их свойства и назначение. Какие бывают основные виды транзисторов?

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

 

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

Из основных наиболее распространенных типов можно выделить три:

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

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

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

 

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

 

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

 

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

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

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

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

 

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

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

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

Виды транзисторов

Существуют десятки тысяч транзисторов. Их все можно разделить на несколько типов по характеристикам. Я расскажу какие существуют виды транзисторов и чем они друг от друга отличаются. 

Транзисторы можно разделить на виды по таким характеристикам как: 

• Физическое строение
• Принцип действия
• Мощность
• Полоса пропускания частот
• Коэффициент усиления по току
• и т.д.

Но основными являются четыре: физическая структура транзистора, принцип действия транзистора, мощность и полоса рабочих частот транзистора.

По принципу действия все транзисторы можно разделить на две большие группы: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Различаются они как принципом действия, так и физическим строением. При этом различается как структура транзистора, так и принцип их функционирования. Внешне оба вида выполняют те же функции, но внутри у полевых и биполярных транзисторов всё работает иначе. 

Посмотри на схему выше. Как ты уже заметил, и у биполярных и у полевых транзисторов есть общие характеристики: мощность и частота. Которые могут быть малыми, средними, высокими.

Рассеиваемая мощность транзистора

При это маломощными считаются транзисторы, которые в состоянии рассеять не более 0.3 Вт, транзисторы средней мощности в состоянии рассеять уже от 0.3 Вт до 1.5 Вт. Ну а мощные транзисторы рассеивают более 1.5Вт. 

Полоса пропускания транзистора

Так называют диапазон частот, в которых транзистор сохраняет свои качества как транзистора. На выбор транзистора по частоте сильно влияет тип твоего устройства и с какими частотами сходящих сигналов оно должно уметь работать правильно.

Биполярный транзистор

Я не буду описывать строение транзистора, для этого сущесвуют другие статьи. В этот раз я хочу заострить твоё внимание на том, что в семейсве биполярных транзисторов есть два клана. Этоклан транзисторов со структурой N-P-N и клан со структурой P-N-P. Кроме физ. строения каких либо других различий между ними нет. 

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы также как и биполярные можно разделить на транзисторы P- и N-типа. Но помимо этого они делять ещё два вида: MOSFET и JFET. MOSFET — это полевой транзистор с изолированным затвором и JFET — это полевой транзистор с единственным PN-переходом.

Разница между полевым и биполярным транзисторами
Принцип работы	биполярный	полевой
	Управляются током. Для работы требуется подавать начальный ток смещения на базу	Управляются напряжением. Всё что им требуется для работы — это подача напряжения на затвор
	Обладают сравнительно малым входным сопротивлением, поэтому потребляют от больший ток, чем полярные	Обладают высоким входным сопротивлением, что означает практически отсутствующих входной ток транзистора. Позволяет меньше нагружатьисточник питания за счет меньшего потребления тока от источника
Усиление по току	Биполярные транзисторы обладают больее высоким коэфф. усиления.	Коэфф. усиления меньше, чем в биполярном транзисторе.
Размер	Имеют средний и большой размер.	Полевые транзисторы можно производить для повернохстного монтажа. А также использовать в интегральных схемах.
Популярность	Сегодня биполярне транзисторы стали уступать свои позиции перед FET	FET-транзисторы сновятся все более популярны и активно используются в коммерческом ПО.
Стоимость	Биполярные транзисторы дешевы в производстве.	FET, а особенно MOSFET значительно дороже произвести, чем биполярные транзисторы.

 

Вот и всё. Конечно за кадром остались глубокие принципы работы транзисторов. Но сделано это намеренно. О них я расскажу как-нибудь в другой раз. 

/blog/vidyi-tranzistorov/ Существуют десятки тысяч транзисторов. Их все можно разделить на несколько типов по характеристикам. Я расскажу какие существуют виды транзисторов и чем они друг от друга отличаются. 2016-09-22 2016-12-12 Виды транзисторов, полевой транзистор, биполярный транзистор

Автор: Донец Владимир

Большой радиолюбитель и конструктор программ

Благодаря достижениям электроники у нас есть компьютеры, планшеты, смартфоны и другая популярная техника. Я создал этот сайт для популяризации радиолюбительства. Подписывайтесь на блог, рассылку и группу в ВК: vk.

com/mp16a!

Транзистор с биполярным переходом: типы и его применение

Изобретение транзистора с биполярным переходом (BJT) сделано в 1948 году. Транзисторы являются основными электронными устройствами, которые образуются из-за комбинации диодов, которые называются биполярными. переходной транзистор. Они произвели революцию в современной электронной системе. Эти изобретения транзисторов являются основными причинами замены электронных ламп. Отдельные диоды p-n перехода, соединенные встречно, приводят к образованию транзистора.

Это трехконтактные устройства. Эмиттер, база и коллектор называются терминалами. Базовая область является общей клеммой для базы и коллектора. Эти образованные транзисторы входят в состав различных типов полупроводников. Это заставляет транзистор работать либо в полностью включенном режиме, либо в выключенном режиме. Это проложило путь для транзистора, позволяющего применять переключение.

Два диода с переходом p- и n-типа соединены таким образом, что получается транзистор, определяемый как транзистор с биполярным переходом. Эти клеммы отвечают за движение носителей заряда, что приводит к протеканию тока.

Типы BJT

В основном транзисторы с биполярным переходом классифицируются на основе его контакта, будь то точечный контакт или переход. Но чаще всего в наши дни используются транзисторы с переходами. Эти биполярные переходные транзисторы образованы из-за комбинации полупроводниковых диодов, классифицируемых на основе подключенных p-типов и n-типов.

Если два p-типа соединены с ан-типом посередине, это определяется как транзистор P-N-P. Если два n-типа соединены с p-типом посередине, это определяется как транзистор NP-N. Эти N-P-N и P-N-P относятся к категории BJT или называются типами BJT.

Существует еще один тип биполярного транзистора, который называется транзистором с гетеробиполярным переходом, в этом предпочтительном полупроводниковом материале используются различные материалы, в зависимости от того, какие переходы в транзисторе разработаны. Таким образом, биполярные транзисторы классифицируются.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о BJT MCQ

Символ транзистора с биполярным соединением

Символические обозначения транзисторов N-P-N и P-N-P следующие

Единственная разница между транзисторами P-N-P и N-P-N заключается в том, что движение тока основано на том, что указано стрелками.

Принцип работы биполярного транзистора

Три контакта биполярного транзистора отвечают за формирование соединений эмиттера и базы, а также коллектора и базы. Как известно, переход база-эмиттер находится в прямом смещении, а переход коллектор-база — в обратном смещении. Из-за прямого смещения на базе и эмиттере поток основных носителей происходит от эмиттера к базе.

Так как область основания имеет легкую легированную концентрацию, не все основные носители объединяются, некоторые из них имеют тенденцию течь к коллектору. Таким образом генерируются токи на эмиттере, базе и коллекторе. Генерируемый ток эмиттера представляет собой сумму токов базы и коллектора. Величина генерируемого тока базы меньше по сравнению с токами, генерируемыми на эмиттере и коллекторе.

Принцип работы остается одинаковым как для транзистора P-N-P, так и для транзистора N-P-N, но единственная разница между ними заключается в наличии основных носителей заряда. В P-N-P большинство носителей — дырки, а в N-P-N — электроны.

Эквивалентная схема BJT

Из обсуждения транзисторов становится ясно, что формирование транзистора связано с участием двух диодов, подключенных сзади к нему. Следовательно, эти диоды приводят к образованию двух соответствующих переходов, что также связано с наличием в них клемм.

Представление эквивалентной схемы транзистора P-N-P (BJT)

Следовательно, схема BJT может быть представлена ​​двумя диодами с переходом P-N. Это представляет собой эквивалентную схему BJT.

Смещение биполярного переходного транзистора

Смещение биполярного переходного транзистора представляет собой не что иное, как подачу внешнего напряжения на соответствующие переходы, задействованные в нем. Это смещение приводит к основному процессу транзистора, на основе которого классифицируются области.

(1) Зона отсечки

Поскольку оба перехода транзисторов не питаются от внешнего источника. Следовательно, нет очевидной подачи наблюдаемых напряжений. Сформированная область определяется как область отсечки.

(2) Активная область

При этом один переход должен находиться в режиме прямого смещения, а другой — в режиме обратного смещения. Этот тип области упоминается как активная область. При этом точка q будет находиться в центре кривой характеристики, поэтому она наиболее часто используется во время операций.

(3) Область насыщения

При этом оба перехода должны быть в прямом режиме, то есть в режиме высокой проводимости. Этот тип области называется областью насыщения.

При применении транзистора в качестве ключа предпочтительны режимы отсечки и режимы насыщения. То есть либо он должен работать в полностью включенном режиме, либо в выключенном режиме. Следовательно, эта концепция Q-точки в активной области и в других модах, чтобы сделать ее стабильной, требует смещения.

(1) Фиксированное смещение

Это смещение также называется базовым смещением. В этом типе смещения соединение одного источника питания будет поддерживаться между базой и коллектором с помощью двух резисторов. Если значения сопротивления варьируются в зависимости от него, можно регулировать ток на клеммной базе. Таким образом, также можно контролировать точку Q.

(2) Смещение коллектор-база

В этом случае резистор базы собирается на коллекторе, а не подключается к источнику питания. Этот тип смещения предпочтителен во время стабилизации точки Q по отношению к изменениям температуры.

Если ток коллектора имеет тенденцию к увеличению, это может привести к падению напряжения на резисторе, что приведет к уменьшению значения напряжения на резисторе базы. Таким образом, ток на базе уменьшается одновременно с уменьшением значения тока на коллекторе. Это уменьшит влияние температуры на точку Q, сделав ее стабильной

(3) Самосмещение

Этот тип смещения также называется смещением делителя напряжения. Этот тип смещения является наиболее часто используемым. Резисторы расположены по схеме делителя потенциала. Следовательно, на базовую клемму подается равное или фиксированное количество напряжений. Таким образом, методы смещения для транзисторов классифицируются.

Характеристики биполярного переходного транзистора

Характеристики биполярного транзистора зависят от его конфигурации, классифицируются ли они с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором.

Таким образом, сравниваются характеристики различных конфигураций биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение выходного напряжения к приложенному входному напряжению. Это усиление напряжения зависит от токов, генерируемых в зависимости от его конфигурации и подключенных к нему резисторов.

Коэффициент усиления по току

Отношение тока, генерируемого на выходе, к входному значению тока, называемому коэффициентом усиления по току конкретного транзистора. Наибольшее усиление по току получается при схеме с общим коллектором. При очень меньшем значении коэффициента усиления по напряжению самые высокие коэффициенты усиления по току достигаются в конфигурации с общим коллектором.

Применение BJT

Применение биполярного транзистора в следующем:
1) Это транзисторы, которые предпочтительны в логических схемах.
2) Используется в цепях усиления.
3) Они предпочтительны в колебательных контурах.
4) Предпочтительны в схемах с несколькими вибраторами.
5) В цепях ограничения они предпочтительны для цепей формирования волны.
6) Используется в схемах таймера и схемах задержки времени.
7) Используются в цепях коммутации.
8) Используется в схемах детектора или в качестве демодуляции.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о MCQ с транзисторно-транзисторной логикой и MCQ со смещением транзистора.

Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше об усилителе BJT

Эти транзисторы с биполярным переходом имеют более простую конструкцию. Они считаются основной классификацией транзисторов. Основное применение этого транзистора часто проявляется в качестве переключателей. Причина этого в том, что его конструкция менее сложна по сравнению с другими транзисторами.

Теперь вы можете определить, почему конфигурации в BJT классифицируются и их важность в электронных системах?

Транзистор с биполярным переходом. Принцип работы, типы и преимущества

Транзистор с биполярным переходом (BJT) представляет собой тип транзистора и полупроводникового прибора с тремя выводами, который имеет два p-n перехода. Они в основном используются в качестве усилителей или управляемых током устройств в электронных схемах. И электроны, и дырки будут действовать как носители заряда в транзисторе с биполярным переходом. Обычно транзисторы BJT не требуют внешних источников постоянного тока. В этой статье подробно описаны транзисторы и их типы, характеристики и принципы работы BJT и типы BJT.

Что такое транзистор и его типы?

Транзисторы представляют собой полупроводниковые устройства, которые проводят и сопротивляются электрическому току и напряжению. Обычно транзисторы действуют либо как переключатель, либо как усилитель. Основная функция транзисторов заключается в регулировании и контроле протекания тока в электронной цепи. Транзисторы в основном делятся на три типа на основе p-n переходов. Это транзисторы с однополярным переходом, транзисторы с биполярным переходом и полевые транзисторы.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Характеристики и типы биполярных транзисторов

Обычно биполярные транзисторы имеют три клеммы и два p-n перехода. Три терминала, а именно, база, эмиттер и коллектор. В BJT только меньший ток будет протекать между выводами базы и эмиттера, а больший ток будет протекать между выводами коллектора и эмиттера.

В зависимости от легирования BJT в основном подразделяются на два типа. Это транзисторы PNP и транзисторы NPN.

(Изображение скоро будет загружено)

BJT делятся на два типа: PNP-транзисторы и NPN-транзисторы. Давайте разберемся в этих типах транзисторов подробно.

Транзистор NPN

В транзисторах NPN один полупроводник p-типа помещается между двумя полупроводниками n-типа и образует два p-n перехода. Эти NPN-транзисторы широко используются во многих электронных устройствах, в основном для усиления слабых сигналов. В NPN-транзисторах ток обычно течет от эмиттера к области коллектора.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

PNP-транзистор 

В PNP-транзисторах один полупроводник n-типа зажат между двумя полупроводниками p-типа и создает два p-n перехода. Транзисторы PNP в основном используются для управления током, протекающим по цепи. Обычно p-n переход считается диодом. Итак, транзисторы выглядят как два последовательно соединенных кристаллических диода. В транзисторе PNP левый диод известен как диод эмиттер-база. Правый диод известен как диод коллектор-база.

Конфигурации транзисторов с биполярным переходом

Биполярные транзисторы могут быть трех типов: конфигурация с общим коллектором, конфигурация с общей базой и конфигурация с общим эмиттером.

В характеристиках с общей базой база транзистора заземлена, тогда эмиттер становится входом, а коллектор — выходом.

Входная характеристика CB \[\Delta V_{CB}\] при постоянной: Rin = \[\frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_{E}}\]

Выходная характеристика CB \ [\Delta I_{E}\] при постоянной: Rout =\[\frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_{B}}\]

Характеристики трансформатора тока выключателя \[\Delta V_{CB}\] при постоянной величине: 𝞪 = \[\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{B}}\]

(изображение будет Скоро будет загружено)

В характеристиках с общим коллектором коллектор транзистора заземлен, тогда база становится входом, а эмиттер — выходом.

Входные характеристики ВЦ \[\Delta V_{CB}\] при постоянной:  Rin = \[\frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_{B}}\]

Выходные характеристики ВЦ \ [\Delta I_{B}\] при постоянной: Rout = \[\frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_{B}}\]

Характеристики трансформатора тока CC \[\Delta V_{CE}\] при постоянной: 𝞪 = \[\frac{\Delta I_{B}}{\Delta I_{E}}\]

(изображение будет скоро будет загружено)

В характеристиках с общим эмиттером эмиттер транзистора заземлен, затем база становится входом, а коллектор — выходом.

Входные характеристики ВЦ \[\Delta V_{CE}\] при постоянной: Rin = \[\frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_{B}}\]

Выходные характеристики ВЦ \ [\Delta I_{B}\] при постоянной: Rout = \[\frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_{E}}\]

Характеристики трансформатора тока CC \[\Delta V_{CB}\] при постоянной: 𝞪 =\[\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{B}}\]

(изображение будет Скоро будет загружено)

Принцип работы BJT

Транзистор NPN представляет собой смещенную активную область. Здесь переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении. Таким образом, ширина обедненной области перехода база-эмиттер мала по сравнению с шириной перехода коллектор-база. Смещенный вперед BE-переход уменьшит барьерный потенциал и поможет току течь от эмиттера к базе.

 

Обычно база NPN-транзисторов тонкая и слегка легированная, поэтому в ней меньше отверстий по сравнению с электронами в эмиттере. Рекомбинация дырок в базе с электронами в эмиттерной области будет составлять протекание тока базы. Обычно направление обычного тока остается противоположным потоку электронов.

Тогда оставшееся большое количество электронов в эмиттере пройдет через коллекторный переход с обратным смещением в виде коллекторного тока.

 

Согласно токовому закону Кирхгофа ток эмиттера равен сумме тока коллектора и тока базы. Как правило, ток базы IB остается небольшим по сравнению с током эмиттера IE и током коллектора IC

IE = IC + IB

Единственным существенным различием между транзисторами NPN и PNP являются их основные носители заряда. Основными носителями заряда NPN-транзисторов являются электроны, а основными носителями заряда PNP-транзисторов являются дырки. Все остальные принципы работы и их коэффициент легирования останутся одинаковыми как для транзисторов NPN, так и для PNP.

 

В транзисторе, если ток коллектора увеличивается, температура перехода коллектора будет увеличиваться. Таким образом, сопротивление, создаваемое коллектором, также уменьшается. В результате ток коллектора увеличивается. Это явление известно как тепловая полоса в транзисторах BJT.

Преимущества транзисторов BJT

1. BJT имеют лучший коэффициент усиления по напряжению и высокую плотность тока

2. НО также имеют низкое прямое напряжение

3. BJT может работать в применении с низкой и высокой мощностью

4. BJT.