Для чего нужны транзисторы и как они работают

18 ноября 2020

Транзисторами можно назвать основу цифровой электроники 21 века. Они представлены в виде полупроводникового элемента, который необходим для управления электрическим током. Сегодня транзисторы применяются при производстве разнообразной техники. Они содержат благородные металлы, которые находятся на выводах и корпусе. Драгметаллы в транзисторах — это золото, платина или серебро. На некоторых из них имеется скрытая позолота, которую можно найти под крышкой устройства. Из-за этого приборы сегодня активно перерабатываются. Но нужно учитывать, что драгоценные металлы в транзисторах встречаются не всегда. Все зависит от года выпуска и производителя приборов.

Для чего в составе техники нужны транзисторы с драгметаллами

Главная функция транзисторов — управление электрическим током большого значения, используя небольшие усилия. Сегодня без этого прибора не смогут обойтись многие усовершенствованные электрические схемы. Транзисторы активно применяются при производстве вычислительной аппаратуры, аудиотехники, видеоаппаратуры. Сегодня известны разные виды полупроводниковых приборов. Но все они выполняют одну функцию и имеют схожий принцип работы.

Принцип работы транзистора и зачем нужны драгметаллы в транзисторах

Один из самых часто встречающихся видов транзистора — биполярный. Он представлен в виде кристалла проводника, который разделяется на три зоны с разными показателями электропроводности. Все эти зоны имеют свои названия — коллектор, база, эмиттер. Принцип работы прибора схож с функционированием водопроводного крана. Однако жидкость здесь заменяет электрический ток.

Продать транзисторы

Выделяют два состояния транзистора — открытое и закрытое. Когда прибор закрыт, через него не проходит малый электрический ток. Когда на базу попадает ток, транзистор открывается. Далее большой ток начинает проходить через эмиттер и коллектор.

При подключении источника энергии между эмиттером и коллектором, электронный коллектора буду притягиваться к плюсу. Однако возникновения тока не произойдёт. Прохождению электричества в таком случае будет препятствовать база и поверхность эмиттера. Если же попробовать подсоединить источник сети между базой и эмиттером, электрон эмиттера будут внедряться в сферу баз. Это область станет обогащаться свободными электронами. Одна часть из них будет направляться в сторону плюса базы, другая — в сторону коллектора.

Так транзистор станет открытым, при этом через него будет проходить электрический ток. При повышении напряжения в области базы, будет увеличиваться и ток зоны коллектора и эмиттера. Даже при самых незначительных изменениях управляющего напряжения сила тока коллектора-эмиттера будет увеличена. По такому принципу и работает транзистор в электроприборах.

Особенности полевых транзисторов

Полевые транзисторы имеют особый принцип работы — ток в этом случае проходит только по одной полярности. По типу устройства эти приборы можно разделить на несколько видов: устройства с управляющим p-n переходом, приборы, имеющие изолированный затвор, транзисторы с устройством металл-диэлектрик-проводник.

Продать транзисторы

Главная особенность полевых устройств — низкий процент потребления энергии. Для них характерна продолжительная работа от небольших аккумуляторов. В таком режиме они могут функционировать больше года. Из-за этого полевые транзисторы активно используют для производства современной электроники. Например, мобильных устройств, пультов дистанционного управления и иного цифрового оборудования. Для этих приборов полевой транзистор считается наиболее выгодным.

Устройство состоит из трех главных элементов — исток, сток и затвор. Исток и сток выполняют функцию генерирования и приёма носителей электрического заряда. Сам затвор помогает управлять током, который проходит через весь полевой транзистор. Сегодня в аппаратуре используются транзисторы полевого типа с p-n-переходом и приборы с изолированный затвором.

◄ Назад к новостям

Похожие статьи

Источник драгметаллов в транзисторах

Поиск радиодеталей с содержанием драгметалла

Для чего нужен транзистор, и как он работает

Оставьте заявку на обратный звонок, и мы Вам перезвоним.

Транзистор. Как работает транзистор и для чего он нужен? Виды транзисторов и принцип работы для чайников

В свое время за открытие транзистора его создатели удостоились Нобелевской премии. Этот маленький прибор изменил человечество навсегда: начиная с простых радиоприемников и заканчивая процессорами, в которых их число достигает нескольких миллиардов. Между тем, чтобы узнать, как он работает, не нужно быть золотым медалистом или лауреатом «нобелевки».

Содержание статьи

• 1 Что такое транзистор
• 2 Принцип действия
• 3 Биполярный транзистор
• 4 Полевой транзистор
• 5 Основные характеристики
• 6 Типы подключений
• 7 Виды транзисторов

Что такое транзистор

Транзистор – это прибор, изготовленный из полупроводниковых материалов. Выглядит как маленькая металлическая пластинка с тремя контактами. Назначений у него два: усиливать поступающий сигнал и участвовать в управлении компонентами электроприборов.

Принцип действия

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

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

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

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

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

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

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

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

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор обладает двумя переходами: p-n-p или n-p-n. Принципиальное различие между ними – направление течения тока.

Коллектор и эмиттер, обладающие одинаковой проводимостью (в n-p-n транзисторе n-проводимостью), разделены базой, которая обладает p-проводимостью. Если даже эмиттер подключен к источнику питания, ему не пробиться напрямую в коллектор. Для этого необходимо подать ток на базу.

В таком случае электроны из эмиттера заполняют «дырки» последней. Но так как база слабо легирована, то и дырок в ней мало. Поэтому большая часть электронов переходит в коллектор и они начинают свое движение по цепи. Ток коллектора практически равен току эмиттера, ведь на базу приходится очень маленькое его значение.

Чтобы нагляднее себе это представить, можно воспользоваться аналогией с водопроводной трубой. Для управления количеством воды нужен вентиль (транзистор). Если приложить к нему небольшое усилие, он увеличит свое проходное сечение трубы и через него начнет проходить больше воды.

Полевой транзистор

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

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

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

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

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

Такой полевой транзистор с изолированным затвором обозначается латинскими буквами MOSFET.

Существует два вида МДП-затвора:

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

Основные характеристики

Основная особенностью всех видов транзисторов является способность управлять мощным током с помощью небольшого по силе. Их отношение показывает насколько эффективен полупроводниковый прибор.

В биполярных транзисторах этот показатель называется статическим коэффициентом передачи тока базы. Он характеризует, во сколько раз основной коллекторный ток больше вызвавшего его тока базы. Этот параметр имеет очень широкое значение и может достигать 800.

Хотя на первый взгляд кажется, что здесь важен принцип «чем больше, тем лучше», но в действительности это не так. Скорее, тут применимо изречение «лучше меньше, да лучше». В среднем биполярные транзисторы имеют коэффициент передачи тока базы в пределах 10 – 50.

Для полевых транзисторов схожий по типу параметр называется крутизной входной характеристики или проводимостью прямой передачи тока.

Если вкратце, он показывает, на сколько изменится напряжение, проходящее через канал, если изменить напряжение затвора на 1 В.

Если на транзистор подать сигнал с определенной частотой, то он многократно усилит его. Это свойство полупроводниковых приборов применяется в радиоэлектронике. Однако существует предел усиления частоты, за которым триод уже не в состоянии усилить сигнал.

Поэтому оптимальным считается максимальная рабочая частота сигнала, в 10-20 раз ниже предельного усиления частоты транзистора.

Еще одной показательной характеристикой транзистора является максимальная допустимая рассеиваемая мощность. Дело в том, что при работе любого электрического прибора вырабатывается тепло. Оно тем больше, чем выше значения силы тока и напряжения в цепи.

Отводится оно несколькими способами: с помощью специальных радиаторов, принудительного обдува воздухом и другими. Таким образом, существует некий предел количества теплоты для любого триода (для каждого он разный), который он может рассеять в пространство. Поэтому при выборе прибора исходят из характеристик электрической цепи, на который предстоит установить транзистор.

Типы подключений

Основная задача транзистора – усиливать поступающий сигнал. Проблема в том, что у любого триода имеются только три контакта, в то время как сам усилитель имеет четыре полюса – два для входящего сигнала и два для выходящего, то есть усиленного. Выход из положения – использовать один из контактов транзистора дважды: и как вход, и как выход.

По этому принципу различают три вида подключения. Стоит отметить, что не имеет принципиальной разницы, какой тип прибора используется – полевой или биполярный.

1. Подключение с общим эмиттером (ОЭ) или общим истоком (ОИ). Эта схема подключения имеет наибольшие значения усиления мощности по току и напряжению. Однако из-за эффекта Миллера его частотные характеристики значительно хуже. Борются с этим негативным явлением несколькими способами: используют подключение с общей базой, применяют каскодное подключение двух транзисторов (подключённому по общему эмиттеру добавляется второй, подключенный по общей базе).
2. Подключение с общей базой (ОБ) или общим затвором (ОЗ). Здесь полностью исключено влияние эффекта Миллера. Однако за это приходиться платить: в этой схеме усиления тока практически не происходит, зато имеется широкий диапазон для изменения частоты сигнала.
3. Подключение с общим коллектором (ОК) или общим стоком (ОС). Такой тип подключения часто называют эмиттерным или истоковым повторителем. Это «золотая середина» между двумя предыдущими видами схем: частотные характеристики и мощность усиления по току и напряжению находятся где-то посередине между двумя первыми.

Все три описанных выше типа подключения применяются в зависимости от того, какие цели преследуют конструкторы.

Виды транзисторов

В первых транзисторах применялся германий, который работал не совсем стабильно. Со временем от него отказалось в пользу других материалов: кремния (самый распространённый) и арсенида галлия. Но все это традиционные полупроводники.

В настоящее время начинают набирать популярность триоды на основе органических материалов и даже веществ биологического происхождения: протеинов, пептидов, молекул хлорофилла и целых вирусов. Биотранзисторы используются в медицине и биотехнике.

Другие классификации транзисторов:

1. По мощности подразделяются на маломощные (до 0,1 Вт), средней мощности (от 0,1 до 1 Вт) и просто мощные (свыше 1 Вт).
2. Также разделяются по материалу корпуса (металл или пластмасса), типу исполнения (в корпусе, бескорпусные, в составе интегральных схем).
3. Нередко их объединяют друг с другом для улучшения характеристик. Такие транзисторы называются составными или комбинированными и могут состоять из двух и более полупроводниковых приборов. Строение и у них простое: эмиттер первого является базой для второго и так далее до необходимого количества триодов. Бывает нескольких типов: Дарлинга (все составляющие с одинаковым типом проводимости), Шиклаи (тип проводимости разный), каскодный усилитель (два прибора, работающие как один с подключением по схеме с общим эмиттером).
4. К составным относится также и IGBT-транзистор, представляющий собой биполярный, который управляется при помощи полярного триода с изолированным затвором. Такой тип полупроводниковых приборов применяется в основном там, где нужно управлять большим током (сварочные аппараты, городские электросети) или электромеханическими приводами (электротранспорт).
5. В качестве управления может применяться не ток, а другое электромагнитное воздействие. К примеру, в фототранзисторах в качестве базы используется чувствительный фотоэлемент, а в магнитотранзисторах – материал, индуцирующий ток при воздействии на него магнитного поля.

Технологический предел для транзисторов еще не достигнут. Их размеры уменьшаются с каждым голом, а различные научно-исследовательские институты ведут поиск новых материалов для использования в качестве полупроводника. Можно сказать, что эти полупроводниковые приборы еще не сказали миру своего последнего слова.

Зачем использовать транзистор? -Dummies

BY: Cathleen Shamieh и

Обновлены: 08-29-2016

Из книги: Электроники для детей для чайников

Электроника для детей для Dummies

Explore Book на Amast Amast

5555555555955555059559559555055595555505550595550555. Чтобы понять, насколько важен транзистор в схеме, подумайте о схеме, которая изменяет время диммирования светодиода. Эта схема состоит из резистора и конденсатора, чтобы приглушать свет от светодиода в течение предсказуемого интервала времени. Но чем больше временной интервал, тем менее ярко светится светодиод — еще до того, как он погаснет при разряде конденсатора!

Знаете ли вы, почему светодиод светится менее ярко при увеличении времени диммирования? Ответ в постоянной времени RC.

Постоянная времени RC определяет, сколько времени требуется конденсатору для разрядки, что, в свою очередь, определяет, сколько времени требуется для уменьшения яркости светодиода. Чтобы увеличить время диммирования, вы увеличиваете либо сопротивление (R), либо емкость (C), так что постоянная времени RC больше. Но большие конденсаторы трудно найти (и очень непрактично), поэтому увеличение сопротивления — лучший способ значительно увеличить время диммирования.

Увеличение сопротивления успешно увеличивает постоянную времени RC, но также ослабляет ток, протекающий через светодиод. (Помните, большее сопротивление означает меньший ток.) ​​Очень большое сопротивление настолько ограничивает ток, что светодиод не светится ярко при первом включении.

Что, если вы хотите, скажем, включить свет над сценой, а затем медленно выключить свет, когда открывается занавес? Или включить плафон в машине вашей семьи, когда вы открываете дверь автомобиля, и медленно приглушать свет, когда вы закрываете дверь автомобиля? Тот факт, что большое сопротивление создает слабый ток, может быть проблемой: лампы никогда не будут ярко светиться — даже при первом включении!

Использование транзистора для усиления слабого тока решает проблему. Поместив транзистор между комбинацией резистор-конденсатор и комбинацией светодиод-резистор, вы, по сути, увеличиваете ток, так что лампы ярко светятся при первом включении!

Это работает следующим образом: вы подаете слабый ток, идущий от резисторно-конденсаторной части схемы, в базу транзистора. Вы используете этот слабый базовый ток для управления более сильным током, протекающим от коллектора к эмиттеру, и вы используете этот более сильный ток для питания светодиодов, чтобы они ярко светились (то есть до того, как они потускнеют).

На этой фигуре изложен ваш план атаки для этого проекта. Полезно визуализировать то, что происходит с блок-схемой , подобной этой, потому что вы можете легко потерять общую картину, когда начнете вставлять компоненты в макетную плату.

Блок-схема транзистора в действии.

Эта статья взята из книги:

• Electronics For Kids For Dummies,

Об авторе книги:

Кэтлин Шами — инженер-электрик и писатель, специализирующийся на высоких технологиях. медицинская электроника, обработка речи и телекоммуникации.

Эту статью можно найти в категории:

• General Electronics ,

Как работают транзисторы (и зачем они нам) | by Practicum Bootcamp

В каждом электронном устройстве тысячи транзисторов. Что они делают и почему они важны?

Возможно, вы слышали, что вся современная цифровая электроника основана на транзисторной технологии. Если вы когда-нибудь задумывались, что такое транзистор и почему он так важен, прочитайте следующую статью Практикума от Яндекса, и вы все поймете. Это волшебно просто.

Транзистор — это устройство, работающее как электрический выключатель. Вы можете включить его, и электричество будет свободно течь через транзистор, если он выключен, электричество не течет. Вот так просто и ясно.

Единственная загвоздка в том, что вы открываете и закрываете транзистор каким-то другим электричеством. Вот упрощенная схема:

Излучатель — источник питания. Коллектор — это место, куда пытается уйти электричество. А транзистор — это своего рода дверь, которая заперта. Но когда вы посылаете немного энергии через базу (это штифт посередине), дверь открывается, и электричество может пройти.

На этот вопрос трудно ответить, потому что современный транзистор настолько мал, что его невозможно увидеть невооруженным глазом. Это пылинка, выгравированная на силиконовой пластине. Одиночный транзистор такой крошечный, и световые волны запутываются внутри этих массивов транзисторов, что дает вам этот красивый радужный световой эффект, когда вы смотрите на современные транзисторы:

Каждый сегмент этой пластины содержит сотни миллионов, возможно, миллиарды транзисторов. Они настолько плотно упакованы, что световые волны запутываются между ними и создают этот радужный цвет

Но вы все еще можете увидеть такие транзисторы:

Это транзистор в пластиковом корпусе, используемый в образовательных проектах и ​​электронике DIY. Он работает так же, как и любой другой транзистор; только он огромен по сравнению с современными нанометровыми транзисторами.

Сам транзистор имеет простой принцип: пропускать электричество, когда он открыт; блокировать электричество в закрытом состоянии. Вот и все. Открыть и закрыть, один и ноль. Это не особенно полезно само по себе.

Ключевым здесь является то, как вы соединяете эти транзисторы. Что, если бы один транзистор контролировал работу другого транзистора? Что, если коллектор одного транзистора является базой другого транзистора? Что, если два транзистора имеют общий коллектор?

Этой теме мы посвятим отдельную статью, а пока достаточно сказать вот что:

1. Транзисторы позволяют вычислить базовую логику, если они подключены определенным образом. Например, используя только один транзистор, вы можете сделать устройство, которое инвертирует ваш сигнал: вы говорите ему «вкл», он выводит «выкл» и наоборот.
2. Четыре логических операции могут быть выполнены с соединенными транзисторами. Каждая операция представлена ​​определенным расположением и соединениями транзисторов.
3. Если вы объедините эти устройства, вы можете создать машину, которая поможет вам сложить два числа — суммирующее устройство, которое по сути является компьютером.
4. Имейте достаточно суммирующих устройств, и у вас будет настоящий компьютер.

До появления транзисторов инженеры и ученые пытались построить вычислительные машины, и многим это удалось. Они использовали механические детали, такие как шестерни, роторы и пружины. Но их механические калькуляторы были довольно большими, не очень мощными и довольно дорогими.

Во времена Второй мировой войны существовала машина Тьюринга, смело изображенная в «Игре в имитацию» (поймайте ее примерно на 1:24):

Машина Тьюринга, помимо того, что она основана на прорывной теоретической основе, использовала механические компоненты для управления сигнал. Они могут быть медленными и ошибочными.

Затем появились вакуумные лампы или лампы. Да, лампы.

Лампы пропускали через себя сигнал при наличии управляющего сигнала. Но, конечно, лампы были хрупкими, склонными к перегреву и не очень быстрыми.

Наконец, ученые открыли, как использовать полупроводники для управления током, и появились транзисторы. Они были относительно быстрыми, надежными, трудно ломаемыми и простыми в обслуживании, поэтому все придерживались транзисторов.

С тех пор транзисторы становились все меньше и меньше, все быстрее и быстрее, и вот мы здесь: в процессоре Apple A13 8,5 миллиардов транзисторов, которые можно уместить на большом пальце. И да, он используется, чтобы превратить чье-то лицо в трехмерное поющее дерьмо.

Транзисторы составляют логические схемы. Массивы логических схем составляют вычислительные схемы. Массивы вычислительных схем составляют процессоры и контроллеры. Эти ребята контролируют весь остальной мир: микроволновка, кофеварка, электрочайник, телевизор, смартфон, ноутбук, суперкомпьютер Пентагона, Аполлон-11, Тесла — все заполнено плотно упакованными и причудливо соединенными транзисторами.