Что такое транзистор? (принцип действия, назначение и применение, как выглядит)

Радиоэлектронный элемент из полупроводникового материала с помощью входного сигнала создает, усиливает, изменяет импульсы в интегральных микросхемах и системах для хранения, обработки и передачи информации. Транзистор — это сопротивление, функции которого регулируются напряжением между эмиттером и базой или истоком и затвором в зависимости от типа модуля.

Виды транзисторов

Преобразователи широко применяются в производстве цифровых и аналоговых микросхем для обнуления статического потребительского тока и получения улучшенной линейности. Типы транзисторов различаются тем, что одни управляются изменением напряжения, вторые регулируются отклонением тока.

Полевые модули работают при повышенном сопротивлении постоянного тока, трансформация на высокой частоте не увеличивает энергетические затраты. Если говорить, что такое транзистор простыми словами, то это модуль с высокой границей усиления. Эта характеристика у полевых видов больше, чем у биполярных типов. У первых нет рассасывания носителей заряда , что ускоряет работу.

Полевые полупроводники применяются чаще из-за преимуществ перед биполярными видами:

• мощного сопротивления на входе при постоянном токе и высокой частоте, это уменьшает потери энергии на управление;
• отсутствия накопления неосновных электронов, из-за чего ускоряется работа транзистора;
• переноса подвижных частиц;
• стабильности при отклонениях температуры;
• небольших шумов из-за отсутствия инжекции;
• потребления малой мощности при работе.

Виды транзисторов и их свойства определяют назначение. Нагревание преобразователя биполярного типа увеличивает ток по пути от коллектора к эмиттеру. У них коэффициент сопротивления отрицательный, а подвижные носители текут к собирающему устройству от эмиттера. Тонкая база отделена p-n-переходами, а ток возникает только при накоплении подвижных частиц и их инжекции в базу. Некоторые носители заряда захватываются соседним p-n-переходом и ускоряются, так рассчитаны параметры транзисторов.

Полевые транзисторы имеют еще один вид преимущества, о котором нужно упомянуть для чайников. Их соединяют параллельно без выравнивания сопротивления. Резисторы для этой цели не применяются, так как показатель растет автоматически при изменении нагрузки. Для получения высокого значения коммутационного тока набирается комплекс модулей, что используется в инверторах или других устройствах.

Нельзя соединять параллельно биполярный транзистор, определение функциональных параметров ведет к тому, что выявляется тепловой пробой необратимого характера. Эти свойства связаны с техническими качествами простых p-n каналов. Модули соединяются параллельно с применением резисторов для выравнивания тока в эмиттерных цепях. В зависимости от функциональных черт и индивидуальной специфики в классификации транзисторов выделяют биполярные и полевые виды.

Биполярные транзисторы

Биполярные конструкции производятся в виде полупроводниковых приборов с тремя проводниками. В каждом из электродов предусмотрены слои с дырочной p-проводимостью или примесной n-проводимостью. Выбор комплектации слоев определяет выпуск p-n-p или n-p-n типов приборов. В момент включения устройства разнотипные заряды одновременно переносятся дырками и электронами, задействуется 2 вида частиц.

Носители движутся за счет механизма диффузии. Атомы и молекулы вещества проникают в межмолекулярную решетку соседнего материала, после чего их концентрация выравнивается по всему объему. Перенос совершается из областей с высоким уплотнением в места с низким содержанием.

Электроны распространяются и под действием силового поля вокруг частиц при неравномерном включении легирующих добавок в массе базы. Чтобы ускорить действие прибора, электрод, соединенный со средним слоем, делают тонким. Крайние проводники называют эмиттером и коллектором. Обратное напряжение, характерное для перехода, неважно.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор управляет сопротивлением с помощью электрического поперечного поля, возникающего от приложенного напряжения. Место, из которого электроны движутся в канал, называется истоком, а сток выглядит как конечная точка вхождения зарядов. Управляющее напряжение проходит по проводнику, именуемому затвором. Устройства делят на 2 вида:

• с управляющим p-n-переходом;
• транзисторы МДП с изолированным затвором.

Приборы первого типа содержат в конструкции полупроводниковую пластину, подключаемую в управляемую схему с помощью электродов на противоположных сторонах (сток и исток). Место с другим видом проводимости возникает после подсоединения пластины к затвору. Вставленный во входной контур источник постоянного смещения продуцирует на переходе запирающее напряжение.

Источник усиливаемого импульса также находится во входной цепи. После перемены напряжения на входе трансформируется соответствующий показатель на p-n-переходе. Модифицируется толщина слоя и площадь поперечного сечения канального перехода в кристалле, пропускающем поток заряженных электронов. Ширина канала зависит от пространства между обедненной областью (под затвором) и подложкой. Управляющий ток в начальной и конечной точках регулируется изменением ширины обедненной области.

Транзистор МДП характеризуется тем, что его затвор отделен изоляцией от канального слоя. В полупроводниковом кристалле, называемом подложкой, создаются легированные места с противоположным знаком. На них установлены проводники — сток и исток, между которыми на расстоянии меньше микрона расположен диэлектрик. На изоляторе нанесен электрод из металла — затвор. Из-за полученной структуры, содержащей металл, диэлектрический слой и полупроводник транзисторам присвоена аббревиатура МДП.

Устройство и принцип работы для начинающих

Технологии оперируют не только зарядом электричества, но и магнитным полем, световыми квантами и фотонами. Принцип действия транзистора заключается в состояниях, между которыми переключается устройство. Противоположный малый и большой сигнал, открытое и закрытое состояние — в этом заключается двойная работа приборов.

Вместе с полупроводниковым материалом в составе, используемого в виде монокристалла, легированного в некоторых местах, транзистор имеет в конструкции:

• выводы из металла;
• диэлектрические изоляторы;
• корпус транзисторов из стекла, металла, пластика, металлокерамики.

До изобретения биполярных или полярных устройств использовались электронные вакуумные лампы в виде активных элементов. Схемы, разработанные для них, после модификации применяются при производстве полупроводниковых устройств. Их можно было подключить как транзистор и применять, т. к. многие функциональные характеристики ламп годятся при описании работы полевых видов.

Преимущества и недостатки замены ламп транзисторами

Изобретение транзисторов является стимулирующим фактором для внедрения инновационных технологий в электронике. В сети используются современные полупроводниковые элементы, по сравнению со старыми ламповыми схемами такие разработки имеют преимущества:

• небольшие габариты и малый вес, что важно для миниатюрной электроники;
• возможность применить автоматизированные процессы в производстве приборов и сгруппировать этапы, что снижает себестоимость;
• использование малогабаритных источников тока из-за потребности в низком напряжении;
• мгновенное включение, разогревание катода не требуется;
• повышенная энергетическая эффективность из-за снижения рассеиваемой мощности;
• прочность и надежность;
• слаженное взаимодействие с дополнительными элементами в сети;
• стойкость к вибрации и ударам.

Недостатки проявляются в следующих положениях:

• кремниевые транзисторы не функционируют при напряжении больше 1 кВт, лампы эффективны при показателях свыше 1-2 кВт;
• при использовании транзисторов в мощных сетях радиовещания или передатчиках СВЧ требуется согласование маломощных усилителей, подключенных параллельно;
• уязвимость полупроводниковых элементов к воздействию электромагнитного сигнала;
• чувствительная реакция на космические лучи и радиацию, требующая разработки стойких в этом плане радиационных микросхем.

Схемы включения

Чтобы работать в единой цепи транзистору требуется 2 вывода на входе и выходе. Почти все виды полупроводниковых приборов имеют только 3 места подсоединения. Чтобы выйти из трудного положения, один из концов назначается общим. Отсюда вытекают 3 распространенные схемы подключения:

• для биполярного транзистора;
• полярного устройства;
• с открытым стоком (коллектором).

Биполярный модуль подключается с общим эмиттером для усиления как по напряжению, так и по току (ОЭ). В других случаях он согласовывает выводы цифровой микросхемы, когда существует большой вольтаж между внешним контуром и внутренним планом подключения. Так работает подсоединение с общим коллектором, и наблюдается только рост тока (ОК). Если нужно повышение напряжения, то элемент вводится с общей базой (ОБ). Вариант хорошо работает в составных каскадных схемах, но в однотранзисторных проектах ставится редко.

Полевые полупроводниковые приборы разновидностей МДП и с использованием p-n-перехода включаются в контур:

• с общим эмиттером (ОИ) — соединение, аналогичное ОЭ модуля биполярного типа
• с единым выходом (ОС) — план по типу ОК;
• с совместным затвором (ОЗ) — похожее описание ОБ.

В планах с открытым стоком транзистор включается с общим эмиттером в составе микросхемы. Коллекторный вывод не подсоединяется к другим деталям модуля, а нагрузка уходит на наружный разъем. Выбор интенсивности вольтажа и силы тока коллектора производится после монтажа проекта. Приборы с открытым стоком работают в контурах с мощными выходными каскадами, шинных драйверах, логических схемах ТТЛ.

Для чего нужны транзисторы?

Область применение разграничена в зависимости от типа прибора — биполярный модуль или полевой. Зачем нужны транзисторы? Если необходима малая сила тока, например, в цифровых планах, используют полевые виды. Аналоговые схемы достигают показателей высокой линейности усиления при различном диапазоне питающего вольтажа и выходных параметров.

Областями установки биполярных транзисторов являются усилители, их сочетания, детекторы, модуляторы, схемы транзисторной логистики и инверторы логического типа.

Места применения транзисторов зависят от их характеристик. Они работают в 2 режимах:

• в усилительном порядке, изменяя выходной импульс при небольших отклонениях управляющего сигнала;
• в ключевом регламенте, управляя питанием нагрузок при слабом входном токе, транзистор полностью закрыт или открыт.

Вид полупроводникового модуля не изменяет условия его работы. Источник подсоединяется к нагрузке, например, переключатель, усилитель звука, осветительный прибор, это может быть электронный датчик или мощный соседний транзистор. С помощью тока начинается работа нагрузочного прибора, а транзистор подсоединяется в цепь между установкой и источником. Полупроводниковый модуль ограничивает силу энергии, поступающей к агрегату.

Сопротивление на выходе транзистора трансформируется в зависимости от вольтажа на управляющем проводнике. Сила тока и напряжение в начале и конечной точке цепи изменяются и увеличиваются или уменьшаются и зависят от типа транзистора и способа его подсоединения. Контроль управляемого источника питания ведет к усилению тока, импульса мощности или увеличению напряжения.

Транзисторы обоих видов используются в следующих случаях:

1. В цифровом регламенте. Разработаны экспериментальные проекты цифровых усилительных схем на основе цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).
2. В генераторах импульсов. В зависимости от типа агрегата транзистор работает в ключевом или линейном порядке для воспроизведения прямоугольных или произвольных сигналов, соответственно.
3. В электронных аппаратных приборах. Для защиты сведений и программ от воровства, нелегального взлома и использования. Работа проходит в ключевом режиме, сила тока управляется в аналоговом виде и регулируется с помощью ширины импульса. Транзисторы ставят в приводы электрических двигателей, импульсные стабилизаторы напряжения.

Монокристаллические полупроводники и модули для размыкания и замыкания контура увеличивают мощность, но функционируют только как переключатели. В цифровых устройствах применяют транзисторы полевого типа в качестве экономичных модулей. Технологии изготовления в концепции интегральных экспериментов предусматривают производство транзисторов на едином чипе из кремния.

Миниатюризация кристаллов ведет к ускорению действия компьютеров, снижению количества энергии и уменьшению выделения тепла.

Абсолютный нуль не нужен

Первый оптический транзистор, способный работать на частоте два терагерца и при этом не нуждающийся в охлаждении до абсолютного нуля, создали ученые из Сколтеха и их коллеги из IBM. Его описание и результаты первых опытов были опубликованы в журнале Nature Photonics, сообщает пресс-служба Сколтеха.

«Получить такие результаты удалось во многом благодаря сложнейшей оптической системе, над созданием которой члены нашей группы трудились днем и ночью. Думаю, фотонные процессоры, работающие со скоростью света, станут для нас такой же реальностью, какой сегодня для нас является оптическая связь», — заявили российские ученые.

Все современные компьютеры состоят из миллионов и миллиардов микроскопических транзисторов — устройств, избирательно пропускающих электрический ток. Как правило, при уменьшении размеров транзисторов сила побочных эффектов, мешающих их работе, возрастает, что мешает созданию все более миниатюрных и быстрых вычислительных приборов.

Эти утечки накладывают фундаментальный предел на размеры транзисторов. Как сегодня считают многие физики и инженеры, кремниевые транзисторы толщиной менее пяти нанометров принципиально невозможно создать.

Поэтому инженеры и ученые пытаются заменить кремний на альтернативные материалы, такие как графен или дисульфид молибдена, либо принципиально отказываются от самой электроники и переходят на иные способы передачи сигнала — при помощи света, спинов частиц или каких-то других «носителей информации».

Для перехода к «световым вычислениям» нужны несколько важнейших ключевых технологий — световой аналог транзистора, способный избирательно пропускать или задерживать фотоны, а также расщепитель, способный разбивать луч на две части и удалять ненужные компоненты света.

Прототипы таких приборов уже существуют, однако у каждого из них есть большая проблема. По размерам они ближе к гигантским по современным меркам транзисторы 60-х годов прошлого века, когда человечество делало лишь первые шаги в компьютерный век. Миниатюризация подобных расщепителей и транзисторов, как показала практика, задача весьма нетривиальная.

Антон Заседателев, Павлос Лагудакис и Антон Бараников из лаборатории гибридной фотоники Сколтеха, а также их зарубежные коллеги сделали большой шаг к решению этой проблемы, создав миниатюрный оптический транзистор, не требующий охлаждения и способный работать в тысячи раз быстрее, чем его электронные аналоги.

Когда ученые начали разрабатывать световые компьютеры, они быстро столкнулись с фундаментальной проблемой: частицы света фактически не взаимодействуют между собой и их движением крайне сложно управлять.

Эти сложности, как недавно выяснили российские и зарубежные физики, можно решить при помощи так называемых поляритонов. Они представляют собой одну из относительно недавно созданных виртуальных частиц, которая, как и фотон, одновременно ведет себя как волна и как частица.

Поляритон состоит из трех компонентов — оптического резонатора, в роли которого обычно выступает набор из двух зеркал-отражателей, заточенной между ними световой волны и квантового колодца. В его роли выступает атом и вращающийся вокруг него электрон, который периодически поглощает и испускает квант света.

Эти квазичастицы, как показали первые опыты с ними, можно использовать для создания транзисторов и другой управляющей логики световых компьютеров, однако у всех прототипов подобных устройств был один общий недостаток — они работали только при температурах, близких к абсолютному нулю.

Физики из Сколтеха и их европейские коллеги решили эту проблему, научившись создавать поляритоны не в кремнии или других «классических» полупроводниках, а в их органических аналогах, сохраняющих нужные свойства и при комнатных температурах.

На эту роль, как показали опыты, подходит полипарафенилен (MeLPPP), недавно открытый полимерный материал, аналоги которого сегодня применяются при производстве кевлара и различных красителей. Молекулы этого вещества оказались устроены таким образом, что даже при высоких температурах внутри него возникают особые зоны, способные играть роль квантового колодца в классических поляритонах.

Вставив пленку из этого полимера в своеобразный «бутерброд» из нескольких неорганических материалов, физики научились управлять состоянием квантового колодца и заставлять его испускать частицы света, используя два разных типа лазеров. Как показали опыты с прототипом такого транзистора, он способен не только переключаться с рекордно высокой скоростью, но и усиливать световой сигнал и при этом тратить минимальное количество энергии.

Используя три подобных транзистора, ученые уже собрали первые прототипы световых логических устройств, способных исполнять операции «И» и «Или». Их успешная реализация, как считают исследователи, открывает дорогу для создания компактных, быстрых и при этом очень экономных световых компьютеров.

для чего он нужен, как его открыть, схемы

Для того чтобы быстро изменить силу тока в усилительных схемах, лампочках или электрических двигателях применяют транзисторы. Они умеют ограничивать силу тока плавно и постепенно или специальным методом «импульс-пауза». Второй способ особо часто используется при широтно-импульсной модуляции и управления. Если используется мощный источник тока, то транзистор проводит его через себя и регулирует параметр слабым значением. Если тока маловато, то используют сразу несколько транзисторов, обладающих большей чувствительностью. Соединять в таком случае их нужно каскадным образом. В этой статье будет рассмотрено, как открыть полевой транзистор, какой принцип работы полевого транзистора для чайников и какие обозначения выводов полевой транзистор имеет.

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.

Характеристики полевого транзистора

Основными характеристики полевого транзистора являются:

• Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность;
• Максимально допустимая рабочая частота;
• Напряжение сток-исток;
• Напряжение затвор-сток;
• Напряжение затвор-исток;
• Максимально допустимый ток стока;
• Ток утечки затвора;
• Крутизна характеристики;
• Начальный ток стока;
• Емкость затвор-исток;
• Входная ёмкость;
• Выходная ёмкость;
• Проходная ёмкость;
• Выходная мощность;
• Коэффициент шума;
• Коэффициент усиления по мощности.

Характеристика напряженности поля заряда

Как он работает

Полевой транзистор включает нескольких составных элементов — истока (источника носителя заряда наподобие эмиттера на биполярном элементе), стока (приемника заряда по аналогии с коллектором) и затвора (управляющего электрода наподобие сетки в лампах или базы). Работа первых двух очевидна и состоит в генерации и приеме носителя электрозаряда, среди которых электроны и дырки. Затвор же нужен в первую очередь для управления электротоком, который протекает через ПТ. То есть, получается классического вида триод с катодом, анодом и электродом управляющего типа.

Когда происходит подача напряжения на затвор, возникает электрополе, которое изменяет ширину определенных переходов и влияет на параметр электротока, протекающего от истока к стоку. Если управляющее напряжение отсутствует, то ничто не будет препятствовать потоку носителей заряда в виде электронов. Когда напряжение управления повышается, то канал, по которому движутся электроны или дырки, наоборот, уменьшается, а при достижении некоего предела закрывается совсем, и полевой транзистор входит в так называемый режим отсечки. Именно эта характеристика ПТ делает возможным их применение в качестве ключей.

Подключение нагрузки к электротранзистору для его открытия

Свойства усиления электротока этого радиокомпонента обусловлены тем, что сильный электрический ток, который протекает от истока к стоку, повторяет все динамические характеристика напряжения, прикладываемого к затвору. Другим языком, с выхода этого усилителя берется абсолютно такой же по форме сигнал, как и на электроде управления, только более сильный.

Строение ПТ (униполярного транзистора) немного отличается от биполярного. А именно тем, что электричество в нем пере пересекает определенные переходные зоны. Электрозаряды совершают движение по участку регуляции, который называется затвором. Его пропускная способность регулируется параметром напряжения.

Виды электротранзисторов полевого типа с маркировкой

Важно! Пространство зон транзистора под действием электрического поля уменьшается и увеличивается. Исходя из этого изменяется количество носителей зарядов — от их полного отсутствия до переизбытка.

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).

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

Как открыть полевой транзистор

Для того чтобы полностью открыть полевой транзистор и запустить его работы в режиме ключа, напряжение базы-эмиттера должно быть больше 0,6-0,7 Вольт. Также сила электротока, текущая через базу должна быть такой, чтобы он мог спокойно протекать через коллектор-эмиттер без каких-либо препятствий. В идеальном случае, сопротивление через коллектор-эмиттер должно быть равным нулю, в реальности же оно будет иметь сотые доли Ома. Такой режим называется «режимом насыщения транзистора».

Режим насыщения элемента через транзистор

Как видно на схеме, коллектор и эмиттер находятся в режиме насыщения и соединены накоротко, что позволяет лампочке гореть «на полную».

Схема (структура)

На схеме ниже можно увидеть примерное строение транзистора полярного типа. Его выводы соединены с металлизированными участками затвора, истока и стока. Схема изображает именно p канальное устройство, затвором которого является n-слой. Он имеет гораздо меньшее удельное сопротивление, чем канальная область p-слоя. Область же перехода n-p в большей степени находится в p-слое.

Схематическое изображение электротранзистора с n-p каналами

Как подключить

Все зависит от того, каким именно образом полевой транзистор будет включаться в усилительный каскад. Таких способа есть три:

• С общим истоком;
• С общим стоком;
• С общим затвором.

Схемы включения полевого электротранзистора в цепи

Их различия заключаются в том, что они используют различные электроды подаются питающим напряжением и к каким электроцепям присоединен источник сигнала и нагрузка для него.

Общий исток наиболее часто используется для достижения максимального усиления сигнала входа. Общий сток используется для устройств согласования, потому что усиление там используется небольшое, но сигналы входа и выхода аналогичны по фазе. Схема с общим затвором применяется чаще всего в усилителях высокой частоты. При таком способе подключения полоса пропускания намного шире, чем в других способах.

Конструкция полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа

Таким образом, полевой транзистор это очень важный полупроводниковый радиоэлемент, который способен управлять сопротивлением канала электротока путем воздействия на него поперечного электрического поля, создаваемого напряжением затвора.

Нанолистовой транзистор — последняя надежда будущих процессоров

Современный процессор относится к числу самых сложных систем в мире, но в его основе лежит очень простое и красивое устройство — транзистор. Сегодня в процессорах их миллиарды, и почти все они идентичны. Поэтому повышение плотности этих транзисторов — самый простой способ заставить процессоры, а значит и компьютеры, работать быстрее.

Удвоение числа транзисторов раз в два года — это известный закон Мура, который сейчас уже не выполняется. Создание все меньших транзисторов для процессоров становится все более и более трудной задачей, не говоря уже о фантастической цене их производства. В итоге в этой гонке остались только Intel, Samsung и Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC). Все они способны создавать интегральные схемы на так называемом 7 нм техпроцессе. И хотя этот термин, пережиток первых дней действия закона Мура, больше не имеет четкого физического определения, он все еще отражает степень миниатюризации транзисторов на интегральной схеме.

Прямо сейчас 7 нм — это самый передовой техпроцесс, но Samsung и TSMC объявили в апреле, что начинают переход к следующей ступени, 5 нм. У Samsung были некоторые дополнительные новости: компания решила, что тот тип транзистора, который использовался в отрасли в течение почти десятилетия, исчерпал себя. Для достижения следующего уровня, 3 нм, на котором должно начаться тестовое ограниченное производство около 2020 года, корейцы работают над совершенно новым дизайном транзистора.

Он имеет разные названия — полевой транзистор с круговым затвором, многоканальный транзистор, нанолуч — но в исследовательских кругах чаще всего его называют нанолистом. Имя здесь не очень важно. Важно то, что этот дизайн не просто следующий для кремниевых транзисторов — он может стать последним. Конечно, при производстве будут вариации этой технологии, но на глобальном уровне это может быть концом развития кремния.

Хотя форма и материалы за десятилетия сильно изменились, металл-оксид-полупроводниковые транзисторы, или MOSFET, используемые в современных микропроцессорах, включают в себя все те же основные структуры со времен их изобретения в 1959 году: затвор, область канала, электрод истока и электрод стока. Первоначально исток, сток и канал в основном представляли собой области кремния, легированные атомами других элементов, чтобы создать либо область с подвижными носителями отрицательного заряда (проводимость n-типа), либо область с подвижными носителями положительного заряда (проводимость р-типа). Вам нужны оба типа транзисторов для технологии CMOS, на которой базируются современные компьютерные чипы.

Внешний вид и принцип работы современного полевого транзистора.

Затвор MOSFET расположен чуть выше области канала. На данный момент электрод затвора делают из металла поверх слоя диэлектрического материала. Такая комбинация нужна для проецирования электрического поля в область канала транзистора, чтобы предотвратить утечку заряда.

Приложение достаточно большого напряжения к затвору (относительно истока) создает слой подвижных носителей заряда вблизи границы раздела между диэлектриком и кремнием. Как только этот слой полностью перекрывает промежуток от истока до стока, ток может течь через транзистор. Снижение напряжения на затворе до нуля должно привести к сжатию проводящего слоя и снижению тока до нуля.

Конечно, чтобы ток протекал через канал от истока к стоку, нужно подать напряжение на последний. Поскольку транзисторные структуры становились все меньше и меньше, негативные эффекты от этого напряжения в конечном итоге привели к самому большому изменению формы транзистора за всю его историю.

Это связано с тем, что напряжение исток-сток может создавать собственную проводящую область между электродами. По мере того как область канала становилась все короче и короче с каждым новым поколением транзисторов, влияние напряжения стока становилось все больше. Заряд начинал утекать через область под затвором. В результате получился транзистор, который никогда не отключался полностью, постоянно тратя энергию и выделяя тепло.

Чтобы остановить эту нежелательную утечку, область канала должна быть сделана более тонкой, тем самым ограничивая путь для прохождения заряда. К тому же затвор должен окружать область канала с максимального количества сторон. Таким образом и появился современный транзистор FinFET. Это конструкция, в которой область канала, по сути, приподнята над истоком и стоком, создавая своеобразный «плавник» из кремния и тем самым обеспечивая более широкий путь для протекания тока. Затем затвор и диэлектрик накладываются сверху на этот «плавник», окружая его с трех сторон, а не с одной.

Эволюция транзисторов.

FinFET, без сомнения, имел большой успех. Хотя он был изобретен более десяти лет назад, впервые такие транзисторы коммерчески использовались в 2011 году на 22 нм техпроцессе Intel, после чего этот дизайн освоили Samsung, TSMC и другими. С тех пор он стал рабочей лошадкой передовой кремниевой логики на заключительных этапах масштабирования по закону Мура. Но все хорошее заканчивается. На 3 нм FinFET не справляется с поставленной задачей.

FinFET никогда не был идеальным: так, он ввел ограничение на конструкцию транзистора, что не было проблемой для старого «плоского» типа. Общая проблема всех транзисторов в том, что всегда есть компромисс между скоростью его работы, энергопотреблением, сложностью производства и стоимостью. И этот компромисс во многом связан с шириной канала, которая в кругах разработчиков называется W_eff. Большая ширина означает, что вы можете управлять большим током и быстрее включать и выключать транзистор. Но это также требует более сложного и дорогостоящего производственного процесса.

В плоском транзисторе вы можете достичь компромисса, просто отрегулировав геометрию канала. Но трехмерные «плавниковые» транзисторы не дают такой гибкости. Металлические соединения, которые объединяют транзисторы для формирования схем, выстроены слоями над самими транзисторами. И из-за своего «плавника» FinFET не могут сильно отличаться по высоте без вмешательства в слои соединений. Сегодня разработчики микросхем решают эту проблему, создавая отдельные транзисторы с несколькими «плавниками».

Другим недостатком FinFET является то, что его затвор окружает прямоугольный кремниевый «плавник» только с трех сторон, оставляя нижнюю сторону соединенной с корпусом транзистора. Это создает токи утечки, когда транзистор выключен. Многие исследователи полагают, что для получения полного контроля над областью канала затвор должен полностью окружать его.

Инженеры пытаются довести эту идею до логического завершения, по крайней мере, с 1990 года. Именно в этом году они сообщили о создании первого кремниевого транзистора с затвором, который полностью окружает область канала. С тех пор поколения исследователей работали над так называемыми полевыми транзисторами с круговым затвором. К 2003 году инженеры, стремящиеся минимизировать токи утечки, превратили область канала в узкую нанопроволоку, которая соединяет исток и сток и окружена затвором со всех сторон.

Так почему же такие нанопроволоки не стали основой для новейших транзисторов? Опять же, все дело в ширине канала. Узкий канал обеспечивает лишь небольшую возможность выхода электронов, таким образом, минимизируя токи утечки, когда транзистор выключен. Но он также обеспечивает мало места для потока электронов при включенном транзисторе, тем самым ограничивая максимальный ток и замедляя переключение.

Вы можете получить большую W_eff и, следовательно, больший ток, накладывая нанопроволоки друг на друга. И инженеры Samsung представили версию этой конфигурации в 2004 году под названием многоканального MOSFET. Но у него было несколько ограничений. Во-первых, как и «плавник» FinFET, «стопка» из нанопроволок не может быть слишком высокой, иначе она будет мешать межтранзисторным соединениям. С другой стороны, каждая дополнительная нанопроволока увеличивает емкость транзистора, замедляя скорость его переключения. И, наконец, из-за сложности изготовления очень узких нанопроволок, они часто оказываются неровными по краям, и это может сказываться на скорости носителей заряда.

В 2006 году инженеры, работающие в лаборатории CEA-Leti, во Франции, продемонстрировали лучшую технологию. Вместо того, чтобы использовать стопку из нанопроволок для соединения истока и стока, они использовали стопку тонких листов кремния. Идея состояла в том, чтобы увеличить ширину канала при небольших размерах транзистора, сохраняя при этом жесткий контроль над током утечки — и, таким образом, обеспечивая более эффективную работу с меньшим энергопотреблением. И это действительно работает: IBM Research продолжила эту концепцию в 2017 году, показав, что транзистор, изготовленный из сложенных нанолистов, на самом деле предлагает большую W_eff, чем FinFET, занимающий такую же площадь на чипе.

К тому же нанолистовой дизайн предлагает еще один бонус: он восстанавливает гибкость формы транзистора, потерянную при переходе на FinFET. Листы можно сделать широкими, чтобы увеличить ток, или узкими, чтобы ограничить энергопотребление. IBM Research выпускает три вида таких транзисторов с техпроцессами от 8 до 50 нм.

Процесс производства нанолистового транзистора.

Как сделать нанолистовой транзистор? Это может показаться сложной задачей, учитывая, что при современном производстве полупроводниковые слои вырезаются прямо в верхней части кремниевой пластины. А вот при создании нанолистов необходимо удалить материал между слоями материала и заполнить промежутки как металлом, так и диэлектриком.

Основная хитрость тут заключается в создании так называемой сверхрешетки — слоистого кристалла из двух материалов, в данном случае кремния и сплава кремний-германий. Исследователи смогли создать сверхрешетки с 19 слоями, но связанные с этим механические напряжения делают использование такого количества слоев нецелесообразным.

После выращивания соответствующего количества слоев используют специальное химическое вещество, которое избирательно вытравливает кремний-германий, но ничего не делает с кремнием, оставляя в итоге только кремниевые нанолисты, подвешенные в виде мостов между истоком и стоком. Это на самом деле не новая идея: инженеры France Telecom и STMicroelectronics использовали схожую технологию 20 лет назад в экспериментальных транзисторах типа «кремний на пустоте», пытаясь снизить негативные эффекты от короткого канала путем создания прослойки воздуха под ним.

После создания области канала из кремниевых нанолистов нужно заполнить промежутки между ними, окружив их сначала диэлектриком, а затем металлом, чтобы сформировать стопку затворов. Оба эти этапа выполняются с помощью процесса, называемого атомно-слоевым осаждением, который стали использовать в производстве полупроводников всего лишь чуть более десяти лет назад. В этом процессе газообразное химическое вещество осаждается на открытых поверхностях транзистора, даже на нижней стороне нанолистов, с образованием единого слоя. Затем добавляется второй химический реагент, который реагирует с первым, оставляя атомарный слой необходимого материала, такого как диэлектрический диоксид гафния. Процесс настолько точен, что толщина напыляемого материала регулируется вплоть до одного атомного слоя.

Одна из поразительных вещей в дизайне нанолистов заключается в том, что с его помощью есть шанс даже обогнать закон Мура и упереться в фундаментальный предел. Речь идет, разумеется, о тепловыделении.

Плотность транзисторов постоянно увеличивается с каждым уменьшением техпроцесса. Но вот количество тепла, которое можно без сверхъестественных затрат отвести с одного квадратного сантиметра чипа, на протяжении нескольких десятилетий зависло на уровне около 100 Вт. Производители процессоров делают все возможное, чтобы не превысить этот фундаментальный предел. Так, чтобы обуздать тепловыделение, тактовые частоты не растут выше нескольких гигагерц. К тому же чипмейкеры перешли к многоядерным CPU, вполне логично полагая, что несколько более медленных процессорных ядер смогут выполнить работу за то же время, что и одно быстрое, при этом выделяя меньше тепла. И если мы когда-нибудь захотим снова сильно увеличить тактовые частоты, нам понадобятся более энергоэффективные транзисторы, чем позволит сделать кремний.

Вот так выглядят нанолистовые транзисторы в разрезе под микроскопом.

Одним из возможных решений является использование новых материалов в области канала, таких как германий или полупроводники, состоящие из элементов 3-его и 4-ого столбцов периодической таблицы — например, арсенида галлия. Электроны могут двигаться более чем в 10 раз быстрее в некоторых из этих полупроводниках, что позволяет транзисторам, изготовленным из этих материалов, переключаться существенно быстрее. Что еще более важно, вы сможете снизить напряжение на процессоре, что приведет к более высокой энергоэффективности и меньшему тепловыделению.

В 2012 году ученые из Университета Пердью сконструировали несколько транзисторов с тремя нанолистами, используя в качестве полупроводника арсенид индия-галлия. Результаты оказались даже лучше, чем ожидалось. Этот нанолистовой транзистор допускал токи 9000 микроампер на каждый микрометр ширины канала. Это примерно в три раза больше, чем у лучших плоских полевых транзисторов на сегодня. И это далеко не максимум: вполне возможно, что при оптимизации процесса производства получится поднять производительность в 10 и более раз, сложив больше нанолистов. Этим занимаются, например, исследователи из HRL Laboratories в Малибу, которые сейчас работают над стопками из десятков нанолистов на основе нитрида галлия.

Арсенид галлия-индия — не единственный возможный материал для будущих нанолистовых транзисторов. Исследователи также изучают другие полупроводники с быстрыми носителями заряда, такие как германий, арсенид индия и антимонид галлия. Например, исследователи из Национального университета Сингапура недавно сконструировали полноценный MOSFET, используя комбинацию транзисторов n-типа, изготовленных из арсенида индия, и транзисторов p-типа, изготовленных из антимонида галлия. Но потенциально более удачным решением является использование легированного германия, потому что скорости электронов и носителей положительного заряда (дырок) в нем очень высоки. Однако при изготовлении германиевых транзисторов пока что хватает проблем с производственным процессом и надежностью. Таким образом, полупроводниковая промышленность может упростить себе задачу на начальном этапе, используя кремний-германий в качестве материала канала.

В целом, стопки нанолистов является наилучшим способом построения будущих транзисторов. Производители чипов уже достаточно уверены в этой технологии, чтобы включить ее в свои планы на ближайшее будущее. А благодаря использованию полупроводниковых материалов с высокой подвижностью носителей заряда, нанолистовые транзисторы могут воплотить в жизнь самые смелые мечты о производительности процессоров.

Для чего нужен транзистор в схеме

Что такое транзистор? Наверняка каждый человек хотя бы раз в жизни слышал это слово. Однако далеко не каждый знаком с его значением, а тем более с устройством и назначением транзистора. Это понятие подробно изучают студенты технических ВУЗов. При этом довольно часто технические знания пригождаются в жизни людям, не имеющим ничего общего с инженерной деятельностью. В этой статье мы рассмотрим в каких областях они применяются.

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:

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.

Виды транзисторов

Существует несколько видов транзисторов. Их около четырёх. Однако основные из них это:

Остальные виды собираются из полевых и биполярных. Рассмотрим более подробно каждый вид.

Полевые

Суть этого прибора заключается в управлении параметрами электрического сигнала с помощью электрического поля. Оно появляется при подаче напряжения к какому-либо из выводов:

1. Затвор нужен для регулирования параметров сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
2. Сток — вывод, через который из канала уходят носители заряда (дырки и электроны).
3. Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и дырки.

Такой транзистор состоит из полупроводника с определённой проводимостью и двух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими двумя областями появляется пространство, через которое протекает ток. Это пространство называется каналом. Ширина этого канала регулируется напряжением, которое мы подаём на затвор. Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

Теперь поговорим о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом случае этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения. Металлический затвор в таких транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление гораздо больше.

Существует два вида приборов с изолированным затвором:

• Со встроенным каналом.
• С индуцированным каналом.

Встроенный канал позволяет протекать электрическому току с определённой амплитудой. При подаче напряжения с определённой амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость. Этот канал встраивается в транзисторы на производственных предприятиях.

Индуцированный канал появляется между двумя областями, о которых мы говорили выше, только при подаче напряжения определённой полярности на затвор. То есть, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не протекает.

Все виды полевых транзисторов отличаются друг от друга по следующим параметрам:

1. Входное сопротивление.
2. Амплитуда напряжения, которое необходимо подать на затвор.
3. Полярность.

Каждый из этих видов полевых транзисторов необходим для сборки определённых электрических и логических схем. Так как для реализации двух разных устройств необходимо разные электрические параметры.

Биполярные

Слово «биполярные» означает две полярности. То есть, такие приборы имеют две полярности, благодаря особенностям своего строения. Особенность их строения заключается в том, что они состоят из трёх полупроводниковых областей. Типы проводимости бывают следующими:

1. Электронная, далее n.
2. Дырочная, далее p.

Соответственно, можно сделать вывод, что существует два вида биполярных транзисторов:

Разница между ними заключается в том, что для корректной работы необходимо подавать напряжение разной полярности. К каждой из трёх полупроводниковых областей подключено по одному выводу. Всего их три:

1. База — центральный слой. Он является самым тонким. На выводе базы находится управляющий ток с небольшой амплитудой.
2. Коллектор — один из крайних слоёв. Он является самым широким. На него подаётся ток с большой амплитудой.
3. Эмиттер — вывод, на который подаётся ток с коллектора. На его выходе амплитуда тока немного больше, чем на входе.

Существует три схемы подключения биполярных транзисторов:

1. С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора.
2. С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера.
3. С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора.

Благодаря нескольким электронно-дырочным переходам, образующимся в биполярном транзисторе, можно управлять параметрами электрического сигнала. Полярность и амплитуда подаваемого напряжения зависят от типа биполярного транзистора.

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!

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). Транзисторы являются основой для построения микросхем логики, памяти, микропроцессоров… Вот давайте и разберёмся, что это чудо из себя представляет, как работает и чем вызвана такая широта его применения.

Транзистор — это электронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий с помощью входного сигнала управлять током.

Многие считают, что транзистор усиливает входной сигнал. Спешу огорчить, — сами по себе, без внешнего источника питания, транзисторы ничего не усилят (закон сохранения энергии ещё никто не отменял). На транзисторе можно построить усилитель, но это лишь одно из его применений, и то, для получения усиленного сигнала нужна специальная схема, которая проектируется и рассчитывается под определённые условия, плюс обязательно источник питания.

Сам по себе транзистор может только управлять током.

Что нужно знать из самого важного? Транзисторы делятся на 2 большие группы: биполярные и полевые. Эти 2 группы отличаются по структуре и принципу действия, поэтому про каждую из этих групп мы поговорим отдельно.

Итак, первая группа — биполярные транзисторы.

Эти транзисторы состоят из трёх слоёв полупроводника и делятся по структуре на 2 типа: pnp и npn. Первый тип (pnp) иногда называют транзисторами прямой проводимости, а второй тип (npn) — транзисторами обратной проводимости.

Что означают эти буквы? Чем отличаются эти транзисторы? И почему именно двух проводимостей? Как обычно — истина где-то рядом. © Всё гениальное — просто. N — negative (англ.) — отрицательный. P — positive (англ.) — положительный. Это обозначение типов проводимостей полупроводниковых слоёв из которых транзистор состоит. «Положительный» — слой полупроводника с «дырочной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют положительный знак), «отрицательный» — слой полупроводника с «электронной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют
отрицательный знак).

Структура и обозначение биполярных транзисторов на схемах показаны на рисунке справа. У каждого вывода имеется своё название. Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база. Как на схеме узнать базовый вывод? Легко. Он обозначается площадкой, в которую упираются коллектор и эмиттер. А как узнать эмиттер? Тоже легко, — это вывод со стрелочкой. Оставшийся вывод — это коллектор. Стрелочка на эмиттере всегда показывает направление тока. Соответственно, для npn транзисторов — ток втекает через коллектор и базу, а вытекает из эмиттера, для pnp транзисторов наоборот, — ток втекает через эмиттер, а вытекает через коллектор и базу.

Тонем в теории глубже… Три слоя полупроводника образуют в транзисторе два pn-перехода. Один — между эмиттером и базой, его обычно называют эмиттерный, второй — между коллектором и базой, его обычно называют коллекторный.

На каждом из двух pn-переходов может быть прямое или обратное смещение, поэтому в работе транзистора выделяют четыре основных режима, в зависимости от смещения pn-переходов (помним да, что если на стороне с проводимостью p-типа напряжение больше, чем на стороне с проводимостью n-типа, то это прямое смещение pn-перехода, если всё наоборот, то обратное). Ниже, на рисунках, иллюстрирующих каждый режим, стрелочками показано направление от большего напряжения к меньшему (это не направление тока!). Так легче ориентироваться: если стрелочка направлена от «p» к «n» — это прямое смещение pn-перехода, если от «n» к «p» — это обратное смещение.

Режимы работы биполярного транзистора:

1) Если на эмиттерном pn-переходе прямое смещение, а на коллекторном — обратное, то транзистор находится в нормальном активном режиме (иногда говорят просто: «активный режим», — опуская слово нормальный). В этом режиме ток коллектора зависит от тока базы и связан с ним следующим соотношением: Iк=Iб*β.

Активный режим используется при построении транзисторных усилителей.

2) Если на обоих переходах прямое смещение — транзистор находится в режиме насыщения. При этом ток коллектора перестаёт зависеть от тока базы в соответствии с указанной выше формулой (в которой был коэффициент β), он перестаёт увеличиваться, даже если продолжать увеличивать ток базы. В этом случае говорят, что транзистор полностью открыт или просто открыт. Чем глубже мы уходим в область насыщения — тем больше ломается зависимость Iк=Iб*β. Внешне это выглядит так, как будто коэффициент β уменьшается. Ещё скажу, что есть такое понятие, как коэффициент насыщения. Он определяется как отношение реального тока базы (того, который у вас есть в данный момент) к току базы в пограничном состоянии между активным режимом и насыщением.

3) Если у нас на обоих переходах обратное смещение — транзистор находится в режиме отсечки. При этом ток через него не течёт (за исключением очень маленьких токов утечки — обратных токов через pn-переходы). В этом случае говорят, что транзистор полностью закрыт или просто закрыт.

Режимы насыщения и отсечки используются при построении транзисторных ключей.

4) Если на эмиттерном переходе обратное смещение, а на коллекторном — прямое, то транзистор попадает в инверсный активный режим. Этот режим является довольно экзотическим и используется редко. Несмотря на то, что на наших рисунках эмиттер не отличается от коллектора и по сути они должны быть равнозначны (посмотрите ещё раз на самый верхний рисунок, — на первый взгляд ничего не изменится, если поменять местами коллектор и эмиттер), на самом деле у них есть конструктивные отличия (например в размерах) и равнозначными они не являются. Именно из-за этой неравнозначности и существует разделение на «нормальный активный режим» и «инверсный активный режим».

Иногда ещё выделяют пятый, так называемый, «барьерный режим». В этом случае база транзистора закорочена с коллектором. По сути правильнее было бы говорить не о каком-то особом режиме, а об особом способе включения. Режим тут вполне обычный — близкий к пограничному состоянию между активным режимом и насыщением. Его можно получить и не только закорачивая базу с коллектором. В данном конкретном случае вся фишка в том, что при таком способе включения, как бы мы не меняли напряжение питания или нагрузку — транзистор всё равно останется в этом самом пограничном режиме. То есть транзистор в этом случае будет эквивалентен диоду.

Итак, c теорией пока закончили. Едем дальше.

Биполярный транзистор управляется током. То есть, для того, чтобы между коллектором и эмиттером мог протекать ток (по другому говоря, чтобы транзистор открылся), — должен протекать ток между эмиттером и базой (или между коллектором и базой — для инверсного режима). Более того, величина тока базы и максимально возможного тока через коллектор (при таком токе базы) связаны постоянным коэффициентом β (коэффициент передачи тока базы): I_Б*β=I_K.

Кроме параметра β используется ещё один коэффициент: коэффициент передачи эмиттерного тока (α). Он равен отношению тока коллектора к току эмиттера: α=Iк/Iэ. Значение этого коэффициента обычно близко к единице (чем ближе к единице — тем лучше). Коэффициенты α и β связаны между собой следующим соотношением: β=α/(1-α).

В отечественных справочниках часто вместо коэффициента β указывают коэффициент h_21Э (коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером), в забугорной литературе иногда вместо β можно встретить h_FE. Ничего страшного, обычно можно считать, что все эти коэффициенты равны, а называют их зачастую просто «коэффициент усиления транзистора».

Что нам это даёт и зачем нам это надо? На рисунке слева изображены простейшие схемы. Они эквивалентны, но построены с участием транзисторов разных проводимостей. Также присутствуют: нагрузка, в виде лампочки накаливания, переменный резистор и постоянный резистор.

Смотрим на левую схему. Что там происходит? Представим себе, что ползунок переменного резистора в верхнем положении. При этом на базе транзистора напряжение равно напряжению на эмиттере, ток базы равен нулю, следовательно ток коллектора тоже равен нулю (I_К=β*I_Б) — транзистор закрыт, лампа не светится. Начинаем опускать ползунок вниз
— напряжение на нём начинает опускаться ниже, чем на эмиттере — появляется ток из эмиттера в базу (ток базы) и одновременно с этим — ток из эмиттера в коллектор (транзистор начнёт открываться). Лампа начинает светиться, но не в полный накал. Чем ниже мы будем перемещать ползунок переменного резистора — тем ярче будет гореть лампа.

И тут, внимание! Если мы начнём перемещать ползунок переменного резистора вверх — то транзистор начнёт закрываться, а токи из эмиттера в базу и из эмиттера в коллектор — начнут уменьшаться. На правой схеме всё то же самое, только с транзистором другой проводимости.

Рассмотренный режим работы транзистора как раз является активным. В чём суть? Ток управляет током? Именно, но фишка в том, что коэффициент β может измеряться десятками и
даже сотнями. То есть для того, чтобы сильно менять ток, протекающий из эмиттера в коллектор, нам достаточно лишь чуть-чуть изменять ток, протекающий из эмиттера в базу.

В активном режиме транзистор (с соответствующей обвязкой) используется в качестве усилителя.

Мы устали… отдохнём немного…

Теперь разберёмся с работой транзистора в качестве ключа. Смотрим на левую схему. Пусть переключатель S будет замкнут в положении 1. При этом база транзистора через резистор R притянута к плюсу питания, поэтому ток между эмиттером и базой отсутствует и транзистор закрыт. Представим, что мы перевели переключатель S в положение 2. Напряжение на базе становится меньше, чем на эмиттере, — появляется ток между эмиттером и базой (его величина определяется сопротивлением R). Сразу возникает ток КЭ. Транзистор открывается, лампа загорается. Если мы снова вернём переключатель S в положение 1 — транзистор закроется, лампа погаснет. (на правой схеме всё то же самое, только транзистор другой проводимости)

В этом случае говорят, что транзистор работает в качестве ключа. В чём суть? Транзистор переключается между двумя состояниями — открытым и закрытым. Обычно при использовании транзистора в качестве ключа — стараются, чтобы в открытом состоянии транзистор был близок к насыщению (при этом падение напряжения между коллектором и эмиттером, а значит и потери на транзисторе, — минимальны).Для этого специальным образом рассчитывают ограничительный резистор в цепи базы. Состояний глубокого насыщения и глубокой отсечки обычно стараются избежать, потому что в этом случае увеличивается время переключения ключа из одного состояния в другое.

Небольшой пример расчётов. Представим себе, что мы управляем лампой накаливания 12В, 50мА через транзистор. Транзистор у нас работает в качестве ключа, поэтому в открытом состоянии должен быть близок к насыщению. Падение напряжения между коллектором и эмиттером учитывать не будем, поскольку для режима насыщения оно на порядок меньше напряжения питания. Так как через лампу течёт ток 50 мА, то нам нужно выбрать транзистор с максимальным током КЭ не менее 62,5 мА (обычно рекомендуют использовать компоненты на 75% от их максимальных параметров, это такой своеобразный запас). Открываем справочник и ищем подходящий p-n-p транзистор. Например КТ361. В нашем случае по току подходят с буквенными индексами «а, б, в, г», так как максимальное напряжение КЭ у них 20В, а у нас в задаче всего 12В.

Предположим, что использовать будем КТ361А, с коэффициентом усиления от 20 до 90. Так как нам нужно, чтобы транзистор гарантированно открылся полностью, — в расчёте будем использовать минимальный Кус=20. Теперь думаем. Какой минимальный ток должен течь между эмиттером и базой, чтобы через КЭ обеспечить ток 50 мА?

50 мА/ 20 раз = 2,5 мА

Токоограничивающий резистор какого номинала нужно поставить, чтобы пустить через БЭ ток 2,5 мА?

Тут всё просто. Закон Ома: I=U/R. Следовательно R=(12 В питания — 0,65 В потери на pn-переходе БЭ) / 0,0025 А = 4540 Ом. Так как 2,5 мА — это минимальный ток, который в нашем случае должен протекать из эмиттера в базу, то нужно выбрать из стандартного ряда ближайший резистор меньшего сопротивления. Например, с 5% отклонением это будет резистор 4,3 кОм.

Теперь о токе. Для зажигания лампы с номинальным током 50 мА нам нужно коммутировать ток всего 2,5 мА. И это при использовании ширпотребовского, копеечного транзистора, с низким Кус, разработанного 40 лет назад. Чувствуете разницу? Насколько можно уменьшить габариты выключателей (а значит и их стоимость) при использовании транзисторов.

Вернёмся опять к теории.

В рассмотренных выше примерах мы использовали только одну из схем включения транзистора. Всего же, в зависимости от того, куда мы подаём управляющий сигнал и откуда снимаем выходной сигнал (от того, какой электрод для этих сигналов является общим) выделяют 3 основных схемы включения биполярных транзисторов (ну, логично, да? — у транзистора 3 вывода, значит если делить схемы по принципу, что один из выводов общий, то всего может быть 3 схемы):

1) Схема с общим эмиттером.

Если считать, что входной ток — это ток базы, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора и выходное напряжение — это напряжение между коллектором и эмиттером, то можно записать, что: Iвых/Iвх=Iк/Iб=β , Rвх=Uбэ/Iб.

Кроме того, так как Uвых=Eпит-Iк*R, то видно, что, во-первых, выходное напряжение легко можно сделать гораздо выше входного, а во-вторых, что выходное напряжение инвертировано по отношению ко входному (когда Uбэ=Uвх увеличивается и входной ток растёт — выходной ток также растёт, но Uкэ=Uвых при этом уменьшается).

Такая схема включения (для краткости её обозначают ОЭ) является наиболее распространённой, поскольку позволяет усилить как ток, так и напряжение, то есть позволяет получить максимальное усиление мощности. Замечу, что эта дополнительная мощность у усиленного сигнала берётся не из воздуха и не от самого транзистора, а от источника питания (Eпит), без которого транзистор ничего не сможет усилить и вообще никакого тока в выходной цепи не будет. (Я думаю, — мы позже, в отдельной статье, про то, как именно работают транзисторные усилители и как их рассчитывать, подробнее напишем).

2) Схема с общей базой.

Здесь входной ток — это ток эмиттера, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь коллектора нагрузке. Для этой схемы: Iвых≈Iвх, т.к. Iк≈Iэ, Rвх=Uбэ/Iэ.

Такая схема (ОБ) усиливает только напряжение и не усиливает ток. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается.

3) Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Здесь входной ток — это ток базы, а входное напряжение подключено к переходу БЭ транзистора и нагрузке, выходной ток — ток эмиттера, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь эмиттера нагрузке. Для этой схемы: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=(I_К+I_Б)/I_Б=β+1, т.к. обычно коэффициент β достаточно большой, то иногда считают Iвых/Iвх≈β. Rвх=Uбэ/Iб+R. Uвых/Uвх=(Uбэ+Uвых)/Uвых≈1.

Как видим, такая схема (ОК) усиливает ток и не усиливает напряжение. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается. Кроме того, данная схема имеет самое большое входное сопротивление.

Оранжевыми стрелками на приведённых выше схемах показаны контура протекания токов, создаваемых источником питания выходной цепи (Епит) и самим входным сигналом (Uвх). Как видите, в схеме с ОБ ток, создаваемый Eпит, протекает не только через транзистор, но и через источник усиливаемого сигнала, а в схеме с ОК, наоборот, — ток, создаваемый входным сигналом, протекает не только через транзистор, но и через нагрузку (по этим приметам можно легко отличить одну схему включения от другой).

Ну и на последок поговорим о том, как проверить биполярный транзистор на исправность. В большинстве случаев о исправности транзистора можно судить по состоянию pn-переходов. Если рассматривать эти pn-переходы независимо друг от друга, то транзистор можно представить как совокупность двух диодов (как на рисунке слева). В общем-то взаимное влияние pn-переходов и делает транзистор транзистором, но при проверке можно с этим взаимным влиянием не считаться, поскольку напряжение к выводам транзистора мы прикладываем попарно (к двум выводам из трёх). Соответственно, проверить эти pn-переходы можно обычным мультиметром в режиме проверки диодов. При подключении красного щупа (+) к катоду диода, а чёрного к аноду — pn-переход будет закрыт (мультиметр показывает бесконечно большое сопротивление), если поменять щупы местами — pn-переход будет открыт (мультиметр показывает падение напряжения на открытом pn-переходе, обычно 0,6-0,8 В). При подключении щупов между коллектором и эмиттером мультиметр будет показывать бесконечно большое сопротивление, независимо от того какой щуп подключен к коллектору, а какой к эмиттеру.

Транзисторы лежат в основе большинства электронных устройств. Он могут быть в виде отдельных радиодеталей, или в составе микросхем. Даже самый сложный микро­процессор состоит из великого множества малюсеньких транзисторов, плотно разме­щенных в его могучем кристалле.

Транзисторы бывают разные. Две основ­ные группы – это биполярные и полевые. Биполярный транзистор обозначается на схеме, так как показано на рисунке 1. Он бывает прямой (р-п-р) и обратной (п-р-п) проводимости. Структура транзистора, и физические процессы, происходящие в нем изучается в школе, так что здесь о ней гово­рить не будем, – так сказать, ближе к прак­тике. В сущности, разница в том, что р-п-р транзисторы подключают так, чтобы на их эмиттер поступал положительный потенциал напяжения, а на коллектор – отрицательный. Для транзисторов n-p -п – все наоборот, на эмиттер дают отрицательный потенциал, на коллектор – положительный.

Зачем нужен транзистор? В основном его используют для усиления тока, сигналов, напряжения. А усиление происходит за счет источника питания. Попробую объяснить принцип работы «на пальцах». В автомаши­не есть вакуумный усилитель тормоза. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, его мембрана перемещается и открывается клапан через который двигатель машины всасывает эту мембрану, добавляя ей усилие. В результате слабое усилие нажима на педаль тормоза приводит к сильному усилию на тормозных колодках. А добавка силы происходит за счет мощности работаю­щего мотора машины.

Вот и с транзистором похоже. На базу подают слабенький ток (рис. 2). Под действием этого тока проводимость коллек­тор – эмиттер увеличивается и через коллек­тор уже протекает куда более сильный ток, поступающий от источника питания. Изменя­ется слабый ток базы, – соответственно изменяется и сильный ток коллектора. В идеале, график изменения тока коллектора выглядит как увеличенная копия графика изменения тока базы.

Это различие между слабым током базы и сильным током коллектора называется коэф­фициентом усиления транзистора по току, и обозначается И21э. Определяется так: h31э = ik /i6 (ток коллектора делить на ток базы). Чем больше данный параметр, тем лучше усилительные свойства транзистора.

Но это все в идеале. На самом деле зависи­мость тока коллектора от напряжения на базе не так уж и линейна. Следует вспомнить bax диода, где в самом низу характеристики тока очень мал, и начинает резко наростать когда напряжение достигает определенного значения. Поскольку в основе транзистора лежат те же физические процессы, то и здесь имеется аналогичный «дефект».

Если мы соберем схему усилителя, показан­ную на рисунке 3, и будем говорить в микро­фон, в динамике звука не будет. Потому что напряжение на микрофоне очень мало, оно ниже порога открывания транзистора. Здесь не только не будет усиления, а даже наоборот, будет ослабление сигнала.

Чтобы транзистор заработал как усилитель нужно увеличить напряжение на его базе. Это можно сделать каким-то образом увели­чив напряжение на выходе микрофона. Но тогда теряеТся смысл усилителя. Или нужно схитрить, и подать на базу транзистора некоторое постоянное напряжение (рис.4) через резистор, такое чтобы транзистор приоткрыть. И слабое переменное напряже­ние подать на базу этого транзистора через конденсатор. Вот теперь самое важное, – слабое переменное напря­жение сложится с постоян­ным напряжением на базе. Напряжение на базе будет изменяться в такт слабому переменному напряжению. Но так как постоянное напряжение сместило рабо­чую точку транзистора на крутой линейный участок характеристики, происходит усиление.

Проще говоря, у слабого напряже­ния небыло сил чтобы открыть транзистор, и мы добавили ему в помощь постоян­ное напряжение, которое при­открыло транзис­тор. Еще проще (опять с водой), допустим, есть туго завинченный винтель, и ребенок повернуть его не может. Но папа может приоткрыть этот винтель, повернув его в приоткрытое положение, в котором он вращается легко. Теперь ребенок может регулировать напор воды в некоторых пределах. Вот здесь ребенок – это слабое переменное напряжение, а папа – это постоянное напряжение, поданное на базу транзистора через резистор.

Постоянное напряжение, которое подают на базу транзистора чтобы сместить его режим работы в участок с более крутой и линейной характеристикой, называется напряжением смещения. Изменяя это напряжение мы можем даже регулировать коэффициент усиления усилительного каскада.

Но транзисторы далеко не всегда исполь­зуются с напряжением смещения. Например, в усилительных каскадах передатчиков напряжение смещения на базы транзисторов могут и не подаваться, так как амплитуды входного переменного напряжения там впол­не достаточно для «раскачки» транзистора.

И если транзистор используется не в качестве усилителя, а в качестве ключа, то напряжение смещения тоже на базу не дают. Просто, когда ключ должен быть закрыт, – напряжение на базе равно нулю, а когда он должен быть открыт, – подают напряжение на базу достаточное для открывания транзистора. Это используется обычно в цифровой электронике, где есть только нули (нет напряжения) и единицы (напряжение есть) и никаких промежуточных значений.

На рисунке 5 показана практическая схема как сделать из репродуктора радиоточки компьютерную колонку. Нужен простой одно- программный репродуктор только с одной вилкой для подключения в радиосеть (у многопрограммного есть вторая вилка для электросети). Никаких изменений в схему репродуктора вносить не нужно. К коллек­тору транзистора он подключается так же как к радиосети.

Внутри однопрограммного репродуктора есть динамик, переменный резистор для регулировки громкости и трансформатор. Все это нужно, и оно остается. Когда вскроете корпус репродуктора, подпаивайте коллектор транзистора и плюс источника питания к тем местам, к которым подпаян его провод с вилкой. Сам провод можно убрать.

Для подключения к компьютеру нужен экранированный провод с соответствующим штекером на конце. Или обычный двухпро­водной провод. Если провод экранирован­ный, – оплетку подключайте к эмиттеру транзистора, а центральную жилу к конден­сатору С1.

Сигнал от компьютерной звуковой карты подают через штекер на конденсатор С1. Напряжение питания подают от сетевого блока питания. Лучше всего подходит блок питания от игровой приставки к телевизору, типа «Денди», «Кенга». Вообще годится любой блок питания с напряжением на выходе от 7 v до 12 v . Для подключения к блоку питания потребуется соответствующее гнездо, его нужно установить на корпусе репродуктора, просверлив для него отверстие. Хотя, конечно, можно подпаять провода от блока питания и непосредственно к схеме. Подключая источник питания нужно соблюдать полярность. Диод vd 1 в принципе не нужен, но он защищает схему от выхода из строя, если вы перепутаете плюс с минусом у блока питания. Без него при неправильном подключении питания транзис­тор можно сжечь, а с диодом, если полюса блока питания перепутаете, просто схема не включится.

Транзистор КТ315 в прямоугольном корпусе, у которого с одной стороны есть скос (на рисунке показано). Вот если этим скосом повернуть его от себя, а выводами вверх, то слева будет база, справа эмиттер, а коллектор посредине. Подойдет транзистор КТ315 с любой буквой (КТ315А, КТ315Б. ). Транзистор нужно запаять правильно, не перепутав его выводы. Если ошибетесь и включите питание он может сдохнуть. Поэтому, после того как все спаяете не поле­нитесь раза три проверить правильность монтажа, правильно ли подпаяны выводы транзистора, конденсаторов, диода. И только когда будете уверены на все 100%, – включайте.

Диод vd 1 типа КД209. На нем отмечен анод. Можно поставить и другой диод, например, 1 n 4004 или какой-то еще. Если диод впаяете неправильно схема работать

не будет. Так что, если все включили, но не работает, начинайте с проверки правиль­ности подключения диода.

Еще несколько причин того, что схема может не заработать:

– неправильно подключили источник питания.

– нет сигнала на выходе компьютера, либо громкость уменьшена или выключена регулировками в программе компьютера.

– регулятор громкости репродуктора в мини­мальном положении.

Конденсаторы – электролитические, на напряжение не меньше 12 v . Подойдут наши К50-16, К50-35 или импортные аналоги. Следует заметить, что у наших конденсато­ров на корпусе стоит плюсик возле положи­тельного вывода, а у импортных минусик или широкая вертикальная полоска у отрицатель­ного вывода. Вместо конденсатора 10 мкф можно выбрать на любую емкость от 2 мкф до 20 мкф. Вместо конденсатора на 100 мкФ подойдет конденсатор любой емкости не менее 100 мкФ.

На рисунке ниже схемы показана монтажная схема, на ней места паек отмечены точками. Не перепутайте места паек с пересечением проводов. Монтаж сделан навесным спосо­бом, используя выводы деталей и монтаж­ные проводки. Всю схему желательно поместить внутрь корпуса репродуктора (там обычно очень много места).

Если все работает, но сильно фонит, – значит, вы перепутали провода, идущие к звуковой карте. Поменяйте их местами.

Запитывать схему от источника питания компьютера НЕ СЛЕДУЕТ!

Для стереоварианта можно сделать две колонки, входы объединив в один стерео- кабель для подключения к звуковой карте, ну и запитать обе колонки от одного блока питания.

Конечно с одним транзисторным каскадом колонка будет звучать негромко, но достаточно для прослушивания в небольшой комнате. Громкость можно регулировать как регулятором компьютера, так и ручкой, что есть у репродуктора.

Полупроводниковый транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Полупроводниковый транзистор

Cтраница 1

Полупроводниковый транзистор представляет собой электронный прибор, состоящий из двух электронно-дырочных переходов.  [1]

Плоскостные полупроводниковые транзисторы выполнены в специальных герметизированных корпусах и подсоединяются в общую схему путем пайки гибких выводов электродов.  [2]

Появление полупроводникового транзистора относится к периоду, когда радиоламповая электроника переживала свое бурное развитие. Для создания транзисторов нужны были совершенно новые методы производства и пути разработки, потому в первое время они были очень дорогими.  [3]

В полупроводниковых транзисторах типов МП-40А и МП-41А с открытым кристаллом с повышением концентрации аммиака сопротивление транзистора падает. На базе этих транзисторов можно создать измерители и аварийные реле.  [5]

При совершенствовании полупроводниковых транзисторов были уменьшены их размеры, материалы ( например, фосфид индия и арсенид галлия) и разработаны принципиально новые технологии, дав начало огромной отрасли — электронной индустрии, уровнем развития которой во многом определяется сила любого современного государства. Разумеется, самой значительной областью применения транзисторов остается электронно-вычислительная, или компьютерная, техника.  [6]

Существует два типа полупроводниковых транзисторов: ( р-п — ] 9) — типа и ( п — ] 9 — п) — типа, которые различаются последовательностью чередования в монокристалле полупроводников областей с п — или ] типом проводимости.  [7]

Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового транзистора ( см. рис. 2.4, б) имеет два участка.  [8]

Как и в полупроводниковом транзисторе, фототриод имеет коллектор, эмиттер и базу. База обычно служит приемной площадкой излучения. Работает фототриод по принципу обычного полупроводникового триода, в котором роль управляющего тока выполняет попадающее на базу излучение.  [10]

Следует заметить, что принцип действия полупроводниковых транзисторов независимо от их типа один и тот же. Различие состоит лишь в выборе полярности присоединяемых к ним источников питания. Средняя область ( слой) транзистора независимо от типа является его базой Б или основанием, а крайние — эмиттером Э и коллектором К.  [11]

Прибор УРДМ-1 представляет собой малогабаритный частотомер на полупроводниковых транзисторах. На лицевой панели прибора предусмотрено световое табло сигнализатора, работающего в комплексе с резонансной акустической камерой или электронными пороговыми схемами.  [12]

Усиление по напряжению и по мощности, обеспечиваемое полупроводниковыми транзисторами, определяется не только его собственными характеристиками, но зависит также и от параметров схем включения, в частности, от соотношения сопротивлений эмиттера и нагрузки. В отличие от а 1 коэффициенты усиления по напряжению или по мощности полупроводниковых транзисторов характеризуются одинаковым порядком величины и могут составлять десятки тысяч, что обеспечивает эффективное их применение для усиления и генерации электрических колебаний в широком диапазоне.  [13]

Магнитно-транзисторные элементы выполняются магнитных сердечниках с ППГ и полупроводниковых транзисторах.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Для чего нужны полевые транзисторы

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.

Характерной особенностью полевого транзистора является высокий коэффи­циент усиления по напряжению и высо­кое входное сопротивление.
Простейший, полевой транзистор со­стоит из пластинки полупроводникового материала с одним p-n-переходом в цент­ральной части и с невыпрямляющими контактами по краям (рис 1). Действие это­го прибора основано на зависимости тол­щины области пространственного заряда (ОПЗ) p-n-перехода от приложенного к нему напряжения. Поскольку запирающий слой, почти полностью лишен подвижных носителей заряда, его проводимость близ­ка к нулю.

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.

К каждому из электродов присоединяются выводы, носящие соот­ветствующие названия (истока, стока и затвора). Затвор выполняет роль сетки вакуумного триода. Исток и сток соответствуют катоду и аноду. Величина тока в канале (при Е2 и Rн = const) зависит от сопротивления участка пластинки между стоком и истоком, т. е. в зна­чительной степени от эффективной площади поперечного сечения ка­нала.
Источник E1 создает отрицательное напряжение на затворе, что приводит к увеличению толщины запирающего слоя и к уменьшению сечения канала. С уменьшением сечения канала увеличивается со­противление между истоком и стоком и снижается величина тока Iс. Уменьшение напряжения на затворе вызывает уменьшение сопротив­ления канала и возрастание тока Iс. Следовательно, ток, протекающий через канал, можно модулировать сигналами, приложенными к за­твору.

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

Отрицательное напряжение, приложенное к затвору относитель­но истока, может вызвать такое расширение ОПЗ, при котором токопроводящий канал окажется перекрытым. Это напряжение называют пороговым или напряжением отсечки. Оно соответствует напряжению запирания электронной лампы.
К р-n – переходу приложено не только «поперечное» напряжение Е1 но и «про­дольное» напряжение, падающее на рас­пределенном сопротивлении канала, созда­ваемое током, протекающим от истока к стоку. Поэтому ширина ОПЗ у стока увеличивается, а эффективное сечение канала соответственно умень­шается (см. рис. 1). Приборы данного типа называют полевыми транзисторам и с затвором в виде р-n перехода или с управляющим р-n- переходом .

Транзистор (transistor, англ.) – триод, из полупроводниковых материалов, с тремя выходами, основное свойство которого – сравнительно низким входным сигналом управлять значительным током на выходе цепи. 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.

Что такое полевой транзистор

Полевой транзистор — это устройство с тремя или четырьмя контактами, в котором ток на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. Поэтому их называют полевыми.

• исток – контакт входящего электрического тока, находящийся в зоне n;
• сток – контакт исходящего, обработанного тока, находящийся в зоне n;
• затвор – контакт, находящийся в зоне р, изменяя напряжение на котором, можно регулировать пропускную способность устройства.

Полевой транзистор с п – р переходом – особый вид транзисторов, которые служат для управления током.

Он отличается от простого обычного тем, что ток в нем проходит, не пересекая зоны р — n перехода, зоны, образующейся на границы этих двух зон. Размер р — n зоны регулируется.

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.

Полевой транзистор, принцип работы

По-простому, как работает полевой транзистор с управляющим р-п переходом, можно сказать так: радиодеталь состоит из двух зон: р — перехода и п — перехода. По зоне п течет электрический ток. Зона р – перекрывающая зона своего рода вентиль. Если на нее сильно надавить, она перекрывает зону для прохождения тока и его проходит меньше. Или, если давление снизить пройдет больше. Такое давление осуществляют увеличением напряжения на контакте затвора, находящегося в зоне р.

Прибор с управляющим р — п канальным переходом — это полупроводниковая пластина с электропроводностью одного из этих типов. К торцам пластины подсоединены контакты: сток и исток, в середине — контакт затвора. Действие устройства основано на изменяемости толщины пространства р-п перехода. Поскольку в запирающей области почти нет подвижных носителей заряда, ее проводимость равна нулю. В полупроводниковой пластине, в области не под воздействием запирающего слоя, создается проводящий ток канал. При подаче отрицательного напряжения по отношению к истоку, на затвор создается поток, по которому истекают носители заряда.

В случае изолированного затвора, на нем расположен тонкий слой диэлектрика. Этот вид устройства работает на принципе электрического поля. Чтобы разрушить его достаточно небольшого электричества. Поэтому для защиты от статического напряжения, которое может достигать тысяч вольт, создают специальные корпуса приборов — они позволяют минимизировать воздействие вирусного электричества.

Зачем нужен полевой транзистор

Рассматривая работу сложной электронной техники, как работу полевого транзистора (как одного из компонентов интегральной схемы) сложно представить, что основных направления его работы пять:

1. Усилители высоких частот.
2. Усилители низких частот.
3. Модуляция.
4. Усилители постоянного тока.
5. Ключевые устройства (выключатели).

На простом примере работу транзистора, как выключателя, можно представить как компоновку микрофона с лампочкой. Микрофон улавливает звук, от этого появляется электрический ток. Он поступает на запертый полевой транзистор. Своим присутствием ток включает устройство, включает электрическую цепь, к которой подключена лампочка. Лампочка загорается при улавливании звука микрофоном, но горит за счет источника питания, не связанного с микрофоном и более мощного.

Модуляция применяется для управления информационным сигналом. Сигнал управляет частотой колебания. Модуляция применяется для качественного звукового сигнала в радио, для передачи звукового ряда в телевизионных передачах, трансляции цвета и телевизионного сигнала высокого качества. Она применяется везде, где требуется работа с материалом высокого качества.

Как усилитель полевой транзистор упрощенно работает так: графически любой сигнал, в частности, звуковой ряд, можно представить в виде ломаной линии, где ее длина – это время, а высота изломов частота звука. Для усиления звука на радиодеталь подают мощное напряжение, которое приобретает необходимые частоты, но с более большими значениями, за счет подачи слабого сигнала на управляющий контакт. Другими словами, устройство пропорционально перерисовывает изначальную линию, но с более высокими пиковыми значениями.

Применение полевых транзисторов

Первым прибором, поступившим в продажу, где использовался полевой транзистор с управляющим p-n переходом, был слуховой аппарат. Его появление зафиксировано в пятидесятых годах прошлого века. В промышленных масштабах их применяли в телефонных станциях.

В современном мире, устройства применяют во всей электротехнике. Благодаря маленьким размерам и разнообразию характеристик полевого транзистора, встретить его можно в кухонной технике, аудио и телевизионной технике, компьютерах и электронных детских игрушках. Их применяются в системах сигнализации как охранных механизмов, так и пожарной сигнализации.

На заводах транзисторное оборудование применяется для регуляторов мощности станков. В транспорте от работы оборудования на поездах и локомотивов, до системы впрыска топлива частных автомобилей. В ЖКХ от систем диспетчеризации, до систем управления уличным освещением.

Одна из важнейших областей применения транзисторов – производство процессоров. По сути, весь процессор состоит из множества миниатюрных радиодеталей. Но при переходе на частоту работы выше 1,5 ГГц, они лавинообразно начинают потреблять энергию. Поэтому производители процессоров пошли по пути многоядерности, а не путем увеличения тактовых частот.

Плюсы и минусы полевых транзисторов

Полевые транзисторы своими характеристиками оставили далеко позади другие виды устройства. Широкое применение они нашли в интегральных схемах в роли выключателей.

• каскад деталей расходует мало энергии;
• усиление выше, чем у других видов;
• высокая помехоустойчивость достигается отсутствием прохождения тока в затворе;
• более высокая скорость включения и выключения – они могут работать на недоступных другим транзисторам частотах.

• более низкая температура разрушения, чем у других видов;
• на частоте 1,5 ггц, потребляемая энергия начинает резко возрастать;
• чувствительность к статическому электричеству.

Характеристики полупроводниковых материалов, взятых за основу полевых транзисторов, позволили применять устройства в быту и производстве. На основе плевых транзисторов создали бытовую технику в привычном для современного человека виде. Обработка высококачественных сигналов, производство процессоров и других высокоточных компонентов невозможна без достижений современной науки.

Полевые транзисторы являются полупроводниковыми приборами. Особенностью их является то, что ток выхода управляется электрическим полем и напряжением одной полярности. Регулирующий сигнал поступает на затвор и осуществляет регулировку проводимости перехода транзистора. Этим они отличаются от биполярных транзисторов, в которых сигнал возможен с разной полярностью. Другим отличительным свойством полевого транзистора является образование электрического тока основными носителями одной полярности.

Разновидности

Существует множество разных видов полевых транзисторов, действующих со своими особенностями.

• Тип проводимости. От нее зависит полюсность напряжения управления.
• Структура: диффузионные, сплавные, МДП, с барьером Шоттки.
• Количество электродов: бывают транзисторы с 3-мя или 4-мя электродами. В варианте с 4-мя электродами подложка является отдельной частью, что дает возможность управлять прохождением тока по переходу.
• Материал изготовления : наиболее популярными стали приборы на основе германия, кремния. В маркировке транзистора буква означает материал полупроводника. В транзисторах, производимых для военной техники, материал маркируется цифрами.
• Тип применения: обозначается в справочниках, на маркировке не указан. На практике известно пять групп применения «полевиков»: в усилителях низкой и высокой частоты, в качестве электронных ключей, модуляторов, усилителей постоянного тока.
• Интервал рабочих параметров: набор данных, при которых полевики могут работать.
• Особенности устройства: унитроны, гридисторы, алкатроны. Все приборы имеют свои отличительные данные.
• Количество элементов конструкции: комплементарные, сдвоенные и т. д.

Кроме основной классификации «полевиков», имеется специальная классификация, имеющая принцип действия:

• Полевые транзисторы с р-n переходом, который осуществляет управление.
• Полевые транзисторы с барьером Шоттки.
• «Полевики» с изолированным затвором, которые делятся:
  — с индукционным переходом;
  — со встроенным переходом.

В научной литературе предлагается вспомогательная классификация. Там говорится, что полупроводник на основе барьера Шоттки необходимо выделить в отдельный класс, так как это отдельная структура. В один и тот же транзистор может входить сразу оксид и диэлектрик, как в транзисторе КП 305. Такие методы применяют для образования новых свойств полупроводника, либо для снижения их стоимости.

На схемах полевики имеют обозначения выводов: G – затвор, D – сток, S – исток. Подложку транзистора называют «substrate».

Конструктивные особенности

Электрод управления полевым транзистором в электронике получил название затвора. Его переход выполняют из полупроводника с любым видом проводимости. Полярность напряжения управления может быть с любым знаком. Электрическое поле определенной полярности выделяет свободные электроны до того момента, пока на переходе не закончатся свободные электроны. Это достигается воздействием электрического поля на полупроводник, после чего величина тока приближается к нулю. В этом заключается действие полевого транзистора.

Электрический ток проходит от истока к стоку. Разберем отличия этих двух выводов транзистора. Направление движения электронов не имеет значения. Полевые транзисторы обладают свойством обратимости. В радиотехнике полевые транзисторы нашли свою популярность, так как они не образуют шумов по причине униполярности носителей заряда.

Главной особенностью полевых транзисторов является значительная величина сопротивления входа. Это особенно заметно по переменному току. Эта ситуация получается по причине управления по обратному переходу Шоттки с определенным смещением, или по емкости конденсатора возле затвора.

Материалом подложки выступает нелегированный полупроводник. Для «полевиков» с переходом Шоттки вместо подложки закладывают арсенид галлия, который в чистом виде является хорошим изолятором.

К нему предъявляются требования:

• Отсутствие отрицательных факторов в соединении с переходом, стоком и истоком: гистерезис свойств, паразитное управление, чувствительность к свету.
• Устойчивость к температуре во время изготовления: невосприимчивость к эпитаксии, отжигу. Отсутствие различных примесей в активных слоях.
• Минимальное количество примесей.
• Качественная структура кристаллической решетки с наименьшим количеством дефектов.

На практике оказывается трудным создание структурного слоя со сложным составом, отвечающим необходимым условиям. Поэтому дополнительным требованием является возможность медленного наращивания подложки до необходимых размеров.

Полевые транзисторы с р-n переходом

В такой конструкции тип проводимости затвора имеет отличия от проводимости перехода. Практически применяются различные доработки. Затвор может быть изготовлен из нескольких областей. В итоге наименьшим напряжением можно осуществлять управление прохождением тока, что повышает коэффициент усиления.

В разных схемах применяется обратный вид перехода со смещением. Чем больше смещение, тем меньше ширина перехода для прохождения тока. При определенной величине напряжения транзистор закрывается. Применение прямого смещения не рекомендуется, так как мощная цепь управления может оказать влияние на затвор. Во время открытого перехода проходит значительный ток, или повышенное напряжение. Работа в нормальном режиме создается путем правильного выбора полюсов и других свойств источника питания, а также подбором точки работы транзистора.

Во многих случаях специально применяют непосредственные токи затвора. Такой режим могут применять и транзисторы, у которых подложка образует переход вида р-n. Заряд от истока разделяется на сток и затвор. Существует область с большим коэффициентом усиления тока. Этот режим управляется затвором. Однако, при возрастании тока эти параметры резко падают.

Подобное подключение применяется в схеме частотного затворного детектора. Он применяет свойства выпрямления перехода канала и затвора. В таком случае прямое смещение равно нулю. Транзистор также управляется затворным током. В цепи стока образуется большое усиление сигнала. Напряжение для затвора изменяется по закону входа и является запирающим для затвора.

Напряжение в стоковой цепи имеет элементы:

• Постоянная величина. Не применяется.
• Сигнал несущей частоты. Отводится на заземление с применением фильтров.
• Сигнал с модулирующей частотой. Подвергается обработке для получения из него информации.

В качестве недостатка затворного детектора целесообразно выделить значительный коэффициент искажений. Результаты для него отрицательные для сильных и слабых сигналов. Немного лучший итог показывает фазовый детектор, выполненный на транзисторе с двумя затворами. Опорный сигнал подается на один их электродов управления, а информационный сигнал, усиленный «полевиком», появляется на стоке.

Несмотря на значительные искажения, этот эффект имеет свое назначение. В избирательных усилителях, которые пропускают определенную дозу некоторого спектра частот. Гармонические колебания фильтруются и не влияют на качество действия схемы.

Транзисторы МеП, что означает – металл-полупроводник, с переходом Шоттки практически не отличаются от транзисторов с р-n переходом. Так как переход МеП имеет особые свойства, эти транзисторы могут функционировать на повышенной частоте. А также, структура МеП простая в изготовлении. Характеристики по частоте зависят от времени заряда затворного элемента.

МДП-транзисторы

База элементов полупроводников постоянно расширяется. Каждая новая разработка изменяет электронные системы. На их базе появляются новые приборы и устройства. МДП-транзистор действует путем изменения проводимости полупроводникового слоя с помощью электрического поля. От этого и появилось название – полевой.

Обозначение МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-полупроводник. Это дает характеристику состава прибора. Затвор изолирован от истока и стока тонким диэлектриком. МДП транзистор современного вида имеет размер затвора 0,6 мкм, через который может протекать только электромагнитное поле. Оно оказывает влияние на состояние полупроводника.

При возникновении нужного потенциала на затворе возникает электромагнитное поле, которое оказывает влияние на сопротивление участка стока-истока.

Достоинствами такого применения прибора является:

• Повышенное сопротивление входа прибора. Это свойство актуально для применения в цепях со слабым током.
• Небольшая емкость участка сток-исток дает возможность применять МДП-транзистор в устройствах высокой частоты. При передаче сигнала искажений не наблюдается.
• Прогресс в новых технологиях производства полупроводников привел к разработке транзисторов IGBT, которые включают в себя положительные моменты биполярных и полевых приборов. Силовые модули на их основе широко применяются в приборах плавного запуска и преобразователях частоты.

При разработке таких элементов нужно учесть, что МДП-транзисторы имеют большую чувствительность к повышенному напряжению и статическому электричеству. Транзистор может сгореть при касании к его выводам управления. Следовательно, при их установке необходимо применять специальное заземление.

Такие полевые транзисторы обладают многими уникальными свойствами (например, управление электрическим полем), поэтому они популярны в составе электронной аппаратуры. Также следует отметить, что технологии изготовления транзисторов постоянно обновляется.

Что такое транзисторы?

МОП-транзисторы, транзисторы Дарлингтона и биполярные транзисторы

Транзистор используется для усиления и переключения электронных сигналов и электроэнергии. Они используются в различных схемах и бывают разных форм. Вы можете использовать транзистор в качестве переключателя или транзистор в качестве усилителя.

МОП-транзисторы

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник — это тип транзистора, который обычно используется в цифровых и аналоговых схемах для усиления или переключения электронных сигналов.Трехконтактное устройство имеет исток (S), затвор (G) и сток (D) и доступно как в P-канале (PMOS), так и в N-канале (NMOS). МОП-транзисторы могут также называться полевыми транзисторами с изолированным затвором (IGFET) или полевыми транзисторами металл-диэлектрик-полупроводник (MISFET). Хотя на полевом МОП-транзисторе он похож на соединительный полевой транзистор (JFET), вход затвора электрически изолирован от основного канала, несущего схему.

MOSFET доступен в двух основных формах: с истощением и с расширением.Тип истощения подобен переключателю «Нормально замкнутый» и требует напряжения затвор-исток для выключения устройства. Тип расширения похож на «нормально открытый» переключатель и требует напряжения затвор-исток для включения устройства. Типичными типами упаковки являются ТО-252, ТО-251, ТО-247, ТО-220, ТО-92, СО-8, СПТ-23 и СОТ-223.

Конструкция и тип полевого МОП-транзистора

Серия BU: Применения усилителя (включая серию BUZ — BUZ77 и BUZ78)
Серия IRF: применения усилителя (включая серии IRFP и IRFZ — IRF540 и IRFP350)

Щелкните здесь, чтобы увидеть полный список МОП-транзисторов.
Щелкните здесь, чтобы увидеть полный выбор SMD MOSFET-транзисторов.

Транзисторы Дарлингтона

Транзисторы Дарлингтона — это два стандартных биполярных транзистора NPN или PNP, соединенных вместе. Эмиттер одного транзистора соединен с базой другого, чтобы получить более чувствительный транзистор с гораздо большим коэффициентом усиления по току. Пары транзисторов Дарлингтона

могут состоять из двух индивидуально соединенных биполярных транзисторов или одного устройства, выпускаемого на рынке в едином корпусе со стандартными соединительными выводами базы, эмиттера и коллектора, и доступны в широком диапазоне стилей корпуса и напряжения (и тока). ) рейтинги в версиях NPN и PNP.

Также известные как «пара Дарлингтона» или «супер-альфа-схема», транзисторы соединены вместе, так что ток эмиттера первого транзистора TR1 становится базовым током второго транзистора TR2.

Базовое соединение Дарлингтона
Щелкните здесь, чтобы увидеть полный ассортимент транзисторов Дарлингтона

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор, более известный как транзистор с биполярным переходом (BJT), представляет собой тип транзистора, работа которого основана на контакте двух типов полупроводников.Они состоят из трех выводов: коллектора, базы и эмиттера, которые могут быть выполнены как усилители или переключатели. В зависимости от полярности они могут быть NPN или PNP.

Биполярные транзисторы работают как регуляторы тока с регулируемым током. Они ограничивают количество проходящего тока в соответствии с меньшим управляющим током. Они называются биполярными, потому что контролируемый ток должен проходить через два типа полупроводникового материала: P и N.

Биполярная конструкция

Нажмите здесь, чтобы увидеть биполярные переходные транзисторы
Нажмите здесь, чтобы узнать о биполярных транзисторах SMD

Другие типы транзисторов

Транзисторы общего назначения
Транзисторы общего назначения для поверхностного монтажа
JFETS
IGBTS
Transistor Arrays

транзисторов — что это такое? — ES Components

Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии.Он состоит из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами для подключения к внешней цепи. Напряжение или ток, приложенные к одной паре выводов транзистора, контролируют ток через другую пару выводов. Поскольку управляемая (выходная) мощность может быть выше управляющей (входной) мощности, транзистор может усиливать сигнал. Сегодня некоторые транзисторы упакованы индивидуально, но гораздо больше встроено в интегральные схемы.

Транзистор является основным строительным блоком современных электронных устройств и широко используется в современных электронных системах.Юлиус Эдгар Лилиенфельд запатентовал полевой транзистор в 1926 году, но в то время было невозможно построить работающее устройство. Первым практически реализованным устройством был точечный транзистор, изобретенный в 1947 году американскими физиками Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли. Бардин, Браттейн и Шокли разделили Нобелевскую премию по физике 1956 года за свои достижения. Наиболее широко используемым типом транзисторов является MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), также известный как MOS-транзистор, который был изобретен Мохамедом. Аталла и Давон Канги в Bell Labs в 1959 году.Транзисторы произвели революцию в области электроники и, среди прочего, проложили путь для меньших и более дешевых радиоприемников, калькуляторов и компьютеров. Первый транзистор и полевой МОП-транзистор входят в список основных этапов развития электроники IEEE. По состоянию на 2013 год ежедневно производятся миллиарды МОП-транзисторов.

Большинство транзисторов изготовлено из очень чистого кремния или германия, но также могут использоваться некоторые другие полупроводниковые материалы. Транзистор может иметь носитель заряда только одного типа, в полевом транзисторе, или может иметь два типа носителей заряда в устройствах с биполярным переходом.По сравнению с вакуумной лампой транзисторы, как правило, меньше по размеру и требуют меньше энергии для работы. Некоторые электронные лампы имеют преимущества перед транзисторами при очень высоких рабочих частотах или высоких рабочих напряжениях. Многие типы транзисторов изготавливаются по стандартизованным спецификациям несколькими производителями.

Ссылка: Википедия.

Транзисторы

: ключ к современной электронике

Транзисторы: ключ к современной электронике

Изобретенные в 1947 году, точечно-контактные транзисторы быстро произвели революцию в электронике, заменив громоздкие и хрупкие электронные лампы, которые сами заменили реле в 1907 году.Изобретение транзисторов открыло дорогу меньшим, более дешевым, практичным и доступным компьютерам, калькуляторам, радиоприемникам и другим устройствам. Современные компьютеры и интеллектуальные устройства содержат от сотен миллионов до миллиардов крошечных транзисторов, упакованных внутри микрочипов. Но что такое транзистор и для чего он нужен?

Назначение транзистора

Транзистор может выполнять две основные функции: действовать как усилитель или действовать как переключатель. В качестве усилителя он потребляет небольшой входной ток и производит гораздо больший выходной ток.Примером может служить набор транзисторов в слуховом аппарате. Он воспринимает относительно тихий окружающий звук и воспроизводит его через крошечный динамик на гораздо большей громкости.

В качестве переключателя небольшой электрический ток, который проходит в одну часть транзистора, включает переключатель, создавая больший ток, протекающий через другую часть транзистора. Так работают компьютерные чипы. Каждый из сотен миллионов или миллиардов транзисторов внутри микросхемы может быть индивидуально включен или выключен.Если вы думаете о выключенном состоянии как о нуле, а о включенном как о единице, вы понимаете основы двоичного кода — языка компьютеров.

Наряду с формой логики, известной как булева алгебра, в которой все переменные либо истинны, либо ложны (единица или ноль), двоичный код поддерживает все функции компьютера и интеллектуальных устройств. Все транзисторы внутри микросхемы работают в тандеме, непрерывно переключаясь между единицами и нулями (вкл. Или выкл.) Для выполнения сложных вычислений почти мгновенно.

Из чего сделаны транзисторы?

Транзисторы изготовлены из кремния, полупроводника, который является основным химическим элементом в песке.Он может быть «легирован» (обработан) определенными примесями для отрицательного заряда (n-тип) или положительного заряда (p-тип). Кремний N-типа легче теряет электроны, а кремний p-типа легче их приобретает.

От диодов к транзисторам

Присоединение кремния p-типа к кремнию p-типа и добавление электрических контактов заставляет электроны проходить через переход со стороны n-типа на сторону p-типа, а затем выходить через цепь, но изменение направления тока останавливает поток электронов все вместе.Этот тип перехода известен как диод, который позволяет току течь только в одном направлении. Его можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный или для включения света при протекании электричества. Возможно, вы знакомы со светодиодами на электронных дисплеях.

Переходный транзистор — это еще один шаг вперед, чем диод. Вместо простого соединения одного слоя кремния p-типа с одним слоем кремния n-типа теперь есть три слоя: n-p-n. У каждого ломтика есть электрические контакты.Контакты кремниевых частей n-типа являются эмиттером и коллектором, а контакты p-типа — базой. Помните, что база заряжена положительно (меньше электронов), а эмиттер и коллектор заряжены отрицательно (лишние электроны). При подаче положительного напряжения электроны перемещаются от эмиттера к базе, а затем от базы к коллектору. Таким образом, транзистор действует как переключатель (включается при подаче тока) и как усилитель (преобразует небольшой входной ток в большой выходной ток).

Полевой транзистор (FET) также имеет слои кремния n-типа и p-типа, но они устроены иначе и покрыты оксидами металлов. В этом случае кремний p-типа действует как затвор, предотвращая перемещение электронов между слоями кремния n-типа. Когда электрический заряд прикладывается к затвору, создается электрическое поле, которое обеспечивает тонкий канал непосредственно от одного слоя кремния n-типа к другому.

Триггер

Транзисторы

обычно питаются от электрического тока, но их можно подключить к логическим элементам, которые возвращают их выходы на их входы.Это означает, что транзистор останется в стабильном состоянии (включен или выключен) даже после снятия тока. Он не изменит своего положения, пока новый ток не заставит его перевернуться в другую сторону. Эта схема «триггера» лежит в основе современных компьютерных микросхем памяти.

Готовы начать работу?

Здесь, в Quest Components, мы стремимся предоставить вам информацию, необходимую для того, чтобы ваш бизнес продолжал работать бесперебойно. Компания Quest Components, имеющая сертификат ISO 9001: 2015 со штаб-квартирой в промышленности, Калифорния, специализируется на пассивных и активных компонентах уровня платы.Мы также предоставляем различные услуги OEM-производителям (производителям оригинального оборудования) и CEM (контрактным производителям электроники) по всему миру. Свяжитесь с Quest Components сегодня по телефону 626-333-5858, чтобы получить все необходимые электронные компоненты!

Большой приклад. Быстрый ответ. Умные люди.

Транзисторы 101: подробное описание транзисторов

Транзисторы — один из наиболее часто используемых элементов в электронных схемах.Их простота использования и простой принцип работы — вот что делает их популярными среди разработчиков электроники. В основном они выполняют две функции: переключение и усиление. Вам просто нужно несколько вычислений, чтобы внедрить это трехногий прибор в ваш следующий проект и дать ему возможность правильно работать. Итак, давайте подробно рассмотрим транзисторы и посмотрим, как вы можете использовать их в своем предстоящем электронном проекте. К концу этого сообщения в блоге вы получите четкое представление о внутренней структуре транзистора, его различных типах и способах их включения в электронные схемы.

Насколько важны транзисторы?

Транзисторы используются почти во всех электронных схемах. Более того, они используются в интегральных схемах (IC), логических вентилях (AND, OR, NOT, XOR и т. Д.) И многих других электронных компонентах. В среднем ИС содержит 42 миллиона транзисторов, а iPhone 11 — 8,5 миллиардов транзисторов.

Как выглядит внутренняя структура транзистора?

Транзисторы изготовлены из полупроводникового материала, такого как кремний, германий и др.Добавление примесей в полупроводниковые пластины позволяет производителям транзисторов создавать области n-типа и p-типа. Этот процесс называется допингом.

Легирование позволяет полупроводниковой пластине, такой как кремний, разделяться на две области; n-тип и p-тип. Что это за регионы и чем они отличаются? Количество положительных и отрицательных зарядов, присутствующих в этой области, — вот что их отличает. Отрицательно заряженные частицы называются электронами, а положительно заряженные области называются дырками, потому что отсутствие электрона создает «дырку».В области n-типа основными носителями являются электроны, а в области p-типа основными носителями являются дырки.

Транзистор состоит из области p-типа между двумя областями n-типа, и наоборот. NPN и PNP — это два типа транзисторов, в зависимости от их внутренней структуры. Три вывода транзистора берут начало от каждой из трех легированных областей, находящихся внутри него. Средняя зона — это базовая клемма, а две другие — эмиттерная и коллекторная.

Как работают транзисторы?

Транзисторы работают как усилители или переключатели. При работе в качестве усилителя транзистор принимает небольшой входной ток и усиливает его, чтобы получить больший выходной ток. С другой стороны, при работе как выключатель низкий входной ток на входной клемме включается и вызывает больший ток на выходной клемме. Обе конфигурации транзисторов выгодны, что делает их очень популярными в проектировании электронных схем.

Если мы подключим отрицательную клемму батареи к области n-типа (эмиттер), а положительную клемму к базе (область p-типа), ток будет течь от базы к эмиттеру. Точно так же, если мы поместим коллектор (область n-типа) на более высокий положительный потенциал, чем база и эмиттер, ток эмиттера будет генерироваться и течь к коллектору. Ток коллектор-эмиттер I _CE регулируется напряжением базы.

Режимы переключения и усиления достигаются за счет обеспечения правильного напряжения базы, коллектора и эмиттера. Давайте рассмотрим некоторые основные схемы транзисторов, чтобы понять, как происходит усиление и переключение.

Конфигурации транзисторов

Существует три основных конфигурации транзисторов, которые широко используются в проектировании электронных схем:

• Общий эмиттер
  Конфигурация с общим эмиттером работает как усилитель, а также как переключатель.Входной сигнал подается на базу, а выходной сигнал измеряется на клемме коллектора. Эмиттер является общим для входных и выходных клемм, поскольку входной сигнал подается на клеммы база-эмиттер, а выходной сигнал собирается на клеммах коллектора и эмиттера. На схеме ниже показано, как можно построить схему усилителя с общим эмиттером. В этих примерах схем мы рассматриваем NPN-транзисторы.

• Общий коллектор
  В этой конфигурации входной сигнал подается на базу, а выходной — с клеммы эмиттера.Коллектор является общим как для входных, так и для выходных клемм; вам необходимо заземлить эту клемму при построении вашей схемы с общим коллектором. Эта конфигурация в основном используется в качестве схемы буфера напряжения, переключателя и схемы согласования импеданса. На схеме ниже показана базовая реализация схемы с общим коллектором.

• Общая база
  Как вы, возможно, уже догадались, клемма базы является общей для входных и выходных сигналов.Эмиттер действует как входной терминал, а выходной сигнал генерируется на коллекторе. Базовая клемма заземлена так, что она является общей для обеих других клемм. Конфигурация с общей базой в основном используется для согласования импеданса. На схеме ниже показано, как можно реализовать схему усилителя с общей базой.

Среди трех конфигураций транзисторов наиболее популярной является конфигурация с общим эмиттером. Это в основном из-за его усиления по напряжению, которого достаточно для большинства транзисторных приложений по сравнению с коэффициентом усиления двух других конфигураций.

Транзистор как переключатель

Переключатель — это электронный компонент, который позволяет создавать или разрывать соединение в цепи. Разрыв соединения называется разомкнутой цепью (ВЫКЛ), в то время как замкнутая цепь (ВКЛ) — когда соединение установлено. Самым популярным применением транзисторов является их использование в качестве переключателя. Как работают три вывода транзистора, когда он действует как переключатель?

Транзистор

А работает в двух режимах — насыщения и отсечки.Когда он работает как переключатель, он отключается, когда находится в режиме отсечки, поскольку через него не течет ток коллектора, и он включается при работе в режиме насыщения. Ток коллектора генерируется при наличии входного сигнала на базе; это когда транзистор включен. Когда нет входного сигнала, транзистор переходит в режим отсечки и выключается, при этом ток не течет через коллектор.

Вот базовая схема, в которой транзистор NPN работает как переключатель.На базу подается входное напряжение. Вы должны иметь в виду, что кремниевым устройствам с p-n переходом для работы требуется напряжение выше 0,7 В. Следовательно, для включения транзистора напряжение база-эмиттер (V _BE ) должно быть выше 0,7 В. Резистор на входе определяет величину напряжения на базе.

Когда V _BE больше 0,7 В, переходы база-эмиттер и база-коллектор смещены в прямом направлении, что приводит к максимальному току коллектора.Это когда ваш транзистор находится в режиме насыщения и действует как замкнутая цепь. В результате загорится светодиод на выходе.

Аналогичным образом, когда вход заземлен, напряжение база-эмиттер будет меньше 0,7 В, что приведет к обратному смещению на переходах база-эмиттер и база-коллектор. Следовательно, через коллектор не будет протекать ток, и транзистор будет в режиме отсечки, что приведет к выключению выходного светодиода.

Применение транзистора: Осциллятор

Очень распространенная электронная схема — это генератор, который используется в различных приложениях, таких как светодиоды, обработка сигналов и тактовые генераторы микроконтроллера.Используя пару транзисторов, мы можем быстро построить схему генератора, как показано на схеме ниже.

Конденсаторы, присутствующие в цепи генератора, играют наиболее важную роль. Когда один конденсатор заряжается, он включает транзистор до его разрядки. Между тем, второй конденсатор заряжается и включает второй транзистор, когда первый выключается. Это генерирует осциллирующий импульс, поскольку транзисторы соединены в виде зеркала с противоположной полярностью.

Вы можете изменить частоту колебаний, изменив номиналы конденсатора и резистора в соответствии с вашими потребностями. Все, что вам нужно, — это пара транзисторов, пара конденсаторов и несколько резисторов для построения многоцелевой схемы генератора.

Хотите узнать ТЗ? Изучите возможности электроники Fusion 360, включая ТЗ и ТЗ, загрузив бесплатную пробную версию.

Autodesk Fusion 360 предлагает множество инструментов для инженеров, включая трехмерное проектирование печатных плат, исчерпывающие наборы данных и многое другое.Чего же ты ждешь? Начните свой следующий проект в области электроники в Fusion 360 уже сегодня.

транзисторов | Encyclopedia.com

Транзисторы используются почти во всех электронных устройствах, которые сейчас производятся. Транзистор — это резистор с электрическим управлением, который имеет три вывода: два для сквозного прохождения электрического тока и один для электрического сигнала, который управляет его сквозным сопротивлением. Джон Бардин (1908–1991), Уолтер Х. Браттейн (1902–1987) и Уильям Б.Шокли (1910–1989) изобрел транзистор в 1947 году. С тех пор были изготовлены миллиарды транзисторов, многие из которых находятся внутри интегральных схем , составляющих процессоры и модули памяти современных компьютеров. Транзистор — такое важное устройство, и его изобретение стало таким научным прорывом, что три его изобретателя были удостоены Нобелевской премии в 1956 году.

Воздействие транзистора

С начала двадцатого века электронных ламп использовались. используется в электронных схемах, таких как усилители, для изготовления электронного оборудования, например радиоприемников.Даже первый компьютер, построенный до изобретения транзистора, был сделан на электронных лампах. Но электронные лампы были большими, они потребляли и рассеивали много энергии, и у них был короткий срок службы, прежде чем они перегорели.

В 1950-х годах, вскоре после изобретения транзистора, появились портативные радиоприемники с батарейным питанием. Их называли «транзисторными радиоприемниками» или просто «транзисторами», и они были чрезвычайно популярны. К концу 1950-х транзисторы регулярно использовались в цифровых схемах.Затем стало возможным размещать целые схемы на одном кристалле, создавая так называемые «интегральные схемы». Затем цифровая электроника стала значительно быстрее и дешевле, что привело к появлению персональных калькуляторов и компьютеров.

Ручные калькуляторы были представлены в конце 1960-х годов. Конкуренция на рынке по цене и функциональности была настолько жесткой, что потребители почти боялись покупать их, опасаясь, что их покупка быстро устареет. Персональные компьютеры были представлены в конце 1970-х годов, и на рынке ПК произошел аналогичный взрыв низкой цены и более высокой функциональности.

Интеграция схем также облегчила электронику, поэтому сложная электроника может поместиться внутри спутников. По мере того, как выращивание кристаллов и фотолитография улучшились в течение последних десятилетий двадцатого века, стало легче увеличивать количество транзисторов на одном кристалле, и они стали дешевле в производстве и намного быстрее.

Основы транзисторов

Транзисторы сделаны из кристаллов полупроводникового материала , обычно кремния .Кремний с валентностью 4 находится в центре периодической таблицы химических элементов. Элементы слева от него, металлы с валентностью 1 и 2, являются хорошими проводниками (низкие резисторы) электричества, а те, что справа, неметаллы с валентностями от 0 до -2, являются плохими проводниками (высокие резисторы). Элементы в центре могут быть хорошими или плохими проводниками, в зависимости от их химического состава и физической структуры; поэтому их называют «полупроводниками».

Когда кремний образует кристалл, четыре внешних электрона каждого атома связаны с окружающими атомами ковалентными связями.Поскольку эти электроны не могут свободно двигаться, кристалл является плохим проводником. Однако, если кристалл не чистый, и некоторые из атомов в кристалле, называемые «примесями», имеют валентность 5 или 3, то любой дополнительный электрон или любая «дырка», где электрон может поместиться в кристалле, может проводить электричество.

Примеси с валентностью 5 называются «донорами», потому что они отдают кристаллу дополнительный электрон. Примеси с 3 валентностью называются «акцепторами», потому что они создают дырку, в которой дополнительный электрон может быть принят в кристалл.Кристалл с большинством донорных примесей называется полупроводником N-типа, потому что электричество проводится через отрицательные электроны. Кристалл с большинством акцепторных примесей называется полупроводником P-типа, потому что электричество проводится через положительные дырки (фактически, электроны прыгают от дырки к дырке в противоположном направлении).

Влияние донорных примесей (лишних электронов) нивелируется действием акцепторных примесей (дырок, куда могут уходить электроны). Таким образом, способность кристалла кремния проводить электричество можно контролировать, изменяя тип и плотность примесей при создании кристалла или электрически контролируя влияние примесей, как в кремниевом транзисторе.

Как делаются транзисторы?

Хотя один транзистор расположен на крошечной «микросхеме» кристаллического кремния, транзисторы производятся партиями. Процесс начинается с тонкой круглой «пластины» размером и формой примерно с CD-ROM (постоянное запоминающее устройство на компакт-дисках), которая отрезается от большого цилиндра из чистого кристаллического кремния. Представьте себе воображаемый квадрат внутри круга на поверхности пластины и разбиение квадрата на массив размером N на N, содержащий N ² мнимых ячеек.Процесс, называемый «фотолитография», позволяет одновременно создавать транзисторы N ² , по одному в каждой ячейке.

Пластина покрывается веществом, называемым «фоторезист», а затем экспонируется черно-белым рисунком, как если бы узор фотографировался, а пластина с покрытием была пленкой в ​​фотоаппарате. Белые области рисунка соответствуют верхним поверхностям концевых областей (называемых эмиттером и коллектором) всех транзисторов N ² . Свет попадает на пластину в этих белых областях рисунка и химически изменяет там фоторезист.Пластина погружается в растворитель, который растворяет химически измененный фоторезист, где рисунок был белым, но не неизмененные части, где рисунок был черным.

Затем пластина нагревается в герметичной печи, наполненной газом донорных примесей. Хотя пластина недостаточно нагрета, чтобы расплавить кремний, она достаточно горячая, чтобы некоторые атомы газа диффундировали с поверхности в тело материала. Донорные примеси закрепляются в кристаллической структуре, но только под открытыми участками фоторезиста.Вафля остужается и достается из духовки. Эмиттерная и коллекторная области отдельных транзисторов N ² были встроены в пластину.

Фоторезист с рисунком смывается, и на пластину наносится второй свежий слой фоторезиста. Опять же, пластина подвергается черно-белому рисунку, но на этот раз белые области рисунка соответствуют верхним поверхностям областей управления (называемых базой) всех транзисторов N ² . После аналогичной химической обработки пластина снова нагревается в герметичной печи, на этот раз заполненной газом акцепторных примесей.Они фиксируются в кристаллической структуре, но опять же только под открытыми местами фоторезиста. Вафля остужается и достается из духовки. Базовые области отдельных транзисторов N ² были встроены в пластину, между ними и касаясь соответствующих областей эмиттера и коллектора, сделанных ранее. Все транзисторы N ² отключены друг от друга, но они также отключены от любых проводов. Итак, фотолитография проводится на пластине в третий раз.

Фоторезист с рисунком снова смывается, и на пластину наносится третий свежий слой фоторезиста. На этот раз пластина подвергается воздействию черно-белого рисунка, где белые области рисунка соответствуют маленьким отверстиям на верхних поверхностях всех трех областей всех транзисторов N ² . После аналогичной химической обработки пластина «напыляется» (как при окраске распылением) металлом. Металл образует небольшую каплю, которая прилипает к поверхности пластины, но только в открытых местах фоторезиста.Когда фоторезист смывается, металл поверх фоторезиста смывается вместе с ним, оставляя небольшие пятна. Эти капли представляют собой электрические контакты на трех участках каждого транзистора.

Затем пластина разрезается и нарезается кубиками на чипы N ² . Для каждой микросхемы провода прикреплены к трем металлическим шарикам транзистора, и микросхема заделана, и только три провода выходят наружу. Транзисторы могут быть очень маленькими или много транзисторов могут быть построены на одной микросхеме.Транзисторы на одной микросхеме могут даже быть соединены вместе тонкими областями P-типа или N-типа в сложных «интегральных» схемах, таких как усилители, цифровые схемы или запоминающие устройства.

Как работает транзистор?

Предположим, что кремниевый чип имеет область N-типа на одной стороне, область P-типа на другой стороне и отдельный переход в середине, где две области соприкасаются друг с другом. Любые незакрепленные заряды — электроны на N-стороне и дырки на P-стороне — естественно немного блуждают; это называется «диффузией».«Любые электроны с N-стороны, которые пересекают переход на P-сторону, соединяются с дырками там, а любые дырки с P-стороны, которые пересекают переход на N-сторону, соединяются с электронами там.

Два эффекта. Во-первых, область вокруг перехода становится истощенной любыми свободными носителями заряда. Во-вторых, отрицательный заряд, накапливающийся на стороне P перехода, и положительный заряд, накапливающийся на стороне N перехода, действуют, чтобы оттолкнуть дальнейшую диффузию

Теперь предположим, что к этой микросхеме подключена батарея.Подключение положительной клеммы батареи к стороне N и ее отрицательной клеммы к стороне P, называемое «обратным смещением», притягивает носители с каждой стороны от перехода, усиливая область истощения рядом с переходом. Итак, течет очень мало тока.

Подключение положительной клеммы аккумулятора к стороне P и ее отрицательной клеммы к стороне N, называемое «прямое смещение», преодолевает барьер заряда на стыке и подталкивает соответствующие держатели к стыку.Поскольку это вынуждает продолжать сочетания электронов и дырок, микросхема является хорошим проводником (с низким сопротивлением) в этом направлении. Электронное устройство, например этот полупроводниковый чип PN, который позволяет току течь в одном направлении, но не в другом, называется «диодом».

Есть несколько видов транзисторов; двумя наиболее популярными являются полевой транзистор (FET) и биполярный переходный транзистор (BJT). В этой статье описывается только BJT.

BJT

BJT имеет три последовательно соединенных участка: эмиттер, базу и коллектор.Каждый регион имеет соединительный провод. Две внешние области, эмиттер и коллектор, имеют одинаковый тип примеси, а основание в середине имеет противоположный тип примеси. Транзистор PNP имеет кремний P-типа в эмиттере и коллекторе и кремний N-типа в его базовой области. Транзистор типа «NPN» — это наоборот.

BJT состоит из двух встречных диодов. Если диод коллектор-база имеет обратное смещение, ожидается, что через устройство будет протекать небольшой ток от эмиттера к коллектору.Если диод эмиттер-база смещен в прямом направлении, носители перемещаются через область базы к его соединительному проводу. Но если сделать базовую область чрезвычайно тонкой, возможно, только 5 процентов носителей в базе достигают провода, а 95 процентов — коллектора, даже через диод с обратным смещением. Видно, что ток между эмиттером и коллектором в 0,95 / 0,05 в 19 раз больше, чем ток между эмиттером и базой, и мы можем контролировать сквозной поток эмиттер-коллектор, управляя меньшим потоком в эмиттер-база.Полевой транзистор немного отличается, но имеет тот же эффект.

Транзистор может увеличивать интенсивность или усиление электрического сигнала. Электрический сигнал, полученный от микрофона, имеет недостаточную интенсивность для воспроизведения звука в динамике. Электрический сигнал, полученный от головки привода CD-ROM, имеет недостаточную интенсивность для обработки цифровой электроникой. Однако ряд транзисторов может усиливать электрический сигнал, так что выходной сигнал с последнего «каскада» многокаскадного сигнала достаточен для создания желаемого эффекта.

Основные строительные блоки цифрового дизайна могут быть реализованы в виде простых транзисторных схем. Поскольку подобные схемы могут быть интегрированы, что позволяет разместить многие из них на одном кристалле, каждый начинает понимать, как эта технология оказала такое огромное влияние на вычисления.

Заключение

Легкость, с которой транзисторы регенерируют цифровые сигналы, вероятно, является самым важным фактором, лежащим в основе успеха современной цифровой электроники, цифровой передачи и цифровых вычислений.Когда-то компьютеры были большими и дорогими машинами, которыми могли владеть только крупные корпорации, университеты и правительственные учреждения. Это, конечно, уже не так. Транзистор больше, чем какая-либо другая технология, отвечает за то, чтобы компьютеры были такими маленькими, быстрыми и недорогими, что теперь они стали относительно обычными бытовыми приборами, используемыми людьми всех возрастов для работы, образования, развлечений и общения.

см. Также Поколения, компьютеры; Интегральные схемы; Вакуумные трубки.

Ричард А. Томпсон

Библиография

Амос, Стэнли У. и Майкл Р. Джеймс. Принципы транзисторных схем: Введение в конструкцию усилителей, приемников и цифровых схем. Бостон: Newnes, 2000.

Риордан, Майкл и Лиллиам Ходдесон. Crystal Fire: изобретение транзистора и рождение информационного века. Нью-Йорк: W. W. Norton, 1998.

Транзисторы и модули, транзисторы NPN и PNP, транзисторная схема

Транзисторы, являясь одним из основных строительных блоков для компьютерного оборудования, используются как в коммерческих, так и в бытовых целях.Как основной «переключатель»; в компьютерных микросхемах транзисторы помогают компьютерам хранить информацию и принимать решения.

Поскольку транзисторы играют важную роль в проектировании компьютеров и схем, выбор лучших транзисторов и модулей для работы имеет важное значение. Тем не менее, когда на рынке так много товаров, выбор может быть затруднен. От транзисторов NPN до транзисторов PNP и т. Д. — читайте дальше, чтобы узнать о нашем выборе как для коммерческого, так и для домашнего использования и о том, чем они могут быть полезны.

Что такое транзисторы?

Транзисторы — одно из важнейших изобретенных устройств.Это небольшие электронные компоненты, которые служат двум основным целям:

• В качестве выключателя для включения и выключения розеток — как выключатель света.
• Как усилитель сигналов.

Основываясь на основных принципах электроники, мы знаем, что мы можем включать и выключать цепь с помощью переключателя. Однако для этого требуется человеческое взаимодействие. Вместо того, чтобы вручную включать и выключать схемы, транзистор автоматизирует этот процесс.

Транзисторы

уникальны тем, что они позволяют контролировать, сколько тока проходит через цепь.Вместо традиционного перекидного переключателя транзистор использует напряжение для включения и выключения схемы. Они либо блокируют ток, либо пропускают электричество.

Каждую секунду транзисторы включают и выключают ток намного быстрее, чем любой человек. Это делает их невероятно полезными для множества приложений.

Транзисторы используются во всем: от кардиостимуляторов, фотоаппаратов, калькуляторов, часов, слуховых аппаратов и компьютеров.

Как работают транзисторы?

Принцип работы транзистора зависит от того, используется ли он в схеме усилителя транзистора или в схеме переключателя.

Когда транзистор используется в качестве усилителя, он принимает электрический ток и усиливает его. Подобно подключению электрогитары к усилителю, транзистор превратит небольшой ток в гораздо больший.

Когда транзисторы используются в качестве переключателей, электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, означает, что больший ток может проходить через другие его части. Это означает, что небольшой ток может включить больший.

Из чего сделаны транзисторы?

Чтобы понять, как работают транзисторы, полезно посмотреть, из чего они сделаны.Кремниевые транзисторы, что неудивительно, сделаны из кремния. Это потому, что это полупроводник.

Кремний можно обрабатывать примесями, чтобы он работал по-разному. Например, его можно превратить в транзистор n-типа (отрицательного типа), добавив свободные электроны, которые могут легко вытекать из него. В качестве альтернативы можно удалить часть свободных электронов, чтобы электроны попали в транзистор. Это известно как p-тип (положительный тип).

После того, как кремний был обработан примесями, мы можем начать наслоить кремниевые транзисторы n-типа и p-типа вместе в так называемый «кремниевый сэндвич».Используя этот принцип, можно изготавливать огромное количество электронных компонентов, включая транзисторы.

Для чего используются транзисторы?

Транзисторы находят широкое применение — от слуховых аппаратов и кардиостимуляторов до компьютеров.

Транзисторы, известные как «нервная клетка» информационного века, отвечают за передачу сигналов и токов.

Изобретение транзистора означало, что у нас есть доступ к огромному количеству информации в Интернете и в наших руках в виде смартфонов.Фактически, транзистор является основой всех современных компьютеров и схем.

Для получения дополнительной информации об использовании транзисторов свяжитесь с нашей командой.

Какие бывают типы транзисторов?

В зависимости от того, как вы хотите использовать свой транзистор и для какого проекта, можно рассмотреть разные типы.

Мы поставляем несколько различных типов высококачественных транзисторов от ведущих мировых производителей, в том числе:

Транзистор NPN — это биполярный транзистор, который используется для усиления сигнала.NPN означает «отрицательно-положительно-отрицательно», а поток электронов означает, что он может проводить.

В отличие от транзистора NPN, транзистор PNP состоит из двух материалов p-типа. Это означает, что его можно использовать в качестве переключателя в транзисторной схеме. Например, его можно использовать как выключатель.

Это тип биполярного переходного транзистора.

Также известный как UJT, однопереходный транзистор представляет собой трехконтактное полупроводниковое переключающее устройство. Это означает, что его можно использовать для фазовых цепей или схем синхронизации.

Транзисторный диод — это двухконтактный полупроводник, который позволяет току течь в одном направлении, но не в другом.

Какие преимущества транзисторов?

Некоторые из преимуществ наших транзисторов:

• Сниженное потребление энергии: По сравнению с электронными лампами, транзисторы снижают энергопотребление.
• Маленький: Транзисторы малы как по размеру, так и по весу, поэтому ваше оборудование может быть более компактным.
• Менее подвержены поломке: Транзисторы намного надежнее стеклянных трубок и менее подвержены утечкам, выделению газов или другим повреждениям.
• Более эффективный: Используя транзисторы, вы можете создавать схемы с большей энергоэффективностью.
• Гибкость конструкции: Благодаря природе транзисторов и их широкому диапазону применения они обеспечивают большую гибкость при проектировании. Таким образом, возможны дополнительные схемы симметрии, в отличие от электронных ламп.

Выбор лучшего типа транзистора для ваших нужд

У нас есть широкий выбор транзисторов и диодов на выбор. Имея в наличии ведущие бренды, такие как NTE Electronics, Solid State Manufacturing и Siliconix, у нас есть все необходимое для выполнения ваших профессиональных проектов и проектов DIY.Мы уверены, что вы найдете подходящий транзистор в нашем каталоге продукции, но если нет, свяжитесь с нашей технической командой.

Для получения дополнительной информации о технических характеристиках наших самых популярных продуктов обращайтесь в наш экспертный центр за советами и рекомендациями специалистов.

Транзисторы | BMET Wiki | Fandom

Транзистор имеет три ножки: эмиттер, базу и коллектор.

Около

В электронике транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, обычно используемое для усиления или переключения электронных сигналов.Транзистор сделан из цельного куска полупроводникового материала, по крайней мере, с тремя выводами для подключения к внешней цепи. Напряжение или ток, приложенные к одной паре выводов транзистора, изменяют ток, протекающий через другую пару выводов. Поскольку управляемая (выходная) мощность может быть намного больше управляющей (входной) мощности, транзистор обеспечивает усиление сигнала.

Транзистор является основным строительным блоком современных электронных устройств и используется в радио, телефонных, компьютерных и других электронных системах.Транзистор часто называют одним из величайших достижений 20-го века, а некоторые считают его одним из самых важных технологических прорывов в истории человечества. Некоторые транзисторы упакованы индивидуально, но большинство из них находится в интегральных схемах.

Упрощенная операция

Существенная полезность транзистора заключается в его способности использовать слабый сигнал, подаваемый между одной парой его выводов, для управления гораздо более сильным сигналом на другой паре выводов.Это свойство называется усилением. Транзистор может управлять своим выходом пропорционально входному сигналу, то есть может действовать как усилитель. Или транзистор можно использовать для включения или выключения тока в цепи, такой как переключатель с электрическим управлением, где величина тока определяется другими элементами схемы.

Два типа транзисторов имеют небольшие различия в том, как они используются в схеме. Биполярный транзистор имеет клеммы, обозначенные как база, коллектор и эмиттер. Небольшой ток на выводе базы (то есть протекающий от базы к эмиттеру) может управлять или переключать гораздо больший ток между выводами коллектора и эмиттера.Для полевого транзистора выводы помечены как затвор, исток и сток, а напряжение на затворе может управлять током между истоком и стоком.

Изображение справа представляет собой типичный биполярный транзистор в цепи. Заряд будет течь между выводами эмиттера и коллектора в зависимости от тока в базе. Поскольку внутренне соединения базы и эмиттера ведут себя как полупроводниковый диод, между базой и эмиттером возникает падение напряжения, пока существует ток базы.Величина этого напряжения зависит от материала, из которого изготовлен транзистор, и обозначается как VBE.

Транзистор как переключатель

Транзисторы

обычно используются в качестве электронных переключателей как для приложений с высокой мощностью, включая импульсные источники питания, так и для приложений с низким энергопотреблением, таких как логические вентили.

Из графика видно, что как только базовое напряжение достигает определенного уровня, показанного в точке B, ток больше не будет увеличиваться с увеличением VBE, и выход будет удерживаться при фиксированном напряжении.[сомнительно — обсудить] Транзистор считается насыщенным. Следовательно, значения входного напряжения можно выбрать так, чтобы выход был либо полностью выключен, [9], либо полностью включен. Транзистор действует как переключатель, и этот тип работы является обычным в цифровых схемах, где важны только значения «включено» и «выключено».

Транзистор как усилитель

Вышеупомянутый усилитель с общим эмиттером спроектирован таким образом, что небольшое изменение напряжения (Vin) изменяет небольшой ток через базу транзистора, а усиление тока транзистора в сочетании со свойствами схемы означает, что небольшие колебания Vin вызывают большие изменения. в Vout.

Важно, чтобы рабочие параметры транзистора были выбраны и схема была спроектирована таким образом, чтобы, насколько это возможно, транзистор работал в пределах линейной части графика, например, показанной между A и B, в противном случае выходной сигнал будет страдать. искажение.

Возможны различные конфигурации одиночного транзисторного усилителя, некоторые из которых обеспечивают усиление по току, некоторые по напряжению, а некоторые и то, и другое.

От мобильных телефонов до телевизоров — огромное количество товаров включает усилители для воспроизведения звука, радиопередачи и обработки сигналов.Первые дискретные транзисторные усилители звука едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и точность воспроизведения звука постепенно увеличивались по мере появления лучших транзисторов и развития архитектуры усилителя.

Современные транзисторные усилители звука мощностью до нескольких сотен ватт широко распространены и относительно недороги.

Некоторые производители усилителей для музыкальных инструментов смешивают в одной цепи транзисторы и вакуумные лампы, поскольку некоторые считают, что лампы имеют характерный звук.

Транзистор в первую очередь обеспечивает усиление по току.Также можно использовать транзисторы PNP, NPN или MOS. Резистор, используемый на базе транзистора, обычно составляет около 1 кОм. На индуктивных нагрузках (например, двигателях, реле, соленоидах) диод часто подключается к нагрузке в обратном направлении для подавления скачков напряжения (обратной ЭДС), возникающих при выключении устройств. ^[1]

Проверка транзистора

Транзисторы — это две пары диодов, соединенных спиной друг к другу. Если в вашем измерителе есть функция «проверки диодов», вы можете использовать те же принципы, что и для измерения только одного диода.Если в этом тесте используется мультиметр с функцией «проверки диодов», будет обнаружено, что переход эмиттер-база имеет немного большее прямое падение напряжения, чем переход коллектор-база. Эта прямая разница напряжений возникает из-за несоответствия в концентрации легирования между эмиттерной и коллекторной областями транзистора: эмиттер представляет собой гораздо более легированный кусок полупроводникового материала, чем коллектор, в результате чего его соединение с базой создает более высокое прямое напряжение. уронить.

Зная это, становится возможным определить, какой провод какой на немаркированном транзисторе. Это важно, потому что упаковка транзисторов, к сожалению, не стандартизирована. Конечно, все биполярные транзисторы имеют три провода, но расположение трех проводов на физическом корпусе не организовано в каком-либо универсальном стандартизированном порядке.

Предположим, технический специалист находит биполярный транзистор и приступает к измерению целостности цепи с помощью мультиметра, установленного в режиме «проверки диодов».Измеряя между парами проводов и записывая значения, отображаемые измерителем, технический специалист получает следующие данные:

• Касательный провод счетчика 1 (+ сторона) и 2 (- сторона): «OL» или бесконечность
• Касающийся провод счетчика 1 (- сторона) и 2 (сторона +): «OL» или бесконечность
• Касательный провод счетчика 1 (+ сторона) и 3 (сторона -): 0,655 В (0,7 В)
• Касающийся провод измерителя 1 (- сторона) и 3 (сторона +): «OL» или бесконечность
• Касательный провод счетчика 2 (+ сторона) и 3 (сторона -): 0.621 вольт (0,7 вольт)
• Касательный провод измерителя 2 (- сторона) и 3 (сторона +): «OL» или бесконечность

Единственными комбинациями контрольных точек, дающими показания измерителя, являются провода 1 и 3 (красный измерительный провод на 1 и черный измерительный провод на 3), а также провода 2 и 3 (красный измерительный провод на 2 и черный измерительный провод на 3). Эти два показания должны указывать на прямое смещение перехода эмиттер-база (0,655 В) и перехода коллектор-база (0,621 В).

Теперь мы ищем один провод, общий для обоих наборов показаний проводимости.Это должно быть базовое соединение транзистора, потому что база является единственным слоем трехслойного устройства, общим для обоих наборов PN-переходов (эмиттер-база и коллектор-база). В этом примере этот провод имеет номер 3 и является общим для комбинаций контрольных точек 1-3 и 2-3. В обоих этих наборах показаний измерителя черный (-) измерительный провод касался провода 3, что говорит нам о том, что база этого транзистора сделана из полупроводникового материала N-типа (черный = отрицательный).