Реферат транзисторы: Реферат Транзистор

Содержание

Реферат Транзистор

скачать

Реферат на тему:



План:

    Введение
  • 1 История
  • 2 Классификация транзисторов
    • 2.1 По основному полупроводниковому материалу
    • 2.2 По структуре
      • 2.2.1 Комбинированные транзисторы
    • 2.3 По мощности
    • 2.4 По исполнению
    • 2.5 По материалу и конструкции корпуса
    • 2.6 Прочие типы
  • 3 Выделение по некоторым характеристикам
  • 4 Применение транзисторов
  • Примечания
    Литература

Введение

Фотография некоторых типов дискретных транзисторов

Структура биполярного n-p-n транзистора. Ток через базу управляет током «коллектор-эмиттер».

Транзи́стор (англ. transistor) — электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).

В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

Вся современная цифровая техника построена, в основном, на полевых МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторах (МОПТ), как более экономичных, по сравнению с БТ, элементах. Иногда их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- транзисторы. Международный термин — MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения микросхем логики, памяти, процессора и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 90 до 25 нм

. В настоящее время на одном современном кристалле площадью 1—2 см² могут разместиться несколько (пока единицы) миллиардов МОПТ. На протяжении 60 лет происходит уменьшение размеров (миниатюризация) МОПТ и увеличение их количества на одном чипе (степень интеграции), в ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение степени интеграции транзисторов на чипе (см. Закон Мура). Уменьшение размеров МОПТ приводит также к повышению быстродействия процессоров, снижению энергопотребления и тепловыделения.


1. История

Копия первого в мире работающего транзистора

Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были зарегистрированы в Германии в 1928 году (в Канаде, 22 октября 1925 года) на имя австро-венгерского физика Юлия Эдгара Лилиенфельда.

[источник не указан 374 дня] В 1934 году немецкий физик Оскар Хейл запатентовал полевой транзистор. Полевые транзисторы (в частности, МОП-транзисторы) основаны на простом электростатическом эффекте поля, по физике они существенно проще биполярных транзисторов, и поэтому они придуманы и запатентованы задолго до биполярных транзисторов. Тем не менее, первый МОП-транзистор, составляющий основу современной компьютерной индустрии, был изготовлен позже биполярного транзистора, в 1960 году. Только в 90-х годах XX века МОП-технология стала доминировать над биполярной.

В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs впервые создали действующий биполярный транзистор, продемонстрированный 16 декабря. 23 декабря состоялось официальное представление изобретения и именно эта дата считается днём изобретения транзистора. По технологии изготовления он относился к классу точечных транзисторов. В 1956 году они были награждены Нобелевской премией по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». Интересно, что Джон Бардин вскоре был удостоен Нобелевской премии во второй раз за создание теории сверхпроводимости.

Позднее вакуумные лампы были заменены транзисторами в большинстве электронных устройств, совершив революцию в создании интегральных схем и компьютеров.

Bell нуждались в названии устройства. Предлагались названия «полупроводниковый триод» (semiconductor triode), «Solid Triode», «Surface States Triode», «кристаллический триод» (crystal triode) и «Iotatron», но слово «транзистор» (transistor, образовано от слов transfer — передача и resist — сопротивление), предложенное Джоном Пирсом (John R. Pierce), победило во внутреннем голосовании.

Первоначально название «транзистор» относилось к резисторам, управляемым напряжением. В самом деле, транзистор можно представить как некое сопротивление, регулируемое напряжением на одном электроде (в полевых транзисторах — напряжением между затвором и истоком, в биполярных транзисторах — напряжением между базой и эмиттером).


2. Классификация транзисторов

p-n-p канал p-типа
n-p-n канал n-типа
Биполярные Полевые

Обозначение транзисторов разных типов.
Условные обозначения:
Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база;
З — затвор, И — исток, С — сток.


2.1. По основному полупроводниковому материалу

Помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металл выводов, изолирующие элементы, части корпуса (пластиковые или керамические). Иногда употребляются комбинированные наименования, частично описывающие материалы конкретной разновидности (например, «кремний на сапфире» или «Металл-окисел-полупроводник»). Однако основными являются транзисторы:

  • Германиевые
  • Кремниевые
  • Арсенид-галлиевые

Другие материалы транзисторов до недавнего времени не использовались. В настоящее время имеются транзисторы на основе, например, прозрачных полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный материал для транзисторов — полупроводниковые полимеры. Также имеются отдельные сообщения о транзисторах на основе углеродных нанотрубок.


2.2. По структуре

 

 

 

Транзисторы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биполярные

 

 

 

 

 

Полевые

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p-n-p

 

n-p-n

 

С p-n-переходом

 

С изолированным затвором

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С каналом n-типа

 

С каналом p-типа Со встроенным каналом

 

С индуцированным каналом

Принцип действия и способы применения транзисторов существенно зависят от их типа и внутренней структуры, поэтому подробная информация об этом отнесена в соответствующие статьи.

  • Биполярные
    • n-p-n структуры, «обратной проводимости».
    • p-n-p структуры, «прямой проводимости»
  • Полевые
    • с p-n переходом
    • с изолированным затвором
  • Однопереходные
  • Криогенные транзисторы (на эффекте Джозефсона)[источник не указан 780 дней]

2.2.1. Комбинированные транзисторы
  • Транзисторы со встроенными резисторами (Resistor-equipped transistors (RETs)) — биполярные транзисторы со встроенными в один корпус резисторами.
  • Транзистор Дарлингтона — комбинация двух биполярных транзисторов, работающая как биполярный транзистор с высоким коэффициентом усиления по току.
    • на транзисторах одной полярности
    • на транзисторах разной полярности
  • Лямбда-диод — двухполюсник, комбинация из двух полевых транзисторов, имеющая, как и туннельный диод, значительный участок с отрицательным сопротивлением.
  • Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) — силовой электронный прибор, предназначенный в основном, для управления электрическими приводами.

2.3. По мощности

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:

  • маломощные транзисторы до 100 мВт
  • транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт
  • мощные транзисторы (больше 1 Вт).

2.4. По исполнению

  • дискретные транзисторы
    • корпусные
      • Для свободного монтажа
      • Для установки на радиатор
      • Для автоматизированных систем пайки
    • бескорпусные
  • транзисторы в составе интегральных схем.

2.5. По материалу и конструкции корпуса

  • металло-стеклянный
  • пластмассовый
  • керамический

2.6. Прочие типы

  • Одноэлектронные транзисторы содержат квантовую точку (т. н. «остров») между двумя туннельными переходами. Ток туннелирования управляется напряжением на затворе, связанном с ним ёмкостной связью.[1]
  • Биотранзистор

3. Выделение по некоторым характеристикам

Транзисторы BISS (Breakthrough in Small Signal, дословно — «прорыв в малом сигнале») — биполярные транзисторы с улучшенными малосигнальными параметрами. Существенное улучшение параметров транзисторов BISS достигнуто за счёт изменения конструкции зоны эмиттера. Первые разработки этого класса устройств также носили наименование «микротоковые приборы».

Транзисторы со встроенными резисторами RET (Resistor-equipped transistors) — биполярные транзисторы со встроенными в один корпус резисторами. RET транзистор общего назначения со встроенным одним или двумя резисторами. Такая конструкция транзистора позволяет сократить количество навесных компонентов и минимизирует необходимую площадь монтажа. RET транзисторы применяются для контроля входного сигнала микросхем или для переключения меньшей нагрузки на светодиоды.

Применение гетероперехода позволяет создавать высокоскоростные и высокочастотные полевые транзисторы, такие как HEMT.


4. Применение транзисторов

Вне зависимости от типа транзистора, принцип применения его един:

  • Источник питания питает электрической энергией нагрузку, которой может быть громкоговоритель, реле, лампа накаливания, вход другого, более мощного транзистора, электронной лампы и т.п. Именно источник питания даёт нужную мощность для «раскачки» нагрузки.
  • Транзистор же используется для ограничения силы тока, поступающего в нагрузку, и включается в разрыв, между источником питания и нагрузкой. Т.е. транзистор представляет собой некий вариант полупроводникового резистора, сопротивление которого можно очень быстро изменять.
  • Выходное сопротивление транзистора меняется в зависимости от напряжения на управляющем электроде. Важно то, что это напряжение, а также сила тока, потребляемая входной цепью транзистора гораздо меньше напряжения и силы тока в выходной цепи. Таким образом, за счёт контролируемого управления источником питания, достигается усиление сигнала.
  • Если мощности входного сигнала недостаточно для «раскачки» входной цепи применяемого транзистора, или конкретный транзистор не даёт нужного усиления, применяют каскадное включение транзисторов, когда более чувствительный и менее мощный транзистор управляет энергией источника питания на входе более мощного транзистора. Также подключение выхода одного транзистора ко входу другого может использоваться в генераторных схемах типа мультивибратора. В этом случае применяются одинаковые по мощности транзисторы.

Транзистор применяется в:

  • Усилительных схемах. Работает, как правило, в усилительном режиме.[2][3] Существуют экспериментальные разработки полностью цифровых усилителей, на основе ЦАП, состоящих из мощных транзисторов.[4][5] Транзисторы в таких усилителях работают в ключевом режиме.
  • Генераторах сигналов. В зависимости от типа генератора транзистор может использоваться либо в ключевом (генерация прямоугольных сигналов), либо в усилительном режиме (генерация сигналов произвольной формы).
  • Электронных ключах. Транзисторы работают в ключевом режиме. Ключевые схемы можно условно назвать усилителями (регенераторами) цифровых сигналов. Иногда электронные ключи применяют и для управления силой тока в аналоговой нагрузке. Это делается, когда нагрузка обладает достаточно большой инерционностью, а напряжение и сила тока в ней регулируются не амплитудой, а шириной импульсов. На подобном принципе основаны бытовые диммеры для ламп накаливания и нагревательных приборов, а также импульсные источники питания.

Транзисторы применяются в качестве активных (усилительных) элементов в усилительных и переключательных каскадах.
Реле и тиристоры имеют больший коэффициент усиления мощности, чем транзисторы, но работают только в ключевом (переключательном) режиме.


Примечания

  1. http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/99_07/stat_13.htm — www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/99_07/stat_13.htm Одноэлектронные устройства с интегрированными кремниевыми областями проводимости.
  2. Введение в электронику — Режимы работы усилительных элементов — ivatv.narod.ru/vvedenie_v_elektroniku/5_03.htm
  3. Режимы работы усилительного элемента — naf-st.ru/articles/sound/rr/
  4. NAD M2 Direct Digital Amplifier — nadelectronics.com/products/masters-series/M2-Direct-Digital-Amplifier
  5. Импульсивная натура — Интегральный усилитель NAD M2 — www.salonav.com/arch/2010/05/046.htm

Литература

  • А. К. Криштафович, В. В. Трифонюк. Основы промышленной электроники. — 2-е изд. — М.: «Высшая школа», 1985. — 287 с.
  • Н. И Овсянников Кремниевые биполярные транзисторы: Справ. пособие. — Мн.: «Высшая школа», 1989. — 302 с. — ISBN 5-339-00211-X

Реферат Биполярные транзисторы

скачать

Реферат на тему:



План:

    Введение
  • 1 Устройство и принцип действия
  • 2 Режимы работы биполярного транзистора
    • 2.1 Нормальный активный режим
    • 2.2 Инверсный активный режим
    • 2.3 Режим насыщения
    • 2.4 Режим отсечки
    • 2.5 Барьерный режим
  • 3 Схемы включения
    • 3.1 Схема включения с общей базой
    • 3.2 Схема включения с общим эмиттером
    • 3.3 Схема с общим коллектором
  • 4 Основные параметры
  • 5 Технология изготовления транзисторов
  • 6 Применение транзисторов
  • Примечания

Введение

Обозначение биполярных транзисторов на схемах

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Биполярный точечный транзистор был изобретен в 1947 году, в течение последующих лет он зарекомендовал себя как основной элемент для изготовления интегральных микросхем, использующих транзисторно-транзисторную, резисторно-транзисторную и диодно-транзисторную логику.


1. Устройство и принцип действия

Упрощенная схема поперечного разреза биполярного NPN транзистора

Первые транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия. Последние транзисторы используются в схемах высокочастотных усилителей. Биполярный транзистор состоит из трех различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база, поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (невозможно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате абсолютно аналогичный исходному биполярный транзистор).

В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора[1]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они — неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10..1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.


2. Режимы работы биполярного транзистора

2.1. Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт)
UЭБ>0;UКБ<0;

2.2. Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.

2.3. Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).

2.4. Режим отсечки

В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты).

2.5. Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмитерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя диод, включенный последовательно с резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих схему элементов, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, неразборчивостью к параметрам транзисторов.


3. Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

  • Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
  • Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх

3.1. Схема включения с общей базой

Усилитель с общей базой.

  • Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.
  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]
  • Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

  • Хорошие температурные и частотные свойства.
  • Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой :

  • Малое усиление по току, так как α < 1
  • Малое входное сопротивление
  • Два разных источника напряжения для питания.

3.2. Схема включения с общим эмиттером

Iвых = Iк
Iвх = Iб
Uвх = Uбэ
Uвых = Uкэ
  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]
  • Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб

Достоинства:

  • Большой коэффициент усиления по току
  • Большой коэффициент усиления по напряжению
  • Наибольшее усиление мощности
  • Можно обойтись одним источником питания
  • Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

  • Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

3.3. Схема с общим коллектором

Iвых = Iэ
Iвх = Iб
Uвх = Uбк
Uвых = Uкэ
  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1]
  • Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб

Достоинства:

  • Большое входное сопротивление
  • Малое выходное сопротивление

Недостатки:

  • Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем»


4. Основные параметры

  • Коэффициент передачи по току
  • Входное сопротивление
  • Выходная проводимость
  • Обратный ток коллектор-эмиттер
  • Время включения
  • Предельная частота коэффициента передачи тока базы
  • Обратный ток колектора
  • Максимально допустимый ток
  • Граничная частота коэффициента передачи по схеме с общим эмитером

5. Технология изготовления транзисторов

  • эпитаксиально-планарная
  • Сплавная
    • Диффузионный
    • Диффузионносплавной

6. Применение транзисторов

  • Усилители, каскады усиления
  • Генератор
  • Модулятор
  • Демодулятор (Детектор)
  • Инвертор (лог. элемент)
  • Микросхемы на транзисторной логике (см. транзисторно-транзисторная логика, диодно-транзисторная логика, резисторно-транзисторная логика)

Реферат: Транзисторы


1. Устройство и принцип действия биполярного транзистора

Транзистором называется преобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий не менее трех выводов, предназначенный для усиления мощности электрического сигнала.

Наиболее распространенные получили биполярные и полевые транзисторы. Первые имеют два р n перехода. В формированииих токаучаствуютносители заряда обеих полярностей (знаков), что и объясняет наименование «биполярные ». В полевых транзисторах ток формируется носителями одной полярности – электронами или дырками. Поэтому полевые транзисторы достаточно часто называют униполярными . Их рассмотрение будет приведено дальше.

Схематическое изображение структуры биполярных транзисторов приведено на рисунке 2.1,а.

Рисунок 2.1. Возможные структуры и уловное изображение биполярного транзистора.

Последовательное соединение полупроводника с электронной и дырочной проводимостью, которое необходимо для формированиядвухр-п переходов в одном приборе, приводит к образованию либо п-р-п , либо р-п-р структуры. В соответствии с ними биполярные транзисторы бывают либо п-р-п , либо р-п-р типа. Центральная область (а также вывод от нее) называется базой (Б), крайние, имеющие иной тип проводимости по сравнению с базой, — коллектором (К) и эмиттером (Э). К каждой из областей припаяны выводы, при помощи которых прибор включается в схему.

Переход между базой и эмиттером называется эмиттерным, а между базой и коллектором – коллекторным. Конструктивно транзисторы различаются в зависимости от мощности и метода образования р-n переходов.Физические процессы, протекающие в транзисторах обоих типов, аналогичны.

В первом приближении транзистор может быть представлен двумя диодами, с соединенными вместе анодами или катодами ((рисунок 2.1,б)). Такое представление является достаточным при рассмотрении режимов работы при двух полностью открытых или закрытых переходах. В графическом условном изображении транзистора (рисунок 2.1,в) сохранилось, в виде стрелки, обозначение прямого направления эмиттерного п-р перехода.

Для того чтобы транзистор мог эффективно выполнять свои функции, необходимо чтобы:

— расстояние между переходами было меньше длины свободного пробега неосновных носителей полупроводникового материала базы;

— концентрация примесей в области базы должна быть существенно ниже (на несколько порядков), чем концентрация примесей в области эмиттера.

Для выполнения первого условия область базы делают тонкой, В некоторых типах транзисторов поле коллекторного перехода простирается вплоть до эмиттерного. Выполнение второго условия обеспечивается технологией изготовления прибора.

В большинстве случаев кристалл с переходами монтируется в специальный корпус, который выполняет следующие функции:

— изолирует кристалл с переходами от воздействия внешней среды;

— обеспечивает механическую прочность прибора, отвод тепла, выделяющегося на переходах при работе прибора, а также удобство монтажа прибора.

В зависимости от полярности напряжений, приложенных к эмиттерному и коллекторному переходам транзистора, различают четыре режима его работы:

Активный режим. На эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. Этот режим является основным режимом работы транзистора при работе с аналоговыми сигналами.

Режим отсечки . К обоим переходам подводятся обратные напряжения. Поэтому через них проходит лишь незначительный ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда. Транзистор в режиме отсечки оказывается запертым.

Режим насыщения. Оба перехода находятся под прямым напряжением. Ток в выходной цепи транзистора максимален и практическая не регулируется током входной цени. В этом режиме транзистор полностью открыт.

Инверсный режим . К эмиттерному переходу подводится обратное напряжение, а к коллекторному – прямое. Эмиттер и коллектор меняются своими ролями – эмиттер выполняет функции коллектора, а коллектор – функции эмиттера. Этот режим, как правило, не соответствует нормальным условиям эксплуатации транзистора.

Принцип работы биполярного транзистора в активном режиме рассмотрим на примере транзистора n-р- n типа. Для этого на эмиттерный переход подадим прямое напряжение (U бэ ), а на коллекторный – обратное (U кб , рисунок 2.2)

Рисунок 2.2.

Для отпирания р-п перехода требуется незначительное напряжение, поэтому величина U бэ небольшая, в то время как обратное напряжение на коллекторном переходе может быть существенно больше. Ток, проходящий через эмиттерный переход, получил название эмиттерного тока. Этот ток равен сумме дырочной и электронной составляющих

, (2.1)

І Эп – составляющая эмиттерного тока, обусловленная инжекцией электронов из области эмиттера;

І Бр – составляющая эмиттерного тока, обусловленная инжекцией дырок из области базы.

В транзисторах, как было сказано выше, концентрация носителей заряда в базе значительно меньше, чем в эмиттере. Это приводит к тому, что число электронов, инжектированных из эмиттера в базу, во много раз превышает число дырок, движущихся в противоположном направлении. Следовательно, почти весь ток через эмиттерный переходобусловлен электронами:

. (2.2)

Инжектированные через эмиттерный переход электроны проникают вглубь базы, частично рекомбинируют и оставшаяся часть достигает коллекторного перехода.

Электрическое поле этог

Биполярные транзисторы, Электротехника — Реферат

Пример готового реферата по предмету: Электротехника

Содержание

Введение

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ

2 СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ

3 РЕЖИМЫ РАБОТЫ

4 УСИЛЕНИЕ ПО МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ТРАНЗИСТОРОМ. ВКЛЮЧЕННЫМ ПО СХЕМЕ С ОБ

5 РАБОТА ТРАНЗИСТОРОВ В СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ (ОЭ)

6 СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА

Заключение

Литература

Содержание

Выдержка из текста

Биполярный транзистор — это прибор, у которого путём изменения тока во входной цепи управляют его сопротивлением в выходной цепи.Транзистор называют биполярным, так как в процессе протекания тока участвуют носители электричества двух знаков – электроны и дырки.Биполярный транзистор содержиn три полупроводника (p-n-p или n-p-n) и соответственно два p-n-перехода.

Позже к названию «транзистор» начали добавлять термин «биполярный», поскольку все токи в нем обусловлены носителями заряда обоих знаков – как электронами, так и дырками. Это связано с тем, что в 1956 г. был разработан еще один тип транзистора с иным принципом работы, у которого ток формиро-вался носителями заряда только одного знака – или электронами, или дырками. Этот прибор сначала получил название «униполярный транзистор». Современ-ное название «полевой транзистор».

Применение ионного легирования позволяет изготовлять микросхемы, содержащие на одном кристалле высококачественные биполярные транзисторы и высококачественные полевые транзисторы с точно согласованными параметрами. Структура, содержащая такие транзисторы, представлена на рис.

Основное требование к ШУ – обеспечение равномерного усиления сигнала в широком диапазоне частот с заданным коэффициентом усиления. Для создания ШУ необходимо применять высокочастотные усилительные приборы, принимая при этом специальные меры по расширению (коррекции) полосы пропускания. Значения напряжения и мощности на выходе усилителя также могут изменятся в очень широких пределах: напряжение от десяти до сотен вольт, а мощность — от нескольких милливатт до сотен ватт и киловатт. Для увеличения мощности и напряжения первичного источника низкочастотного сигнала до необходимого значения во многих случаях приходится применять ряд ступеней (каскадов) усиления.

И она нашлась в виде полупроводникового транзистора. Появление транзисторов – результат многолетней работы многих выдающихся ученых и специалистов, которые в течении предшествующих десятилетий развивали науку о полупроводниках.

Типы транзисторов определены в задании (см.Вариант Структура Структура схемы Биполярный Транзистор Полевой Транзистор Епит (В) Rн, кОм Cн , пФ fн , Гц

4.Все конденсаторы имеют такую емкость, что их сопротивлением на частоте сигнала можно пренебречь. Считать, что дифференциальные параметры транзисторов на частоте сигнала равны их низкочастотным значениям

Входные и выходные характеристики транзистора имеют тесную связь с вольт-амперной характеристикой полупроводникового диода. Входные характеристики относятся к эмиттерному переходу, который работает при прямом напряжении. Поэтому они аналогичны характеристике обратного тока диода. Выходные характеристики подобны характеристике обратного тока диода, так как они отображают свойства коллекторного перехода, работающего при обратном напряжении.

Целью теоретической части является изложение следующих тем: усилительный каскад на биполярном транзисторе, графический расчет усилительного каскада, малосигнальные схемы замещения транзистора, определение h-параметров по характеристикам, Y-параметры транзистора, использование схем замещения транзистора для анализа усилительных каскадов в режиме малых сигналов, малосигнальные физические эквивалентные схемы биполярного транзистора, схема для включения транзистора ОБ, схемы для включения транзистора с ОЭ, сравнение усилительных свойств биполярного транзистора в различных схемах включения, особенности работы биполярного транзистора на высоких частотах, динамические свойства транзистора при включении с общей базой, динамические свойства транзистора в схеме ОЭ.

В соответствии с предпоследней цифрой студенческого пароля выбрать принципиальную схему логического элемента и привести исходные данные варианта задачи по разделу “Цифровые элементы и устройства”, указанные в таблице.

Задача

1. Выберете выпрямительный диод согласно условию вашего варианта. Приведите условнографическое обозначение и типовую вольтамперную характеристику выбранного диода, укажите область его применения.Выберете диод выполняющий заданную функцию. Приведите условнографическое обозначение и типовую характеристику выбранного диода, укажите область его применения. Таблица

1 Вариант 6 Условия выбора выпрямительного диода 6 Малая мощность Iобр.ср.= 0,1 мкА, Fмакс = 4 кГц

Литература

1.Лысенко А.П. Биполярные транзисторы. Учебное пособие – М.: Московский государственный институт электроники и математики, 2006. – 78 с.

2.Тогатов В.В., Балобей Ф.П. Биполярные транзисторы. Учебное пособие по курсу «Электроника» – СПб.: ИТМО, 2004. – 43 с.

список литературы

Список литературы

Список литературы

Генератор кроссвордов

Генератор титульных листов

Таблица истинности ONLINE

Прочие ONLINE сервисы

 

Список литературы

1. Jesse, Russell Биполярный транзистор / Jesse Russell. — М.: VSD, 2012. — 896 c.
2. Андреев, Ю.А. Измерительная аппаратура на транзисторах / Ю.А. Андреев, Б.Г. Волков. — М.: Энергия, 2015. — 755 c.
3. Берк, Джеймс Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени / Джеймс Берк. — М.: Издательство Студии Артемия Лебедева, 2014. — 460 c.
4. Важенина, З.П. Импульсные генераторы на транзисторах / З.П. Важенина. — М.: Энергия, 2013. — 128 c.
5. Владимир, Дьяконов Лавинные транзисторы и тиристоры. Теория и применение / Дьяконов Владимир. — М.: Солон-Пресс, 2013. — 119 c.
6. Воронков, Э. Н. Основы проектирования усилительных и импульсных схем на транзисторах / Э.Н. Воронков, Ю.А. Овечкин. — М.: Машиностроение, 2015. — 312 c.
7. Демьянов, В.В. Любительские телевизоры на транзисторах / В.В. Демьянов. — М.: Книга по Требованию, 2012. — 992 c.
8. Денисенко, Виктор Компактные модели МОП-транзисторов для SPICE в микро- и наноэлектронике / Виктор Денисенко. — Москва: СИНТЕГ, 2010. — 818 c.
9. Зарубежные микросхемы, транзисторы, тиристоры, диоды + SMD. 0…9. Справочник. — М.: Наука и техника, 2012. — 672 c.
10. Зарубежные микросхемы, транзисторы, тиристоры, диоды+SMD. A…Z. Том 1 (A-R). — Москва: Огни, 2011. — 816 c.
11. Зарубежные микросхемы, транзисторы, тиристоры, диоды+SMD. A…Z. Том 2 (R-Z). — Москва: Наука, 2014. — 816 c.
12. Куликов, С.В. Дискретные преобразователи сигналов на транзисторах / С.В. Куликов, Б.В. Чистяков. — М.: Энергия, 2015. — 288 c.
13. Мощные биополярные транзисторы для импульсных источников питания, тv-приемников и мониторов. — М.: МК-Пресс, Додэка XXI, 2011. — 544 c.
14. Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник. — М.: Радио и связь, 2014. — 560 c.
15. Мощные полупроводниковые приборы.Транзисторы. — М.: Радио и связь, 2011. — 554 c.
16. Мощные транзисторы для телевизоров и мониторов. — М.: Наука и техника, 2013. — 448 c.
17. Нефедов, А. В. Диоды, транзисторы и модули для силовой электроники / А.В. Нефедов. — М.: РадиоСофт, 2010. — 312 c.
18. Николаевский, И. Ф. Параметры и предельные режимы работы транзисторов / И.Ф. Николаевский, Д.В. Игумнов. — М.: Советское радио, 2017. — 380 c.
19. Петухов, В. М. Взаимозаменяемые транзисторы. Справочник / В.М. Петухов. — М.: РадиоСофт, 2015. — 384 c.
20. Петухов, В.М. Маломощные транзисторы и их зарубежные аналоги Справочник / В.М. Петухов. — М.: КУбК-а, 2010. — 672 c.
21. Петухов, В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги Справочник / В.М. Петухов. — М.: КУбК-а, 2010. — 672 c.
22. Рассел, Джесси Полевой транзистор / Джесси Рассел. — М.: VSD, 2012. — 795 c.
23. Румпф, К.Г. Барабаны, телефон, транзисторы / К.Г. Румпф. — М.: Книга по Требованию, 2012. — 232 c.
24. Спиридонов, Н. С. Дрейфовые транзисторы / Н.С. Спиридонов, В.И. Вертоградов. — Москва: Гостехиздат, 2016. — 304 c.
25. Спиридонов, Н.С. Основы теории транзисторов / Н.С. Спиридонов. — М.: Киев: Технiка, 2010. — 300 c.
26. Степаненко, И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем / И.П. Степаненко. — М.: Государственное энергетическое издательство, 2014. — 374 c.
27. Степаненко, И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем / И.П. Степаненко. — М.: Энергия, 2015. — 614 c.
28. Степаненко, И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем / И.П. Степаненко. — М.: ЁЁ Медиа, 2012. — 875 c.
29. Яковлев, В. Н. Импульсные генераторы на транзисторах / В.Н. Яковлев. — Москва: РГГУ, 2012. — 444 c.
30. Яковчук, Н. С. Плоскостные транзисторы / Н.С. Яковчук, В.Е. Челноков, М.П. Гейфман. — М.: Государственное союзное издательство судостроительной промышленности, 2014. — 264 c.


Внимание: данные, отмеченные красным цветом, являются недостоверными!

Книги, использованные при создании данного списка литературы:

Jesse RussellБиполярный транзистор

Андреев, Ю.А.; Волков, Б.Г.Измерительная аппаратура на транзисторах

Берк Джеймс Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени

Важенина, З.П.Импульсные генераторы на транзисторах

Владимир ДьяконовЛавинные транзисторы и тиристоры. Теория и применение

Воронков Э. Н., Овечкин Ю. А.Основы проектирования усилительных и импульсных схем на транзисторах

Демьянов В.В.Любительские телевизоры на транзисторах

Денисенко ВикторКомпактные модели МОП-транзисторов для SPICE в микро- и наноэлектронике

[автор не указан]Зарубежные микросхемы, транзисторы, тиристоры, диоды + SMD. 0…9. Справочник

ArrayЗарубежные микросхемы, транзисторы, тиристоры, диоды+SMD. A…Z. Том 1 (A-R)

ArrayЗарубежные микросхемы, транзисторы, тиристоры, диоды+SMD. A…Z. Том 2 (R-Z)

Куликов, С.В.; Чистяков, Б.В.Дискретные преобразователи сигналов на транзисторах

ArrayМощные биополярные транзисторы для импульсных источников питания, тv-приемников и мониторов

ArrayМощные полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник

ArrayМощные полупроводниковые приборы.Транзисторы

[автор не указан]Мощные транзисторы для телевизоров и мониторов

Нефедов А. В.Диоды, транзисторы и модули для силовой электроники

Николаевский И. Ф., Игумнов Д. В.Параметры и предельные режимы работы транзисторов

Петухов В. М.Взаимозаменяемые транзисторы. Справочник

Петухов, В.М.Маломощные транзисторы и их зарубежные аналоги Справочник

Петухов, В.М.Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги Справочник

Рассел ДжессиПолевой транзистор

Румпф К.Г.Барабаны, телефон, транзисторы

Спиридонов Н. С., Вертоградов В. И.Дрейфовые транзисторы

Спиридонов, Н.С.Основы теории транзисторов

Степаненко И. П.Основы теории транзисторов и транзисторных схем

Степаненко И. П.Основы теории транзисторов и транзисторных схем

Яковлев В. Н.Импульсные генераторы на транзисторах

Яковчук Н. С., Челноков В. Е., Гейфман М. П.Плоскостные транзисторы

В нашем каталоге

Околостуденческое

Это интересно…

Наши контакты

Транзисторная история. Изобретение транзисторов и развитие полупроводниковой электроники — Компоненты и технологии

Ровно 50 лет назад американцам Джону Бардину, Уолтеру Браттейну и Уильяму Шокли (рис. 1) была присуждена Нобелевская премия по физике «За исследования в области полупроводников и открытие транзистора». Тем не менее, анализ истории науки однозначно свидетельствует, что открытие транзистора — это не только заслуженный успех Бардина, Браттейна и Шокли.

Рис. 1. Лауреаты Нобелевской премии по физике за 1956 год

Первые опыты

Рождение твердотельной электроники можно отнести к 1833 году. Именно тогда Майкл Фарадей (рис. 2), экспериментируя с сульфидом серебра, обнаружил, что проводимость данного вещества (а это был, как мы теперь называем, полупроводник) растет с повышением температуры, в противоположность проводимости металлов, которая в данном случае уменьшается. Почему так происходит? С чем это связано? На эти вопросы Фарадей ответить не смог.

Рис. 2. Майкл Фарадей и его лаборатория

Следующей вехой в развитии твердотельной электроники стал 1874 год. Немецкий физик Фердинанд Браун (рис. 3), будущий нобелевский лауреат (в 1909 году он получит премию «За выдающийся вклад в создание беспроволочной телеграфии») публикует статью в журнале Analen der Physik und Chemie, в которой на примере «естественных и искусственных серных металлов» описывает важнейшее свойство полупроводников — проводить электрический ток только в одном направлении. Выпрямляющее свойство контакта полупроводника с металлом противоречило закону Ома. Браун (рис. 4) пытается объяснить наблюдаемое явление и проводит дальнейшие исследования, но безрезультатно. Явление есть, объяснения нет. По этой причине современники Брауна не заинтересовались его открытием, и только пять десятилетий спустя выпрямляющие свойства полупроводников были использованы в детекторных приемниках.

Рис. 3. Фердинанд Браун

Рис. 4. Фердинанд Браун в своей лаборатории

Год 1906. Американский инженер Гринлиф Виттер Пикард (рис. 5) получает патент на кристаллический детектор (рис. 6). В своей заявке на получение патента он пишет: «Контакт между тонким металлическим проводником и поверхностью некоторых кристаллических материалов (кремний, галенит, пирит и др.) выпрямляет и демодулирует высокочастотный переменный ток, возникающий в антенне при приеме радиоволн».

Рис. 5. Гринлиф Пикард

Рис. 6. Принципиальная схема кристаллического детектора Пикарда

Тонкий металлический проводник, с помощью которого осуществлялся контакт с поверхностью кристалла, внешне очень напоминал кошачий ус.

Кристаллический детектор Пикарда так и стали называть — «кошачий ус» (cat’s whisker).

Чтобы «вдохнуть жизнь» в детектор Пикарда и заставить его устойчиво работать, требовалось найти наиболее чувствительную точку на поверхности кристалла. Сделать это было непросто. На свет появляется множество хитроумных конструкций «кошачего уса» (рис. 7), облегчающих поиск заветной точки, но стремительный выход на авансцену радиотехники электронных ламп надолго отправляет детектор Пикарда за кулисы.

Рис. 7. Вариант конструкции «кошачий ус»

И все же «кошачий ус» намного проще и меньше вакуумных диодов, к тому же намного эффективнее на высоких частотах. А что если заменить вакуумный триод, на котором была основана вся радиоэлектроника того времени, (рис. 8) на полупроводник? Возможно ли это? В начале ХХ века подобный вопрос не давал покоя многим ученым.

Рис. 8. Вакуумный триод

Лосев

Советская Россия. 1918 год. По личному распоряжению Ленина в Нижнем Новгороде создается радиотехническая лаборатория (рис. 9). Новая власть остро нуждается в «беспроволочной телеграфной» связи. К работе в лаборатории привлекаются лучшие радиоинженеры того времени — М. А. Бонч-Бруевич, В. П. Вологдин, В. К. Лебединский, В. В. Татаринов и многие другие.

Рис. 9. Нижегородская радиолаборатория

Приезжает в Нижний Новгород и Олег Лосев (рис. 10).

Рис. 10. Олег Владимирович Лосев

После окончания Тверского реального училища в 1920 году и неудачного поступления в Московский институт связи Лосев согласен на любую работу, только бы приняли в лабораторию. Его берут посыльным. Общежития посыльным не полагается.

17-летний Лосев готов жить в помещении лаборатории, на лестничной площадке перед чердаком, только бы заниматься любимым делом.

С раннего возраста он страстно увлекался радиосвязью. В годы Первой мировой войны в Твери была построена радиоприемная станция. В ее задачи входило принимать сообщения от союзников России по Антанте и далее по телеграфу передавать их в Петроград. Лосев часто бывал на радиостанции, знал многих сотрудников, помогал им и не мыслил свою дальнейшую жизнь без радиотехники. В Нижнем Новгороде у него не было ни семьи, ни нормального быта, но было главное — возможность общаться со специалистами в области радиосвязи, перенимать их опыт и знания. После выполнения необходимых работ в лаборатории ему разрешали заниматься самостоятельным экспериментированием.

В то время интерес к кристаллическим детекторам практически отсутствовал. В лаборатории никто особо не занимался этой темой. Приоритет в исследованиях был отдан радиолампам. Лосеву очень хотелось работать самостоятельно. Перспектива получить ограниченный участок работы «по лампам» его никак не вдохновляет. Может быть, именно по этой причине он выбирает для своих исследований кристаллический детектор. Его цель — усовершенствовать детектор, сделать его более чувствительным и стабильным в работе. Приступая к экспериментам, Лосев ошибочно предполагал, что «в связи с тем, что некоторые контакты между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, то вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания». В то время уже было известно, что для самовозбуждения одной лишь нелинейности вольтамперной характеристики недостаточно, должен обязательно присутствовать падающий участок. Любой грамотный специалист не стал бы ожидать усиления от детектора. Но вчерашний школьник ничего этого не знает. Он меняет кристаллы, материал иглы, аккуратно фиксирует получаемые результаты и в один прекрасный день обнаруживает искомые активные точки у кристаллов, которые обеспечивают генерацию высокочастотных сигналов.

«Все с детства знают, что то-то и то-то невозможно, но всегда находится невежда, который этого не знает, он-то и делает открытие», — шутил Эйнштейн.

Свои первые исследования генераторных кристаллов Лосев производил на простейшей схеме, представленной на рис. 11.

Рис. 11. Схема первых опытов Лосева

Испытав большое количество кристаллических детекторов, Лосев выяснил, что лучше всего генерируют колебания кристаллы цинкита, подвергнутые специальной обработке. Для получения качественных материалов он разрабатывает технологию приготовления цинкита методом сплавливания в электрической дуге естественных кристаллов. При паре цинкит — угольное острие, при подаче напряжения в10 В получался радиосигнал с длиной волны 68 м. При снижении генерации реализуется усилительный режим детектора.

Заметим, что «генерирующий» детектор был впервые продемонстрирован еще в 1910 году английским физиком Уильямом Икклзом (рис. 12).

Рис 12. Уильям Генри Икклз

Новое физическое явление не привлекает внимания специалистов, и о нем на какое-то время забывают. Икклз тоже ошибочно объяснял механизм «отрицательного» сопротивления исходя из того, что сопротивление полупроводника падает с увеличением температуры вследствие тепловых эффектов, возникающих на границе «металл–полупроводник».

В 1922 году на страницах научного журнала «Телеграфия и телефония без проводов» появляется первая статья Лосева, посвященная усиливающему и генерирующему детектору. В ней он очень подробно описывает результаты своих экспериментов, причем особое внимание уделяет обязательному присутствию падающего участка вольтамперной характеристики контакта.

В те годы Лосев активно занимается самообразованием. Его непосредственный руководитель профессор В. К. Лебединский помогает ему в изучении радиофизики. Лебединский понимает, что его молодой сотрудник сделал настоящее открытие и тоже пытается дать объяснение наблюдаемому эффекту, но тщетно. Фундаментальная наука того времени еще не знает квантовой механики. Лосев, в свою очередь, выдвигает гипотезу, что при большом токе в зоне контакта возникает некий электрический разряд наподобие вольтовой дуги, но только без разогрева. Этот разряд закорачивает высокое сопротивление контакта, обеспечивая генерацию.

Лишь через тридцать лет сумели понять, что собственно было открыто. Сегодня мы бы сказали, что прибор Лосева — это двухполюсник с N-образной вольтамперной характеристикой, или туннельный диод, за который в 1973 году японский физик Лео Исаки (рис. 13) получил Нобелевскую премию.

Рис. 13. Лео Исаки

Руководство нижегородской лаборатории понимало, что серийно воспроизвести эффект не удастся. Немного поработав, детекторы практически теряли свойства усиления и генерации. Об отказе от ламп не могло быть и речи. Тем не менее практическая значимость открытия Лосева была огромной.

В 1920-е годы во всем мире, в том числе и в Советском Союзе, радиолюбительство принимает характер эпидемии. Советские радиолюбители пользуются простейшими детекторными приемниками, собранными по схеме Шапошникова (рис. 14).

Рис. 14. Детекторный приемник Шапошникова

Для повышения громкости и дальности приема применяются высокие антенны. В городах применять такие антенны было затруднительно из-за промышленных помех. На открытой местности, где практически нет помех, хороший прием радиосигналов не всегда удавался из-за низкого качества детекторов. Введение в антенный контур приемника отрицательного сопротивления детектора с цинкитом, поставленного в режим, близкий к самовозбуждению, значительно усиливало принимаемые сигналы. Радиолюбителям удавалось услышать самые отдаленные станции. Заметно повышалась избирательность приема. И это без использования электронных ламп!

Лампы были не дешевы, причем к ним требовался специальный источник питания, а детектор Лосева мог работать от обычных батареек для карманного фонарика.

В итоге оказалось, что простые приемники конструкции Шапошникова с генерирующими кристаллами предоставляют возможность осуществлять гетеродинный прием, являвшийся в то время последним словом радиоприемной техники. В последующих статьях Лосев описывает методику быстрого поиска активных точек на поверхности цинкита и заменяет угольное острие металлическим. Он дает рекомендации, как следует обрабатывать кристаллы и приводит несколько практических схем для самостоятельной сборки радиоприемников (рис. 15).

Рис. 15. Принципиальная схема кристадина О. В. Лосева

Устройство Лосева позволяет не только принимать сигналы на больших расстояниях, но и передавать их. Радиолюбители в массовом порядке, на основе детекторов-генераторов, изготавливают радиопередатчики, поддерживающие связь в радиусе нескольких километров. Вскоре издается брошюра Лосева (рис. 16). Она расходится миллионными тиражами. Восторженные радиолюбители писали в различные научно-популярные журналы, что «при помощи цинкитного детектора в Томске, например, можно услышать Москву, Нижний и даже заграничные станции».

Рис. 16. Брошюра Лосева, издание 1924 года

На все свои технические решения Лосев получает патенты, начиная с «Детекторного приемника-гетеродина», заявленного в декабре 1923 года.

Статьи Лосева печатаются в таких журналах, как «ЖЭТФ», «Доклады АН СССР», Radio Revue, Philosophical Magazine, Physikalische Zeitschrift.

Лосев становится знаменитостью, а ведь ему еще не исполнилось и двадцати лет!

Например, в редакторском предисловии к статье Лосева «Осциллирующие кристаллы» в американском журнале The Wireless World and Radio Review за октябрь 1924 года говорится: «Автор этой статьи, господин Олег Лосев из России, за сравнительно короткий промежуток времени приобрел мировую известность в связи с его открытием осциллирующих свойств у некоторых кристаллов».

Другой американский журнал — Radio News — примерно в то же время публикует статью под заголовком «Сенсационное изобретение», в которой отмечается: «Нет необходимости доказывать, что это — революционное радиоизобретение. В скором времени мы будем говорить о схеме с тремя или шестью кристаллами, как мы говорим сейчас о схеме с тремя или шестью усилительными лампами. Потребуется несколько лет, чтобы генерирующий кристалл усовершенствовался настолько, чтобы стать лучше вакуумной лампы, но мы предсказываем, что такое время наступит».

Автор этой статьи Хьюго Гернсбек называет твердотельный приемник Лосева — кристадином (кристалл + гетеродин). Причем не только называет, но и предусмотрительно регистрирует название, как торговую марку (рис. 17). Спрос на кристадины огромен.

Рис. 17. Кристаллический детектор Лосева. Изготовлен в Radio News Laboratories. США, 1924 год

Интересно, что когда в нижегородскую лабораторию приезжают немецкие радиотехники, чтобы лично познакомиться с Лосевым, они не верят своим глазам. Они поражаются таланту и юному возрасту изобретателя. В письмах из-за границы Лосева величали не иначе как профессором. Никто и представить не мог, что профессор еще только постигает азы науки. Впрочем, очень скоро Лосев станет блестящим физиком-экспериментатором и еще раз заставит мир заговорить о себе.

В лаборатории с должности рассыльного его переводят в лаборанты, предоставляют жилье. В Нижнем Новгороде Лосев женится (правда, неудачно, как оказалось впоследствии), обустраивает свой быт и продолжает заниматься кристаллами.

В 1928 году, по решению правительства, тематика нижегородской радиолаборатории вместе с сотрудниками передается в Центральную радиолабораторию в Ленинграде, которая, в свою очередь, тоже постоянно реорганизуется. На новом месте Лосев продолжает заниматься полупроводниками, но вскоре Центральную радиолабораторию преобразовывают в Институт радиовещательного приема и акустик. В новом институте своя программа исследований, тематика работ сужается. Лаборанту Лосеву удается устроиться по совместительству в Ленинградский физико-технический институт (ЛФТИ), где у него появляется возможность продолжить исследования новых физических эффектов в полупроводниках. В конце 1920-х годов у Лосева появилась идея создать твердотельный аналог трехэлектродной вакуумной радиолампы.

В 1929–1933 гг., по предложению А. Ф. Иоффе, Лосев проводит исследования полупроводникового устройства, полностью повторяющего конструкцию точечного транзистора. Как известно, принцип действия этого прибора заключается в управлении током, текущим между двумя электродами, с помощью дополнительного электрода. Лосев действительно наблюдал данный эффект, но, к сожалению, общий коэффициент такого управления не позволял получить усиление сигнала. Для этой цели Лосев использовал только кристалл карборунда (SiC), а не кристалл цинкита (ZnO), имевшего значительно лучшие характеристики в кристаллическом усилителе (Что странно! Ему ли не знать о свойствах этого кристалла.) До недавнего времени считалось, что после вынужденного ухода из ЛФТИ Лосев не возвращался к идее полупроводниковых усилителей. Однако существует довольно любопытный документ, написанный самим Лосевым. Он датирован 12 июля 1939 года и в настоящее время хранится в Политехническом музее. В этом документе, озаглавленном «Жизнеописание Олега Владимировича Лосева», кроме интересных фактов его жизни содержится и перечень научных результатов. Особый интерес вызывают следующие строки: «Установлено, что с полупроводниками может быть построена трехэлектродная система, аналогичная триоду, как и триод, дающая характеристики, показывающие отрицательное сопротивление. Эти работы в настоящее время подготавливаются мною к печати…».

К сожалению, пока не установлена судьба этих работ, которые могли бы полностью изменить представление об истории открытия транзистора — самого революционного изобретения XX века.

Рассказывая о выдающемся вкладе Олега Владимировича Лосева в развитие современной электроники, просто невозможно не упомянуть о его открытии светоизлучающего диода.

Масштаб этого открытия нам еще только предстоит понять. Пройдет не так много времени, и в каждом доме вместо привычной лампы накаливания будут гореть «электронные генераторы света», как назвал светодиоды Лосев.

Еще в 1923 году, экспериментируя с кристадинами, Лосев обратил внимание на свечение кристаллов при пропускании через них электрического тока. Особенно ярко светились карборундовые детекторы. В 1920-е годы на Западе явление электролюминесценции одно время даже называли «свет Лосева» (Losev light, Lossew Licht). Лосев занялся изучением и объяснением полученной электролюминесценции. Он первым оценил огромные перспективы таких источников света, особо подчеркивая их высокую яркость и быстродействие. Лосев стал обладателем первого патента на изобретение светового релеприбора с электролюминесцентным источником света.

В 70-х годах ХХ века, когда светодиоды стали широко применяться, в журнале Electronic World за 1907 год была обнаружена статья англичанина Генри Роунда, в которой автор, будучи сотрудником лаборатории Маркони, сообщал, что видел свечение в контакте карборундового детектора при подаче на него внешнего электрического поля. Никаких соображений, объясняющих физику этого явления, не приводилось. Данная заметка не оказала никакого влияния на последующие исследования в области электролюминесценции, тем не менее, автор статьи сегодня официально считается первооткрывателем светодиода.

Лосев независимо открыл явление электролюминесценции и провел ряд исследований на примере кристалла карборунда. Он выделил два физически различных явления, которые наблюдаются при разной полярности напряжения на контактах. Его несомненной заслугой является обнаружение эффекта предпробойной электролюминесценции, названной им «свечение номер один», и инжекционной электролюминесценции — «свечение номер два». В наши дни эффект предпробойной люминесценции широко применяется при создании электролюминесцентных дисплеев, а инжекционная электролюминесценция является основой светодиодов и полупроводниковых лазеров. Лосеву удалось существенно продвинуться в понимании физики этих явлений задолго до создания зонной теории полупроводников. Впоследствии, в 1936 году, свечение номер один было заново обнаружено французским физиком Жоржем Дестрио. В научной литературе оно известно под названием «эффект Дестрио», хотя сам Дестрио приоритет в открытии этого явления отдавал Олегу Лосеву. Наверное, было бы несправедливо оспаривать приоритет Роунда в открытии светодиода. И все же нельзя забывать, что изобретателями радио по праву считаются Маркони и Попов, хотя всем известно, что радиоволны первым наблюдал Герц. И таких примеров в истории науки множество.

В своей статье Subhistory of Light Emitting Diode известный американский ученый в области электролюминесценции Игон Лобнер пишет о Лосеве: «Своими пионерскими исследованиями в области светодиодов и фотодетекторов он внес вклад в будущий прогресс оптической связи. Его исследования были так точны и его публикации так ясны, что без труда можно представить сейчас, что тогда происходило в его лаборатории. Его интуитивный выбор и искусство эксперимента просто изумляют».

Сегодня мы понимаем, что без квантовой теории строения полупроводников представить развитие твердотельной электроники невозможно. Поэтому талант Лосева поражает воображение. Он с самого начала видел единую физическую природу кристадина и явления инжекционной люминесценции и в этом значительно опередил свое время.

После него исследования детекторов и электролюминесценции проводились отдельно друг от друга, как самостоятельные направления. Анализ результатов показывает, что на протяжении почти двадцати лет после появления работ Лосева не было сделано ничего нового с точки зрения понимания физики этого явления. Только в 1951 году американский физик Курт Леховец (рис. 18) установил, что детектирование и электролюминесценция имеют единую природу, связанную с поведением носителей тока в p-n-переходах.

Рис. 18. Курт Леховец

Следует отметить, что в своей работе Леховец приводит в первую очередь ссылки на работы Лосева, посвященные электролюминесценции.

В 1930–31 гг. Лосев выполнил на высоком экспериментальном уровне серию опытов с косыми шлифами, растягивающими исследуемую область, и системой электродов, включаемых в компенсационную измерительную схему, для измерения потенциалов в разных точках поперечного сечения слоистой структуры. Перемещая металлический «кошачий ус» поперек шлифа, он показал с точностью до микрона, что приповерхностная часть кристалла имеет сложное строение. Он выявил активный слой толщиной приблизительно в десять микрон, в котором наблюдалось явление инжекционной люминесценции. По результатам проведенных экспериментов Лосев сделал предположение, что причиной униполярной проводимости является различие условий движения электрона по обе стороны активного слоя (или, как бы мы сказали сегодня, — разные типы проводимости). Впоследствии, экспериментируя с тремя и более зондами-электродами, расположенными в данных областях, он действительно подтвердил свое предположение. Эти исследования являются еще одним значительным достижением Лосева как ученого-физика.

В 1935 году, в результате очередной реорганизации радиовещательного института и непростых отношений с руководством, Лосев остается без работы. Лаборанту Лосеву дозволялось делать открытия, но не греться в лучах славы. И это при том, что его имя было хорошо известно сильным мира сего. В письме, датируемом 16 мая 1930 года, академик А. Ф. Иоффе пишет своему коллеге Паулю Эренфесту: «В научном отношении у меня ряд успехов. Так, Лосев получил в карборунде и других кристаллах свечение под действием электронов в 2–6 вольт. Граница свечения в спектре ограничена…».

В ЛФТИ у Лосева долгое время было свое рабочее место, но в институт его не берут, слишком независимый он человек. Все работы выполнял самостоятельно — ни в одной из них нет соавторов.

При помощи друзей Лосев устраивается ассистентом на кафедру физики Первого медицинского института. На новом месте ему намного сложнее заниматься научной работой, поскольку нет необходимого оборудования. Тем не менее, задавшись целью выбрать материал для изготовления фотоэлементов и фотосопротивлений, Лосев продолжает исследования фотоэлектрических свойств кристаллов. Он изучает более 90 веществ и особо выделяет кремний с его заметной фоточувствительностью.

В то время не было достаточно чистых материалов, чтобы добиться точного воспроизведения полученных результатов, но Лосев (в который раз!) чисто интуитивно понимает, что этому материалу принадлежит будущее. В начале 1941 года он приступает к работе над новой темой — «Метод электролитных фотосопротивлений, фоточувствительность некоторых сплавов кремния». Когда началась Великая Отечественная война, Лосев не уезжает в эвакуацию, желая завершить статью, в которой излагал результаты своих исследований по кремнию. По всей видимости, ему удалось закончить работу, так как статья была отослана в редакцию «ЖЭТФ». К тому времени редакция уже была эвакуирована из Ленинграда. К сожалению, после войны не удалось найти следы этой статьи, и теперь можно лишь догадываться о ее содержании.

22 января 1942 года Олег Владимирович Лосев умер от голода в блокадном Ленинграде. Ему было 38 лет.

В том же 1942 году в США компании Sylvania и Western Electric начали промышленное производство кремниевых (а чуть позже и германиевых) точечных диодов, которые использовались в качестве детекторовсмесителей в радиолокаторах. Смерть Лосева совпала по времени с рождением кремниевых технологий.

Военный трамплин

В 1925 году корпорация American Telephone and Telegraph (AT&T) открывает научный и опытно-конструкторский центр Bell Telephone Laboratories. В 1936 году директор Bell Telephone Laboratories Мервин Келли решает сформировать группу ученых, которая провела бы серию исследований, направленных на замену ламповых усилителей полупроводниковыми. Группу возглавил Джозеф Бекер, привлекший к работе физика-теоретика Уильяма Шокли и блестящего экспериментатора Уолтера Браттейна.

Окончив докторантуру в Массачусетском технологическом институте, знаменитом МТИ, и поступив на работу в Bell Telephone Laboratories, Шокли, будучи исключительно амбициозным и честолюбивым человеком, энергично берется за дело. В 1938 году, в рабочей тетради 26-летнего Шокли появляется первый набросок полупроводникового триода. Идея проста и не отличается оригинальностью: сделать устройство, максимально похожее на электронную лампу, с тем лишь отличием, что электроны в нем будут протекать по тонкому нитевидному полупроводнику, а не пролетать в вакууме между катодом и анодом. Для управления током полупроводника предполагалось ввести дополнительный электрод (аналог сетки) — прикладывая к нему напряжение разной полярности. Таким образом, можно будет либо уменьшать, либо увеличивать количество электронов в нити и, соответственно, изменять ее сопротивление и протекающий ток. Все как в радиолампе, только без вакуума, без громоздкого стеклянного баллона и без подогрева катода. Вытеснение электронов из нити или их приток должен был происходить под влиянием электрического поля, создаваемого между управляющим электродом и нитью, то есть благодаря полевому эффекту. Для этого нить должна быть именно полупроводниковой. В металле слишком много электронов и никакими полями их не вытеснишь, а в диэлектрике свободных электронов практически нет. Шокли приступает к теоретическим расчетам, однако все попытки построить твердотельный усилитель ни к чему не приводят.

В то же время в Европе немецкие физики Роберт Поль и Рудольф Хилш создали на основе бромида калия работающий контактный трехэлектродный кристаллический усилитель. Тем не менее, никакой практической ценности немецкий прибор не представлял. У него была очень низкая рабочая частота. Есть сведения, что в первой половине 1930-х годов трехэлектродные полупроводниковые усилители «собрали» и два радиолюбителяканадец Ларри Кайзер и новозеландский школьник Роберт Адамс. Адамс, в дальнейшем ставший радиоинженером, замечал, что ему никогда не приходило в голову оформить патент на изобретение, так как всю информацию для своего усилителя он почерпнул из радиолюбительских журналов и других открытых источников.

К 1926–1930 гг. относятся работы Юлиуса Лилиенфельда (рис. 19), профессора Лейпцигского университета, который запатентовал конструкцию полупроводникового усилителя, в наше время известного под названием полевой транзистор (рис. 20).

Рис. 19. Юлиус Лилиенфельд

Рис. 20. Патент Ю. Лилиенфельда на полевой транзистор

Лилиенфельд предполагал, что при подаче напряжения на слабо проводящий материал будет меняться его проводимость и в связи с этим возникнет усиление электрических колебаний. Несмотря на получение патента, создать работающий прибор Лилиенфельд не сумел. Причина была самая прозаическая — в 30-х годах ХХ века еще не нашлось необходимого материала, на основе которого можно было бы изготовить работающий транзистор. Именно поэтому усилия большинства ученых того времени были направлены на изобретение более сложного биполярного транзистора. Таким образом, пытались обойти трудности, возникшие при реализации полевого транзистора.

Работы по твердотельному усилителю в Bell Telephone Laboratories прерываются с началом Второй мировой войны. Уильям Шокли и многие его коллеги откомандированы в распоряжение министерства обороны, где работают до конца 1945 года.

Твердотельная электроника не представляла интереса для военных — достижения им представлялись сомнительными. За одним исключением. Детекторы. Они-то как раз и оказались в центре исторических событий.

В небе над Ла-Маншем развернулась грандиозная битва за Британию, достигшая апогея в сентябре 1940 года. После оккупации Западной Европы Англия осталась один на один с армадой немецких бомбардировщиков, разрушающих береговую оборону и подготавливающих высадку морского десанта для захвата страны — операцию «Морской лев». Трудно сказать, что спасло Англию — чудо, решительность премьера Уинстона Черчилля или радиолокационные станции. Появившиеся в конце 30-х годов радары позволяли быстро и точно обнаруживать вражеские самолеты и своевременно организовывать противодействие. Потеряв в небе над Британией более тысячи самолетов, гитлеровская Германия сильно охладела к идее захвата Англии в 1940-м и приступила к подготовке блицкрига на Востоке.

Англии были нужны радары, радарам — кристаллические детекторы, детекторам — чистые германий и кремний. Первым, и в значительных количествах, на заводах и в лабораториях появился германий. С кремнием, из-за высокой температуры его обработки, сначала возникли некоторые трудности, но вскоре проблему решили. После этого предпочтение было отдано кремнию. Кремний был дешев по сравнению с германием. Итак, трамплин для прыжка к транзистору был практически готов.

Вторая мировая стала первой войной, в которой наука, по своей значимости для победы над врагом, выступила на равных с конкретными оружейными технологиями, а в чем-то и опередила их. Вспомним атомный и ракетный проекты. В этот список можно включить и транзисторный проект, предпосылки для которого были в значительной степени заложены развитием военной радиолокации.

Открытие

В послевоенные годы в Bell Telephone Laboratories начинают форсировать работы в области глобальной связи. Аппаратура 1940-х годов использовала для усиления, преобразования и коммутации сигналов в абонентских цепях два основных элемента: электронную лампу и электромеханическое реле. Эти элементы были громоздки, срабатывали медленно, потребляли много энергии и не отличались высокой надежностью. Усовершенствовать их значило вернуться к идее использования полупроводников. В Bell Telephone Laboratories вновь создается исследовательская группа (рис. 21), научным руководителем которой становится вернувшийся «с войны» Уильям Шокли. В команду входят Уолтер Браттейн, Джон Бардин, Джон Пирсон, Берт Мур и Роберт Гибни.

Рис. 21. г. Мюррей Хилл, штат Нью-Джерси, США, Bell Laboratories. Место рождение транзистора.

В самом начале команда принимает важнейшее решение: направить усилия на изучение свойств только двух материалов — кремния и германия, как наиболее перспективных для реализации поставленной задачи. Естественно, группа начала разрабатывать предвоенную идею Шокли — усилителя с эффектом поля. Но электроны внутри полупроводника упрямо игнорировали любые изменения потенциала на управляющем электроде. От высоких напряжений и токов кристаллы взрывались, но не желали изменять свое сопротивление.

Над этим задумался теоретик Джон Бардин. Шокли, не получив быстрого результата, охладел к теме и не принимал активного участия в работе. Бардин предположил, что значительная часть электронов на самом деле не «разгуливает» свободно по кристаллу, а застревает в каких-то ловушках у самой поверхности полупроводника. Заряд этих «застрявших» электронов экранирует прикладываемое извне поле, которое не проникает в объем кристалла. Вот так в 1947 году в физику твердого тела вошла теория поверхностных состояний. Теперь, когда, казалось, причина неудач найдена, группа начала более осмысленно реализовывать идею эффекта поля. Других идей просто не было. Стали различными способами обрабатывать поверхность германия, надеясь устранить ловушки электронов. Перепробовали все — химическое травление, механическую полировку, нанесение на поверхность различных пассиваторов. Кристаллы погружали в различные жидкости, но результата не было. Тогда решили максимально локализовать зону управления, для чего один из токопроводов и управляющий электрод изготовили в виде близко расположенных подпружиненных иголочек. Экспериментатор Браттейн, за плечами которого был 15-летний опыт работы с различными полупроводниками, мог по 25 часов в сутки крутить ручки осциллографа.

Теоретик Бардин всегда был рядом, готовый сутки напролет проверять свои теоретические выкладки. Оба исследователя, как говорится, нашли друг друга. Они практически не выходили из лаборатории, но время шло, а сколько-нибудь существенных результатов по-прежнему не было.

Однажды Браттейн, издерганный от неудач, сдвинул иголки почти вплотную, более того — случайно перепутал полярности прикладываемых к ним потенциалов. Ученый не поверил своим глазам. Он был поражен, но на экране осциллографа было явно видно усиление сигнала. Теоретик Бардин отреагировал молниеносно и безошибочно: эффекта поля никакого нет, и дело не в нем. Усиление сигнала возникает по другой причине. Во всех предыдущих оценках рассматривались только электроны, как основные носители тока в германиевом кристалле, а «дырки», которых было в миллионы раз меньше, естественно игнорировались. Бардин понял, что дело именно в «дырках». Введение «дырок» через один электрод (этот процесс назвали инжекцией) вызывает неизмеримо больший ток в другом электроде. И все это на фоне неизменности состояния огромного количества электронов.

Вот так, непредсказуемым образом, 19 декабря 1947 года на свет появился точечный транзистор (рис. 22).

Рис. 22. Страница рабочей тетради Браттейна. 19 декабря 1947 г.

Сначала новое устройство назвали германиевым триодом. Бардину и Браттейну название не понравилось. Не звучало. Они хотели, чтобы название заканчивалось бы на «тор», по аналогии с резистором или термистором. Здесь им на помощь приходит инженер-электронщик Джон Пирс, который прекрасно владел словом (в дальнейшем он станет известным популяризатором науки и писателем-фантастом под псевдонимом J. J. Coupling). Пирс вспомнил, что одним из параметров вакуумного триода служит крутизна характеристики, по-английски — transconductance. Он предложил назвать аналогичный параметр твердотельного усилителя transresistance, а сам усилитель, а это слово просто вертелось на языке, — транзистором. Название всем понравилось.

Через несколько дней после замечательного открытия, в канун Рождества, 23 декабря 1947 года состоялась презентация транзистора руководству Bell Telephone Laboratories (рис. 23).

Рис. 23. Точечный транзистор Бардина-Браттейна

Уильям Шокли, который проводил отпуск в Европе, срочно возвратился в Америку. Неожиданный успех Бардина и Браттейна глубоко задевает его самолюбие. Он раньше других задумался о полупроводниковом усилителе, возглавил группу, выбрал направление исследований, но на соавторство в «звездном» патенте претендовать не мог. На фоне всеобщего ликования, блеска и звона бокалов с шампанским Шокли выглядел разочарованным и мрачным. И тут происходит нечто, что всегда будет скрыто от нас пеленой времени. За одну неделю, которую впоследствии Шокли назовет своей «страстной неделей», он создает теорию транзистора с p-n-переходами, заменившими экзотические иголочки, и в новогоднюю ночь изобретает плоскостной биполярный транзистор. (Заметим, что реально работающий биполярный транзистор был изготовлен только в 1950 году.)

Предложение принципиальной схемы более эффективного твердотельного усилителя со слоеной структурой уравняло Шокли в правах на открытие транзисторного эффекта с Бардиным и Браттейном.

Через полгода, 30 июня 1948-го, в Нью-Йорке, в штаб-квартире Bell Telephone Laboratories, после улаживания всех необходимых патентных формальностей, прошла открытая презентация транзистора. В то время уже началась холодная война между США и Советским Союзом, поэтому технические новинки прежде всего оценивались военными. К удивлению всех присутствующих, эксперты из Пентагона не заинтересовались транзистором и порекомендовали использовать его в слуховых аппаратах.

Через несколько лет новое устройство стало незаменимым компонентом в системе управления боевыми ракетами, но именно в тот день близорукость военных спасла транзистор от грифа «совершенно секретно».

Журналисты отреагировали на изобретение тоже без особых эмоций. На сорок шестой странице в разделе «Новости радио» в газете «Нью-Йорк Таймс» была напечатана краткая заметка об изобретении нового радиотехнического устройства. И только.

В Bell Telephone Laboratories не ожидали такого развития событий. Военных заказов с их щедрым финансированием не предвиделось даже в отдаленной перспективе. Срочно принимается решение о продаже всем желающим лицензий на транзистор. Сумма сделки — $25 тыс. Организовывается учебный центр, проводятся семинары для специалистов. Результаты не заставляют себя ждать (рис. 24).

Рис. 24. Серийное производство транзисторов. Одно из первых рекламных объявлений. США. Февраль 1953 года

Транзистор быстро находит применение в самых различных устройствах — от военного и компьютерного оборудования до потребительской электроники. Интересно, что первый портативный радиоприемник долгое время так и называли — транзистор.

Европейский аналог

Работы по созданию трехэлектродного полупроводникового усилителя велись и по другую сторону океана, но о них известно намного меньше.

Совсем недавно бельгийский историк Арманд Ван Дормел и профессор Стэнфордского университета Майкл Риордан обнаружили, что в конце 1940-х годов в Европе был изобретен и даже запущен в серию «родной брат транзистора» Бардина-Браттейна.

Европейских изобретателей точечного транзистора звали Герберт Франц Матаре и Генрих Иоганн Велкер (рис. 25). Матаре был физиком-экспериментатором, работал в немецкой фирме Telefunken и занимался микроволновой электроникой и радиолокацией. Велкер больше был теоретиком, долгое время преподавал в Мюнхенском университете, а в военные годы трудился на люфтваффе.

Рис. 25. Изобретатели транзитрона Герберт Матаре и Генрих Велкер

Встретились они в Париже. После разгрома фашистской Германии оба физика были приглашены в европейский филиал американской корпорации Westinghouse.

Еще в 1944 году Матаре, занимаясь полупроводниковыми выпрямителями для радаров, сконструировал прибор, который назвал дуодиодом. Это была пара работающих параллельно точечных выпрямителей, использующих одну и ту же пластинку германия. При правильном подборе параметров устройство подавляло шумы в приемном блоке радара. Тогда Матаре обнаружил, что колебания напряжения на одном электроде могут обернуться изменением силы тока, проходящего через второй электрод. Заметим, что описание подобного эффекта содержалось еще в патенте Лилиенфельда, и не исключено, что Матаре знал об этом. Но как бы там ни было, он заинтересовался наблюдаемым явлением и продолжал исследования.

Велкер пришел к идее транзистора с другой стороны, занимаясь квантовой физикой и зонной теорией твердого тела. В самом начале 1945 года он создает схему твердотельного усилителя, очень похожего на устройство Шокли. В марте Велкер успевает его собрать и испытать, но ему повезло не больше, чем американцам. Устройство не работает.

В Париже Матаре и Велкеру поручают организовать промышленное производство полупроводниковых выпрямителей для французской телефонной сети. В конце 1947 года выпрямители запускаются в серию, и у Матаре с Велкером появляется время для возобновления исследований. Они приступают к дальнейшим экспериментам с дуодиодом. Вдвоем они изготавливают пластинки из гораздо более чистого германия и получают стабильный эффект усиления. Уже в начале июня 1948 года Матаре и Велкер создают стабильно работающий точечный транзистор. Европейский транзистор появляется на полгода позже, чем устройство Бардина и Браттейна, но абсолютно независимо от него. О работе американцев Матаре и Велкер не могли ничего знать. Первое упоминание в прессе о «новом радиотехническом устройстве», вышедшем из Bell Laboratories, появилось только 1 июля.

Дальнейшая судьба европейского изобретения сложилась печально. Матаре и Велкер в августе подготовили патентную заявку на изобретение, но французское бюро патентов очень долго изучало документы. Только в марте 1952 года они получают патент на изобретение транзитрона — такое название выбрали немецкие физики своему полупроводниковому усилителю. К тому времени парижский филиал Westinghouse уже начал серийное производство транзитронов. Основным заказчиком выступало Почтовое министерство. Во Франции строилось много новых телефонных линий. Тем не менее, век транзитронов был недолог. Несмотря на то, что они работали лучше и дольше своего американского «собрата» (за счет более тщательной сборки), завоевать мировой рынок транзитроны не смогли. Впоследствии французские власти вообще отказались субсидировать исследования в области полупроводниковой электроники, переключившись на более масштабные ядерные проекты. Лаборатория Матаре и Велкера приходит в упадок. Ученые принимают решение вернуться на родину. К тому времени в Германии начинается возрождение науки и высокотехнологичной промышленности. Велкер устраивается на работу в лабораторию концерна Siemens, которую впоследствии возглавит, а Матаре переезжает в Дюссельдорф и становится президентом небольшой компании Intermetall, выпускающей полупроводниковые приборы.

Послесловие

Если проследить судьбы американцев, то Джон Бардин ушел из Bell Telephone Labora-tories в 1951 году, занялся теорией сверхпроводимости и в 1972 году вместе с двумя своими учениками был удостоен Нобелевской премии «За разработку теории сверхпроводимости», став, таким образом, единственным в истории ученым, дважды нобелевским лауреатом.

Уолтер Браттейн проработал в Bell Telephone Laboratories до выхода на пенсию в 1967 году, а затем вернулся в свой родной город и занялся преподаванием физики в местном университете.

Судьба Уильяма Шокли сложилась следующим образом. Он покидает Bell Telephone Laboratories в 1955 году и, при финансовой помощи Арнольда Бекмана, основывает фирму по производству транзисторов — Shockly Transistor Corporation. На работу в новую компанию переходят многое талантливые ученые и инженеры, но через два года большинство из них уходят от Шокли. Заносчивость, высокомерие, нежелание прислушиваться к мнению коллег и навязчивая идея не повторить ошибку, которую он допустил в работе с Бардиным и Браттейном, делают свое дело. Компания разваливается.

Его бывшие сотрудники Гордон Мур и Роберт Нойс при поддержке того же Бекмана основывают фирму Fairchild Semiconductor, а затем, в 1968 году создают собственную компанию — Intel.

Мечта Шокли построить полупроводниковую бизнес-империю была претворена в жизнь другими (рис. 26), а ему опять досталась роль стороннего наблюдателя. Ирония судьбы заключается в том, что еще в 1952 году именно Шокли предложил конструкцию полевого транзистора на основе кремния. Тем не менее, компания Shockly Transistor Corporation не выпустила ни одного полевого транзистора. Сегодня это устройство является основой всей компьютерной индустрии.

Рис. 26. Эволюция транзистора

После неудачи в бизнесе Шокли становится преподавателем в Стэндфордском университете. Он читает блестящие лекции по физике, лично занимается с аспирантами, но ему не хватает былой славы — всего того, что американцы называют емким словом publicity. Шокли включается в общественную жизнь и начинает выступать с докладами по многим социальным и демографическим вопросам. Предлагая решения острых проблем, связанных с перенаселением азиатских стран и национальными различиями, он скатывается к евгенике и расовой нетерпимости. Пресса, телевидение, научные журналы обвиняют его в экстремизме и расизме. Шокли снова «знаменит» и, похоже, испытывает удовлетворение от всего происходящего. Его репутации и карьере ученого приходит конец. Он выходит на пенсию, перестает со всеми общаться, даже с собственными детьми, и доживает жизнь затворником.

Разные люди, разные судьбы, но всех их объединяет причастность к открытию, коренным образом изменившему наш мир.

Дату 19 декабря 1947 года можно по праву считать днем рождения новой эпохи. Начался отсчет нового времени. Мир шагнул в эру цифровых технологий.

Литература
  1. William F. Brinkman, Douglas E. Haggan, William W. Troutman. A History of the Invention of the Transistor and Where it will lead us // IEEE Journal of Solid-State Circuits. Vol.32, No.12. December 1997.
  2. Hugo Gernsback. A Sensational Radio Invention // Radio News. September 1924.
  3. Новиков М. А. Олег Владимирович Лосев — пионер полупроводниковой электроники // Физика твердого тела. 2004. Том 46, вып. 1.
  4. Остроумов Б., Шляхтер И. Изобретатель кристадина О. В. Лосев. // Радио. 1952. № 5.
  5. Жирнов В., Суэтин Н. Изобретение инженера Лосева // Эксперт. 2004. № 15.
  6. Lee T. H., A Nonlinear History of Radio. Cambridge University Press. 1998.
  7. Носов Ю. Парадоксы транзистора // Квант. 2006. № 1.
  8. Andrew Emmerson. Who really invented Transistor? www.radiobygones.com
  9. Michael Riordan. How Europe Missed the Transistor // IEEE Spectrum, Nov. 2005. www.spectrum.ieee.org

Абстрагирование транзисторов в проекте высокого уровня

Хотя это не лучший способ понимания компьютеров, большинство людей склонны представлять электронные устройства в виде черных ящиков, наполненных магией и голубым дымом. Даже микроконтроллеры, самое основное средство вычислений, рассматриваются как маленькие черные пластиковые многоножки с металлическими ножками. В серии сообщений в блоге [Эндрю Гибиански] разрушает стены обфускации и освещает мир транзисторов, вентилей и FPGA.

В первом сообщении в блоге рассматривается идея электронных схем как водопада; положительное напряжение — это резервуар на вершине горы, а земля — ​​на уровне моря. Эта идея распространяется на простой транзистор, действующий как электронный переключатель, способный включать и выключать схему.

Перейдя к логическим элементам, [Эндрю] закрывает логические элементы НЕ, И и ИЛИ, прежде чем перейти к триггерам и SRAM. Их, конечно, можно смоделировать на Verilog и VHDL — языках программирования, которые абстрагируют мир транзисторов и вентилей в гораздо более удобочитаемую форму.

[Эндрю] далек от завершения своей серии сообщений в блоге, но, судя по его работе, он кажется отличным ресурсом для распутывания тупых концепций ворот и памяти в целостный дизайн компьютера.

10 видов абстрактного искусства, которые нужно знать и использовать в своих проектах

Абстрактное искусство может показаться эксцентричным, но оно гораздо полезнее, чем вы думаете. Вот десять видов абстрактного искусства, которые вы должны знать и использовать в своих проектах.

Читайте дальше, чтобы узнать больше о различных типах абстрактного искусства — от кубизма до сюрреализма, от мраморности до абстрактной органики — и о том, какие стили переосмысляются в современном дизайне, а также о том, как вы можете использовать абстрактные изображения в своих собственных проектах.


Что такое абстрактное искусство?

В то время как реалистическое искусство пытается представить реальную реальность, абстрактное искусство стремится к прямо противоположному. Ранние художники-абстракционисты, работавшие в конце 19 — начале 20 веков, использовали цвет, форму, форму и линии для создания картин, скульптур и рисунков, которые целенаправленно ощущались независимыми от идентифицируемых объектов, пейзажей и людей.Абстракция дала художникам новый уровень свободы для экспериментов с художественными методами и позволила этим художникам изменить традиционное значение понятия «искусство».

Посетители Музея современного искусства в Нью-Йорке рассматривают картину абстрактного художника Джексона Поллока. Изображение Бамбл Ди.

Абстрактное искусство шло рука об руку с эволюцией модернизма и постмодернизма, междисциплинарных движений, которые поощряли отход от традиционных подходов, стилей и способов мышления, унаследованных от эпохи Возрождения, раннего модерна и викторианской эпохи.

В течение 20 века ряд движений защищал и выдвигал интерпретации абстрактного искусства, включая сюрреализм, дадаизм, кубизм и фовизм. Такие художники, как Пабло Пикассо, Пит Мондриан, Василий Кандинский, Барбара Хепворт и многие другие изобрели и усовершенствовали свои собственные версии абстракции, в результате чего картины и скульптуры сегодня считаются шедеврами.

Для современных дизайнеров абстрактное искусство — это термин, охватывающий огромное количество различных стилей и художественных подходов.Однако, как правило, все стремятся представить творчество, визуальность и художественное выражение нереалистично.


Почему абстрактные изображения полезны в дизайн-проектах?

Многие важные направления графического дизайна, такие как швейцарский стиль 1950-х годов, стиль Мемфиса 1980-х и минимализм 1990-х годов, заимствовали свои реплики из мира абстрактного искусства. Геометрические формы, минималистичные макеты и яркие цвета — все это отличительные черты.

На протяжении 20-го века графический дизайн постоянно обращался к стилям абстрактного искусства для создания коммерческих плакатов, журналов, упаковки и брендинга.Почему абстрактное искусство так привлекает дизайнеров?

Во-первых, абстрактное искусство невероятно многогранно. Поскольку реальные объекты или люди не представлены в абстрактных изображениях, дизайнеры могут применять эти стили изображений в широком спектре проектов. Абстракция делает акцент на визуальном настроении и индивидуальности изображения, а не на реалистическом содержании. Таким образом, дизайнер может придать дизайну определенный внешний вид, манипулируя цветом, формой и узором, сохраняя при этом нейтральность в дизайне.

Во-вторых, абстрактные образы обладают психологической силой. Ряд исследований показал, что абстрактное искусство может оказывать значительное эмоциональное воздействие на зрителя, возможно, отчасти потому, что абстракция освобождает мозг от доминирования над реальностью. Исследование 2012 года установило прямую связь между просмотром абстрактного искусства и чувством удовольствия. Имея это в виду, опытные дизайнеры и бренды могут использовать абстрактные изображения, чтобы манипулировать настроением зрителя и даже повысить вероятность того, что продукт будет куплен.

Зрители смотрят на абстрактную картину на выставке в Болонье, Италия. Изображение от starmaro.

Наконец, абстрактные образы связаны с современностью и авангардом в общественном восприятии. Компании, которые хотели бы быть связаны с чувством современности и новаторским подходом, часто используют абстрактные образы в своем брендинге и маркетинге.

Ниже вы узнаете о десяти стилях абстрактного искусства, на которые постоянно опираются дизайнеры, привлекая творчество, красоту и интерес в коммерческие проекты, а также о нашем редактировании лучших изображений для экспериментов для упаковки, веб-дизайна и полиграфических проектов.


1. Брызги, капли и брызги краски

Вдохновленный работами американского абстрактного экспрессиониста Джексона Поллока, изображения с брызгами краски и текстуры капель придают дизайн-проектам эклектичный и энергичный вид. Эти типы изображений особенно красивы в качестве фона для упаковки и крупномасштабных печатных дизайнов, таких как плакаты и баннеры, придают макетам цвет, текстуру и движение, создавая при этом удивительно однородный и универсальный фон для типографики и логотипов.

Изображение Juhku. Изображение Ensuper. Изображение Ксении Мартьяновой. Эти различные фактурные техники придают вашему дизайну энергичность и эклектичность. Изображение им классное.

2. Цвет блока

Искусство вышло на новый уровень абстракции благодаря работам американского художника Марка Ротко, известного своими масштабными картинами «Цветовое поле». Его монументальные полотна раскрывают психологический и драматический потенциал блочного цвета.

Чтобы воплотить блочный цвет в своих проектах, обратите внимание на Ротко, а также на работы голландского художника Пита Мондриана, одного из первых сторонников современного абстрактного искусства, за красочным графическим вдохновением.

Оба этих художника были ключевыми источниками вдохновения для дизайнеров международного, или швейцарского, стиля 1950-х годов. И неудивительно — простые цветные блоки создают простой и потрясающий фон для макетов на основе сетки.

Изображение сделано Харе Кришна. Изображение V.stock. Изображение Рэйчел Брюнет. Эти простые цветные блоки создают потрясающий фон. Изображение SOMMAI.

3. Мрамор

Суминагаси, древнее искусство японского мрамора, возможно, является одной из самых ранних форм абстрактного искусства, первый известный образец относится к 10 веку.

Художник наносит цветные чернила на воду перед тем, как перенести их на впитывающую поверхность, например бумагу или ткань.Каждый образец мрамора уникален, а результаты получаются невероятно красивыми и абстрактными.

Поскольку мраморная бумага использовалась в производстве книг в 18-19 веках, этот художественный стиль прочно ассоциируется с издательским делом и интеллектуализмом. Попробуйте использовать мраморный фон в дизайне книг или канцелярских принадлежностей или используйте его на веб-сайтах, чтобы придать цифровому дизайну более осязательное качество.

Изображение предоставлено мисс Смайл. Изображение CARACOLLA. Изображение Лейлы Дивайн. Мраморные фоны позволяют создавать красивый и оригинальный дизайн книг, канцелярских товаров и веб-сайтов. Изображение предоставлено Prostock-studio.

4. Кубизм

В начале 20 века художники Пабло Пикассо и Жорж Брак стремились одновременно представить все возможные точки зрения на предмет или объект. Результатом эксперимента стал кубизм, стиль абстрактного искусства, в котором слабо идентифицируемые предметы выглядят фрагментированными и геометрическими.

Этот стиль был разработан русским художником Василием Кандинским, который абстрагировался от кубизма и считается многими искусствоведами пионером нефигуративного искусства.

Сегодня дизайнеры могут обновить кубизм с помощью низкополигональных фонов и архитектурных плоскостей, придавая трехмерное качество иммерсивности фоновым текстурам, векторным иллюстрациям и дизайнам приложений.

Изображение сделано Харе Кришна. Изображение пользователя Unconventional. Эти низкополигональные конструкции и архитектурные плоскости, созданные под влиянием кубизма и нефигуративного искусства, станут отличной отправной точкой для вашего проекта. Изображение Сакэмомо.

5. Штриховая графика

Каталонский художник Жоан Миро сочетал абстрактные линейные рисунки и картины с сюрреалистическим сюжетом.Большая часть его работ использовала или находилась под влиянием процесса печати литографии, что, возможно, способствовало графическому восприятию его искусства.

Абстрактное линейное искусство, в котором простые непрерывные линии использовались для создания форм и форм, является отличительной чертой работ Миро и многих других абстрактных художников, работавших в 1950-х и 1960-х годах.

Line art прекрасна своей простотой и может использоваться дизайнерами для передачи концепций, а также для создания значков и логотипов.

Изображение Dinni91. Изображение предоставлено abstract_art7.

Различные типы транзисторов и их применение

Транзистор — это активный компонент, который используется во всех электронных схемах. Они используются как усилители и коммутационные аппараты. В качестве усилителей они используются в каскадах высокого и низкого уровня, частотных каскадах, генераторах, модуляторах, детекторах и в любой цепи, которая должна выполнять определенную функцию. В цифровых схемах они используются как переключатели. В мире существует огромное количество производителей, которые производят полупроводники (транзисторы являются членами этого семейства устройств), поэтому существует ровно тысячи различных типов.Существуют транзисторы малой, средней и большой мощности, для работы с высокими и низкими частотами, для работы с очень большим током или высоким напряжением. В этой статье дается обзор того, что такое транзистор, различных типов транзисторов и их применения.

Различные типы транзисторов

Транзистор — это электронное оборудование. Он сделан через полупроводник p- и n-типа. Когда полупроводник помещается в центре между полупроводниками одного типа, такое устройство называется транзисторами.Можно сказать, что транзистор — это комбинация двух диодов, соединенных спина к спине. Транзистор — это устройство, которое регулирует ток или напряжение и действует как кнопка или затвор для электронных сигналов. Транзисторы состоят из трех слоев полупроводникового устройства, каждый из которых может перемещать ток. Полупроводник — это такой материал, как германий и кремний, который проводит электричество «полуинтузиазмом». Это где-то между настоящим проводником, таким как медь, и изолятором (похожим на пластик, обернутый грубо обернутыми проводами).


Обозначение транзистора

Показана схематическая форма транзисторов n-p-n и p-n-p. В схеме соединения используется нарисованная форма. Символ стрелки определяет ток эмиттера. В соединении n-p-n мы идентифицируем поток электронов в эмиттер. Это означает, что из эмиттера течет консервативный ток, как показано исходящей стрелкой. Точно так же можно видеть, что для соединения p-n-p консервативный ток течет в эмиттер, как показано направленной внутрь стрелкой на рисунке.

Transistors Symbols Transistors Symbols Обозначения транзисторов

Существует так много типов транзисторов, каждый из которых различается по своим характеристикам, и каждый имеет свои преимущества и недостатки. Некоторые типы транзисторов используются в основном для коммутации. Остальные могут использоваться как для переключения, так и для усиления. Тем не менее, другие транзисторы относятся к особой группе, например, фототранзисторы, которые реагируют на количество падающего на них света, создавая ток, протекающий через них. Ниже приведен список различных типов транзисторов; мы рассмотрим их характеристики.

Транзистор с биполярным переходом (BJT)

Транзисторы с биполярным переходом — это транзисторы, которые состоят из трех областей: базы, коллектора и эмиттера.Транзисторы с биполярным соединением, различные полевые транзисторы, являются устройствами с регулируемым током. Небольшой ток, поступающий в базовую область транзистора, вызывает гораздо больший ток, протекающий от эмиттера к области коллектора. Биполярные транзисторы бывают двух основных типов: NPN и PNP. NPN-транзистор — это транзистор, в котором основным носителем тока являются электроны. Электрон, текущий от эмиттера к коллектору, формирует основу большей части тока, протекающего через транзистор. Остальные типы заряда — дырки — составляют меньшинство.Транзисторы PNP — наоборот. В транзисторах PNP основной носитель тока — это дырки.

Bipolar Junction Transistor pins Bipolar Junction Transistor pins Контакты биполярного транзистора
Полевой транзистор

Полевые транзисторы состоят из 3 областей: затвора, истока и стока. Различные биполярные транзисторы, полевые транзисторы — это устройства, управляемые напряжением. Напряжение, подаваемое на затвор, управляет током, протекающим от истока к стоку транзистора. Полевые транзисторы имеют очень высокий входной импеданс, от нескольких мегаомов (МОм) до гораздо больших значений.Из-за этого высокого входного импеданса через них проходит очень небольшой ток. (Согласно закону Ома, на ток обратно пропорционально влияет значение импеданса цепи. Если импеданс высокий, ток очень низкий.) Таким образом, оба полевых транзистора потребляют очень небольшой ток от источника питания цепи.

PCBWay PCBWay
Field Effect Transistor Field Effect Transistor Полевой транзистор

Таким образом, это идеальный вариант, поскольку они не нарушают работу силовых элементов исходной схемы, к которым они подключены. Они не приведут к перегрузке источника питания.Недостатком полевых транзисторов является то, что они не обеспечивают такого же усиления, которое можно получить от биполярных транзисторов. Биполярные транзисторы лучше в том, что они обеспечивают большее усиление, хотя полевые транзисторы лучше в том, что они вызывают меньшую нагрузку, дешевле и проще в производстве. Полевые транзисторы бывают двух основных типов: полевые транзисторы JFET и полевые МОП-транзисторы. JFET и MOSFET очень похожи, но MOSFET имеют даже более высокие значения входного импеданса, чем JFET. Это вызывает еще меньшую нагрузку в цепи.

Биполярный транзистор с гетеропереходом (HBT)

Биполярные транзисторы с гетеропереходом AlgaAs / GaAs (HBT) используются для цифровых и аналоговых микроволновых приложений с частотами вплоть до Ku-диапазона. HBT могут обеспечивать более высокие скорости переключения, чем кремниевые биполярные транзисторы, в основном из-за пониженного сопротивления базы и емкости между коллектором и подложкой. Обработка HBT требует менее сложной литографии, чем полевые транзисторы GaAs, поэтому производство HBT бесценно и может обеспечить лучший литографический выход.

Эта технология также может обеспечить более высокое напряжение пробоя и более простое согласование широкополосного импеданса, чем полевые транзисторы на основе GaAs. При оценке Si-транзисторов с биполярным переходом (BJT), HBT демонстрируют лучшее представление с точки зрения эффективности инжекции эмиттера, сопротивления базы, емкости база-эмиттер и частоты среза. Они также обладают хорошей линейностью, низким фазовым шумом и высоким КПД. HBT используются как в прибыльных, так и в высоконадежных приложениях, таких как усилители мощности в мобильных телефонах и лазерные драйверы.

Транзистор Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона, который иногда называют «парой Дарлингтона», представляет собой схему транзистора, состоящую из двух транзисторов. Его изобрел Сидни Дарлингтон. Он похож на транзистор, но имеет гораздо более высокую способность к увеличению тока. Схема может состоять из двух дискретных транзисторов или находиться внутри интегральной схемы. Параметр hfe для транзистора Дарлингтона — это hfe каждого транзистора, умноженные друг на друга. Схема полезна в усилителях звука или в датчике, который измеряет очень небольшой ток, который проходит через воду.Он настолько чувствителен, что может улавливать ток через кожу. Если вы подключите его к куску металла, вы можете построить сенсорную кнопку.

Darlington Transistor Darlington Transistor Транзистор Дарлингтона
Транзистор Шоттки

Транзистор Шоттки представляет собой комбинацию транзистора и диода Шоттки, которая предотвращает насыщение транзистора за счет отклонения крайнего входного тока. Его также называют транзистором с зажимом Шоттки.

Schottky Transistor Schottky Transistor Транзистор Шоттки
Транзистор с несколькими эмиттерами

Транзистор с несколькими эмиттерами — это специализированный биполярный транзистор, часто используемый в качестве входов логических элементов логики транзисторных транзисторов (TTL) NAND.Входные сигналы подаются на излучатели. Ток коллектора перестает течь просто, если все эмиттеры управляются логическим высоким напряжением, таким образом выполняя логический процесс NAND с использованием одного транзистора. Транзисторы с несколькими эмиттерами заменяют диоды DTL и позволяют сократить время переключения и рассеиваемую мощность.

Multi-Emmiter Transistor Multi-Emmiter Transistor Транзистор с несколькими излучателями
МОП-транзистор с двойным затвором

Одной из разновидностей МОП-транзистора, который особенно популярен в некоторых ВЧ-приложениях, является МОП-транзистор с двумя затворами.МОП-транзистор с двойным затвором используется во многих ВЧ и других приложениях, где требуются два управляющих затвора последовательно. МОП-транзистор с двойным затвором по сути является формой МОП-транзистора, в котором два затвора расположены по длине канала один за другим.

Dual Gate Mosfet Dual Gate Mosfet Mosfet с двойным затвором

Таким образом, оба затвора влияют на уровень тока, протекающего между истоком и стоком. Фактически, работа полевого МОП-транзистора с двойным затвором может рассматриваться как работа двух последовательно соединенных полевых МОП-транзисторов. Оба затвора влияют на общую работу MOSFET и, следовательно, на выходной сигнал.МОП-транзистор с двойным затвором может использоваться во многих приложениях, включая ВЧ-смесители / умножители, ВЧ-усилители, усилители с регулировкой усиления и т.п.

Переходный полевой транзистор

Переходный полевой транзистор (JUGFET или JFET) не имеет PN-переходов, но вместо него имеет узкую часть полупроводникового материала с высоким удельным сопротивлением, образующую «канал» кремния N-типа или P-типа. для протекания большинства носителей с двумя омическими электрическими соединениями на каждом конце, обычно называемыми стоком и источником соответственно.Существует две основные конфигурации полевого транзистора с N-каналом JFET и P-канальный JFET. Канал N-канального JFET легирован донорными примесями, что означает, что ток через канал отрицательный (отсюда и термин N-канал) в форме электронов.

Juntion FET Transistor Juntion FET Transistor Переходный транзистор на полевых транзисторах
Лавинный транзистор

Лавинный транзистор — это биполярный переходной транзистор, предназначенный для обработки в области характеристик тока коллектор / коллектор-эмиттер, выходящей за пределы напряжения пробоя коллектор-эмиттер, называемого лавинным область поломки.Эта область характеризуется лавинным пробоем, подобным разряду Таунсенда для газов, и отрицательным дифференциальным сопротивлением. Работа в области лавинного пробоя называется работой в лавинном режиме: она дает лавинным транзисторам возможность переключать очень высокие токи с временем нарастания и спада менее наносекунд (время перехода).

Транзисторы, специально не предназначенные для этой цели, могут иметь достаточно стабильные лавинные свойства; например, 82% образцов 15-вольтового высокоскоростного переключателя 2N2369, изготовленных в течение 12-летнего периода, были способны генерировать лавинообразные импульсы пробоя с временем нарастания 350 пс или меньше, используя источник питания 90 В, как пишет Джим Уильямс.

Диффузионный транзистор

Диффузионный транзистор — это биполярный переходной транзистор (BJT), образованный диффузией легирующих примесей в полупроводниковую подложку. Процесс диффузии был реализован позже, чем процессы соединения сплавов и выращивания соединений для изготовления BJT. Bell Labs разработала первый прототип диффузионных транзисторов в 1954 году. Первоначальные диффузионные транзисторы были транзисторами с диффузной базой. У этих транзисторов все еще были эмиттеры из сплава, а иногда и коллекторы из сплава, как в более ранних транзисторах с переходом из сплава.В подложку распылялась только основа. Иногда коллектор производился из подложки, но в транзисторах, таких как диффузионные транзисторы из микросплавов Philco, подложка составляла основную часть базы.

Применение транзисторов

Соответствующее применение силовых полупроводников требует понимания их максимальных номинальных и электрических характеристик, информация, которая представлена ​​в технических характеристиках устройства. В надлежащей практике проектирования используются пределы, указанные в паспорте, а не информация, полученная из небольших партий образцов.Рейтинг — это максимальное или минимальное значение, ограничивающее возможности устройства. Действия с превышением номинального значения могут привести к необратимой деградации или отказу устройства. Максимальные рейтинги означают экстремальные возможности устройства. Их нельзя использовать в качестве конструктивных обстоятельств.

Характеристика — это мера производительности устройства в отдельных условиях эксплуатации, выраженная минимальными, характеристическими и / или максимальными значениями или отображаемая графически.

Таким образом, это все о том, что такое транзистор, а также о различных типах транзисторов и их применениях.Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию или реализуете проекты в области электротехники и электроники, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция транзистора?

Фото:

Мобильность носителей в полевых транзисторах

1. Введение

Концепция использования электрического поля для модуляции проводимости канала была впервые предложена Лилиенфельдом в 1930-х годах [1]. задолго до его практического изготовления Шокли и др.в 1947 г. [2]. С тех пор полевой транзистор имеет несколько направлений и лежит в основе различных устройств, таких как полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор) [3], полевой МОП-транзистор с двойным затвором [4], полевой транзистор с переходом [5], полевой транзистор с высоким содержанием электронов. транзистор подвижности [6], транзистор с четырьмя затворами [7] и так далее. Тем не менее, наиболее важным параметром для всех этих устройств является подвижность носителя, протекающего внутри канала. Их подвижность, также известная как их способность перемещаться через кристалл, будет определять электрические характеристики устройства.Следовательно, мобильность является важнейшим параметром, и ее хорошее знание имеет первостепенное значение, чтобы, во-первых, понять физику, лежащую в основе механизмов проводимости внутри полупроводниковых устройств, и, во-вторых, иметь возможность моделировать и моделировать отдельный транзистор и, в свою очередь, более сложные схемы. Подвижность полевых транзисторов зависит от различных физических параметров и параметров окружающей среды, которые мы предлагаем исследовать для полевых МОП-транзисторов, изготовленных на кремниевых пластинах (100) и (110).

В разделе 2 кратко рассматривается метод измерения подвижности для различных структур, а в разделе 3 исследуются несколько методов определения параметров проводимости, таких как подвижность слабого поля в p-MOSFET Si (100) и Si (110).Таким образом, его моделирование представлено в разделе 4 для тех же устройств. Результаты, касающиеся влияния направления канала и ориентации пластины на подвижность, исследуются в разделе 5, а влияние температуры сообщается в разделе 6 для Si (110) n-MOSFET. В последнее время устройства на основе большинства носителей, а не меньшинства для генерации тока, показали многообещающие результаты. Методика определения их мобильности представлена ​​в разделе 7 и применяется к p-МОП-транзисторам Si (100) в режиме накопления.Наконец, раздел 8 завершает главу.

2. Экспериментальное измерение подвижности

Знание экспериментальной подвижности носителей, протекающих внутри канала полевого транзистора, необходимо для разработки полупроводниковых устройств и, в свою очередь, электронных схем. Прямое измерение эффективной подвижности μ eff невозможно, но ее вычисление возможно путем измерения тока стока I d — напряжения затвора V g характеристики и емкости C затворного канала как функции напряжения затвора.Обе характеристики могут быть измерены при V d = 100 мВ на транзисторе с большим затвором, по крайней мере, с длиной затвора L и шириной затвора W выше 50 мкм, чтобы обеспечить точное измерение емкости. Электроды подложки, истока и стока заземлены, и измерение емкости выполняется на стороне электрода затвора на относительно низких частотах f от 1 до 100 кГц, чтобы пренебречь последовательными сопротивлениями. Таким образом, инверсионный заряд Q inv на единицу площади рассчитывается из характеристики C — V g

Qinv (Vg) = ∫ − ∞VgC (Vg) dVg.E1

Эффективная подвижность μ eff окончательно рассчитывается из

μeff (Vg) = LWId (Vg) VdQinv (Vg). E2

На этом этапе эффективная подвижность может быть построена как функция плотности несущего слоя путем деления инверсионный заряд Q inv элементарным зарядом q. Его также можно построить как функцию поперечного эффективного электрического поля E eff , которое рассчитывается следующим образом:

Eeff (Vg) = 1εSiε0 [Qdep + ηQinv (Vg)], E3

, где Q dep — обеднение заряд на единицу площади, ε Si — диэлектрическая проницаемость кремния, ε 0 — диэлектрическая проницаемость вакуума, а η — это термин, относящийся к усреднению поперечного электрического поля по распределению носителей внутри канала проводимости .В формуле. (3), заряд Q dep истощения теоретически вычисляется из концентрации легирования N sub канала. Она выражается следующим образом:

, где

— это объемная энергия Ферми. В формуле. В (5) k B — постоянная Больцмана, T — температура в Кельвинах, а n i — собственная концентрация носителей заряда. Takagi et al. [8] экспериментально подтвердили, что в формуле. (3), η равно 1/3 для дырок и 1/2 для электрона на пластинах Si (100) [9].Что касается пластин Si (110), η обычно принимается равным 1/3 как для дырки [3,10], так и для электрона [11].

В отличие от объемных транзисторов, для которых методология была описана ранее, подложка транзисторов, изготовленных на пластинах кремний на изоляторе (КНИ), иногда недоступна, а затем не может быть заземлена. Задний затвор не может быть смещен и может быть плавающим, пока приложенное напряжение затвора достаточно велико, чтобы пренебречь воздействием заднего затвора [12]. Выражение заряда истощения Q dep по формуле.(4) необходимо переставить в формулу. (3) поскольку скрытый оксид предотвращает расширение истощения. Если истощение распространяется глубже, чем скрытый оксид, Q dep задается qN sub t SOI , где t SOI — толщина слоя SOI.

В случае устройств, в которых используются основные носители, а не неосновные, такие как транзисторы с накопительным режимом, которые будут изучены в разделе 7, весь слой КНИ нейтрален, когда формируется накопительный слой.Заряд истощения Q dep в уравнении. (3) должно быть удалено, и расчет включает единственную плату за накопление Q согласно [13, 14]. Уравнения. (3) и (4) переписываются следующим образом:

μeff (Vg) = LWId (Vg) VdQacc (Vg) E6

и

Eeff (Vg) = ηQacc (Vg) εSiε0.E7

3. Методы извлечения подвижности

Знание параметров проводимости — это usefu

All Transistors. Техническая спецификация. Поиск по перекрестным ссылкам. База данных транзисторов.

BJT TOP50: 2N2222 | 2N3055 | BC547 | 2N3904 | 2N2222A | BC107 | C945 | BC548 | BD139 | 8050 | S8050 | BC557 | BC337 | TIP31 | D882 | AC128 | BC108 | S9014 | C1815 | BD140 | 2N3906 | S8550 | 8550 | 2SC945 | 2SC5200 | BC547B | 2N5551 | MJE13003 | 9014 | BC549 | BC148 | TIP122 | 9013 | 2N2907 | BC558 | BC327 | C102 | A733 | 2SC1815 | 2N60C | 2N222 | 2N4401 | BC109 | BD135 | S9013 | BC546 | A1015 | 9012 | 431 | 2N3773 |

MOSFET TOP30: IRF3205 | IRFZ44N | IRF740 | IRF540 | IRF840 | BS170 | IRFZ44 | IRF640 | IRF540N | 2N7000 | IRF630 | IRFP460 | IRFZ46N | IRF530 | IRF1404 | IRF3710 | IRFZ34N | IRFP250 | BUZ11 | RFP50N06 | IRF520 | IRFP450 | IRFB3306 | IRF510 | IRF830 | 2N5484 | IRF730 | IRF150 | STF5N52U | IRF2807 |

IGBT TOP15: IRGP4086 | CT60AM-18F | FGPF4633 | G40N60B3 | IRG7IC28U | G20N60B3D | IXGR40N60C2D1 | G7N60C3D | РДЖП30х2ДПД | ИКВ50Н60х4 | 10Н40Ф1Д | GT60M303 | ФГх50Н60СФД | IRG4BC30W-S | IRG4PC50UD |

КУПИТЬ ТРАНЗИСТОРЫ

Выбор замены биполярного транзистора

Материал =

Структура =

Pc> W

Vcb> V

Vce> V

Веб> В

Ic> А

Tj> C

футов> МГц

куб.см пФ

Hfe>

Caps =

R1 = кОм

R2 = кОм

R1 / R2 =

Пустые или нулевые поля при поиске игнорируются!

Как выбрать замену биполярному транзистору 🔗

ИТОГО: 124323 транзисторов


Back to Top

PPT — Транзисторы PowerPoint Presentation, скачать бесплатно

  • Транзисторы • История • Типы транзисторов • BJT: Биполярный (переходный) транзистор — это трехконтактное электронное устройство, построенное из легированного полупроводникового материала, которое может использоваться для усиления или переключения Области применения • Полевой транзистор: Полевой транзистор (FET) использует электрическое поле для управления формой и, следовательно, проводимостью канала одного типа носителя заряда в полупроводниковом материале • Силовые транзисторы

  • Что такое транзистор ? • Транзистор — это электронное устройство, • состоящее из слоев полупроводника, • материала, который регулирует ток или • напряжение, и действует как переключатель или затвор • для электронной схемы.

  • История транзистора • Джон Пирс — руководил группой Bell Labs, которая построила первый транзистор (1947 г.) • Первый твердотельный транзистор — (1951 г.) Гордон К. Тил (слева) и Морган Спаркс в Bell Laboratories, 1951 • Акио Морита, основавший новую компанию Sony Electronics по массовому производству крошечных транзисторных радиоприемников (1961 г.)

  • Процессор был разработан в соответствии с законом Мура

  • Приложения • Коммутация • Усиление • Осциллирующие цепи • Датчики

  • Состоит из полупроводников N- и P-типа • Полупроводник N-типа имеет избыток электронов • — Легированный примесью с большим количеством валентных электронов, чем кремний Полупроводник P-типа имеет дефицит электронов (дырки) • — Легированный с примесью с меньшим количеством валентных электронов, чем у кремния

  • PN-переход (базовый диод): • — Введение полупроводников P и N в контакт • P Тип N Тип • — Создание зоны истощения

  • Обратное смещение => Нет тока Прямое смещение => Ток • Подача напряжения на анод увеличивается • Напряжение барьера и предотвращается прохождение тока • • Подача напряжения на катод • Барьерное напряжение на аноде пропускает ток

  • Типы транзисторов NPN: транзистор, в котором большинство носителей тока — электроны. Основными носителями тока в транзисторе PNP являются отверстия

  • Работа транзистора

  • Контрольные вопросы для Калифорнии • В качестве усилителя используется транзисторная схема.Когда сигнал подается на вход транзистора, выходной сигнал имеет меньшую амплитуду. • B равной амплитуды. • C большая амплитуда. • Нулевая амплитуда D. C: коллектор и эмиттер будут усиливать выходной сигнал со входа Bias.

  • Контрольные вопросы для Калифорнии • Транзистор классифицируется как полупроводник, потому что: • Транзистор проводит электричество. • В транзисторе увеличивается амплитуда. • Транзистор увеличивает частоту.• D преднамеренное введение примесей в чрезвычайно чистый кремний или германий. • D намеренное введение примесей в чрезвычайно чистый кремний или германий.

  • Резюме • Транзисторы состоят из трех частей — базы, коллектора и эмиттера. • Полупроводящие материалы делают возможным создание транзистора. • Существует два основных типа транзисторов: переходные транзисторы и полевые транзисторы. • Полевой транзистор имеет только два слоя полупроводникового материала, один поверх другого

  • .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *