таких непростых компонентах, как транзисторы. Сегодня этот полупроводниковый элемент встречается почти на всех печатных платах, в любом электронном устройстве в сотовых телефонах, в радиоприёмниках, в компьютерах и другой электронике.

Биполярный транзистор как ключ (БТ, BJT)

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности. Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств — от нескольких нанометров бескорпусные элементы, используемые в микросхемах , до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до В. Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и других химических элементов.

Что такое транзистор и как он работает?

Если рассматривать механические аналоги, то работа транзисторов напоминает принцип действия гидравлического усилителя руля в автомобиле. Но, сходство справедливо только при первом приближении, поскольку в транзисторах нет клапанов. В этой статье мы отдельно рассмотрим работу биполярного транзистора. Основой устройства биполярного транзистора является полупроводниковый материал.

усилительный элемент, как он работает

Транзистор является трехэлектродным полупроводниковым прибором. Его основой (базой), как и у полупро-водникового диода, которому был посвящен третий практикум, служит пластинка полупроводника, но в объеме этого полупроводника искусственно созданы две противоположные ему по — электропроводности области (рис. 26).

Пластинка полупроводника и две области в ней образуют два р-n перехода. Если две крайние области обладают электропроводностью R-типа, а пластинка электропроводностью n-типа, такой транзистор имеет структуру р-n-р (рис. 26, а). Если, наоборот, электропроводность крайних областей «-типа, а пластинки — р-типа, такой транзистор имеет структуру n-р-n (рис. 26, б).

Независимо от структуры транзистора, саму пластинку полупроводника называют базой (б), крайнюю область меньшего объема — эмиттером (э), другую крайнюю область большего объема — коллектором (к). Переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, между коллектором и базой — коллекторным.

Условные изображения на схемах транзисторов разных структур отличаются только тем, что стрелка, обозначающая эмиттер, у транзистора структуры р-n-р обращена в сторону базы, а у транзистора структуры n-р-n от базы. Стрелка эмиттера символизирует направление тока через транзистор.

У начинающих радиолюбителей наибольшей популярностью пользуются транзисторы структуры р-n-р. Такую структуру имеют, например, низкочастотные маломощные транзисторы серий МП39…МП42. Для этого практикума можно использовать любой из транзисторов этих серий.

Переходы транзистора — диоды. Транзистор можно представить себе как два включенных встречно диода, совмещенных в одной пластинке полупроводника и имеющих один общий катод, роль которого выполняет база транзистора. В этом нетрудно убедиться на опыте.

Между коллектором и базой транзистора включи соединенные последовательно батарею 3336Л и лампочку накаливания, рассчитанную на напряжение 2,5 В и ток 0,15 А. Если плюс источника напряжения соединен базой, а минус с коллектором, то лампочка гореть не будет (рис. 27), При другой полярности напряжения источника питания лампочка должна гореть.

В первом случае постоянное напряжение подается на коллекторный переход в обратном, то есть непропускном направлении. В это время коллекторный р-n переход закрыт, его сопротивление велико и через него, как и через закрытый диод, течет незначительный обратный ток, именуемый в данном случае обратным током коллектора Iкo.

У исправного транзистора серий МП39…МП42 обратный ток коллектора не превышает, как правило, 20…30 мкА. Такой ток не может накалить нить лампочки. При втором включении батареи ее напряжение подано на коллекторный переход в прямом, то есть пропускном, на-правлении переход открыт и через него течет прямой ток коллектора Iк, сила которого определяется в основном сопротивлением нити лампочки и внутренним сопротивлением источника питания.

Проведи аналогичный опыт с эмиттерным р-n переходом. Результат будет таким же: при обратном напряжении переход будет закрыт, при прямом — открыт. Различают два основных режима работы транзистора: режим переключения, именуемый иногда ключевым, и режим усиления.

Транзистор в режиме переключения. Опыт, иллюстрирующий работу транзистора в таком режиме, проводи по схеме, показанной на рис. 28. Между эмиттером и коллектором транзистора V включи последовательно соединенные батарею GB (3336Л), выключатель 5 (тумблер) и ту же лампочку накаливания (2,5 ВХО,15 А).

Они образуют коллекторную цепь транзистора. Положительный электрод батареи должен быть соединен с эмитте-ром, а отрицательный — с коллектором (через выключатель и лампочку). Замкни проволочной перемычкой базу с эмиттером (на схеме рис. 28 показано штриховой линией) и включи питание. Лампочка, включенная в коллекторную цепь транзистора, не горит.

Удали перемычку и на некоторое время включи между этими электродами транзистора последовательно соединенные один гальванический элемент 332 (G) и резистор (Rб) сопротивлением 100…200 Ом, но так, чтобы минус элемента был обращен к базе, а плюс к эмиттеру. Лампочка горит, хотя, возможно, неярко.

Поменяй местами полярность элемента. Теперь лампочка не горит. Повтори этот опыт несколько .раз, и ты убедишься в том, что лампочка в коллекторной цепи горит только тогда, когда на базе относительно эмиттера бывает отрицательное напряжение.

В первом из этих опытов, когда ты, соединив перемычкой базу с эмиттером, замкнул накоротко эмиттерный переход, транзистор стал просто диодом, на который подавалось обратное, закрывающее его напряжение. Через него шел лишь незначительный неуправляемый обратный ток коллекторного перехода. Транзистор находился в закрытом состоянии.

Удалив перемычку, ты восстановил эмиттерный переход. Первым включением элемента на базу было подано небольшое постоянное напряжение Uб в прямом для эмиттерного перехода направлении. Эмиттерный переход открылся, через него пошел прямой ток, который открыл второй переход транзистора — коллекторный. Транзистор оказался открытым, и по цепи эмиттер — база — коллектор пошел ток транзистора, который значительно больше тока в цепи эмиттер — база. Он и накалил нить лампочки.

Когда ты изменил полярность включения элемейта на обратную, положительное напряжение Uб закрыло эмиттерный переход, а вместе с ним закрылся и коллекторный переход. При этом ток через транзистор почти прекратился, и лампочка не горела.

В этих опытах транзистор был в одном из двух состояний: открытом или закрытом. Переключение транзистора из одного состояния в другое происходило под действием тока в цепи эмиттер — база, создаваемого напряжением на базе. Это и есть режим переключения. Такой режим работы транзистора широко используют, в частности, в аппаратуре электронной автоматики.

Измерь миллиамперметром токи базовой и коллекторной цепей транзистора. Ток в базовой цепи может быть несколько миллиампер, а в коллекторной достигать 80…100 мА. Значит, можно сделать вывод: относительно небольшой ток базы управляет значительным током коллекторной цепи транзистора. Транзистор, следовательно, усиливает ток.

Усилительные свойства транзистора характеризуются статическим коэффициентом передачи тока базы h31Э (читают так: аш-два-один-Э). Большая буква Э в обозначении говорит о том, что при измерении этого параметра транзистор включают по так называемой схеме с общим эмиттером. Практически можно считать, что коэффициент h21Э равен частному от деления тока коллектора Iк на ток базы Iб, то есть

Если, например, ток коллектора в 50 раз больше тока базы, то можно считать, что статический коэффициент передачи тока этого транзистора равен приблизительно 50. Обычно в радиолюбительских конструкциях усилителей или приемников используют транзисторы с коэффициентом Ii2ia от 30…40 до 80…100. Чем он больше, тем, естественно, транзистор может дать большее усиление сигнала.

Какова в проведенных опытах роль резистора R$? Ограничивать ток базы и тем самым предотвращать тепловой пробой эмиттерного перехода. Вообще же во время этих опытов транзистор работал при базовом и коллекторном токах, превышающих допустимые. Длительное использование маломощного транзистора при таких токах может привести к выходу его из строя.

Транзистор в режиме усиления. Для иллюстрации работы транзистора в этом режиме проведи следующую серию опытов с тем же транзистором. Первый опыт проиллюстрирован на рис. 29. Это простейший одно-транзисторный усилитель низкой частоты (НЧ). Зажимы слева («Вход»), куда подводится усиливаемый низкочастотный сигнал, являются входом, а участок коллекторной цепи транзистора, в которую включена нагрузка — телефоны BI — выходом усилителя НЧ.

Между базой транзистора и минусовым проводником батареи GB, питающей усилитель, включи резистор Re, сопротивление которого подбери опытным путем (что на схемах обозначают звездочкой). Через него на базу должно подаваться небольшое, около 0,1…0,15 В, начальное отрицательное напряжение, именуемое смещением.

Напряжение смещения создает в базовой цепи ток, приоткрывающий транзистор. Резистором Rб устанавливают исходный ток коллектора IК| соответствующий работе транзистора в режиме усиления. Без смещения транзистор будет искажать усиливаемый сигнал.

Конденсатор Сраз на входе усилителя является разделительным элементом: не оказывая заметного сопротивления колебаниям НЧ, то есть электрическим колебаниям звукового диапазона, он в то же время должен препятствовать замыканию постоянной составляющей базовой цепи транзистора на плюсовой проводник батареи питания через источник усиливаемого сигнала. Роль разделительного, или связывающего элемента, может выполнять электролитический конденсатор любого типа (ЭМ, К50-3, К50-6) емкостью 5… 10 мкФ на номинальное напряжение 6…10 В.

Транзистор V, базовый резистор Rб и электролитический конденсатор Сраз смонтируй на пластинке из картона или сухой фанеры (см. рис, 29 внизу) размерами примерно 60X120 мм. На свободном месте этой монтажной платы позже можно будет смонтировать второй каскад усиления колебаний низкой частоты.

Желательно, чтобы головные телефоны В1, включаемые в коллекторную» цепь транзистора, были низкоомны-ми (например, ТА-56), с катушками электромагнитов сопротивлением постоянному току 60…120 Ом. Можно также использовать телефонный капсюль ДЭМ-4М, включив его, как и телефоны, непосредственно в коллекторную цепь транзистора.

Обрати особое внимание на полярность включения электролитического конденсатора Сраз: отрицательной обкладкой он должен быть соединен с базой, где относительно эмиттера действует наибольшее (0,1. ..0,2 В) отрицательное напряжение смещения, открывающее транзистор, а положительной обкладкой — с эмиттером (через источник усиливаемого сигнала).

Проверь монтаж — нет ли ошибок. Если монтаж выполнен точно по принципиальной схеме усилителя, то включи в коллекторную цепь транзистора миллиамперметр (на схеме эта точка обозначена крестом), подключи батарею и, подбирая резистор Rб, установи в коллекторной цели ток покоя, равный 1…2 мА.

Если ток меньше рекомендуемого, то в базовую цепь включай резистор меньшего сопротивления, если, наоборот, больше, — резистор большего сопротивления. Вообще же, чем больше коэффициент h31Э транзистора, тем больше должно быть сопротивление базового резистора.

Затем подай на вход усилителя низкочастотный сигнал, источником которого может быть, например, абонентский громкоговоритель .(на рис. 29 — В2), который можно использовать как электродинамический микрофон.

Если говорить перед таким «микрофоном», то создаваемые им колебания звуковой частоты будут усиливаться транзистором, а телефоны, включенные в коллекторную цепь, преобразовывать их в звук.

Чтобы лучше ощутить эффект усиления, подключи этот источник низкочастотного сигнала сначала непосредственно к телефонам, выключив предварительно питание, а затем вновь ко входу усилителя. Разница в громкости звучания телефонов должна быть значительной.

На вход усилителя можно включить звукосниматель (прибор, преобразующий механические колебания иглы в электрические колебания) и проиграть грампластинку — в телефонах на выходе усилителя будут слышны достаточно громкие звуки мелодии или голос певца, записанные на грампластинку.

Отключи временно резистор Re, от базы или минусового проводника источника питания. Как теперь звучат телефоны? Тише и, кроме того, со значительными искажениями звука.

Так и должно быть, так как транзистор работает без смещения. В этом случае эмиттерный переход транзистора открывается только при отрицательных полупериодах входного сигнала, а при положительных полупериодах он остается закрытым. Отсюда и искажения.

На предыдущем практикуме, посвященном колебательному контуру, ты сделал детекторный приемник. Теперь, пользуясь рис. 30, добавь к нему усилитель низкой частоты. Здесь резистор RH сопротивлением 10…12 кОм, заменивший головные телефоны детекторного приемника, выполняет роль нагрузки детектора VI. Создающиеся на нем колебания низкой частоты через разделительный конденсатор Сраз поступают на вход усилителя.

Обрати внимание на включение диода VI, выполняющего роль детектора: катодом он соединен с колебательным контуром, а анодом — с нагрузочным резистором.

Теперь телефоны звучат значительно громче, чем в детекторном приемнике.

В этих опытах на вход усилителя подавалось переменное напряжение низкой частоты, источником которого были: в первом опыте — электродинамическая головка абонентского громкоговорителя, преобразующая звуковые колебания в электрические, во втором — выходная цепь детекторного приемника.

Эта переменное напряжение Uб (см. графики на рис. 29) создавало в цепи эмиттер — база слабый переменный ток, управляющий значительно большим током коллектора IК: при отрицательных полупериодах на базе коллекторный ток увеличивался, при положительных — уменьшался. Происходило усиление, а усиленный сигнал преобразовывался телефонами в звуковые колебания. Транзистор работал в режиме усиления.

В опытах этого практикума использовался транзистор структуры р-n-р. Аналогичные опыты можно провести и с маломощными транзисторами структуры n-р-n, например, серий МП35…МП38, КТ315. В этом случае надо только изменить полярность включения источника питания и электролитического конденсатора. Запомни; коллектор транзистора структуры n-р-n должен соединяться через нагрузку с плюсом, а эмиттер — с минусом источника питания.

В заключение — коротко о способах включения транзистора. Во всех опытах этого практикума, кроме самого первого, транзистор был включен по схеме с общим эмиттером. Усиливаемый сигнал подводился к выводам базы и эмиттера, а усиленный сигнал снимался с участка цепи между выводами эмиттера и коллектора. Эмиттер, таким образом, был общим для входной и выходной цепей транзистооа. Отсюда и название способа включения транзистора: с общим эмиттером, оно особенно распространено в радиолюбительской практике.

Литература:  Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. 1984.

Полевой МОП транзистор – устройство и принцип работы

Транзисторами (transistors, англ.) называют полупроводниковые триоды у которых расположено три выхода. Их основным свойством является возможность посредством сравнительно низких входных сигналов осуществлять управление высоким током на выходах цепи.

Для радиодеталей, которые используются в современных сложных электроприборах, применяются полевые транзисторы. Благодаря свойствам этих элементов выполняется включение или выключение тока в электрических цепях печатных плат, или его усиление.

Часть 2. Полевой транзистор с изолированным затвором MOSFET

Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, затвор которого электрически изолирован от проводящего канала полупроводника слоем диэлектрика. Благодаря этому, у транзистора очень высокое входное сопротивление (у некоторых моделей оно достигает 1017 Ом).
Принцип работы этого типа полевого транзистора, как и полевого транзистора с управляющим PN-переходом, основан на влиянии внешнего электрического поля на проводимость прибора.

В соответствии со своей физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором носит название МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник), или МДП-транзистор (Металл-Диэлектрик-Полупроводник). Международное название прибора – MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

МДП-транзисторы делятся на два типа – со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В каждом из типов есть транзисторы с N–каналом и P-каналом.

Типы МОП-транзисторов

Униполярные транзисторы делятся на p-канальные или n-канальные. Они могут иметь:

Собственный (встроенный) канал. Без напряжения канал открыт. Для закрытия канала необходимо подать ток определенной полярности.

Индуцированный (инверсный) канал. При отсутствии приложенного электротока он закрыт. Для его открытия прикладывают напряжение нужной полярности. Для n-канальных транзисторов отпирающим является напряжение, положительное относительно истока. Его величина должна быть больше порогового значения, установленного для данного транзистора. Для p-канальных моделей отпирающим будет отрицательное относительно истока напряжение, приложенное к затвору.

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом.

На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с N-каналом) созданы две зоны с повышенной электропроводностью N+-типа. Все это покрывается тонким слоем диэлектрика, обычно диоксида кремния SiO2. Сквозь диэлектрический слой проходят металлические выводы от областей N+-типа, называемые стоком и истоком. Над диэлектриком находится металлический слой затвора. Иногда от подложки также идет вывод, который закорачивают с истоком

Что это такое

Полевой транзистор — это радиоэлемент полупроводникового типа. Он используется для усиления электросигнала. В любом цифровом приборе схема с полевым транзистором исполняет роль ключа, который управляет переключением логических элементов прибора. В этом случае использование ПТ является очень выгодным решением проблемы с точки зрения уменьшения размеров устройства и платы. Обусловлено это тем, что цепь управления радиокомпонентами требует не очень большой мощности, а значит, что на одном кристалле могут располагаться тысячи и десятки тысяч транзисторов.

Схема подключения электротранзистора полевого типа

Материалами, из которых делают полупроводниковые элементы и транзисторы в том числе, являются:

• Фосфид индия;
• Нитрид галлия;
• Арсенид галлия;
• Карбид кремния.

График области насыщения электротранзистора
Важно! Полевые транзисторы также называют униполярными, так как при протекания через них электротока используется только один вид носителей.

Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом N-типа.

Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет, поскольку между зонами N+ находиться область P, не пропускающая электроны. Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока Uзи, возникнет электрическое поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.

Когда Uзи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок. Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток Iси. Чем выше напряжение на затворе транзистора Uзи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.

Принцип работы МДП-транзистора с каналом P–типа такой же, только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.

Основные правила при использовании мощных МОП ПТ

1. Необходимо остерегаться выбросов напряжения сток-исток, которые появляются при переключениях.
2. Нельзя превышать параметры пикового тока
3. Не рекомендуется работать на среднем значении тока, выше нормированного значения.
4. Желательно оставаться в заданных температурных пределах.
5. Обязательно нужно обращать внимание на топология схемы.
6. Необходимо соблюдать осторожность, применяя интегральный диод тело-сток.
7. Нужно соблюдать предельную внимательность, сравнивая нормы токовых значений.

Обладая огромными преимуществами, мощные полевые транзисторы МОП при правильном применении служат для улучшения конструкции системы, которая при обладании меньшим количеством элементом может быть лучше, компактнее, функциональнее, чем аналогичные приборы, но другой компоновки и типа.

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.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора с индуцированным каналом.

ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором похожи на ВАХ полевого транзистора с управляющим PN-переходом. Как видно на графике а), вначале ток Iси растет прямопропорционально росту напряжения Uси. Этот участок называют омическая область (действует закон Ома), или область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда ). Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток Iси практически не растет. Этот участок называют активная область.

Когда Uси превышает определенное пороговое значение (напряжение пробоя PN-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор превращается в обычный проводник. Данный процесс не восстановим, и прибор приходит в негодность.

Крутизна

Крутизна gFS

является мерой чувствительности тока стока к изменениям управляющего напряжения
UЗИ
. Этот параметр обычно определяется в области значений напряжения
UЗИ
, дающего половину максимального тока стока, и для области значений
UСИ
, в которых ток стока постоянен по
UСИ
(область насыщения). На крутизну влияет ширина затвора, которая увеличивается по отношению к активной области ячейки с увеличением плотности ячеек. Указанная плотность в исторической перспективе возросла от примерной цифры 80 тыс. ячеек на квадратный сантиметр в 1980 г. до значений в 1,2 млн (для планарных транзисторов) и 1,9 млн (для траншейных) в настоящее время. Ограничивающим фактором для дальнейшего роста являются сложности управления фотолитографическим процессом и сложности создания надежного контакта с металлизацией истока в центре ячейки.

На значение крутизны также оказывают влияние длина канала и толщина оксидного слоя затвора. Для роста крутизны и уменьшения сопротивления включенного транзистора нужно уменьшать длину канала, сдерживается же эта тенденция описанным выше явлением сквозного прокола.

Работа МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом N-типа.

Подключим к транзистору напряжение между стоком и истоком Uси любой полярности. Оставим затвор отключенным (Uзи = 0). В результате через канал пойдет ток Iси, представляющий собой поток электронов.

Далее, подключим к затвору отрицательное напряжение относительно истока. В канале возникнет поперечное электрическое поле, которое начнет выталкивать электроны из зоны канала в сторону подложки. Количество электронов в канале уменьшиться, его сопротивление увеличится, и ток Iси уменьшиться. При повышении отрицательного напряжения на затворе, уменьшается сила тока. Такое состояние работы транзистора называется режимом обеднения.

Если подключить к затвору положительное напряжение, возникшее электрическое поле будет притягивать электроны из областей стока, истока и подложки. Канал расшириться, его проводимость повыситься, и ток Iси увеличиться. Транзистор войдет в режим обогащения.

Как мы видим, МДП-транзистор со встроенным каналом способен работать в двух режимах — в режиме обеднения и в режиме обогащения.

Динамические характеристики

При использовании транзистора MOSFET в качестве силового ключа его основной функцией является включение/выключение тока стока по сигналу на затворе. Рис. 11а иллюстрирует характеристику Iс

(
Uзи
), а рис. 11(б) — эквивалентную схему, часто используемую при анализе ключевых свойств MOSFET.

Рис. 11. а) Крутизна как характеристика транзистора; б) эквивалентная схема с указанием элементов, наиболее сильно влияющих на переключение

Ключевые свойства определяются временем, необходимым для установления определенных напряжений на паразитных емкостях. Распределенное сопротивление затвора Rg

приблизительно обратно пропорционально площади ячейки. Индуктивности выводов истока Ls и стока Ld имеют порядок десятков нГн. Типичные значения входной (
Сiss
) и выходной (
Coss
) емкостей, а также емкости обратной связи
Crss
приведены в описаниях транзисторов и используются разработчиками для определения номиналов компонентов, входящих в схему. Эти емкости определяются через емкости эквивалентной схемы следующим образом:

Емкость затвор-сток CGD

является нелинейной функцией напряжения и представляет собой наиболее важный параметр, так как образует петлю обратной связи между входом и выходом транзистора. Она также именуется емкостью Миллера, поскольку приводит к эффекту увеличения входной емкости в динамическом режиме, когда она уже не равна простой сумме емкостей. На рис. 12 приведена типичная схема измерения времени переключения, а также показаны промежутки нарастания и спада
UЗИ
и
UСИ
.

Рис. 12. а) Схема измерения скорости переключения; б) взаимное поведение напряжений затвор-исток и сток-исток

Преимущества и недостатки полевых транзисторов перед биполярными.

Полевые транзисторы практически вытеснили биполярные в ряде применений. Самое широкое распространение они получили в интегральных схемах в качестве ключей (электронных переключателей)

Главные преимущества полевых транзисторов

• Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует крайне мало энергии, так как практически не потребляет входного тока.
• Усиление по току у полевых транзисторов намного выше, чем у биполярных.
• Значительно выше помехоустойчивость и надежность работы, поскольку из-за отсутствия тока через затвор транзистора, управляющая цепь со стороны затвора изолирована от выходной цепи со стороны стока и истока.
• У полевых транзисторов на порядок выше скорость перехода между состояниями проводимости и непроводимости тока. Поэтому они могут работать на более высоких частотах, чем биполярные.

Главные недостатки полевых транзисторов

• У полевых транзисторов большее падение напряжения из-за высокого сопротивления между стоком и истоком, когда прибор находится в открытом состоянии.
• Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре (150С), чем структура биполярных транзисторов (200С).
• Несмотря на то, что полевые транзисторы потребляют намного меньше энергии, по сравнению с биполярными транзисторами, при работе на высоких частотах ситуация кардинально меняется. На частотах выше, примерно, чем 1.5 GHz, потребление энергии у МОП-транзисторов начинает возрастать по экспоненте. Поэтому скорость процессоров перестала так стремительно расти, и их производители перешли на стратегию «многоядерности».
• При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает «паразитный» биполярный транзистор. Для того, чтобы нейтрализовать его влияние, подложку закорачивают с истоком. Это эквивалентно закорачиванию базы и эмиттера паразитного транзистора. В результате напряжение между базой и эмиттером биполярного транзистора никогда на достигнет необходимого, чтобы он открылся (около 0.6В необходимо, чтобы PN-переход внутри прибора начал проводить).

  Однако, при быстром скачке напряжения между стоком и истоком полевого транзистора, паразитный транзистор может случайно открыться, в результате чего, вся схема может выйти из строя.

• Важнейшим недостатком полевых транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству. Поскольку изоляционный слой диэлектрика на затворе чрезвычайно тонкий, иногда даже относительно невысокого напряжения бывает достаточно, чтоб его разрушить. А разряды статического электричества, присутствующего практически в каждой среде, могут достигать несколько тысяч вольт.

  Поэтому внешние корпуса полевых транзисторов стараются создавать таким образом, чтоб минимизировать возможность возникновения нежелательного напряжения между электродами прибора. Одним из таких методов является закорачивание истока с подложкой и их заземление. Также в некоторых моделях используют специально встроенный диод между стоком и истоком. При работе с интегральными схемами (чипами), состоящими преимущественно из полевых транзисторов, желательно использовать заземленные антистатические браслеты. При транспортировке интегральных схем используют вакуумные антистатические упаковки

Заряд затвора

Хотя значение входной емкости — довольно полезная величина, даже зная ее, довольно сложно сравнить ключевые характеристики двух MOSFET различных производителей. Эффекты, связанные с различными размерами устройств, а также крутизна характеристики делают такое сопоставление весьма непростым. Более точные результаты можно получить, используя при рассмотрении не входную емкость, а полный заряд, который необходимо подать/извлечь из затвора для изменения состояния транзистора. Большинство производителей указывают в инструкции и емкость, и полный заряд. Рис. 13 демонстрирует схему измерения полного заряда затвора.

Рис. 13. а) Схема измерения полного заряда затвора; б) и взаимные процессы на затворе и стоке при открытии транзистора

Преимущество использования полного заряда затвора как характеристики транзистора состоит в том, что разработчик может достаточно просто рассчитать примерный ток затвора, необходимый для переключения транзистора за определенное время, по формуле I

=
Q
/Δ
t
. Например, прибор с зарядом затвора 20 нКл может быть включен/выключен за 20 мкс током затвора 1 мА или за 20 нс током затвора 1 А.

Что такое сток, исток и затвор

Полевой транзистор имеет три вывода. Вывод, с которого начинают свой путь электроны (основные носители) называется ИСТОКОМ. От слова «источник». В разговорной речи мы источником называем родник, из которого бьет чистая вода.

Это конечно не 5 элемент, НООО!!! элемент пельтье.

Поэтому нетрудно будет запомнить, что ИСТОК — это тот вывод, откуда начинают свой путь основные носители заряда. В данном случае это электроны. Место, куда они стекаются, называются СТОКОМ.

Эти два понятия нетрудно будет запомнить, если вспомнить водосточную систему с крыш ваших домов.

Истоком будет труба, которая собирает всю капли дождя с шифера или профнастила

А стоком будет конец трубы, из которой вся дождевая вода будет выбегать на землю:

Но опять же, не забывайте, что мы говорим об электронах! А электроны бегут к плюсу. То есть по-нашенски получается что на СТОК мы подаем плюс, а на ИСТОК — минус.

А для чего нужен третий вывод?

Так, а давайте по приколу где-нибудь обрежем нашу водосточную трубу и воткнем туда вот такой прибамбас:

Называется он дисковым затвором. Чего бы мы добились, если бы воткнули этот дисковый затвор в нашу водосточную трубу? Да покрутив за баранку, мы могли бы регулировать поток воды! Мы можем вообще полностью перекрыть трубу, тогда в этом случае на стоке не стоит ждать дождевую водичку. А можем открыть наполовину, и регулировать поток воды со стока, чтобы при ливне у нас поток воды не смыл грядки и не сделал большую яму в земле. Удобно? Удобно.

Цветная маркировка резисторов — известна по калькулятору.

Так вот, третий вывод полевого транзистора, который соединяется с P полупроводником называется тоже ЗАТВОРОМ и служит как раз для того, чтобы регулировать силу тока в бруске, через который бежит электрический ток

Для этого достаточно подать на него напряжение, чтобы P-N переход был включен в обратном направлении, то есть в нашем случае подать МИНУС относительно ИСТОКА. Вся картина в целом будет выглядеть как-то вот так:

Применение запирающего слоя в JFET транзисторах

Но где же можно применить свойство «изменение толщины диэлектрика под воздействием напряженности электрического поля»? А давайте рассмотрим небольшой пример. Может быть вам потом станет ясно, где можно применить это свойство

Итак, провинциальный городок X. Обычный будний день. Поток людей спешит по своим делам. Около тротуара стоит лавка с хот-догами. Пока что она еще не открылась, так как продавец сладко спит, поэтому все проходят мимо этой лавки:

Но вот она открывается, и первые зеваки начинают «тусить» возле нее, чтобы отведать позавчерашних холодных протухших хот-догов)).

Продавец видит, что дела идут в гору и начинает еще быстрее обслуживать клиентов. То есть он вкладывает всю свою энергию, чтобы выдержать темп. Он начинает работать напряженнее. Чем напряженнее он обслуживает клиентов, тем их становиться больше. Зевакам ведь интересно, что за тусовка там намечается. А раз все покупают, то и они тоже хотят. Народу становится чуток больше.

Народ тихонько подваливает и продавец, чтобы не упустить выгоду, начинает работать изо всех сил. Наш бедный продавец работает, как белка в колесе. Тут уже не расслабишься, иначе народ уйдет к продавцу пончиков. На лбу у него выступил пот, напряжен так, что вот-вот уже лопнет от усталости! Но гляньте на тротуар… Движение ПЕРЕКРЫЛИ зеваки, которые жить не быть хотят купить эти протухшие хот-доги.

Мораль сей басни такова:

Коль хочешь жрать, готовь с утра).

Теперь давайте представим, что тротуар — это проводник. Люди — это электроны. Продавец — это какой-либо заряд, который если захочет, может работать либо напряженнее, либо вообще закрыть лавку.

Итак, что у нас тогда получается. Пока лавка закрыта, толпа зевак спокойно идет по своим делам в одном направлении. Продавца нет на месте. То есть заряд ноль. Это значит, что в данном направлении у нас спокойно течет электрический ток, так как упорядоченное движение заряженных частиц — это и есть электрический ток

Как только продавец открыл лавку и стал работать, некоторые зеваки стали толпиться у лавки. Но эта кучка зевак теперь мешается на тротуаре людям, которые действительно куда-то спешат по делам. То есть эта кучка зевает оказывает сопротивление потоку людей, спешащим по делам. Уже интереснее. Раз мешаются, значит меньше людей сможет пройти ниже толпы зевак за какое-то время. А что у нас значит этот параметр? Не силу тока ли случайно? Вот именно! Сила тока стала меньше!

Итак, теперь главный вопрос: от чего зависит поток людей? Да от продавца, мать его за ногу!

Как только он начинает орать: «Свежие хот-доги, бери, налетай, теще покупай!», народу стает больше. То есть как только он начинает работать напряженнее, так и толпа зевак начинает больше заграждать тротуар. И все может закончится тем, что движение на тротуаре встанет колом. И да, кстати. Стоящая толпа зевак — это уже не электроны. Это обедненный слой, диэлектрик)

И вот ученые инженеры, которые поняли, что можно менять силу тока, управляя напряженностью электрического поля, создали радиоэлемент, который назвали в честь электрического поля, и имя его полевой транзистор.

Для чего нужен

ПТ нужны для того, чтобы управлять выходным током с помощью создаваемого электрического поля и изменять его важнейшие параметры. Структуры, созданные на основе полевого транзистора, часто используются в интегральных схемах цифрового и аналогового вида.

n- и p-канальные электротранзисторы

Именно за счет полевого управления, эти транзисторы воздействуют на величину приложенного к их затвору напряжения. Это отличает их от биполярных транзисторов, которые управляются током, который протекает через их базу. ПТ потребляют значительно меньшее количество электроэнергии, что и определило их популярность при использовании в ждущих и следящих устройствах, а также интегральных схемах малого потребления ( при организации спящего режима).

Вам это будет интересно Мощность розетки 220 в

Важно! Одними из наиболее известных устройств, основанных на действии полевых транзисторов, являются пульты управления от телевизора, наручные часы электронного типа. Эти устройства за счет своего строения и применения ПТ могут годами работать от одного крошечного источника питания в виде батарейки.

Схематический вид электротранзистора полевого типа

Полевой транзистор принцип работы: описание, характеристики

Содержание

На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с N-каналом) созданы две зоны с повышенной электропроводностью N + -типа. Все это покрывается тонким слоем диэлектрика, обычно диоксида кремния SiO₂. Сквозь диэлектрический слой проходят металлические выводы от областей N + -типа, называемые стоком и истоком. Над диэлектриком находится металлический слой затвора. Иногда от подложки также идет вывод, который закорачивают с истоком

Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, затвор которого электрически изолирован от проводящего канала полупроводника слоем диэлектрика. Благодаря этому, у транзистора очень высокое входное сопротивление (у некоторых моделей оно достигает 10 17 Ом).

Принцип работы этого типа полевого транзистора, как и полевого транзистора с управляющим PN-переходом, основан на влиянии внешнего электрического поля на проводимость прибора.

В соответствии со своей физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором носит название МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник), или МДП-транзистор (Металл-Диэлектрик-Полупроводник). Международное название прибора – MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

МДП-транзисторы делятся на два типа – со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В каждом из типов есть транзисторы с N–каналом и P-каналом.

К классу полевых относят транзисторы, принцип действия которых основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током в полевых транзисторах осуществляется изменением проводимости канала, через который протекает ток транзистора под воздействием электрического поля. Вследствие этого транзисторы называют полевыми.

Затвор полевого транзистора является аналогом базы биполярного транзистора, исток — аналогом эмиттера, сток — аналогом коллектора.

К классу полевых относят транзисторы, принцип действия которых основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током в полевых транзисторах осуществляется изменением проводимости канала, через который протекает ток транзистора под воздействием электрического поля. Вследствие этого транзисторы называют полевыми.

По способу создания канала различают полевые транзисторы с затвором в виде управляющего р-n- перехода и с изолированным затвором (МДП- или МОП-транзисторы, MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor (металл – окисел – полупроводник): встроенным каналом и индуцированным каналом.

В зависимости от проводимости канала полевые транзисторы делятся на: полевые транзисторы с каналом р- типа и n- типа. Канал р- типа обладает дырочной проводимостью, а n- типа — электронной.

Схемотехническое преимущество ПТ с изолированным затвором перед транзисторами с управляющим p-n-переходом заключается в более высоком входном сопротивлении. Это расширяет возможности применения данных элементов. К примеру, они используются в высокоточных устройствах и прочей аппаратуре, критичной к электрическим режимам.

Полупроводниковым сырьём для изготовления полевых транзисторов являются следующие материалы:

1. карбид кремния;
2. арсенид галлия;
3. нитрид галлия;
4. фосфид индия.

Устройство и принцип работы полевого транзистора.

ПТ состоит из трёх элементов – истока, стока и затвора. Функции первых двух очевидны и состоят соответственно в генерировании и приёме носителей электрического заряда, то есть электронов или дырок. Предназначение затвора заключается в управлении током, протекающим через полевой транзистор. Таким образом, мы получаем классический триод с катодом, анодом и управляющим электродом.

Усилительные свойства радиокомпонента обусловлены тем, что мощный электрический ток, протекающий от истока к стоку, повторяет динамику напряжения, прикладываемого к затвору. Другими словами, с выхода усилителя снимается такой же по форме сигнал, что и на управляющем электроде, только гораздо более мощный.

Распространённые типы полевых транзисторов.

В настоящее время в радиоаппаратуре применяются ПТ двух основных типов – с управляющим p-n-переходом и с изолированным затвором. Опишем подробнее каждую модификацию.

1. Управляющий p-n-переход.

Эти полевые транзисторы представляют собой удлинённый полупроводниковый кристалл, противоположные концы которого с металлическими выводами играют роль стока и истока. Функцию затвора исполняет небольшая область с обратной проводимостью, внедрённая в центральную часть кристалла. Так же, как сток и исток, затвор комплектуется металлическим выводом.

Электронно-дырочный p-n-переход в таких полевых транзисторах получил название управляющего, поскольку напрямую изменяет мощность потока носителей заряда, представляя собой физическое препятствие для электронов или дырок (в зависимости от типа проводимости основного кристалла).

2. Изолированный затвор.

Конструкция этих полевых транзисторов отличается от описанных выше ПТ с управляющим p-n-переходом. Здесь полупроводниковый кристалл играет роль подложки, в которую на некотором удалении друг от друга внедрены две области с обратной проводимостью. Это исток и сток соответственно. Функцию затвора исполняет металлический вывод, который отделяется от кристалла слоем диэлектрика и, таким образом, электрически с ним не контактирует.

Из-за того, что в конструкции этих полевых транзисторов используются три типа материалов – металл, диэлектрик и полупроводник, – данные радиокомпоненты часто именуют МДП-транзисторами. В элементах, которые формируются в кремниевых микросхемах планарно-эпитаксиальными методами, в качестве диэлектрического слоя используется оксид кремния, в связи с чем буква «Д» в аббревиатуре заменяется на «О», и такие компоненты получают название МОП-транзисторов.

Существует два вида этих полевых транзисторов – с индуцированным и встроенным каналом. В первых физический канал отсутствует и возникает только в результате воздействия электрического поля от затвора на подложку. Во вторых канал между истоком и стоком физически внедрён в подложку, и напряжение на затворе требуется не для формирования канала, а лишь для управления его характеристиками.

Схемотехническое преимущество ПТ с изолированным затвором перед транзисторами с управляющим p-n-переходом заключается в более высоком входном сопротивлении. Это расширяет возможности применения данных элементов. К примеру, они используются в высокоточных устройствах и прочей аппаратуре, критичной к электрическим режимам.

В силу конструктивных особенностей МОП-транзисторы чрезвычайно чувствительны к внешним электрическим полям. Это вынуждает соблюдать особые меры предосторожности при работе с этими радиодеталями. В частности, в процессе пайки необходимо использовать паяльную станцию с заземлением, а, кроме того, заземляться должен и человек, выполняющий пайку. Даже маломощное статическое электричество способно повредить полевой транзистор.

Схемы включения полевых транзисторов.

В зависимости от того, каким образом ПТ включается в усилительный каскад, существует три схемы – с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором. Способы различаются тем, на какие электроды подаются питающие напряжения, и к каким цепям присоединяются источник сигнала и нагрузка.

Схема с общим истоком используется чаще всего, так как именно в этом случае достигается максимальное усиление входного сигнала. Способ включения ПТ с общим стоком используется, главным образом, в устройствах согласования, поскольку усиление здесь небольшое, но входной и выходной сигналы совпадают по фазе. И, наконец, схема с общим затвором находит применение, в основном, в высокочастотных усилителях. Полоса пропускания при таком включении полевого транзистора гораздо шире, чем при других схемах.

Пусть uиз = 0 (между истоком и затвором включена закоротка) и подано положительное напряжение uис (рис. 1.87).

Устройство транзистора.

Дадим схематическое изображение структуры полевого транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа. (рис. 1.85) и условное графическое обозначение этого транзистора (рис. 1.86, а). Стрелка указывает направление от слоя pк слою n (как и стрелка в изображении эмиттера биполярного транзистора). В интегральных микросхемах линейные размеры транзисторов могут быть меньше 1 мкм.

Удельное сопротивление слоя n(затвора) намного меньше удельного сопротивления слоя p (канала), поэтому область p-n-перехода, обедненная подвижными носителями заряда и имеющая очень большое удельное сопротивление, расположена главным образом в слое р.

Если типы проводимости слоев полупроводника в рассмотренном транзисторе изменить на противоположные, то получим полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа, его условное графическое обозначение представлено на рис. 1.86, б.

Они бывают двух видов: с управляющим p-n-переходом и со структурой металл-диэлектрик-полупроводник, рассмотрим оба этих типа более подробно

Обозначения электродов сток и исток достаточно условны. Если взять любой полевой транзистор, не подсоединенный к какой-либо цепи, то совсем нет разницы какой вывод корпуса сток, а какой исток. Имя электрода определяется его расположения в схеме.

Работа полевого транзистора JFET с N-каналом

Напряжение на затворе U_зи = 0. Подсоединим источник питания плюсом к стоку, минус к истоку. Затвор также подключим на общий. Начнем плавно увеличивать напряжение на стоке U_си. Пока оно мало, ширина канала наибольшая. В таком виде полевой транзистор выглядит как обычный проводник. Чем выше уровень напряжения U_си, тем выше ток через канал между стоком и истоком I_си. Это состояние иногда именуют омической областью.

С увеличением U_си, в областях N-типа плавно снижается количество электронов – образуется обедненный слой. Он растет несимметрично, сильнее со стороны стока, т.к туда подсоединен источник питания. В результате канал становится уже и при последующем повышении напряжения U_си, ток I_си будет увеличиваться на очень малые значения. Это состояние получило название режим насыщения.

У них в создании электрического тока участвуют носители заряда только одного типа (электроны либо дырки).

Полупроводниковые приборы, работа которых основана на модуляции сопротивления полупроводникового материала поперечным электрическим полем, называются полевыми транзисторами.

У них в создании электрического тока участвуют носители заряда только одного типа (электроны либо дырки).

Полевые транзисторы бывают двух видов:

— с управляющим p-n-переходом;
— со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП)

Транзистор с управляющим p-n-переходом представляет собой пластину (участок) из полупроводникового материала с электропроводностью p- либо n-типа, к торцам которой подсоединены электроды — сток и исток. Вдоль пластины выполнен электрический переход (p-n-переход или барьер Шотки), от которого выведен электрод — затвор.

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, Усилитель ные свойства которого обусловлены потоком основных но­сителей, протекающим через проводящий канал, управляемый электричёским полем. Действие полевого транзистора обусловлено носителями заряда одной полярности.

Таким образом, в пластинке по­лупроводника, не охваченной запирающим слоем, образуется токопроводящий канал, сечение которого зависит от толщины ОПЗ. Если включить источник питания Е2, как, показано на [рис. 6.1, то через пластинку полупроводника, между выпрямляющи­ми контактами потечет ток. Область в полупроводнике, в которой регулируется поток носителей заряда, на­зывают проводящим каналом.

Электрод полевого транзистора, через который в проводящий ка­нал втекают носители заряда, называют истоком, а электрод, через который они вытекают из канала, — стоком.

Электрод полевого транзистора, на который подается электриче­ский сигнал» используемый для управления величиной тока, проте­кающего через канал, называют затвором.

Поскольку р-n — переход включен в обратном направлении, входное сопротивление прибора очень велико.

МОП-транзистор управляется электрополем, которое создается напряжением, приложенным к затвору относительно истока. Полярность прилагаемого напряжения определяется видом канала транзистора (p или n). В отличие униполярных биполярные транзисторы управляются электрическим током. Ток во всех типах этих полупроводников формируется двумя типами зарядов – электронами и дырками.

Типы МОП-транзисторов

Униполярные транзисторы делятся на p-канальные или n-канальные. Они могут иметь:

Собственный (встроенный) канал. Без напряжения канал открыт. Для закрытия канала необходимо подать ток определенной полярности.

Индуцированный (инверсный) канал. При отсутствии приложенного электротока он закрыт. Для его открытия прикладывают напряжение нужной полярности. Для n-канальных транзисторов отпирающим является напряжение, положительное относительно истока. Его величина должна быть больше порогового значения, установленного для данного транзистора. Для p-канальных моделей отпирающим будет отрицательное относительно истока напряжение, приложенное к затвору.

• устройство под управлением р — n перехода;
• устройство с изолированным затвором или с барьером Шоттки.

Полевые транзисторы, их виды

Полевые транзисторы с п – р переходом делят на классы:

1. По типу канала проводника: n или р. От канала зависит знак, полярность, сигнала управления. Она должна быть противоположна по знаку n -зоне.
2. По структуре прибора: диффузные, сплавные по р – n — переходом, с затвором Шоттки, тонкопленочные.
3. По числу контактов: 3-х и 4-контактные. В случае 4-контактного прибора, подложка также исполняет роль затвора.
4. По используемым материалам: германий, кремний, арсенид галлия.

Классы делятся по принципу работы:

• устройство под управлением р — n перехода;
• устройство с изолированным затвором или с барьером Шоттки.

Ниже показана схема полупроводника с n-проводимостью:

Полевые транзисторы с МДП со встроенным каналом

Для увеличения входного сопротивления металлический затвор изолируют от полупроводника с помощью диэлектрика, зачастую используют SiO₂. Поэтому их называют транзисторами типа «металл-диэлектрик-полупроводник» или МДП. Ниже показана их конструкция:

В кристалле с р-проводимостью создано две зоны И (исток) и С (сток), заполненные полупроводниками n-типа. Обе зоны соединены каналом К, над которым через диэлектрик расположен металлический вывод затвору З. Ток переносят электроны под действием напряжения, приложенного к точкам И и С. Если подать между З и основой р-типа отрицательное напряжение, канал сузится и стоковый ток уменьшится. При положительном потенциале затвора канал расширится и ток возрастет. Выходные характеристики этого устройства:

Она размещена уже в двух квадрантах. Условное обозначение на схеме:

Противоположная сторона полупроводника р-типа тоже имеет вывод, имеющий название подложки (П), которую обычно соединяют с истоком.

Диэлектрик. Он изолирует электрод затвора от кремниевой подложки. Сам диэлектрик выполняют из оксида кремния (SiO₂). К поверхности диэлектрика подключен электрод затвора – управляющего электрода.

На сегодняшний день, среди достаточного количества разновидностей транзисторов выделяют два класса: p-n — переходные транзисторы (биполярные) и транзисторы с изолированным полупроводниковым затвором (полевые).

Другое название, которое можно встретить при описании полевых транзисторов – МОП (металл – окисел — полупроводник). Обусловлено это тем, что в качестве диэлектрического материала в основном используется окись кремния (SiO₂).

Еще одно, довольно распространенное название – МДП (металл – диэлектрик — полупроводник).

Немного пояснений. Очень часто можно услышать термины MOSFET, мосфет, MOS-транзистор. Данный термин порой вводит в заблуждение новичков в электронике.

Что же это такое MOSFET ?

MOSFET – это сокращение от двух английских словосочетаний: Metal-Oxide-Semiconductor (металл – окисел – полупроводник) и Field-Effect-Transistors (транзистор, управляемый электрическим полем). Поэтому MOSFET – это не что иное, как обычный МОП-транзистор.

Думаю, теперь понятно, что термины мосфет, MOSFET, MOS, МДП, МОП обозначают одно и тоже, а именно полевой транзистор с изолированным затвором.

Внешний вид одного из широко распространённых мосфетов — IRFZ44N.

Стоит помнить, что наравне с аббревиатурой MOSFET применяется сокращение J-FET (Junction – переход). Транзистор J-FET также является полевым, но управление им осуществляется за счёт применения в нём управляющего p-n перехода. В отличие от MOSFET’а, J-FET имеет немного иную структуру.

Принцип работы полевого транзистора.

Суть работы полевого транзистора заключается в возможности управления протекающим через него током с помощью электрического поля (напряжения). Этим он выгодно отличается от транзисторов биполярного типа, где управление большим выходным током осуществляется с помощью малого входного тока.

Упрощённая модель полевого транзистора с изолированным затвором.

Взглянем на упрощённую модель полевого транзистора с изолированным затвором (см. рис.). Поскольку мосфеты бывают с разным типом проводимости (n или p), то на рисунке изображён полевой транзистор с изолированным затвором и каналом n-типа.

Упрощённая модель полевого транзистора с изолированным затвором

Основу МДП-транзистора составляет:

Подложка из кремния. Подложка может быть как из полупроводника p-типа, так и n-типа. Если подложка p-типа, то в полупроводнике в большей степени присутствуют положительно заряженные атомы в узлах кристаллической решётки кремния. Если подложка имеет тип n, то в полупроводнике в большей степени присутствуют отрицательно заряженные атомы и свободные электроны. В обоих случаях формирование полупроводника p или n типа достигается за счёт введения примесей.

Области полупроводника n+. Данные области сильно обогащены свободными электронами (поэтому «+»), что достигается введением примеси в полупроводник. К данным областям подключаются электроды истока и стока.

Диэлектрик. Он изолирует электрод затвора от кремниевой подложки. Сам диэлектрик выполняют из оксида кремния (SiO₂). К поверхности диэлектрика подключен электрод затвора – управляющего электрода.

Теперь в двух словах опишем, как это всё работает.

Если между затвором и истоком приложить напряжение плюсом ( +) к выводу затвора, то между металлическим выводом затвора и подложкой образуется поперечное электрическое поле. Оно в свою очередь начинает притягивать к приповерхностному слою у диэлектрика отрицательно заряженные свободные электроны, которые в небольшом количестве рассредоточены в кремниевой подложке.

В результате в приповерхностном слое скапливается достаточно большое количество электронов и формируется так называемый канал – область проводимости. На рисунке канал показан синим цветом. То, что канал типа n – это значит, что он состоит из электронов. Как видим между выводами истока и стока, и собственно, их областями n+ образуется своеобразный «мостик», который проводит электрический ток.

Между истоком и стоком начинает протекать ток. Таким образом, за счёт внешнего управляющего напряжения контролируется проводимость полевого транзистора. Если снять управляющее напряжение с затвора, то проводящий канал в приповерхностном слое исчезнет и транзистор закроется – перестанет пропускать ток. Следует отметить, что на рисунке упрощённой модели показан полевой транзистор с каналом n-типа. Также существуют полевые транзисторы с каналом p-типа.

Показанная модель является сильно упрощённой. В реальности устройство современного MOS-транзистора гораздо сложнее. Но, несмотря на это, упрощённая модель наглядно и просто показывает идею, которая была заложена в его устройство.

Кроме всего прочего полевые транзисторы с изолированным затвором бывают обеднённого и обогащённого типа. На рисунке показан как раз полевой транзистор обогащённого типа – в нём канал «обогащается» электронами. В мосфете обеднённого типа в области канала уже присутствуют электроны, поэтому он пропускает ток уже без управляющего напряжения на затворе. Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов обеднённого и обогащённого типа существенно различаются.

О различии MOSFET’ов обогащённого и обеднённого типа можно прочесть тут. Там же показано, как различные МОП-транзисторы обозначаются на принципиальных схемах.

Нетрудно заметить, что электрод затвора и подложка вместе с диэлектриком, который находится между ними, формирует своеобразный электрический конденсатор. Обкладками служат металлический вывод затвора и область подложки, а изолятором между этими электродами – диэлектрик из оксида кремния (SiO₂). Поэтому у полевого транзистора есть существенный параметр, который называется ёмкостью затвора.

Об остальных важных параметрах мосфетов я уже рассказывал на страницах сайта.

Полевой транзистор, в сравнении с транзисторами биполярного типа, обладает более высоким входным сопротивлением, которое может достигать 10 в 9-й степени Ом и более. Эта особенность позволяет рассматривать данные приборы как управляемые потенциалом или по-другому — напряжением. На сегодня это лучший вариант создания схем с достаточно низким потреблением электроэнергии в режиме статического покоя. Данное условие особенно актуально для статических схем памяти имеющих большое количество запоминающих ячеек.

Если говорить о ключевом режиме работы транзисторов, то в данном случае биполярные показывают лучшую производительность, так как падение напряжений на полевых вариантах очень значительно, что снижает общую эффективность работы всей схемы. Несмотря на это, в результате развития технологии изготовления полупроводниковых элементов, удалось избавиться и от этой проблемы. Современные образцы обладают малым сопротивлением канала и прекрасно работают на высоких частотах.

В результате поисков по улучшению характеристик мощных полевых транзисторов был изобретён гибридный электронный прибор – IGBT-транзистор, который представляет собой гибрид полевого и биполярного. Подробнее о IGBT-транзисторе можно прочесть здесь.

Источники

http://hightolow.ru/transistor4.php
http://bourabai.ru/toe/semi5.htm
http://eandc.ru/news/detail.php?ID=27664
http://pue8.ru/silovaya-elektronika/839-polevoj-tranzistor-ustrojstvo-i-osnovnye-fizicheskie-protsessy.html
http://www.texnic.ru/books/electronika/001.html
http://radiobooka.ru/spravochniki/636-princip-raboty-polevyh-tranzistorov.html
http://www.radioelementy.ru/articles/printsip-raboty-polevogo-mop-tranzistora/
http://instrument.guru/elektronika/printsip-raboty-polevogo-tranzistora-dlya-chajnikov.html
http://elenergi.ru/princip-raboty-i-xarakteristiki-polevyx-tranzistorov.html
http://go-radio.ru/mosfet-transistors.html

МАРКИРОВКА ТРАНЗИСТОРОВ. Что такое транзистор и как он работает?

Транзисторы. Определение и история

Транзистор
— электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике. Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких. Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала. В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и

электроны,
и
дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) —
или
электроны,
или
дырки. Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой. И, напоследок:
основная область применения любых транзисторов
— усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Принцип действия

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

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

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

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

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

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

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

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

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам. Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу. Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора

), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (
ток базы
). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему? Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки». Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но б
о
льшая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом,
произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу
. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы. Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился. Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор. Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать. Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется
коэффициентом усиления по току
и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно
h31
. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст
статический коэффициент усиления по току
. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается. Вторым немаловажным параметром является
входное сопротивление транзистора
. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления. Третий параметр биполярного транзистора —
коэффициент усиления по напряжению
. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению. Также транзисторы имеют
частотную характеристику
, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется
граничной
. Также параметрами биполярного транзистора являются:

• обратный ток коллектор-эмиттер
• время включения
• обратный ток колектора
• максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Полевой транзистор

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

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

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

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

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

Такой полевой транзистор с изолированным затвором обозначается латинскими буквами MOSFET.

Существует два вида МДП-затвора:

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

Принцип работы прибора

Транзистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического сигнала. Благодаря особому строению кристаллических решёток и полупроводниковым свойствам, этот прибор способен увеличивать амплитуду протекающего тока.

Полупроводники — вещества, которые способны проводить ток, а также препятствовать его прохождению. Самыми яркими их представителями являются кремний и германий. Существует два вида полупроводников:

1. Электронные.
2. Дырочные.

В полупроводниках электрический ток возникает из-за недостатка или переизбытка свободных электронов. Например, кристаллическая решётка атома состоит из трёх электронов. Однако если ввести в это вещество атом, состоящий из четырёх электронов, один будет лишним. Он является свободным электроном. Соответственно, чем больше таких электронов, тем ближе это вещество по своим свойствам к металлу. А значит, и проводимость тока больше. Такие полупроводники называются электронными.

Теперь поговорим о дырочных. Для их создания в вещество вводятся атомы другого вещества, кристаллическая решётка которого содержит больше атомов. Соответственно, в нашем полупроводнике становится меньше электронов. Образуются вакантные места для электронов. Валентные связи будут разрушаться, так как электроны будут стремиться занять эти вакантные места. Далее, мы будем называть их дырками.

Электроны постоянно стремятся занять дырку и, начиная движение, образуют новую дырку. Таким поведением обладают абсолютно все электроны. В полупроводнике происходит их движение, а значит, начинает проводиться ток. Такие полупроводники называются дырочными.

Таким образом, вводя недостаток или избыток электронов в кремний или германий, мы способствуем их движению. Получается ток. Транзисторы состоят из соединений этих полупроводников по определённому принципу. С их помощью можно управлять протекающими токами и другими параметрами электрических сигналов.

Схема включения полевых транзисторов

Распространены три схемы включения полевых транзисторов. Первая схема – с общим истоком. Вторая – с общим стоком. Третья – с общим затвором. Самой распространенной является схема с общим истоком. Она очень похожа на схему биполярного транзистора с общим эмиттером. Очень большое усиление мощности и тока достигается каскадом с общим истоком.

Схема с общим затвором также сравнима с одной из схем биполярных транзисторов, а именно – с общей базой. Усиления тока она не дает, а потому не трудно предположить, что в ней и усиление мощности намного меньше, чем в схеме с общим истоком.

Последняя схема – с общим затвором – имеет достаточно ограниченное применение на практике. Связано это в первую очередь с тем, что каскад общего затвора имеет крайне низкое сопротивление на входе.

Отличие биполярных транзисторов от полевых

Полевые транзисторы управляются при помощи электрического поля и благодаря этому они очень энергоэффективны. Именно по этой причине они используются при производстве процессоров.

С другой стороны, у полевых транзисторов есть слабое место. Это их тонкий p-n переход. Он очень чувствителен к статическому электричеству. Кстати, именно из-за статического электричества перестают работать флешки и карты памяти, если вы их вытащили из устройства во время работы.

Схемы защиты от статического электричества не успевают сработать, и статика разрушает полевые транзисторы.

А вот биполярные транзисторы наоборот, лучше переносят статику. Но в тоже время, они потребляют больше мощности, так как для их открытия нужен электрический ток.

Как проверить однопереходной транзистор

В качестве примера приведем КТ117, фрагмент из его спецификации показан на рисунке 8.

Рис 8. КТ117, графическое изображение и эквивалентная схема

Проверка элемента осуществляется следующим образом:

Переводим мультиметр в режим прозвонки и проверяем сопротивление между ножками «Б1» и «Б2», если оно незначительное, можно констатировать пробой.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

1. Усилительные схемы.
2. Генераторы сигналов.
3. Электронные ключи.

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства. Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы.
Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора.

Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем. На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.

Литература по электронике

Наука, которая изучает транзисторы и другие приборы, называется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам. Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по этой тематике:

1. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
2. Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
3. Силовая электроника для любителей и профессионалов — Б. Ю. Семенов .

В этих книгах описываются различные средства программируемой электроники. Конечно же, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря этим книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и навыки, которые, возможно, принесут вам доход.

Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они применяются в жизни. Если вам интересна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс не стоит на месте, и все технические устройства постоянно совершенствуются. В этом деле очень важно идти в ногу со временем. Успехов вам!

Цветовая маркировка транзисторов

В данной маркировке используют цветные точки для кодирования параметров транзисторов в корпусах КТ-26 (ТО-92) и КТП-4. При полной цветовой маркировке кодирование типономинала, группы и даты выпуска наносится на срезе боковой поверхности согласно принятой цветовой гамме.

Точку, обозначающую типономинал наносят в левом верхнем углу. Она является началом отсчета. Далее, по часовой стрелке наносятся три точки, означающие группу, год и месяц выпуска соответственно.

При сокращении цветовой маркировке дату выпуска опускают (указывается на вкладыше упаковки). Типономинал указывается на срезе боковой поверхности корпуса. Группа указывается на торце корпуса.

Символьно — цветовая маркировка транзисторов

Отличительная особенность данной маркировки – отсутствие цифр и букв. Типономинал транзистора обозначается на срезе боковой поверхности специальными символом (точки, горизонтальные, вертикальные или пунктирные линии) или цветной геометрической фигурой (круг, полукруг, квадрат, треугольник, ромб и др. ). Маркировка группы относится одной (несколькими) точками на торце корпуса (КТ-26, КТП-4).

Цветовая гамма точек, обозначающих группу при данной маркировке, не совпадает со стандартной цветовой гаммой по ГОСТ 24709-81. Она определяется производителем.

Символ круга на боковом срезе транзистора необходимо отличать от точки, которая не имеет четкой формы, т.к. наносится кистью.

Виды записи

Производители транзисторов применяют два основных типа шифрования — это цветовая и кодовая маркировки. Однако ни один, ни другой не имеют единых стандартов. Каждый завод, производящий полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды, стабилитроны и т. д.), принимает свои кодовые и цветовые обозначения. Можно встретить транзисторы одной группы и типа, изготовленные разными заводами, и маркированы они будут по-разному. Или наоборот: элементы будут различными, а обозначения на них — идентичными. В таких случаях различать их можно только по дополнительным признакам. Например, по длине выводов эмиттера и коллектора либо по окраске противоположной (или торцевой) поверхности. Маркировка полевых транзисторов ничем не отличается от меток на других приборах. Такая же ситуация и с полупроводниковыми элементами зарубежного производства: каждым заводом-изготовителем применяются свои типы обозначений.

Маркировка года и месяца изготовления электронных компонентов

Согласно ГОСТ 25486-82, для того, чтобы обозначить месяц и год изготовления транзистора и других электронных компонентов, используются буквы и цифры: первое значение – год, второе значение – месяц. Что касается приборов, изготовленных за рубежом, для обозначения даты выпуска применяется кодировка из четырех цифр, где первые две – это год, следующие – номер модели.

Каждому году соответствует своя буква:
ГодКод

1986	U
1987	V
1988	W
1989	X
1990	A
1991	B
1992	C
1993	D
1994	E
1995	F
1996	H
1997	I
1998	K
1999	L
2000	M
2001	N
2002	P
2003	R
2004	S
2005	T
2006	U
2007	V
2008	W
2009	X
2010	A
2011	B
2012	C
2013	D
2014	E
2015	F

Маркировка месяца
МесяцКод

Январь	1
Февраль	2
Март	3
Апрель	4
Май	5
Июнь	6
Июль	7
Август	8
Сентябрь	9
Октябрь	O
Ноябрь	N
Декабрь	D

Чтобы обозначить месяц выпуска, применяются не только цифры, но и некоторые буквы: месяцы с января по сентябрь полностью соответствуют цифрам, следующие – первым буквам названия месяца.

Аналоги

Для замены подойдут транзисторы кремниевые, со структурой NPN, эпитаксиально-планарные. Предназначены для применения в высокочастотных устройствах и узлах радиоэлектронной аппаратуры общего применения.

Производство российское и белорусское

Модель	PC Ta = 25°C	UCB	UCE	UBE	IC	TJ	fT	Cob	hFE	Корпус
S8050A	0,625	40	25	6	0,8	150	100	9	85	TO-92
КТ6111 А/Б/В/Г	1	40	25	6	0,1	150	100	1,7	45…630	TO-92
КТ6114 А/Б/В	0,45	50	45	5	0,1	150	150	3,5	60…1000	TO-92
КТ968 В	4	300	200	5	0,1	150	90	2,8	35…220	TO-39

Зарубежное производство

Модель	PC	UCB	UCE	UBE	IC	TJ	fT	Cob	hFE	Корпус
S8050A	0,625	40	25	6	0,8	150	100	9	85	TO-92
3DG8050A	0,625	40	25	6	0,8	150	100	9	85	TO-92
BC517S	0,625	40	30	10	1	150	200	—	33000	TO-92
BTN8050A3	0,625	40	25	6	1,5	150	100	6	160	TO-92
BTN8050BA3	0,625	40	25	6	1,5	150	100	—	160	TO-92
CX908B/C/D	0,625	40	25	6	1	150	100	—	120…260	TO-92
KTC3203	0,625	—	30	—	0,8	150	190	—	100	TO-92
KTC3211	0,625	40	25	6	1,5	150	190	9	85	TO-92
KTS8050	0,625	—	25	—	0,8	175	—	—	100	TO-92
M8050-C/D	0,625	40	25	6	—	150	150	—	120…160	TO-92
S8050	0,3	409	25	5	0,5	150	150	—	120	SOT-23
8050HQLT1	0,3	40	25	5	1,5	150	—	—	150	SOT-23
8050QLT1	0,3	40	25	5	0,8	150	—	—	150	SOT-23
8050SLT1	0,3	40	25	5	0,5	150	150	—	120	SOT-23
CHT9013GP	0,3	45	25	5	0,5	150	150	—	120	SOT-23
F8050HPLG	0,3	40	25	5	0,5	150	150	—	120	SOT-23
KTC9013SC	0,35	40	30	5	0,5	150	150	—	200	SOT-23
MMBT8050D	0,3	40	25	5	0,5	150	150	—	200	SOT-23
MMS9013-H/L	0,3	40	25	5	0,5	150	150	—	200	SOT-23
NSS40201L	0,54	40	25	—	4	150	150	—	120	SOT-23
NSS40201LT1G	0,54	40	40	6	2	—	150	—	200	SOT-23
NSV40201LT1G	0,54	40	40	6	2	150	150	—	200	SOT-23
PBSS4140T	0,3	40	40	5	1	150	150	—	300	SOT-23
S9013	0,3	40	25	5	0,8	150	150	—	120	SOT-23
ZXTN2040F	0,35	—	40	—	1	—	150	—	300	SOT-23
ZXTN25040DFL	0,35	—	40	—	1,5	—	190	—	300	SOT-23
ZXTN649F	0,5	—	25	—	3	—	—	—	200	SOT-23

Примечание: все данные в таблицах взяты из даташит компаний-производителей.

PRO-ELECTRON (система, разработанная в Европе)

Маркировка приборов у европейских производителей несколько отличается. Код, которым промаркирован иностранный транзистор – это комбинация символом:

1. Символ под номер один указывает на материал, из которого изготовлен прибор: А – из германия, В – из кремния, С – из арсенида галлия, R – из сульфида кадмия;
2. Второй символ сообщает о типе транзистора: С – маломощный прибор с низкой частотностью; D – мощный элемент с низкой частотностью; F – прибор маленькой мощность с высоким уровнем частотности; G – в одном корпусе присутствует одновременно два и более элемента; L – прибор с высокой мощностью и частотностью; S – маломощный прибор с функцией переключения; U – транзистор-переключатель высокой мощности;
3. Третий символ означает номер серии продукта: изделия общего пользования маркируются цифрами от 100 до 999; в том случае, когда перед цифровым значением прописана буква, это говорит о том, что данная деталь изготовлена для использования в промышленности или специализированного пользования.

Более того, общая кодировка иногда дополнятся символом модификации. Определить ее может только сам производитель.

Японская система JIS

Стандарты маркировки, выработанные в Японии представлены буквами и цифрами в количестве 5 штук:

1. Цифра под номером 1 – тип полупроводникового транзистора: 0 – обозначение фотодиода или фототранзистора; 1 – обозначение диода; 2 – обозначение транзистора;
2. Буквенный символ S проставляется на каждом выпущенном элементе;
3. Третий по счету маркировочный элемент говорит о разновидности детали: А – PNP с высокой частотностью; В – PNP с низкой частотностью; С — NPN с высоким уровнем частотности; D — NPN с низким уровнем частотности; Н – однопереходной; J — транзистор полевого типа с N-каналом; К — транзистор полевого типа с P-каналом;
4. Цифра под номер 4 – номер серии в диапазоне от 10 до 9999;
5. Пятый символ маркировки обозначает модификацию. Иногда данный символ отсутствует.

Бывают ситуации, когда в кодировке присутствует 6 символ – это дополнительная литера N, M или S, которая отвечает за соответствие прибора определенным стандартам. Маркировка, разработанная в Японии, не предусматривает использование обозначений цветом.

Источники

• https://habr.com/ru/post/133136/
• https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/1098-tranzistor/
• https://remont220.ru/stati/595-shemy-vklyucheniya-tranzistorov/
• https://go-radio.ru/transistor.html
• https://tyt-sxemi.ru/tranzistor/
• https://tokar.guru/hochu-vse-znat/tranzistor-vidy-primenenie-i-principy-raboty.html
• https://raschet.info/cvetovaja-i-simvolno-cvetovaja-markirovka-tranzistorov/
• https://www.radiodetector.ru/markirovka-tranzistorov/

Как работают транзисторы? — Объясните это Stuff

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 8 декабря 2021 г.

Ваш мозг содержит около 100 миллиардов клеток, называемых нейронами, — крошечные переключатели, которые позволяют вам думать и запоминать вещи. Компьютеры содержат миллиарды миниатюрных «мозговых клеток». Они называются транзисторами и они сделаны из кремния, химического элемента, обычно встречающегося в песке. Транзисторы произвели революцию в электронике с момента их появления. изобретенный более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильям Шокли. Но что это такое и как они работают?

Фото: Насекомое с тремя ногами? Нет, обычный транзистор на электронной плате. Хотя простые схемы содержат такие отдельные транзисторы, сложные схемы внутри компьютеров также содержат микрочипы, внутри каждого из которых могут быть тысячи, миллионы или сотни миллионов транзисторов. (Технически, если вас интересуют более сложные детали, это кремниевый PNP-транзистор усилителя 5401B. Я объясню, что все это означает, через мгновение.)

Содержание

1. Что на самом деле делает транзистор?
2. Как делают транзистор?
3. Силиконовые бутерброды
4. Как работает переходной транзистор
5. Как работает полевой транзистор (FET)
6. Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?
7. Кто изобрел транзистор?
8. Узнать больше

Что на самом деле делает транзистор?

Фото: Подробный обзор модели 5401B.

Транзистор очень прост и очень сложен. Давайте начнем с простая часть. Транзистор — это миниатюрный электронный компонент, может выполнять две разные работы. Он может работать либо как усилитель, либо как переключатель:

При работе в качестве усилителя требуется в крошечном электрическом токе на одном конце ( входной ток) и производит гораздо больший электрический ток (выходной тока) на другом. Другими словами, это своего рода усилитель тока. Это входит действительно полезно в таких вещах, как слуховые аппараты, одна из первых вещей люди использовали транзисторы для. В слуховом аппарате есть крошечный микрофон. который улавливает звуки окружающего мира и превращает их в колеблющиеся электрические токи. Они подаются на транзистор, который усиливает их и приводит в действие крошечный громкоговоритель, поэтому вы слышите гораздо более громкую версию звуков вокруг вас. Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, однажды объяснил студенту транзисторные усилители в более юмористическим способом: «Если взять тюк сена и привязать его к хвост мула, а затем зажег спичку и поджег стог сена, и если вы затем сравните энергию, израсходованную вскоре после этого мул с энергией, затраченной вами на зажигание спички, вы поймете концепцию усиления». 0003

Транзисторы также могут работать как переключатели. А Крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может создать гораздо большую ток течет через другую его часть. Другими словами, малый ток переключается на больший. По сути, так работают все компьютерные чипы. За например, микросхема памяти содержит сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов, каждый из которых может быть включен или выключен индивидуально. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух различных состояниях, он может хранить два разных числа, ноль и единицу. С миллиардами транзисторов чип может хранить миллиарды нулей и единиц, и почти столько же обычных цифр и букв (или символов, как мы их называем). Подробнее об этом чуть позже.

Фото: Компактные слуховые аппараты были одним из первых применений транзисторов, и это относится примерно к концу 1950-х или 1960-м годам. Размером с колоду игральных карт, он был предназначен для ношения в кармане пиджака или на нем. На другой стороне корпуса есть микрофон, который улавливает окружающие звуки. Вы можете ясно видеть четыре маленьких черных транзистора внутри, которые усиливают эти звуки, а затем направляют их в маленький громкоговоритель (внизу), который находится в вашем ухе.

Самое замечательное в машинах старого образца было то, что вы могли их друг от друга, чтобы понять, как они работают. Это никогда не было слишком сложно, с немного толкать и тыкать, чтобы узнать, какой бит сделал что и как дело привело к другому. Но электроника совсем другая. это все об использовании электронов для управления электричеством. Электрон – это минута частица внутри атома. Он такой маленький, он весит чуть меньше 0,0000000000000000000000000000001 кг! Работают самые современные транзисторы управляя движением отдельных электронов, так что вы можете представьте, какие они маленькие. В современном компьютерном чипе размер ноготь, вы, вероятно, найдете от 500 миллионов и два миллиарда отдельных транзисторов. Нет никакой возможности разобрать транзистор, чтобы узнать, как он работает. работает, поэтому мы должны понимать это с помощью теории и воображения. Во-первых, полезно знать, из чего сделан транзистор.

Как делают транзистор?

Фото: Кремниевая пластина. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

Транзисторы изготовлены из кремния, химического элемента, содержащегося в песке, который обычно не проводит электричество (он не позволяет электронам легко проходить через него). Кремний — это полупроводник, а значит, ни на самом деле проводник (что-то вроде металла, который пропускает электричество) ни изолятор (что-то вроде пластика, который останавливает ток). Если мы обрабатываем кремний примесями (процесс, известный как легирование), мы можем заставить его вести себя по-другому путь. Если мы легируем кремний химическими элементами мышьяком, фосфором, или сурьмы, кремний получает несколько дополнительных «свободных» электронов, которые может проводить электрический ток, поэтому электроны будут вытекать из него более естественно. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, кремний обработанный таким образом, называется n-типом (отрицательный тип). Мы также можем легировать кремний другими примесями, такими как бор, галлий и алюминий. В кремнии, обработанном таким образом, их меньше. «свободные» электроны, поэтому электроны в близлежащих материалах будут стремиться влиться в него. Мы называем этот вид кремния p-типа (положительный тип).

Вкратце, мимоходом, важно отметить, что ни кремний n-типа, ни кремний p-типа на самом деле не имеют заряда в себе : оба являются электрически нейтральными. Это правда, что у кремния n-типа есть дополнительные «свободные» электроны, которые увеличивают его проводимость, в то время как у кремния p-типа этих свободных электронов меньше, что помогает увеличить его проводимость противоположным образом. В каждом случае дополнительная проводимость возникает из-за добавления нейтральных (незаряженных) атомов примесей к кремнию, составляющему нейтральный для начала — и мы не можем создавать электрические заряды из воздуха! Более подробное объяснение потребовало бы, чтобы я представил идею под названием ленточная теория, которая немного выходит за рамки этой статьи. Все, что нам нужно помнить, это то, что «лишние электроны» означают дополнительные свободных электронов, которые могут свободно перемещаться и помогают проводить электрический ток.

Силиконовые бутерброды

Теперь у нас есть два разных типа силикона. Если мы сложим их вместе в слоях, делая бутерброды из материала p-типа и n-типа, мы можем сделать различные виды электронных компонентов, которые работают во всех видах способы.

Рисунок: соедините кремний n-типа с кремнием p-типа, и вы получите n-p переход, который является основой диодов и транзисторов.

Предположим, мы соединяем кусок кремния n-типа с кусочком p-типа. силикон и поставить электрические контакты с обеих сторон. Увлекательно и полезно вещи начинают происходить на стыке двух материалы. Если мы обратимся на токе, мы можем заставить электроны течь через переход от со стороны n-типа на сторону p-типа и наружу по схеме. Этот происходит из-за отсутствия электронов на стороне р-типа переход перетягивает электроны со стороны n-типа и наоборот. Но если мы реверсируем ток, электроны вообще не будут течь. Что у нас есть сделанный здесь называется диод (или выпрямитель). это электронный компонент, пропускающий ток только в одном направлении. Это полезно, если вы хотите превратить переменный (двусторонний) электрический ток в постоянный (односторонний) ток. Диоды тоже можно сделать так, чтобы они излучали светятся, когда через них проходит электричество. Вы могли видеть эти светодиоды на карманных калькуляторах и электронных дисплеи на стереоаппаратуре Hi-Fi.

Принцип работы переходного транзистора

Фото: Типичный кремниевый PNP-транзистор (A1048, разработанный как усилитель звуковой частоты).

Теперь предположим, что вместо этого мы используем три слоя силикона в нашем бутерброде. из двух. Мы можем сделать бутерброд p-n-p (с кусочком n-типа кремния в качестве заполнения между двумя ломтиками p-типа) или n-p-n сэндвич (с p-типом между двумя плитами n-типа). Если мы присоединить электрические контакты ко всем трем слоям сэндвича, мы можем сделать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать его, либо выключен — другими словами, транзистор. Посмотрим, как это работает в случае n-p-n транзистор.

Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим имена трем электрические контакты. Мы позвоним двум контактам, соединенным с двумя кусочки кремния n-типа эмиттер и коллектор, и контакт соединенный с кремнием p-типа, мы назовем его основанием. Когда нет ток течет в транзисторе, мы знаем, что кремнию p-типа не хватает электронов (показанных здесь маленькими знаками плюс, представляющими положительные заряды), а два куска кремния n-типа имеют дополнительные электроны (показаны маленькими знаками минус, представляющими отрицательные заряды).

Другой способ взглянуть на это — сказать, что хотя n-тип имеет избыток электронов, p-тип имеет дырки, где электроны должно быть. Обычно отверстия в основании действуют как барьер, предотвращая любое при этом протекает значительный ток от эмиттера к коллектору. транзистор находится в выключенном состоянии.

Транзистор работает, когда электроны и дырки начинают двигаться через два перехода между кремнием n-типа и p-типа.

Давайте подключите транзистор к некоторой мощности. Предположим, мы присоединяем небольшой положительное напряжение на базу, делает эмиттер отрицательно заряженным, и сделать коллектор положительно заряженным. Электроны вытягиваются из эмиттер в базу, а затем из базы в коллектор. А также транзистор переходит в состояние «включено»:

Небольшой ток, который мы включаем на базе, создает большой ток поток между эмиттером и коллектором. Повернув небольшой вход ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель. Но он также действует как переключатель в то же время. Когда нет тока на база, между коллектором и эмиттер. Включите базовый ток и течет большой ток. Итак, база ток включает и выключает весь транзистор. Технически это тип транзистора называется биполярным, потому что два разных вида (или «полярности») электрического заряда (отрицательные электроны и положительные отверстия) участвуют в протекании тока.

Мы также можем понять транзистор, представив его как пару диодов. С база положительная, а эмиттер отрицательный, переход база-эмиттер подобен прямому смещению. диод, с электронами, движущимися в одном направлении через переход (слева направо в диаграмме) и отверстия, идущие в обратном направлении (справа налево). База-сборщик переход подобен диоду с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора тянет большая часть электронов проходит через внешнюю цепь и попадает во внешнюю цепь (хотя некоторые электроны действительно рекомбинируют с дырками в базе).

Как работает полевой транзистор (FET)

Работа всех транзисторов основана на управлении движением электронов, но не все они делают это одинаково. Подобно переходному транзистору, полевой транзистор (полевой транзистор) имеет три разных вывода, но они имеют названия исток (аналог эмиттера), сток (по аналогии с коллектор), и затвор (аналог основания). В полевом транзисторе слои кремний n-типа и p-типа устроены немного по-разному и покрытые слоями металла и оксида. Это дает нам устройство, называемое МОП-транзистор (поле оксида металла и полупроводника) эффектный транзистор).

Хотя в истоке и стоке n-типа есть дополнительные электроны, они не могут течь от одного к другому из-за отверстий в ворота р-типа между ними. Однако, если мы присоединим положительный напряжение на затвор, там создается электрическое поле, позволяющее электроны текут по тонкому каналу от истока к стоку. Этот «эффект поля» позволяет течь току и включает транзистор:

транзистор потому что только один вид («полярность») электрического заряда участвует в том, чтобы заставить его работать.

Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

На практике вам не нужно ничего знать о электроны и дырки, если вы не собираетесь чтобы зарабатывать на жизнь разработкой компьютерных чипов! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя небольшой ток чтобы включить больший. Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает компьютерам хранить информацию и принимать решения?

Мы можем соединить несколько транзисторных переключателей, чтобы сделать что-то называется логическим вентилем, который сравнивает несколько входные токи и в результате дает другой выход. Логические ворота позволяют компьютерам делать очень простые решения с использованием математической техники, называемой булевой алгеброй. Ваш мозг принимает решения точно так же. Например, используя «входные данные» (вещи, которые вы знаете) о погоде и о том, что у вас есть в вашей прихожей, вы можете принять такое решение: «Если идет дождь И я возьми зонт, я пойду в магазины». Это пример булевой алгебры с использованием так называемого И «оператор» (слово «оператор» — это всего лишь немного математического жаргона для заставить вещи казаться сложнее, чем они есть на самом деле). Ты можешь сделать аналогичные решения с другими операторами. «Если ветрено ИЛИ идет снег, тогда я надену пальто» пример использования оператора ИЛИ. Или как насчет «Если идет дождь И я есть зонт ИЛИ у меня есть пальто, тогда можно выходить на улицу». Используя И, ИЛИ и другие операторы, называемые NOR, XOR, NOT и NAND, компьютеры могут складывать или сравнивать двоичные числа. Эта идея является краеугольным камнем компьютерных программ: логическое серия инструкций, которые заставляют компьютеры что-то делать.

Обычно переходной транзистор «выключен» при отсутствии базы тока и переключается в положение «включено», когда протекает базовый ток. Это означает, что это потребляет электрический ток для включения или выключения транзистора. Но такие транзисторы можно соединить с логическими вентилями, чтобы их выход соединения возвращаются на свои входы. Транзистор затем остается включенным даже при отключении базового тока. Каждый раз новый база течет ток, транзистор «щелкает» или выключается. Остается в одном из эти стабильные состояния (либо включено, либо выключено) до тех пор, пока другой ток приходит и переворачивает его в другую сторону. Такая договоренность известен как триггер, и он превращает транзистор в простой запоминающее устройство, в котором хранится ноль (когда он выключен) или единица (когда он на). Триггеры — это основная технология, используемая в микросхемах компьютерной памяти.

Кто изобрел транзистор?

Произведение искусства: оригинальная конструкция точечного транзистора, изложенная в Американский патент Джона Бардина и Уолтера Браттейна (2 524 035), поданный в июне 1948 г. (примерно через шесть месяцев после оригинальное открытие) и награжден 3 октября 1950 года. Это простой PN-транзистор с тонкий верхний слой германия P-типа (желтый) на нижнем слое германия N-типа (оранжевый). Три контакта: эмиттер (E, красный), коллектор (C, синий) и база (G, зеленый). Вы можете прочитать больше в оригинальном патентном документе, который указан в ссылках ниже. Работа предоставлена ​​Управлением по патентам и товарным знакам США.

Транзисторы были изобретены в Bell Laboratories в Нью-Джерси в 1947 году. тремя блестящими американскими физиками: Джоном Бардином (1908–1991), Уолтером Браттейн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).

Группа под руководством Шокли пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США, но что они на самом деле изобрели оказались гораздо более распространенными Приложения. Бардин и Браттейн создали первый практичный транзистор. (известный как точечный транзистор) во вторник, 16 декабря, 1947. Хотя Шокли сыграл большую роль в этом проекте, он был разъяренный и взволнованный тем, что его оставили в стороне. Вскоре после этого, во время остановиться в гостинице на конференции по физике, он в одиночку вычислил теория переходного транзистора — гораздо лучшего устройства, чем транзистор с точечным контактом.

В то время как Бардин ушел из Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил добиться еще большего успеха, изучая сверхпроводники в Иллинойском университете), Браттейн остался на некоторое время, прежде чем уйти на пенсию, чтобы стать учителем. Шокли основал собственную компанию по производству транзисторов и помог вдохновить современное явление, которое называется «Силиконовая долина» (процветающий район вокруг Пало-Альто, Калифорния, где корпорации электроники собрались). Двое его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, ушли основал Intel, крупнейшего в мире производителя микрочипов.

Бардин, Браттейн и Шокли ненадолго воссоединились несколько лет спустя, когда они разделили высшую науку в мире награда, т. Нобелевская премия по физике 1956 г., за их открытие. Их история захватывающая история о интеллектуальный блеск борется с мелкой завистью, и это хорошо стоит прочтения больше о. Вы можете найти несколько замечательных рассказов об этом среди книг и веб-сайты, перечисленные ниже.

Подробнее

На этом сайте

• Компьютеры: краткая история
• Флэш-память
• Интегральные схемы
• Логические элементы
• Тиристоры

Другие веб-сайты

• The Journey Inside: образовательный веб-сайт Intel, посвященный транзисторам и интегральным схемам.
• Transistorized !: веб-сайт PBS о Бардине, Браттейне, Шокли и истории транзисторов.
• Транзистор: узнайте о транзисторах в увлекательной игровой форме с помощью игр и интерактивов на веб-сайте Нобелевской премии. [Архивировано через Wayback Machine.]

Книги

Технические и практические

• Марка: Electronics by Charles Platt. O’Reilly, 2015. Четкий, хорошо иллюстрированный учебник для начинающих в области электроники и отличное место для начала увлеченного подростка. Эксперимент 10 начинается с покрытия транзисторов.
• Начало работы в области электроники, Форрест М. Мимс III. Издательство Master Publishing, 2003 г. Надежное введение с множеством примеров схем, которые можно попробовать.
• Искусство электроники, Пол Горовиц, Уинфилд Хилл. Издательство Кембриджского университета, 2015 г. Это гораздо более подробный учебник для студентов, которым я сам пользовался в колледже.
• Почему вещи такие, какие они есть, Б.С. Чандрасекар. Издательство Кембриджского университета, 1998. Относительно простое для понимания, в основном не математическое введение в физику твердого тела; по сути, это объясняет, как на самом деле работают твердые тела изнутри. Глава 10 объясняет электрические токи и полупроводники.

Исторический

• Электронная революция: изобретение будущего Дж. Б. Уильямса. Springer, 2017. Обширный обзор того, как электроника изменила нашу жизнь за последнее столетие или около того.
• Хрустальный огонь: The Изобретение транзистора и рождение века информации Майклом Риорданом и Лилиан Ходдесон. WW Norton & Co., 1998. Очень читаемая история транзисторов и интегральных схем.

Статьи

Технические

• Этот 40-летний транзистор изменил индустрию связи Джоанна Гудрич, IEEE Spectrum, 26 декабря 2019 г. Празднование быстро переключающихся транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT), изобретенных в 1979 Такаши Мимура из Fujitsu.
• Приветствую перовскитные транзисторы Дэвида Шнайдера. IEEE Spectrum, 16 января 2019 г. Как кристаллы перовскита можно «нарисовать» на подложке для изготовления полевых транзисторов.
• Является ли NanoRing от Qualcomm транзистором (ближайшего) будущего? Сэмюэл К. Мур. IEEE Spectrum, 14 декабря 2017 г. Как и почему Qualcomm остановилась на устройствах, называемых нанокольцами, в качестве потенциально новых типов транзисторов.
• Размеры затвора транзисторов в один нанометр были достигнуты Декстером Джонсоном. IEEE Spectrum, 7 октября 2016 г. Будущее за нанотранзисторами из углеродных нанотрубок?
• Преемник транзистора, установленный Венди М. Гроссман, чтобы скоро наступить век «Машины». Scientific American, 22 июля 2014 г. В основе компьютеров завтрашнего дня могут лежать мемристоры, а не транзисторы.
• Представляем вакуумный транзистор: устройство, сделанное из ничего, Джин-Ву Хан и Мейя Мейяппан. IEEE Спектр. 23 июня 2014 года. Частично вакуумная лампа, частично транзистор, он может работать в 10 раз быстрее, чем кремний, утверждают исследователи NASA Ames.
• Intel переходит на 3D-технологии, реконструируя транзистор Чарльз Артур, Guardian, 4 мая 2011 г. Создание «трехмерных» транзисторов позволяет инженерам втиснуть еще больше их в одно и то же пространство.
• Прыжок в микромир после транзистора Джон Маркофф. The New York Times, 31 августа 2009 г. Какие устройства могут заменить транзисторы?

Исторический

• В картинках: Transistor History: BBC News, 15 ноября 2007 г. Фотографии пионеров транзисторов, первых транзисторов и схем.
• Утерянная история транзистора Майкла Риордана. IEEE Spectrum, 30 апреля 2004 г.
.
• Транзисторная физика У. Шокли. Американский ученый, 19 января.54, стр. 41–72.

Патенты

• Патент США: 2,524,035: Трехэлектродный элемент схемы с использованием полупроводниковых материалов: оригинальный патент на точечный транзистор, поданный Джоном Бардином и Уолтером Браттейном 17 июня 1948 г. и выданный в октябре 1950 г.
• Патент США: 2 569 347: элемент схемы, использующий полупроводниковый материал: это было яростное продолжение первоначального патента Шокли, поданного 26 июня 1948 г. (примерно через 10 дней после первоначального патента Бардина / Браттейна) и выданного 25 сентября 19 г.51.
• Патент США: 2 502 488: Полупроводниковый усилитель: еще один патент Шокли, поданный в сентябре 1948 г. и выданный в апреле 1950 г.

Видео

Технический

• MAKE представляет: The Transistor: отличное, понятное 9-минутное введение в тему транзисторов от Collin Cunningham из MAKE. Объясняет разницу между маломощными (сигнальными) транзисторами и мощными устройствами, почему транзисторы лучше электронных ламп и для чего мы можем использовать транзисторы. Также есть очень хорошее объяснение оригинальных точечных транзисторов Бардина и Браттейна.

Исторический

Нам повезло, что у нас есть сохранившиеся архивные кадры трех первопроходцев в области транзисторов!

• Интервью Уильяма Шокли, 1969 г.: Шокли объясняет, как были изобретены транзисторы и какую роль он сыграл в этом.
• Искра гениальности: История Джона Бардина в Университете Иллинойса: 23-минутный документальный фильм о жизни и работе Бардина.
• Архивы AT&T: доктор Уолтер Браттейн о физике полупроводников: посмотрите, как доктор Браттейн объясняет теорию полупроводников и физику твердого тела (29минут).

Также из архивов вам может понравиться:

• Архивы AT&T: Бутылка волшебства: Как электронные лампы сделали возможным усиление междугородных телефонных звонков. Транзисторы были следующим логическим шагом и изначально разрабатывались именно для той же цели.
• Архивы AT&T: Транзистор: Этот документальный фильм 1953 года исследует вероятное социальное влияние транзисторов.

Как работает транзистор

В этом учебном пособии рассматриваются основы транзисторов и концептуально дается ответ на вопрос, как работает транзистор? Хорошее понимание транзистора необходимо для работы с электронными схемами. Транзисторы являются основой электроники. Они повсюду; в дискретной форме, в группе миллионов как интегральная схема. Мы рассмотрим каждый аспект транзистора в этом разделе серии руководств.

Содержание

• ● Почему мы используем транзистор?
• ● Что такое транзистор?
• ● Биполярный переходной транзистор (BJT)
• ● Символы транзисторов
• ● Конструкция транзистора
• ● Транзистор в действии
  1. o Аналогия воды
  2. o Транзистор рабочий

Понятия, которые необходимо знать

Прежде чем отправиться в путешествие по транзисторам, мы рекомендуем вам ознакомиться с некоторыми основами, связанными с транзисторами. Конструкция и работа транзистора связана с диодами, вам предлагается прочитать учебники по диодам и базовой электронике.
Вы увидите концепцию условного тока против потока электронов в этом уроке пару раз. Как следует из названия, обычный ток — это традиционный, старомодный способ выражения концепции тока. Обычный ток течет от положительного к отрицательному. Да, это выглядит концептуально неправильно, но вы можете найти доказательство этому в символе диода. Электрон с его отрицательным зарядом легко притягивается к положительному источнику. Следовательно, поток электронов идет от отрицательного к положительному. Эти понятия кажутся запутанными, но они очень ясны и оба приемлемы. Неважно, какое направление течения рассматривается, важно постоянно использовать одно и то же направление. Работа тока в электронной цепи не меняется в зависимости от направления протекания тока.

Почему мы используем транзистор?

Сегодня большая часть электронных схем состоит из интегральных схем (ИС). В такой интегральной схеме, как микроконтроллер, спрятаны миллионы транзисторов. Конфигурация ввода-вывода таких ИС основана на транзисторах. Транзисторы имеют много преимуществ, таких как небольшой размер, доступность, низкая стоимость, простота использования. Они отвечают за сокращение электронных схем. Вы можете подумать, что на самом деле делает транзистор? Таким образом, помимо усиления (превращения маломощного сигнала в аналогичный сигнал большой мощности) транзисторы могут также действовать как переключатель. С этим комбинированным потенциалом транзисторы могут многое. Благодаря своей коммутационной и усиливающей способности транзистор заменил в электронике механический переключатель и лампу. Как и другие электронные компоненты, которые мы обсуждали до сих пор, транзисторы имеют различные типы для различных приложений. Вот почему транзистор является жизненно важной частью электроники.

Что такое транзистор?

В электронике используются чрезвычайно мелкие частицы, называемые электронами; для управления электричеством. Транзистор управляет электричеством с помощью электронов. Первый транзистор практически реализован в 1947 году физиками Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли. Этот транзистор был назван точечным транзистором. Позже Уильям Шокли изобрел биполярные транзисторы в 1948 году. Транзистор — это простое активное электронное устройство по своей физической структуре и немного сложное по своей работе. По определению транзистор представляет собой полупроводниковое устройство с двумя pn-переходами, используемое в качестве переключателя или для усиления электронных сигналов .

Биполярный транзистор (BJT)

Транзисторы делятся на два основных типа: биполярные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). В учебниках по транзисторам мы подробно изучим каждую вариацию обоих типов. Наиболее распространенный транзистор, который мы используем, — это переходной транзистор (BJT). Следовательно, большинство людей, работающих с электроникой, используют слово «транзистор» для обозначения биполярного транзистора. Возможно, вы думаете о названии «биполярный», почему так называется? Мы увидим причину этого в работе транзистора. Теперь отсюда мы узнаем о BJT, их типах, конструкции, работе и т. Д.»

Символы транзисторов

Транзисторы концептуально представляют собой 3 терминальных активных устройства. Эти 3 вывода называются коллектором (C), базой (B) и эмиттером (E). Транзистор состоит из трех сэндвич-слоев легированных полупроводников. Комбинация слоев может быть либо npn , либо pnp .

BJT – символы и конструкция транзисторов

Для изготовления транзисторов используются два полупроводника: кремний (Si) и германий (Ge), из которых кремний является наиболее предпочтительным. Проводимость полупроводниковых материалов находится между проводником (например, медью) и изолятором (например, пластиком). Чистый кремний не очень полезен для электроники. Добавление примеси (химического вещества) в чистый кремний улучшает его свойства, этот процесс известен как легирование. В зависимости от добавленных примесей мы получаем полупроводники n-типа или p-типа. Различные электронные устройства сделаны из комбинации этих нечистых полупроводников. Вы можете посетить здесь, чтобы узнать больше о полупроводниках, их типах, сравнении кремния и германия и т. д.

Конструкция транзистора

В конструкции биполярного транзистора средняя область называется базой, а внешние две области — эмиттерной и коллекторной. На рисунке выше вы можете найти похожие внешние слои, но их работа сильно различается с точки зрения электрических и физических свойств. Уровень легирования эмиттера самый высокий, а базы самый низкий. Область коллектора имеет наибольшую площадь, а основание имеет наименьшую площадь. Вам может быть интересно узнать о самом большом размере области коллектора. Причина в том, что при практической работе транзистора на коллекторе выделяется тепло (потеря мощности). По сравнению с другими областями площадь коллектора в транзисторе увеличена для отвода тепла.

Конструкция транзистора фактически является расширением структуры p-n перехода диода. Следовательно, транзистор можно представить как два диода с соединенными вместе анодами (NPN) или катодами (PNP). Направление стрелки на символе BJT можно проверить по положению диода. В случае NPN диод направлен в сторону эмиттера, а в случае PNP диод направлен в сторону базы. Это направление указывает на направление тока, протекающего через транзистор.

Как работает транзистор — аналогия с двумя диодами

Представление транзистора в виде двух диодов практически не корректно. На макетной плате не получится. Практически поведение тока в транзисторе отличается от поведения диода.

Транзистор в действии

Работу транзистора можно продемонстрировать, растянув водные аналогии резистора и конденсатора. В водной аналогии транзистора мы рассматриваем ширину трубы как сопротивление, ток — это поток воды, а давление, проталкивающее эту воду через трубу, — это напряжение. Транзистор аналогичен лампе. Ручка этого клапана представляет собой штифт основания транзистора, который позволяет большему или меньшему количеству электронов течь от эмиттера к коллектору. Работу транзистора в качестве переключателя (ВКЛ/ВЫКЛ) и усилителя можно объяснить водяным клапаном, контролируя расход воды.

Как работает транзистор – аналогия с водой

Подобно клапану, контролирующему скорость потока воды, транзистор также может управлять потоком тока путем небольшой настройки тока базы. Следовательно, биполярный транзистор называется токоуправляемым устройством . Усилительные характеристики транзисторов делают их специальными электронными устройствами.

Транзистор в рабочем состоянии

В транзисторах npn и pnp имеются две одинаковые внешние области легированного полупроводника, то есть эмиттер и коллектор. Судя по названию 9Эмиттер 0261 излучает носители заряда на базу . Коллектор собирает носители заряда с базы , чтобы передать их в следующую часть схемы. Основание контролирует протекание носителей заряда через слои. База похожа на дверь или затвор, управляющий током в транзисторе.

Термин «носители заряда» используется для обозначения электронов (-ve заряд) и дырок (+ve заряд) в случае npn и pnp соответственно. Концептуально дырки — это не что иное, как отсутствие электронов.

Токи в транзисторе – NPN и PNP

Стрелка в символе транзистора определяет протекание тока эмиттера и условное направление тока.

Эмиттер представляет собой прямое смещение по отношению к базе для испускания или подачи большого количества носителей заряда. Коллектор обратного смещения w.r.t. база для сбора носителей заряда, испускаемых эмиттером. Прямое или обратное смещение соответствующей области транзистора зависит от приложения, в котором будет использоваться транзистор. Эмиттер сильно легирован, поэтому для перемещения носителей заряда от эмиттера к базе требуется очень небольшое давление (напряжение). Согласно диодной аналогии транзистора, часть эмиттер-база эквивалентна диоду. Прямое напряжение диода составляет около 0,6 В. Следовательно, требуется небольшое количество напряжения для прямого смещения эмиттера по сравнению с выходным напряжением. база. Коллектор легирован легче, чем эмиттер, поэтому к коллектору прикладывается большее напряжение, чем к эмиттеру.

Что такое предвзятость?
В электронике смещение представляет собой постоянное напряжение или ток постоянного тока. При смещении постоянное напряжение постоянного тока намеренно подается между двумя клеммами для управления электронным устройством. Например. Напряжение смещения около 0,6 В включит транзистор.

Работа npn-транзистора

Эмиттер прямого смещения испускает электроны на базу. Эти электроны составляют эмиттерный ток ( I _E ). Очень немногие электроны из эмиттера соединяются с дырками в базе, которые создают базовый ток ( I _B ). Остальные электроны легко проходят слабо легированную базовую область и создают ток коллектора ( I _C ). Таким образом, можно сказать, что в коллекторной части протекает примерно полный эмиттерный ток. В npn эмиттер и база имеют n-тип и p-тип соответственно. Следовательно, электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными носителями.

Работа транзистора pnp

Транзистор pnp работает очень похоже на транзистор npn. В случае pnp единственное различие связано с эмиттером p-типа и базой n-типа, дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными. Следовательно, эмиттер излучает дырки, проводимость тока в pnp осуществляется дырками, а во внешнем проводящем пути, подобно проводам, ток осуществляется электронами. В pnp-транзисторе отрицательное базовое напряжение управляет током эмиттер-коллектор.

With this discussion we can mathematically define emitter current with Kirchhoff’s current law as,

I _E = I _B + I _C
Since I _B is very small ; и измерять в мкА,
I _E ≈ I _C

 

О транзисторах можно еще много говорить. Это только начало. Надеюсь, теперь вы знакомы со словом транзистор. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашим следующим постом для более подробного объяснения работы транзистора.

Центр творческой науки — доктор Джонатан П. Хэйр

Центр творческой науки — доктор Джонатан П. Хэйр Примечание: для получения подробной информации о беседах и семинарах по этой теме нажмите здесь:
беседы и семинары

Резюме
Описана простая демонстрация, показывающая, как работает транзистор. Включая аудиторию в реальную схему и зажигая светодиоды, мы показываем потенциал простого транзисторного усилителя. Также описано расширение до двух транзисторов — пара Дарлингтона.

Примечание: опубликована эта статья: Демонстрация чудесного усиливающего действия транзистора
JP Hare, IOP Press, Journal of Physics Education, март 2004 г., стр. 128-131 (воспроизведено здесь с разрешения IOP)

Введение
В 1956 году Нобелевская премия по физике была присуждена Шокли, Бардину и Браттейну за изобретение транзистора. В 2000 году Алферов, Кремер и Килби были удостоены Нобелевской премии за «основные работы в области информационных и коммуникационных технологий» и разработку интегральной схемы — все работы, которые были бы невозможны без скромного транзистора.

Транзистор сделал возможным современную революцию в телекоммуникациях. Однако с течением времени сам транзистор стал почти невидимым в нашем высокотехнологичном обществе, и это вездесущее изобретение становится недооцененным и даже неправильно понятым. Я считаю важным, чтобы люди имели представление о том, что такое транзистор, как он работает и на что он способен, и показать, что это замечательное устройство можно понять с точки зрения относительно простой физики.

Транзистор
Транзистор — это электронное устройство, которое преобразует небольшие электрические токи (и напряжения) в более крупные копии оригинала — это то, что называется усилителем и, как говорят, имеет «усиление» (усиление). Транзистор имеет три проводных соединения, называемых; эмиттер (E), база (B) и коллектор (C), см. рис. 1. Соединив устройство с другими простыми компонентами, можно легко построить усилитель. Типичный транзистор имеет коэффициент усиления ок. 100 раз.

Физическая теория, описывающая транзистор, сложна и предполагает понимание движения электронов (и отсутствия электронов — дырок) в полупроводниковых материалах, легированных P и/или N. Читаемые отчеты о теории можно найти в различных источниках (см. Справочный раздел ниже). Далее следует не подробное изложение теории, а простой набор экспериментов, демонстрирующих работу транзистора.

Как это работает
Диод представляет собой двухпроводной электронный компонент, который проводит электричество только при правильном подключении, то есть при правильном приложении потенциалов. Он состоит из полупроводникового перехода P и N. Транзистор представляет собой трехпроводной компонент, состоящий из сэндвича из переходов PNP или NPN. Электрически это выглядит так, как будто транзистор состоит из двух диодов, соединенных встречно-параллельно, см. рис. 1. Общая средняя область (база — B) транзистора намного тоньше, чем две другие области.

Поскольку диоды расположены напротив друг друга, ток обычно не протекает, когда между эмиттером и коллектором подается напряжение (хотя может быть небольшой ток утечки). Если к BE (B положительный и E отрицательный для транзистора NPN) приложено напряжение, этот переход будет смещен в прямом направлении, поэтому в этой цепи будет протекать ток. Однако из-за того, что базовая область очень тонкая (а также потому, что при правильном подключении коллектор находится под высоким потенциалом и, таким образом, притягивает электроны), целых 99% этого тока на самом деле будет течь прямо через область базы, чтобы достичь коллектора (C). Таким образом, мы фактически сделали цепь EC транзистора проводящей, подав ток на B (установленный небольшим напряжением на BC).

Теперь ток, протекающий от эмиттера, должен быть равен сумме i) 99%, поступающих на коллектор, и ii) 1%, протекающего через базу. Таким образом, базовый ток невелик, всего 1% или около того. Но, как мы видели, ток коллектора не может существовать без небольшого тока базы, и поэтому он эффективно контролирует ток коллектора. Этот ток коллектора является увеличенной копией сигнала базы, поэтому мы видим, что транзистор дает усиление по току! Прирост тока 100-200 типичен для транзистора. Обычно EC-часть схемы используется как выход, а база — как вход усилителя.

Цепь EB имеет низкое напряжение и малый ток, в то время как EC имеет гораздо более высокий потенциал и более высокий ток. Поскольку мощность = напряжение x ток, мы должны иметь более высокую мощность в EC, и поэтому с такой простой схемой возможен прирост мощности. Конечно, транзистор не усиливает этот небольшой базовый сигнал «волшебным образом», дополнительная мощность получается от источника питания, управляющего схемой транзистора. Транзистор нуждается в батарее или другом источнике питания, чтобы творить «волшебство».

Эксперимент 1 — простая последовательная схема
Соедините последовательно батарею 9 В, светодиод и резистор 560 Ом, как показано на рис. 2. Светодиод должен загореться при правильном подключении (если ничего не происходит, поменяйте местами светодиоды). Для освещения светодиоду требуется около 3 В при 10 мА, и этого можно добиться, вставив в цепь резистор соответствующего размера:

R = В / I = (9 — 3) В/0,01 А = 600 Ом
( Примечание: на самом деле мы используем резистор 560 Ом в этих экспериментах, так как это легко получить «предпочтительное значение», которое достаточно близко к работе)

Эксперимент 2 — простая последовательная схема, которая не работает!
Пожалуйста, прочитайте примечание (1), прежде чем продолжить этот эксперимент.
Теперь отсоедините провод от положительной клеммы аккумулятора. Поместите палец одной руки на положительную клемму батареи 9 В, а палец другой руки соедините со свободным проводом. Теперь у нас есть последовательная цепь, как и раньше, но с включенным добавочным сопротивлением корпуса. Сопротивление тела является комплексным и будет зависеть от приложенного напряжения и, что наиболее важно, от контактного сопротивления между кожей и проводными соединениями (см. примечание (2) ниже). Тело может иметь широкий диапазон сопротивления от 10 000 до 1 000 000 Ом. Ради аргумента скажем, что 50 000 Ом = 50 кОм.

Теперь мы получаем:

I = V / R = (9 — 3) / 50 000 = 0,0001 А = около 0,1 мА

который мы видим, составляет около 1/100 тока, необходимого для зажигания светодиода (около 10 мА), и поэтому неудивительно, что ничего не происходит!

Эксперимент 3 — Транзисторный усилитель
Мы слышали, что транзистор может усиливать примерно в 100 раз, поэтому мы можем использовать это свойство для усиления сигнала от небольшого тока, протекающего через тело, чтобы он мог зажечь светодиод.

Аккуратно подключите простую схему транзистора, показанную на рис. 3. Когда один палец одной руки помещается на положительный полюс батареи, а другой палец другой руки соединяется с базой транзистора, возникает небольшой ток (величиной, мы только что подсчитали — около 0,1 мА) поступает в цепь ВЕ транзистора. Из-за коэффициента усиления транзистора это создает ток CE (где подключен светодиод) примерно в 100 раз больше:

0,0001 х 100 = 0,01А = 10мА и так горит светодиод!!

Эксперимент 4 — Пара Дарлингтона
Итак, что произойдет, если у нас есть два транзистора в каскаде (один питает другой)? Это действительно возможно и называется парой Дарлингтона, см. рис. 4. Опросите студентов/учеников, какой, по их мнению, будет общий выигрыш от такой системы. Например, будет ли это 2 х 100 = 200 или 100 х 100 = 10 000 раз (см. примечание 4). Попробуйте заставить весь класс сформировать человеческую цепочку, взявшись за руки, с одной рукой от первого и одной рукой от последнего человека, чтобы установить связь между положительными 9Соединение батареи V и основание пары Дарлингтона (см. примечание 4 ниже).

Резюме
Я нашел эту небольшую демонстрацию наиболее эффективным способом демонстрации работы транзистора. Пожалуйста, убедитесь, что студенты/ученики понимают, что из соображений безопасности эксперименты должны проводиться только с использованием батареек (см. примечание (1) ниже). В этих очень простых экспериментах мы использовали транзистор в качестве усилителя. Чтобы усилить более тонко изменяющиеся сигналы (а не те, которые просто включаются или выключаются), такие как аудио или радио, нам нужно «сместить» транзистор, чтобы могло иметь место линейное (более низкое искажение) усиление. Эти следующие важные шаги здесь не рассматриваются, но подробности можно найти в рекомендуемых материалах для чтения в справочном разделе в конце этой статьи.

Компоненты и детали
1) 2 транзистора NPN: большинство транзисторов NPN будут работать, например. BC109C
2) 1 светодиод; подойдет любой светоизлучающий диод LED
3) Батарея PP3 9V
4) Резистор 560 Ом (любая мощность)
5) 100 кОм (см. примечание (4))
6) провод для соединений (пригодятся крокодилы)

Благодарности
Я хотел бы поблагодарить многих студентов и учеников, которые помогли в этих демонстрациях, и, в частности, я хотел бы посвятить эту статью памяти Яна Миринга, который работал в школе Ангмеринг (Западный Сассекс). Я также хотел бы поблагодарить NESTA (Национальный фонд науки, технологий и искусства) за поддержку.

Ссылки и веб-сайты:
1) По физике транзистора см. следующие хорошие книги:

Essential Theory for the Electronics Hobbyist , GT Rubaroe, 1988. ISBN 02 69 4
From Atoms to Amperes , F. A. Wilson, ISBN 0 195934 2
Квантовая физика , Р. Эйсберг и Р. Резник, 1985. ISBN 0 471 87373 X

2) информацию о Нобелевской премии по физике 1956 г.: «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта» см. на веб-сайте:
Нобелевская премия 1956 г.

информацию о Нобелевской премии по физике 2000 г.: «за фундаментальную работу в области информационных и коммуникационных технологий» см. на веб-сайте:
Нобелевская премия 2000 г.

3) подробнее о CSC Xmas LED W/S см.: Рождественский светодиод W/S

Примечания
1) Поскольку в этих экспериментах используется человеческое тело, необходимо учитывать опасность поражения электрическим током. С батареей 9V PP3 эти эксперименты полностью безопасны. Эти эксперименты должны проводиться только с батареями. Ни в коем случае не следует использовать источник питания от сети или «выпрямитель батареи».

2) Тело человека не похоже на стандартный резистор. Наиболее важным является сопротивление контакта с кожей, и это будет зависеть от присутствующей влаги (например, сладкого и т. д.). Если ваша аудитория особенно «прохладна» (или, возможно, это не очень влажный день), то контактное сопротивление можно уменьшить (и улучшить этот эксперимент), слегка смочив пальцы (водой из-под крана или слюной).

3) Уже несколько лет я провожу мастер-классы по рождественским светодиодам для маленьких детей. Идея состоит в том, чтобы научить их компонентам, последовательным и параллельным цепям, подключению светодиодов и т. д. Мы подключаем от 4 до 6 светодиодов, а дети украшают самодельные открытки и новогодние елки! Демонстрация транзистора началась как часть этого семинара.

4) Демонстратор должен знать, что если положительный источник питания напрямую касается базы и происходит короткое замыкание на положительный источник питания, проходящий ток повредит транзистор(ы). В парной схеме Дарлингтона, например, резистор на 100 кОм должен быть включен последовательно с базовой цепью для ограничения тока (резистор вряд ли повлияет на работу схемы, потому что усиление очень велико, около 100 x 100 = 10 000!).

5) Практическое использование такой схемы может включать: i) в качестве простого тестера транзисторов ii) в качестве детектора влажности при проверке стен в старых домах или iii) в качестве выключателя света для светодиодного фонарика (который загорается только тогда, когда фонарик проводится) и др.

Обратите внимание, что эта статья была опубликована в журнале Physics Education
. см. веб-страницу физического образования

---

ЦЕНТР ТВОРЧЕСКОЙ НАУКИ

---

Д-р Джонатан Хэйр, Университет Сассекса
Брайтон, Восточный Сассекс

главная | дневник | что происходит | Резюме CSC | последние новости

---

Что такое транзистор, его функции и характеристики[Видео]

Теплые подсказки: В этой статье около 3200 слов, а время чтения около 15 минут.

Каталог 5 5 5 5

Введение

Каталог

I

II Разработка транзисторов  2.1 Вакуумный триод  2.2 Транзисторы с точечным контактом  2.3 Биполярные и униполярные транзисторы 2,4 Кремниевая транзистор 2,5 Интегрированные схемы 2.6 Полевой транзистор (FET) и MOS Transistor 2,7 Микропроцессор (CPU)

III Классификация Transistor

III Классификация Transistor

III. Типы транзисторов и их характеристики

IV Основные параметры транзисторов 4.1 Коэффициент усиления постоянного тока 4.2 Коэффициент усиления переменного тока 4.3 Диссипационная мощность 4.4 Характерная частота (FT) 4.5 Максимальная частота (FM) 4. 6 Максимальный ток коллекционера (ICM) 4.7 Максимальное обратное напряжение

9000 2 -й часто задаваемые вопросы. и Характеристики

Книга Предложение

Введение

Транзистор 0261 и его подробные характеристики и функции. Транзистор — это своего рода твердотельное полупроводниковое устройство, которое выполняет множество функций, таких как обнаружение, выпрямление, усиление, переключение, стабилизация напряжения, модуляция сигнала и так далее. В качестве переключателя переменного тока транзистор может управлять выходным током в зависимости от входного напряжения.

 

В отличие от обычных механических переключателей (таких как реле и переключатели), транзисторы используют телекоммуникационные сигналы для управления их включением и выключением, а скорость переключения может быть очень высокой, которая в лаборатории может достигать более 100 ГГц. В 2016 году команда Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли преодолела физический предел и сократила самый сложный транзисторный техпроцесс с 14 нм до 1 нм, совершив прорыв в вычислительных технологиях.

Что такое транзистор? Определение, функции и использование

Артикул Core	Введение в транзисторы	Назначение	Познакомить с транзистором, его функциями и характеристиками
Английское имя	Транзистор	Категория	Дискретные полупроводники Продукты
Функция	Используется в качестве детектора, выпрямителя, усилителя, переключателя, стабилизатора напряжения, модуляции сигнала	Функция	Высокий отклик и высокая точность

I Что такое транзистор?

Транзисторы представляют собой полупроводниковые устройства, которые обычно используются в усилителях или переключателях с электрическим управлением. Транзисторы являются основным строительным блоком, который регулирует работу компьютеров, мобильных телефонов и всех других современных электронных схем.

 

Благодаря своему быстрому отклику и высокой точности транзисторы могут использоваться для широкого спектра цифровых и аналоговых функций, включая усилители, переключатели, стабилизаторы напряжения, модуляцию сигналов и генераторы. Транзисторы могут быть упакованы независимо или на очень небольшой площади, вмещающей часть 100 миллионов или более транзисторных интегральных схем.

(Транзисторная технология Intel 3D)

Строго говоря, под транзисторами понимаются все отдельные элементы на основе полупроводниковых материалов, включая диоды, транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т.д., изготовленные из различных полупроводниковых материалов. Транзисторы чаще всего относятся к кристаллическим триодам.

Транзисторы делятся на две основные категории: биполярные транзисторы (BJT ) и полевые транзисторы (FET) .

структура транзистора

Транзистор имеет три полюса: три полюса биполярного транзистора состоят из N-типа и P-типа соответственно: Эмиттер, База и Коллектор ; три полюса полевого транзистора : Исток, Затвор, Сток .

 

Ввиду того, что транзистор имеет три полярности, существует также три способа их использования: заземленный эмиттер (также называемый конфигурацией усилителя с общей эмиссией/CE), заземленная база (также называемая конфигурацией усилителя с общей базой/CB) и заземленная коллектор (также называемый усилителем общего набора / конфигурацией CC / ответвителем излучателя).

---

II Разработка транзисторов

В декабре 1947 года группа Belle Labs, Shockley, Barding and Bratton разработала германиевый транзистор с точечным контактом, появление которого стало главным изобретением 20-го века и предшественником революции микроэлектроники. С появлением транзисторов люди получили возможность использовать небольшое маломощное электронное устройство вместо лампы большого объема и большой потребляемой мощности. Изобретение транзистора послужило сигналом к ​​рождению интегральной схемы.

 

В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В первой половине 20 века широкое распространение среди радиолюбителей получили рудные радиоприемники. Они используются для обнаружения с помощью таких полупроводников. Электрические свойства полупроводников также применяются в телефонных системах.

• 2.1 Вакуумный триод

19 февраля39, есть великое открытие лаборатории Белла —- переход кремния PN. В 1942 году студент по имени Сеймур Бензер из исследовательской группы Университета Пердью под руководством Ларка Горовица обнаружил, что монокристаллы германия обладают превосходными выпрямляющими свойствами, которых нет у других полупроводников. Эти два открытия соответствовали требованиям правительства Соединенных Штатов и подготовили почву для последующего изобретения транзисторов.

В 1945 году точечный транзистор, изобретенный Шокли и другими учеными, стал предтечей микроэлектронной революции человечества. По этой причине Шокли подал заявку на патент на первый транзистор для Белла. Наконец, он получил разрешение на первый патент на транзистор.

В 1952 году Шокли предложил концепцию униполярного переходного транзистора на основе биполярного транзистора 1952 года, который сегодня называется переходным транзистором. Его структура аналогична структуре биполярного транзистора PNP или NPN , но на границе раздела материала PN имеется обедненный слой, формирующий контакт выпрямителя между затвором и токопроводящим каналом исток-сток. При этом полупроводник на обоих концах используется как затвор. Ток между истоком и стоком регулируется затвором.

Подробный обзор того, как работает биполярный транзистор NPN и что он делает

 

Компания Fairy Semiconductor, производящая транзисторы, выросла из компании, состоящей из нескольких человек, в крупную компанию с 12 000 сотрудников.

После изобретения кремниевых транзисторов в 1954 году большие перспективы применения транзисторов становились все более и более очевидными. Следующая цель ученых — дальнейшее эффективное соединение транзисторов, проводов и других устройств.

В 1962 году Стэнли, Хейман и Хофштейн, работавшие в Исследовательской группе по интеграции устройств RCA, обнаружили, что транзисторы, МОП-транзисторы, могут быть созданы путем диффузии и термического окисления проводящих полос, каналов с высоким сопротивлением и оксидных изоляторов на кремниевых подложках.

В начале своего основания компания Intel по-прежнему занималась планками памяти. Хофф интегрировал все функции центрального процессора в один чип, а также память. И это первый в мире микропроцессор —- 4004 (1971). Рождение 4004 знаменует собой начало эры. С тех пор Intel стала неуправляемой и доминирующей в области исследований микропроцессоров.

В 1989 году Intel представила процессоры 80486. В 1993 году Intel разработала новое поколение процессоров. А в 1995 году Intel выпустила Pentium_Pro. Процессор Pentium II выпущен в 1997 году. В 1999 году выпущен процессор Pentium III, а процессор Pentium 4 выпущен в 2000 году.

III Классификация транзисторов

> Материал, используемый в транзисторе

В соответствии с полупроводниковыми материалами, используемыми в транзисторе, его можно разделить на кремниевый транзистор и германиевый транзистор. По полярности транзистора его можно разделить на германиевый NPN-транзистор , германиевый PNP-транзистор , кремниевый NPN-транзистор и кремниевый PNP-транзистор.

 

> Технология

В зависимости от структуры и технологии изготовления транзисторы можно разделить на диффузионные транзисторы, сплавные транзисторы и планарные транзисторы.

 

> Нагрузочная способность по току 

По нагрузочной способности транзисторы можно разделить на транзисторы малой мощности, транзисторы средней мощности и транзисторы большой мощности.

 

> Рабочая частота

По рабочей частоте транзисторы можно разделить на низкочастотные, высокочастотные и ультравысокочастотные.

 

> Структура упаковки

В зависимости от структуры упаковки транзисторы можно разделить на транзисторы в металлической упаковке, транзисторы в пластиковой упаковке, транзисторы в стеклянной оболочке, транзисторы в поверхностной упаковке и транзисторы в керамической упаковке и т. д.

 

> Функции и применение

В соответствии с функциями и применением транзисторы можно разделить на транзисторы усилителя с низким уровнем шума, транзисторы усилителя средней и высокой частоты, переключающие транзисторы, транзисторы Дарлингтона, транзисторы с высоким обратным напряжением, полосно-заграждающие транзисторы, демпфирующие транзисторы, микроволновые транзисторы, оптические транзисторы и магнитные транзисторы и многие другие типы.

> Giant Transistor (GTR)

GTR — высоковольтный, сильноточный биполярный транзистор (BJT), поэтому его иногда называют силовым BJT.

Особенности: Высокое напряжение, большой ток, хорошие характеристики переключения, высокая мощность привода, но сложная схема управления; Принцип работы ГТР и обычных биполярных транзисторов одинаков.

 

> Фототранзистор

Фототранзисторы представляют собой оптоэлектронные устройства, состоящие из биполярных транзисторов или полевых транзисторов. Свет поглощается в активной области таких устройств, создавая фотогенерируемые носители, которые проходят через внутренний механизм электрического усиления и генерируют усиление фототока. Фототранзисторы работают на трех концах, поэтому их легко реализовать электронным управлением или электрической синхронизацией.

 

Материалы, используемые в фототранзисторах, обычно представляют собой GaAs, которые в основном делятся на биполярные фототранзисторы, полевые фототранзисторы и связанные с ними устройства. Биполярные фототранзисторы обычно имеют высокий коэффициент усиления, но не слишком быстрый. Для GaAs-GaAlAs коэффициент увеличения может быть больше 1000, время отклика больше наносекунды, что часто используется в качестве фотодетектора и оптического усиления.

 

Полевые фототранзисторы (ПТ) реагируют быстро (около 50 пикосекунд), но недостатком является малая светочувствительная площадь и коэффициент усиления, что часто используется в качестве сверхбыстродействующего фотоприемника. Связано множество других планарных оптоэлектронных устройств, особенностью которых является высокое быстродействие (время отклика составляет десятки пикосекунд) и возможность интеграции. Ожидается, что такие устройства будут применяться в оптоэлектронной интеграции.

 

> Биполярный транзистор

Биполярный транзистор — это тип транзистора, который обычно используется в аудиосхемах. Биполярный возникает из-за протекания тока в двух типах полупроводниковых материалов. Биполярные транзисторы можно разделить на тип NPN или тип PNP в зависимости от полярности рабочего напряжения.

 

> Биполярный транзистор (BJT)

«Биполярный» означает, что и электроны, и дырки находятся в движении одновременно с работой. Биполярный переходной транзистор, также известный как полупроводниковый триод, представляет собой устройство, которое объединяет два PN-перехода посредством определенного процесса. Есть две комбинированные структуры PNP и NPN. Внешнее выявление трех полюсов: коллектор, эмиттер и база. BJT имеет функцию усиления, которая в зависимости от его эмиттерного тока может передаваться через область базы в область коллектора.

 

Для обеспечения данного транспортного процесса, с одной стороны, должны быть выполнены внутренние условия. Это означает, что концентрация примеси в области излучения должна быть намного больше, чем концентрация примеси в области основания, а толщина области основания должна быть очень малой. С другой стороны, внешние условия должны быть удовлетворены. Это означает, что эмиссионный переход должен иметь положительное смещение (плюс положительное напряжение), а коллекторный переход должен иметь обратное смещение. Есть много видов BJT, в зависимости от частоты, есть высокочастотные и низкочастотные лампы; по мощности различают лампы малой, средней и большой мощности; по полупроводниковому материалу — кремниевые и германиевые лампы и т. д. Схема усилителя состоит из общего эмиттера, общей базы и общего коллектора.

BJT

> Полевой транзистор (FET)

Термин «эффект поля» означает, что принцип работы транзистора основан на эффекте электрического поля полупроводника.

 

Полевые транзисторы — это транзисторы, работающие по принципу полевых эффектов. Существует два основных типа полевых транзисторов: переходной полевой транзистор (JFET) и полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOS-FET). В отличие от BJT, полевой транзистор состоит только из одной несущей, поэтому его также называют униполярным транзистором. Он относится к полупроводниковым устройствам, управляемым напряжением, которые обладают такими преимуществами, как высокое входное сопротивление, низкий уровень шума, низкое энергопотребление, широкий динамический диапазон, простота интеграции, отсутствие вторичного пробоя, широкая безопасная рабочая зона и так далее.

 

Эффект поля заключается в изменении направления или величины электрического поля, перпендикулярного поверхности полупроводника, для контроля плотности или типа большинства носителей в полупроводниковом проводящем слое (канале). Ток в канале модулируется напряжением, и рабочий ток переносится большинством носителей в полупроводнике. По сравнению с биполярными транзисторами полевые транзисторы характеризуются высоким входным сопротивлением, низким уровнем шума, высокой предельной частотой, низким энергопотреблением, простым производственным процессом и хорошими температурными характеристиками, которые широко используются в различных усилителях, цифровых схемах и микроволновых схемах и т. д. Металлические МОП-транзисторы на основе кремния и полевой транзистор с барьером Шоттки (MESFET) на основе GaAs являются двумя наиболее важными полевыми транзисторами. Они являются основными устройствами крупномасштабной интегральной схемы MOS и сверхвысокоскоростной интегральной схемы MES соответственно.

FET

> Одноэлектронный транзистор

Одноэлектронный транзистор — это транзистор, который может записывать сигнал с одним или небольшим числом электронов. С развитием технологии травления полупроводников интеграция крупных интегральных схем становится все выше и выше. Возьмем в качестве примера динамическую память с произвольным доступом (DRAM), ее интеграция растет почти в четыре раза каждые два года, и ожидается, что конечной целью станет одноэлектронный транзистор.

 

В настоящее время средняя память содержит 200 000 электронов, в то время как одноэлектронный транзистор содержит только один или несколько электронов, поэтому это значительно снизит энергопотребление и улучшит интеграцию интегральных схем. В 1989 году Дж.Х. Ф.Скотт-Томас и другие исследователи открыли явление кулоновской блокировки. Когда приложено напряжение, через квантовую точку не будет проходить ток, если изменение количества электрического заряда в квантовой точке меньше одного электрона.

 

Таким образом, зависимость тока от напряжения является не нормальной линейной, а ступенчатой ​​зависимостью. Этот эксперимент является первым случаем в истории, когда движение электрона контролируется вручную, что обеспечивает экспериментальную основу для изготовления одноэлектронного транзистора.

 

> Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

Биполярный транзистор с изолированным затвором сочетает в себе преимущества Giant Transistor-GTR и Power MOSFET. Обладает хорошими свойствами и широким спектром применения. IGBT также является трехвыводным устройством: затвор, коллектор и эмиттер.

IV Основные параметры транзисторов

К основным параметрам транзистора относятся коэффициент усиления тока, мощность рассеяния, характеристическая частота, максимальный ток коллектора, максимальное обратное напряжение, обратный ток и т.д.

Коэффициент усиления постоянного тока, также называемый коэффициентом усиления статического тока или коэффициентом усиления постоянного тока, относится к отношению IC тока коллектора транзистора к току базы IB, которое обычно выражается через hFE или β, когда вход статического сигнала не изменяется .

Коэффициент усиления переменного тока, также называемый коэффициентом усиления переменного тока и коэффициентом динамического усиления тока, относится к отношению IC к IB в состоянии переменного тока, которое обычно выражается через hFE или β. hFE и β тесно связаны, но также и различны. Эти два параметра близки на низких частотах и ​​имеют некоторые различия на высоких частотах.

Мощность рассеяния, также известная как максимально допустимая мощность рассеяния коллектора —- PCM, относится к максимальной мощности рассеяния коллектора, когда параметр транзистора не превышает заданного допустимого значения.

 

Мощность рассеяния тесно связана с максимально допустимым током перехода и коллектора транзистора. Фактическая потребляемая мощность транзистора не должна превышать значение PCM при его использовании, в противном случае транзистор будет поврежден из-за перегрузки.

 

Транзистор, у которого мощность рассеяния PCM меньше 1 Вт, обычно называют маломощным транзистором, который равен или превышает 1 Вт. Транзистор мощностью менее 5 Вт называется транзистором средней мощности, а транзистор, у которого PCM равен или превышает 5 Вт, называется транзистором большой мощности.

Когда рабочая частота транзистора превышает частоту среза fβ или fα, коэффициент усиления тока β будет уменьшаться с увеличением частоты. Характеристическая частота — это частота транзистора, при которой значение β уменьшается до 1.

Транзисторы, характеристическая частота которых меньше или равна 3 МГц, обычно называют низкочастотными транзисторами. Транзисторы с fT больше или равным 30 МГц называются высокочастотными транзисторами. Транзисторы с fT более 3 МГц и транзисторы менее 30 МГц называются транзисторами промежуточной частоты.

Максимальная частота генерации – это частота, при которой коэффициент усиления по мощности транзистора уменьшается до 1. характеристическая частота fT выше частоты отсечки общей базы fα и ниже частоты отсечки общего коллектора fβ.

Максимальный ток коллектора (ICM) — это максимальный ток, допустимый через коллектор транзистора. Когда ток коллектора IC транзистора превышает ICM, значение β транзистора, очевидно, изменится, что повлияет на его нормальную работу и даже вызовет выход из строя.

Максимальное обратное напряжение — это максимальное рабочее напряжение, которое транзистор может подавать во время работы. Оно включает обратное напряжение пробоя коллектор-эмиттер, обратное напряжение пробоя коллектор-база и обратное напряжение пробоя эмиттер-база.

> Коллектор — Обратное напряжение пробоя коллектора

Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и эмиттером, когда базовая цепь транзистора разомкнута, обычно выражается в VCEO или BVCEO.

 

> База — Обратное напряжение пробоя базы

Напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и базой при открытии транзистора, которое выражается в VCBO или BVCBO.

 

> Обратное напряжение пробоя между эмиттером и эмиттером

Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между эмиттером и базой, когда коллектор транзистора открыт, что выражается в VEBO или BVEBO.

 

> Обратный ток коллектор-база (ICBO)

ICBO, также называемый обратным током утечки коллектора, относится к обратному току между электродом коллектора и базы, когда эмиттер транзистора открыт. Обратный ток чувствителен к температуре. Чем меньше значение, тем лучше температурная характеристика транзистора.

 

> Обратный ток пробоя коллектор-эмиттер (ICEO)

Обратный ток пробоя ICEO между коллектором и эмиттером

ICEO — обратный ток утечки между коллектором и эмиттером, когда база транзистора открыта. Чем меньше ток, тем лучше производительность транзистора.

 

Часто задаваемые вопросы о транзисторе, его функциях и характеристиках

1. Что такое транзистор и как он работает?
Транзистор — это миниатюрный электронный компонент, который может выполнять две разные функции. Он может работать либо как усилитель, либо как переключатель: … Крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может вызвать гораздо больший ток через другую его часть. Другими словами, меньший ток включает больший.

 

2. Каковы основные функции транзистора?
Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии. Транзисторы являются одним из основных строительных блоков современной электроники. Он состоит из полупроводникового материала, обычно с не менее чем тремя клеммами для подключения к внешней цепи.

 

3. Каков принцип работы транзистора?
Транзистор состоит из двух PN-диодов, соединенных встречно-параллельно. Он имеет три вывода, а именно эмиттер, базу и коллектор. Основная идея транзистора заключается в том, что он позволяет вам управлять потоком тока через один канал, изменяя интенсивность гораздо меньшего тока, протекающего через второй канал.

 

4. Какие существуют два основных типа транзисторов?
Транзисторы в основном делятся на два типа; это биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP.

 

5. Сколько существует типов транзисторов?
два типа
Существует два типа транзисторов, которые имеют небольшие различия в том, как они используются в схеме. У биполярного транзистора выводы обозначены базой, коллектором и эмиттером.

 

6. Что такое транзистор PNP и NPN?
В транзисторе NPN положительное напряжение подается на клемму коллектора для создания тока, протекающего от коллектора к эмиттеру. В транзисторе PNP положительное напряжение подается на эмиттерную клемму для создания тока, протекающего от эмиттера к коллектору.

 

7. Как измеряются характеристики транзисторов?
Выходная характеристика транзистора определяется путем изучения изменения напряжения между клеммами коллектор-эмиттер, относящегося к току коллектора, для различных токов базы. Эксперимент запускается нажатием кнопки «Выходная характеристика» на мобильном устройстве.

 

8. Что такое транзистор в процессоре?
Транзистор — это основной электрический компонент, который изменяет поток электрического тока. Транзисторы являются строительными блоками интегральных схем, таких как компьютерные процессоры или центральные процессоры. Транзисторы в компьютерных процессорах часто включают или выключают сигналы.

 

9. Для чего нужен NPN-транзистор?
Определение: Транзистор, в котором один материал p-типа помещен между двумя материалами n-типа, известен как NPN-транзистор. Транзистор NPN усиливает слабый сигнал, поступающий в базу, и создает сильные усиливающие сигналы на конце коллектора.

 

10. Для чего в мобильном телефоне используются транзисторы?
Они накапливают электрический заряд. Они хранят данные. Они усиливают входящий сигнал телефона.

---

Рекомендация по книге

Тщательно переработанный и обновленный, этот очень популярный учебник помогает учащимся анализировать и проектировать транзисторные схемы. Он охватывает широкий спектр схем, как линейных, так и переключающих. Методы транзисторных схем: дискретные и интегрированные дает студентам обзор основных качественных операций схемы, за которым следует изучение процедуры анализа и проектирования. Он включает в себя проработанные проблемы и примеры дизайна для иллюстрации концепций. Это третье издание включает две дополнительные главы, посвященные усилителям мощности и источникам питания, которые развивают многие методы проектирования схем, представленные в предыдущих главах. Эта книга входит в серию Tutorial Guides in Electronic Engineering и предназначена для студентов первого и второго курсов бакалавриата. Полный текст сам по себе, он предлагает дополнительное преимущество перекрестных ссылок на другие заголовки в серии. Это идеальный учебник как для студентов, так и для преподавателей.

—Gordon J. Ritchie

Создание сложных транзисторных радиостанций, недорогих, но очень эффективных. Создайте свои собственные транзисторные радиоприемники: руководство для любителей высокопроизводительных и маломощных радиосхем предлагает полные проекты с подробными схемами и информацией о том, как были спроектированы радиоприемники. Узнайте, как выбирать компоненты, создавать различные типы радиостанций и устранять неполадки в работе. Если копнуть глубже, этот практический ресурс покажет вам, как разрабатывать инновационные устройства, экспериментируя с существующими конструкциями и радикально улучшая их.

—Ronald Quan

---

Соответствующая информация о «Что такое транзистор, его функции и характеристики»

О статье «Что такое транзистор, его функции и характеристики». Если у вас есть идеи получше, не не стесняйтесь писать свои мысли в следующей области комментариев. Вы также можете найти дополнительные статьи об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим связанным статьям.

• Наиболее полная научная популяризация датчика (устройства обнаружения)

• Всестороннее знание пассивных устройств

• Полное введение и классификация фильтров и приложений

• Подробное описание конденсаторов

Лучшие продажи диода

Фото

Часть

Компания

Описание

Цены (долл. США)

Альтернативные модели

Часть	Сравнить	Производители	Категория	Описание

Заказ и качество

Изображение

Произв. Деталь №

Компания

Описание

Пакет

ПДФ

Кол-во

Цены (долл. США)

Поделиться

История техники и технологий Wiki

Из ETHW

Перейти к:навигация, поиск

Производство транзисторов

Первый действующий транзистор

Сегодня, говоря об электронике, мы обычно имеем в виду устройства, содержащие транзисторы. Транзисторы — это устройства, которые включают и выключают электрические токи или усиливают электрические токи. Для этого они используют специально приготовленные вещества и используются по отдельности или группами до нескольких миллионов на интегральных схемах. Транзистор появился в 1940-х годах, когда инженеры начали искать замену электронной лампе, более раннему устройству для усиления и переключения. Электронная лампа была основана на электрической лампочке, поэтому она была большой, хрупкой и выделяла много избыточного тепла.

Изобретателями точечного германиевого транзистора были Джон Бардин и Уолтер Браттейн, работавшие под руководством Уильяма Шокли в Bell Telephone Laboratories в Нью-Джерси. В 1939 году Браттейн и Шокли начали совместную работу над заменой электронной лампы, сделанной из химического элемента германия, полупроводника. Германий и другие полупроводники уже много лет используются в диодах с точечным контактом, которые состоят из небольшого образца полупроводникового кристалла с постоянным электрическим соединением на одном конце и регулируемым соединением на другом. Когда «кошачий ус» отрегулирован правильно, диод действует как односторонний клапан для электрического тока. Браттейн и Шокли полагали, что они могут модифицировать диод так, чтобы он мог регулировать ток так же, как сетка в электронной лампе регулирует ток. Устройство не работало. Уолтер Браттейн и Джон Бардин вернулись к этой идее в середине 19 века.40с. Они нашли новый способ подключения германиевого кристалла к цепи, которая позволяла ему усиливать ток.

После небольшого мозгового штурма и опроса в офисе новое устройство было названо «транзистор», что было сокращением от «переходного резистора». Точечный транзистор, как его называли, работал, но не очень хорошо. Это было сложно сделать, и ранние модели часто неожиданно выходили из строя. Шокли почти сразу же предложил новую конструкцию, которая стала известна как переходной транзистор. Переходной транзистор состоит из цельного куска полупроводникового кристалла, в который были введены химические примеси для создания трех химически различных областей. Переходы между областями известны как соединения. Примеси и соединения изменяют способ, которым кристалл проводит электричество. Создавая сэндвич из трех разных слоев, средний слой можно электрически стимулировать, чтобы он мог влиять на поток электричества от верхних слоев к нижним.

Он действует как крошечная рука на электрическом кране. Первые транзисторы с германиевым переходом были представлены примерно в 1950 году, и инженеры быстро разработали множество различных способов их изготовления, чтобы они были дешевле, полезнее и их было легче производить в больших количествах.

Военные практически сразу начали использовать переходные транзисторы в самолетах и ​​ракетах, куда инженеры пытались втиснуть сложные системы связи и наведения. Транзисторы идеально подходили для этих военных систем, потому что они были намного меньше и потребляли гораздо меньше электрического тока, чем электронные лампы. Вскоре они стали использоваться в слуховых аппаратах, портативных радиоприемниках и всевозможных других электронных устройствах.

Бардин, Браттейн и Шокли были удостоены Нобелевской премии по физике в 1956 году за свою новаторскую работу. Шокли стал предпринимателем в бизнесе по производству транзисторов, а Бардин стал профессором и работал над сверхпроводниками. Позже Бардин получил вторую Нобелевскую премию за эту работу.

Тем временем разработка транзисторов продолжалась быстрыми темпами. В 1954 году компания Texas Instruments представила кремниевый транзистор, изготовленный из материала, который был еще более прочным и надежным, чем германий. К 1960 можно было изготовить множество транзисторов на одной тонкой пластине кремния, разрезать их на отдельные блоки, а затем подготовить к использованию. Этот метод был изменен таким образом, что транзисторы уже были подключены к цепям до того, как была разрезана кремниевая пластина, что привело к «интегральной» схеме.

По мере того, как компьютеры и другие системы все больше полагались на интегральные схемы, инженеры искали способы разработки более простых высокопроизводительных транзисторов. МОП-транзистор, что означает полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, был одним из ключевых прорывов, которые сделали возможными современные высокоскоростные компьютерные чипы с миллиардами микроскопических транзисторов. Однако эпоха транзисторов, возможно, подходит к концу. В ближайшем будущем инженеры ожидают, что транзисторы, построенные атом за атомом, или схемы, использующие [[ДНК — от природы к технологии|ДНК или какую-то другую сложную молекулу, могут заменить МОП-транзистор.

Триумф МОП-транзистора[править | править источник]

Миноритарные носители и первые два транзистора

Транзисторы и компьютерная революция

Что это такое и как это работает

Транзистор как переключатель

Источник: Wikimedia Commons Но знаете ли вы, что транзисторы могут быть тем, что вам нужно для коммутационных приложений? Да, мы можем заставить транзистор работать как переключатель.

Также транзистор легко использовать в качестве переключателя в любой цепи, и он эффективно работает для замыкания и размыкания ваших ходов. Кроме того, в качестве переключателей можно использовать как транзисторы NPN, так и PNP.

В этой статье вы узнаете все о транзисторных переключателях и о том, как они работают. Даже если это немного сложно, мы разберем его для вас.

Так что держись!

Содержание

Почему мы используем транзисторы в качестве переключателей

У нас есть различные типы переключателей, включая кнопочные переключатели, ползунковые переключатели, тумблеры и т. д. Несмотря на разнообразие элементов управления, почему мы используем транзисторы в качестве переключателей? Поскольку все кнопки имеют одинаковые функции, почему мы предпочитаем транзистор?

Кнопочный переключатель

Источник: Wikimedia Commons

Причина проста. В то время как другие переключатели в основном механические, транзисторные переключатели являются чисто электрическими. Транзисторы не требуют вмешательства человека и могут включаться и выключаться в зависимости от силы тока.

Рабочие зоны

Транзисторные переключатели имеют две рабочие зоны, включая зону отсечки и зону насыщения.

Зона отсечки

Для транзисторных ключей, работающих в области отсечки, условия работы: нулевой ток коллектора на выходе (I _C ), нулевой входной ток базы (I _g ) и максимальное собираемое напряжение (V _CE ). В этих рабочих условиях ток через устройство не протекает. Кроме того, на схеме имеется большой обедненный слой, из-за которого транзистор полностью отключается.

Характеристики отсечки

• Напряжение база-эмиттер менее 0,7 В
• Переход база-коллектор остается в режиме обратного смещения
• Кроме того, база и вход остаются заземленными (0 В)
• Переход база-эмиттер также остается в режиме обратного смещения
• В _ВЫХОД = В _CE = В _CC = «1»
• Транзисторный ключ полностью выключен
• Здесь транзисторы работают как открытый ключ
• Нет протекания тока коллектора (I _C = 0)

На самом деле у транзисторного ключа, работающего в области отсечки или в режиме OFF, два перехода работают в режимах обратного смещения. Кроме того, если вы используете транзистор PNP, потенциал эмиттера будет вредным для базы.

Область насыщения

Когда ваш транзистор работает в области насыщения, он остается в режиме прямого смещения, позволяя серии результатов генерировать небольшой слой обеднения. Кроме того, это позволит максимальному току протекать через транзистор. Таким образом переводя транзисторный ключ в полностью включенное состояние. Результаты, которые приводят к этому эффекту, включают; применяемый максимальный ток базы = максимальный ток коллектора = минимальное падение напряжения коллектор-эмиттер.

Характеристики насыщения

• Можно подключить вход и базу к V _CC
• Транзисторный переключатель полностью включен
• Напряжение база-эмиттер больше 0,7В
• Переход база-коллектор остается в режиме прямого смещения
• Переход база-эмиттер остается в режиме прямого смещения
• Идеальная насыщенность V _CE = 0
• Здесь транзистор работает как замкнутый ключ
• Максимальный ток коллектора = I _C = V _CC /R _L )
• В _{ВЫХ =} В _CE = 0

Таким образом, транзистор, работающий в режиме «включено» или в области насыщения, будет иметь два перехода, работающих в режиме прямого смещения. Напротив, у вас должен быть положительный потенциал эмиттера относительно базы, если это PNP-транзистор.

Как работает транзисторный переключатель?

Если ваш транзистор работает как твердотельный переключатель SPST (однополюсный на одно направление), вы можете подать нулевой сигнал на базу транзистора, чтобы перевести его в режим OFF. Когда он выключен, он служит разомкнутым выключателем и блокирует протекание тока нулевого коллектора.

Когда вы подаете положительный сигнал на базу, он переводит транзистор в режим ON. Затем транзистор становится замкнутым переключателем и позволяет максимальному току течь по цепи.

Кроме того, существует простой способ переключения любой мощности с умеренной на высокую. Все, что вам нужно сделать, это соединить эмиттерную клемму транзистора непосредственно с землей и соединить транзистор с выходом с открытым коллектором.

Если вы используете свой транзисторный ключ таким образом, вы сможете поглотить любое избыточное напряжение на землю. Таким образом, вы можете контролировать любую нагрузку, которую вы подключаете к своей цепи.

NPN-транзистор в качестве переключателя

Интересно, что в качестве переключателей можно использовать как PNP-, так и NPN-транзисторы.

Операции переключения могут происходить только при подаче достаточного напряжения на базу выводов транзистора. Кроме того, когда вы прикладываете достаточное напряжение между эмиттером и землей, напряжение между эмиттером и коллектором будет равно 0. По этой причине транзистор будет служить в качестве короткого замыкания.

Кроме того, подача нулевого напряжения на вход заставит транзистор работать в области отсечки, что сделает его разомкнутой цепью. Вы можете использовать контрольную точку для подключения нагрузки к коммутационному выходу для этого коммутационного соединения.

Включение транзистора позволит току течь через нагрузку от источника к земле.

NPN-транзистор в качестве переключателя

 

PNP-транзистор в качестве переключателя

 

Работа PNP-транзистора в качестве переключателя аналогична работе NPN-транзистора. Однако разница заключается в том, что ток течет от базы. Следовательно, вы можете использовать этот тип операции переключения для конфигураций с отрицательным заземлением.

Кроме того, в случае PNP-транзистора вывод базы всегда находится в режиме отрицательного смещения на основе эмиттера.

Ток будет течь только при отрицательном базовом напряжении для операции переключения PNP. Почему? Потому что вы используете точку отсчета для подключения транзистора к коммутационному выходу. Следовательно, при включении транзистора ток будет протекать через транзистор от источника, прежде чем достигнет земли.

 

Транзистор PNP в качестве переключателя Схема

 

Транзистор для переключения светодиода

Кроме того, вы можете использовать транзистор для переключения светодиода. Вот как это работает.

Когда переключатель терминала базы установлен в разомкнутое положение, через базу не будет течь ток. Таким образом, транзистор будет работать в области отсечки. Следовательно, транзистор будет разомкнут, а светодиод останется выключенным.

В отличие от этого, когда переключатель установлен в замкнутое положение, ток базы будет протекать через транзистор и изменит его работу на область насыщения. Таким образом, светодиод включится.

Кроме того, вы можете использовать резисторы, чтобы ограничить ток, протекающий через базу к светодиоду, чтобы избежать повреждения. Кроме того, вы даже можете регулировать яркость светодиода, изменяя сопротивление на пути базового тока.

Транзистор для переключения светодиодной схемы

Транзистор для управления реле

Интересно, что вы можете управлять работой реле с помощью транзистора. Немного подготовившись, вы запитаете катушку реле транзистором, что позволит вам предотвратить любую дополнительную нагрузку, которую вы подключаете к ней.

Вход, который вы подаете на базу, должен переводить транзистор в режим насыщения, чтобы это работало. Таким образом, вы можете подать питание на катушку и управлять контактами реле.

Внезапное отключение питания от индуктивных нагрузок может поддерживать высокое напряжение на катушке реле. Кроме того, постоянное высокое напряжение потенциально может разрушить вашу схему. По этой причине вам необходимо подключить диод параллельно индуктивной нагрузке. К счастью, вы можете использовать это для защиты своего курса от напряжений, генерируемых индуктивной нагрузкой.

Схема цепи транзистора для управления реле

Транзистора для привода двигателей

Наконец, вы можете использовать транзистор для регулирования и контроля скорости двигателя постоянного тока. Кроме того, вы можете сделать это однонаправленным, переключая транзистор через частые промежутки времени.

Имейте в виду, что двигатель постоянного тока также является индуктивной нагрузкой. Поэтому вам нужно соединить его с диодом, если вы хотите защитить свою схему.

Теперь вы можете включать и выключать двигатель постоянного тока, просто переключая транзистор из области насыщения в область отсечки. Кроме того, вы можете изменить транзистор на переменной частоте, чтобы управлять скоростью двигателя от низкой до полной скорости.

Транзисторы для привода электродвигателей Принципиальная схема

Применение

Действительно, основным применением транзисторного переключателя является управление потоком энергии от одной части схемы к другой. По сути, работа транзистора в области насыщения или отсечки создаст эффект включения/выключения любого механического переключателя. Другие области применения транзисторного переключателя включают:

• Цифровые логические элементы

Цифровые логические элементы

Источник: Бесплатный SVG

• Схемы Н-моста
• Осцилляторы

Осциллятор

Источник: Wikimedia Commons

• Сопряжение высоковольтных устройств, таких как двигатели, светодиоды и реле

Реле

Источник: Wikimedia Commons

Заключительные слова

Короче говоря, транзисторы могут служить электрической версией механических переключателей, которые работают на основе тока, а не физического прикосновения.