где применяются, область использования транзисторов
Полупроводниковый транзистор – радиоэлемент, изготавливаемый из полупроводникового материала, чаще всего кремния. Основное назначение транзистора – управление током в электрической цепи. Транзистор управляет током на выходе пропорционально изменению силы входного тока и величины входного напряжения, причем при незначительном изменении входных параметров при определенных условиях можно добиться существенного усиления выходного сигнала. Поэтому полупроводниковые транзисторы часто применяются в усилительных схемах.
Области, где используются транзисторы, зависят от технических характеристик последних. Транзисторы разного конструктивного исполнения рассчитаны на работу в ключевом или усилительном режимах.
Применение транзисторов
Транзисторы востребованы практически во всех отраслях народного хозяйства. Минимализация габаритов этих приборов обеспечивает рост быстродействия электронных компонентов при снижении количества потребляемой энергии и выделения тепла.
Производство слуховых аппаратов
Благодаря практическому применению усиливающих свойств полупроводникового транзистора, стало возможным создание для слухового аппарата мощного микрофона с миниатюрными размерами.
Принцип работы слухового аппарата:
- звуковые волны, попадая на микрофон, преобразуются в электрический сигнал;
- транзистор усиливает поступивший на него электрический сигнал;
- усиленный электрический импульс преобразуется в акустический сигнал, и владелец слухового аппарата получает доступ к звуковой информации.
Производство компьютеров и калькуляторов
Полупроводниковые транзисторы используются во всех электронных компонентах компьютеров и калькуляторов. Они находятся в составе материнских плат, процессоров, карт расширения, периферийных устройств. Системы обработки, передачи и защиты данных – одни из основных областей, где применяются полупроводниковые транзисторы.
Транзисторы, работающие в ключевом режиме, используются для защиты программ от взлома и предотвращения кражи информации. Управление силой тока – аналоговое, регулирование – с помощью ширины импульса.
Транзисторы Дарлингтона (сборного типа)
Это составной транзистор, состоящий из двух или нескольких биполярных транзисторов, расположенных на одном монокристалле и заключенных в общий корпус. В высоковольтной электронике используются составные гибридные транзисторы IGBT, в состав которых входят биполярные и полевые модели. Основное назначение транзистора сборного типа – получение высокомощного сигнала в электрической цепи. Однако из-за низкого быстродействия они эффективны только в низкочастотной аппаратуре.
Силовые преобразователи инверторного типа
Где применяются транзисторы — видео
В этой статье мы только кратко перечислили области применения полупроводниковых транзисторов, присутствующих практически во всех электронных компонентах современных приборов и аппаратов. Более того, без этих радиоэлементов были бы невозможны достижения современной микроэлектроники, полеты в космос, создание систем наземного и воздушного наблюдения, связи, радиолокации и многих других.
Была ли статья полезна?
Да
Нет
Оцените статью
Что вам не понравилось?
Другие материалы по теме
Анатолий Мельник
Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.
ЧТО ТАКОЕ ТРАНЗИСТОР
Транзистор — главный компонент в любой электрической схеме. Эта статья именно о них и написана для начинающих радиолюбителей. Транзистор — своего рода усилительный ключ, принцип работы похож на тиристора. Без транзисторов в электронике никак не обойтись, на них собирают буквально все — простейшие мигалки, транзисторные усилители мощности низкой частоты, радиоприемники и передатчики, телевизионная и видео аппаратура и многие другие устройства. Транзисторами можно увеличить или снизить первоначальное напряжения источника питания, если они используются в схемах преобразователей.Сам транзистор — полупроводниковый прибор, в основном кристалл транзистора делают из кремния или германия. Транзисторы бывают двух видов — однополярные и двухполярные, соответственно полевые и биполярные. По проводимости тоже бывают двух видов — транзисторы прямой проводимости (п — н — п) и транзисторы обратной проводимости (н — п — н). Н -П — от латыни негатив и позитив. На схемах легко можно отличить какой проводимости транзистор использован — если стрелка эмиттера входит в транзистор, значит он прямой проводимости, если же выходит из транзистора, значит транзистор имеет обратную проводимость тока.
Для работы транзистора на базу подают маленький ток, впоследствии которого транзистор открывается и может пропустить более большой ток через эмиттер — коллектор, то есть подавая сравнительно маленький ток на базу мы можем управлять более большим токам. Иными словами, прилагая лёгкое усилие поворачивая водопроводный кран, мы управляем мощным потоком воды. Транзистор может находится в двух состояниях, он открыт — когда на базу подано напряжение (рабочее состояние транзистора) и закрыт, когда ток не течет на базу (состояние покоя транзистора).
По рабочей частоте часто всего используют низкочастотные и высокочастотные транзисторы. Низкочастотные транзисторы применяют для силовых цепей преобразователей напряжения, усилителей мощности в блоках питания и так далее. Низкочастотные транзисторы как правило бывают большей мощности. Высокочастотные транзисторы работающие на частотах в несколько гигагерц тоже применяются очень часто. В основном они нашли широкое применения в радиоприёмной и передающей аппаратуре, в усилителях высокой частоты и во многих других приборах. Такие транзисторы имеют сравнительно маленькую мощность, они незаменимы в области радиоприема и передачи.
Транзисторы бывают самых разных форм и размеров — от невидимого для человеческих глаз чип элементов для поверхностного монтажа, до мегамощных транзисторов размером с дом.
Последние могут иметь мощность до сотни мегаватт, их в основном используют в электростанциях и на заводах. Для лучшей проводимости тока по контактам транзистора высокой частоты часто наносят тонкий слой золота или серебра, но в последнее время такие транзисторы встречаются очень редко, в основном такие транзисторы использовались в радиоаппаратуре времен советского союза. Новичкам уверен данный материал помог разобраться что к чему и прояснить вопросы по транзисторам — Артур Касьян (АКА).
Форум по теории
Обсудить статью ЧТО ТАКОЕ ТРАНЗИСТОР
Виды транзисторов и область их применения. Общие сведения
Здравствуйте, дорогие читатели. В данной статье рассмотрим виды транзисторов и область их применения. И так…
Транзистор, это радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи. Это позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем.
Виды транзисторов
О том что такое транзистор, читайте в статье «Что означает слово транзистор? Назначение и устройство.» Здесь лишь отметим, в большинстве применений транзисторы заменили собой вакуумные лампы, свершилась настоящая кремниевая революция в создании интегральных микросхем. Так, сегодня в аналоговой технике чаще используют биполярные транзисторы, а в цифровой технике — преимущественно полевые.
Устройство и принцип действия полевых и биполярных транзисторов — это так же темы отдельных статей, поэтому останавливаться на данных тонкостях не будем, а рассмотрим предмет с чисто практической точки зрения на конкретных примерах.
Полевые и биполярные транзисторы
По технологии изготовления транзисторы подразделяются на два типа: полевые и биполярные. Биполярные в свою очередь делятся по проводимости на n-p-n – транзисторы обратной проводимости, и p-n-p – транзисторы прямой проводимости. Полевые транзисторы бывают, соответственно, с каналом n-типа и p-типа. Затвор полевого транзистора может быть изолированным (IGBT-транзисторы) или в виде p-n-перехода. IGBT-транзисторы бывают со встроенным каналом или с индуцированным каналом.
Виды транзисторов, p–n–p и n–p–n проводимость
Области применения транзисторов определяются их характеристиками, а работать транзисторы могут в двух режимах: в ключевом или в усилительном. В первом случае транзистор в процессе работы или полностью открыт или полностью закрыт, что позволяет управлять питанием значительных нагрузок, используя малый ток для управления. А в усилительном, или по-другому — в динамическом режиме, используется свойство транзистора изменять выходной сигнал при малом изменении входного, управляющего сигнала. Далее рассмотрим примеры различных транзисторов.
2N3055 – биполярный n-p-n-транзистор в корпусе ТО-3
Популярен в качестве элемента выходных каскадов высококачественных звуковых усилителей, где он работает в динамическом режиме. Как правило, используется совместно с комплементарным p-n-p собратом MJ2955. Данный транзистор может работать и в ключевом режиме, например в трансформаторных НЧ инверторах 12 на 220 вольт 50 Гц, пара 2n3055 управляет двухтактным преобразователем.
Примечательно, что напряжение коллектор-эмиттер для данного транзистора в процессе работы может достигать 70 вольт, а ток 15 ампер. Корпус ТО-3 позволяет удобно закрепить его на радиатор в случае необходимости. Статический коэффициент передачи тока — от 15 до 70, этого достаточно для эффективного управления даже мощными нагрузками, при том, что база транзистора выдерживает ток до 7 ампер. Данный транзистор может работать на частотах до 3 МГц.
КТ315 — легенда среди отечественных биполярных транзисторов малой мощности
Данный транзистор n-p-n – типа впервые увидел свет 1967 году, и по сей день пользуется популярностью в радиолюбительской среде. Комплементарной парой к нему является КТ361. Идеален для динамических и ключевых режимов в схемах малой мощности.
При максимально допустимом напряжении коллектор-эмиттер 60 вольт, этот высокочастотный транзистор способен пропускать через себя ток до 100 мА, а граничная частота у него не менее 250 МГц. Коэффициент передачи тока достигает 350, при том, что ток базы ограничен 50 мА.
Изначально транзистор выпускался только в пластмассовом корпусе KT-13, 7 мм в ширину и 6 мм высотой, но в последнее время можно его встретить и в корпусе ТО-92.
КП501 — полевой n-канальный транзистор малой мощности с изолированным затвором
Имеет обогащенный n-канал, сопротивление которого составляет от 10 до 15 Ом, в зависимости от модификации (А,Б,В). Предназначен данный транзистор, как его позиционирует производитель, для использования в аппаратуре связи, в телефонных аппаратах и другой радиоэлектронной аппаратуре.
Этот транзистор можно назвать сигнальным. Небольшой корпус ТО-92, максимальное напряжение сток-исток — до 240 вольт, максимальный ток стока — до 180 мА. Емкость затвора менее 100 пф. Особенно примечательно то, что пороговое напряжение затвора составляет от 1 до 3 вольт, что позволяет реализовать управление с очень-очень малыми затратами. Идеален в качестве преобразователя уровней сигналов.
irf3205 – n-канальный полевой транзистор, изготовленный по технологии HEXFET
Популярен в качестве силового ключа для повышающих высокочастотных инверторов, например автомобильных. Посредством параллельного включения нескольких корпусов представляется возможность построения преобразователей, рассчитанных на значительные токи.
Максимальный ток для одного такого транзистора достигает 75А (ограничение вносит конструкция корпуса ТО-220), а максимальное напряжение сток-исток составляет 55 вольт. Сопротивление канала при этом всего 8 мОм. Емкость затвора в 3250 пф требует применения мощного драйвера для управления на высоких частотах, но сегодня это не является проблемой.
FGA25N120ANTD мощный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT-транзистор)
Способен выдержать напряжение сток-исток 1200 вольт, максимальный ток стока составляет 50 ампер. Особенность изготовления современных IGBT-транзисторов такого уровня позволяет отнести их к классу высоковольтных.
Область применения — силовые преобразователи инверторного типа, такие как индукционные нагреватели, сварочные аппараты и другие высокочастотные преобразователи, рассчитанные на питание высоким напряжением. Идеален для мощных мостовых и полумостовых резонансных преобразователей, а также для работы в условиях жесткого переключения, имеется встроенный высокоскоростной диод.
Рекомендации по эксплуатации транзисторов
Значения большинства параметров транзисторов зависят от реального режима работы и температуры, причем с увеличением температуры параметры транзисторов могут меняться. В справочнике приведены, как правило, типовые (усредненные) зависимости параметров транзисторов от тока, напряжения, температуры, частоты и т. п.
Для обеспечения надежной работы транзисторов необходимо принимать меры, исключающие длительные электрические нагрузки, близкие к предельно допустимым. Например заменять транзистор на аналогичный но меньшей мощности не стоит, это касается не только мощностей, но и других параметров транзистора. В некоторых случаях для увеличения мощности транзисторы можно включать параллельно, когда эмиттер соединяется с эмиттером, коллектор с коллектором и база – с базой. Перегрузки могут быть вызваны разными причинами, например от перенапряжения, для защиты от перенапряжения часто применяют быстродействующие диоды.
Что касается нагрева и перегрева транзисторов, температурный режим транзисторов не только оказывает влияние на значение параметров, но и определяет надежность их эксплуатации. Следует стремиться к тому, чтобы транзистор при работе не перегревался, в выходных каскадах усилителей транзисторы обязательно нужно ставить на большие радиаторы. Защиту транзисторов от перегрева нужно обеспечивать не только во время эксплуатации, но и во время пайки. При лужении и пайке следует принимать меры, исключающие перегрев транзистора, транзисторы во время пайки желательно держать пинцетом, для защиты от перегрева.
Мы рассмотрели здесь только несколько видов транзисторов, и это лишь мизерная часть из обилия моделей электронных компонентов, представленных на рынке сегодня.
Так или иначе, вы с легкостью сможете подобрать подходящий транзистор для своих целей. Документация на них доступна сегодня в сети в виде даташитов, в которых исчерпывающе представлены все характеристики. Типы корпусов современных транзисторов различны, и для одной и той же модели зачастую доступны как SMD исполнение, так и выводное.
Видео, виды транзисторов
Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!
[wysija_form id=»1″]
Схема, принцип работы, характеристики биполярных транзисторов
Биполярные транзисторы – электронные полупроводниковые приборы, отличающиеся от полевых способом переноса заряда. В полевых (однополярных) транзисторах, используемых в основном в цифровых устройствах, заряд переносится или дырками, или электронами. В биполярных же в процессе участвуют и электроны, и дырки. Биполярные транзисторы, как и другие типы транзисторов, в основном используются в качестве усилителей сигнала. Применяются в аналоговых устройствах.
Особенности устройства биполярного транзистора
Биполярный транзистор включает в себя три области:
- эмиттер;
- базу – очень тонкую, которая изготавливается из слаболегированного полупроводника, сопротивление этой области высокое;
- коллектор – его область больше по размерам, чем область эмиттера.
К каждой области припаяны металлоконтакты, служащие для подсоединения прибора в электроцепь.
Электропроводность коллектора и эмиттера одинакова и противоположна электропроводности базы. В соответствии с видом проводимости областей, различают p-n-p или n-p-n приборы. Устройства являются несимметричными из-за разницы в площади контакта – между эмиттером и базой она значительно ниже, чем между базой и коллектором. Поэтому К и Э поменять местами путем смены полярности невозможно.
Принцип работы биполярного транзистора
Этот тип транзистора имеет два перехода:
- электронно-дырочный между эмиттером и базой – эмиттерный;
- между коллектором и базой – коллекторный.
Дистанция между переходами маленькая. Для высокочастотных деталей она составляет менее 10 мкм, для низкочастотных – до 50 мкм. Для активации прибора на него подают напряжение от стороннего ИП. Принцип действия биполярных транзисторов с p-n-p и n-p-n переходами одинаков. Переходы могут функционировать в прямом и обратном направлениях, что определяется полярностью подаваемого напряжения.
Режимы работы биполярных транзисторов
Режим отсечки
Переходы закрыты, прибор не работает. Этот режим получают при обратном подключении к внешним источникам. Через оба перехода протекают обратные малые коллекторные и эмиттерные токи. Часто считается, что прибор в этом режиме разрывает цепь.
Активный инверсный режим
Является промежуточным. Переход Б-К открыт, а эмиттер-база – закрыт. Ток базы в этом случае значительно меньше токов Э и К. Усиливающие характеристики биполярного транзистора в этом случае отсутствуют. Этот режим востребован мало.
Режим насыщения
Прибор полностью открыт. Оба перехода подключаются к источникам тока в прямом направлении. При этом снижается потенциальный барьер, ограничивающий проникновение носителей заряда. Через эмиттер и коллектор начинают проходить токи, которые называют «токами насыщения».
Схемы включения биполярных транзисторов
В зависимости от контакта, на который подается источник питания, различают 3 схемы включения приборов.
С общим эмиттером
Эта схема включения биполярных транзисторов обеспечивает наибольшее увеличение вольтамперных характеристик (ВАХ), поэтому является самой востребованной. Минус такого варианта – ухудшение усилительных свойств прибора при повышении частоты и температуры. Это означает, что для высокочастотных транзисторов рекомендуется подобрать другую схему.
С общей базой
Применяется для работы на высоких частотах. Уровень шумов снижен, усиление не очень велико. Каскады приборов, собранные по такой схеме, востребованы в антенных усилителях. Недостаток варианта – необходимость в двух источниках питания.
С общим коллектором
Для такого варианта характерна передача входного сигнала обратно на вход, что существенно уменьшает его уровень. Коэффициент усиления по току – высокий, по напряжению – небольшой, что является минусом этого способа. Схема приемлема для каскадов приборов в случаях, если источник входного сигнала обладает высоким входным сопротивлением.
Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?
- Материал, из которого он изготовлен, – арсенид галлия или кремний.
- Частоту. Она может быть – сверхвысокая (более 300 МГц), высокая (30-300 МГц), средняя – (3-30 МГц), низкая (менее 3 МГц).
- Максимальную рассеиваемую мощность.
Была ли статья полезна?
Да
Нет
Оцените статью
Что вам не понравилось?
Анатолий Мельник
Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.
Биполярные транзисторы. For dummies / Хабр
Предисловие
Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.
Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.
Необходимые пояснения даны, переходим к сути.
Транзисторы. Определение и история
Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)
Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.
Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.
Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.
В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.
Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.
И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.
Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики
Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.
Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.
Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».
Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.
Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.
Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.
Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.
Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.
Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.
Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.
Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.
Также параметрами биполярного транзистора являются:
- обратный ток коллектор-эмиттер
- время включения
- обратный ток колектора
- максимально допустимый ток
Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.
Режимы работы биполярного транзистора
Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.
- Инверсный активный режим. Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
- Режим насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
- Режим отсечки. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
- Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.
Схемы включения биполярных транзисторов
Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.
Схема включения с общим эмиттером
Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.
Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.
Схема включения с общей базой
Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.
В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.
Схема включения с общим коллектором
Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.
Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала
Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.
В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.
Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).
Два слова о каскадах
Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.
Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо wrewolf за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.
Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).
Другие области применения биполярных транзисторов
Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.
Маркировка
Поскольку статья уже разрослась до неприлично большого объема, то в этом пункте я просто дам две хорошие ссылки, по которым подробно расписаны основные системы маркировки полупроводниковых приборов (в том числе и транзисторов): http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html и файл .xls (35 кб) .
Список источников:
http://ru.wikipedia.org
http://www.physics.ru
http://radiocon-net.narod.ru
http://radio.cybernet.name
http://dvo.sut.ru
Полезные комментарии:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173
Значение слова ТРАНЗИСТОР. Что такое ТРАНЗИСТОР?
Транзи́стор (англ. transistor), полупроводнико́вый трио́д — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем. Транзисторами также называются дискретные электронные приборы, которые, выполняя функцию одиночного транзистора, имеют в своем составе много элементов, конструктивно являясь интегральной схемой, например составной транзистор или многие транзисторы большой мощности.Транзисторы по структуре, принципу действия и параметрам делятся на два класса — биполярные и полевые (униполярные). В биполярном транзисторе используются полупроводники с обоими типами проводимости, он работает за счет взаимодействия двух, близко расположенных на кристалле, p-n переходов и управляется изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом вывод эмиттера всегда является общим для управляющего и выходного токов. В полевом транзисторе используется полупроводник только одного типа проводимости, расположенный в виде тонкого канала на который воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора, управление осуществляется изменением напряжения между затвором и истоком. Полевой транзистор, в отличие от биполярного, управляется напряжением, а не током. В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). В цифровой технике, в составе микросхем (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми. В 1990-е годы был разработан новый тип гибридных биполярно-полевых транзисторов — IGBT которые сейчас широко применяются в силовой электронике.
В 1956 году за изобретение биполярного транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике. К 1980-м годам транзисторы, благодаря своей миниатюрности, экономичности, устойчивости к механическим воздействиям и невысокой стоимости практически полностью вытеснили электронные лампы из малосигнальной электроники. Благодаря своей способности работать при низких напряжениях и значительных токах, транзисторы позволили уменьшить потребность в электромагнитных реле и механических переключателях в оборудовании, а благодаря способности к миниатюризации и интеграции позволили создать интегральные схемы, заложив основы микроэлектроники. С 1990-х в связи с появлением новых мощных транзисторов, стали активно вытесняться электронными устройствами трансформаторы, электромеханические и тиристорные ключи в силовой электротехнике, начал активно развиваться Частотно-регулируемый привод и инверторные преобразователи напряжения.
На принципиальных схемах транзистор обозначается «VT» или «Q». До 1970-х гг. в русскоязычной литературе и документации также применялись обозначения «Т», «ПП» (полупроводниковый прибор) или «ПТ» (полупроводниковый триод).
Что такое транзистор? | Живая наука
Транзисторы — это крошечные переключатели, которые могут активироваться электрическими сигналами. Они являются основными строительными блоками микрочипов и примерно определяют разницу между электрическими и электронными устройствами. Они пронизывают очень многие аспекты нашей повседневной жизни, начиная от пакетов с молоком и заканчивая ноутбуками, демонстрируя, насколько они полезны.
Как работает транзистор?
Традиционный механический переключатель включает или отключает поток электричества, физически соединяя (или отсоединяя) два конца провода.В транзисторе сигнал указывает устройству либо проводить, либо изолировать, тем самым разрешая или запрещая ток электричества. Это свойство действовать как изолятор в одних обстоятельствах и как проводник в других является уникальным для особого класса материалов, известных как «полупроводники».
Прежде чем мы углубимся в секрет того, как работает это поведение и как оно используется, давайте разберемся, почему эта триггерная способность так важна.
Утилита переключателя, запускаемого сигналом
Первыми переключателями, запускаемыми сигналом, были реле.Реле использует электромагнит для переключения магнитного переключателя. Здесь мы видим два стиля реле: первый, в котором сигнал включает переключатель; другой, где сигнал выключает выключатель:
Relay (Изображение предоставлено Робертом Кулманом)Чтобы понять, как переключатели, активируемые сигналом, позволяют выполнять вычисления, сначала представьте себе батарею с двумя переключателями и лампочкой. Есть два способа подключить их. В серии оба переключателя должны быть включены, чтобы свет включился. Это называется поведением «логическое И»:
Переключатель «Логическое И» (Изображение предоставлено Робертом Кулманом)Параллельно один или оба переключателя должны быть включены, чтобы загорелся свет.Это называется поведением «логическое ИЛИ»:
Переключатель «Логическое ИЛИ» (Изображение предоставлено Робертом Кулманом)Что, если мы хотим, чтобы свет загорелся , , если , любой из переключателей включен, но выключен, , если оба переключаются или включены? Такое поведение называется «логическим исключающим ИЛИ» от «исключающее ИЛИ». В отличие от AND и OR, невозможно, добиться поведения XOR с использованием переключателей включения / выключения… то есть, если у нас нет каких-либо средств запуска переключателя с помощью сигнала от другого переключателя.Вот схема реле, которая выполняет поведение XOR:
Переключатель «Boolean XOR» (Изображение предоставлено Робертом Кулманом)Понимание того, что поведение XOR — это то, что позволяет нам «переносить 10» при выполнении сложения, становится ясно, почему срабатывает сигнал переключатели так важны для вычислений. Подобные схемы могут быть созданы для всех видов вычислений, включая сложение, вычитание, умножение, деление, преобразование между двоичным (основание 2) и десятичным (основание 10) и т. Д. Единственное ограничение нашей вычислительной мощности — это то, сколько переключателей, запускаемых сигналом, мы можем использовать.С помощью этого метода все калькуляторы и компьютеры достигают своей мистической силы.
За счет обратного зацикливания сигналов некоторые виды памяти также становятся возможными с помощью переключателей, запускаемых сигналом. Хотя этот метод хранения информации уступил место магнитным и оптическим носителям, он по-прежнему важен для некоторых современных компьютерных операций, таких как кэш.
Релейные компьютеры
Хотя реле использовались с момента открытия электромагнита в 1824 году — особенно после изобретения телеграфа в 1837 году — они не использовались для вычислений до 20 века.Известные релейные компьютеры включали Z1 — Z3 (1938-1941) и Harvard Marks I и II (1944 и 1947). Проблема с реле в том, что их электромагниты потребляют много энергии, и вся потраченная впустую энергия превращается в тепло. Для этого релейным компьютерам требуется интенсивное охлаждение. Кроме того, в реле есть движущиеся части, поэтому они подвержены поломке.
Вакуумные лампы
Преемником реле стала вакуумная лампа. Вместо того, чтобы полагаться на магнитный переключатель, эти лампы полагались на «термоэлектронный эффект» и напоминали тусклые лампочки.Вакуумные лампы разрабатывались параллельно с лампами накаливания в 19 веке и впервые были использованы в усилительной цепи в 1906 году. Несмотря на отсутствие движущихся частей, их нити работали только до того, как сгорели, а их герметичная стеклянная конструкция была склонна к другим факторам. средство отказа.
Понять, как усиливается вакуумная лампа, так же просто, как понять, что динамик — это не более чем кусок ткани, который движется вперед и назад в зависимости от того, включены ли провода позади него.Мы можем использовать маломощный сигнал для управления очень большим динамиком, если мы подадим сигнал в переключатель, срабатывающий по сигналу. Поскольку электронные лампы работают намного быстрее реле, они могут не отставать от частот включения / выключения, используемых в человеческой речи и музыке.
Первым программируемым компьютером, использующим электронные лампы, был Колосс 1943 года, построенный для взлома кодов во время Второй мировой войны. В нем было более 17 000 ламп. Позже ENIAC 1946 года стал первым электронным компьютером, способным решать большой класс числовых задач, также имеющим около 17 000 ламп.В среднем трубка выходила из строя каждые два дня, и на ее поиск и замену уходило 15 минут.
Наконец-то транзисторы!
Транзисторы (портмоне « trans mitter» и «res istor ») основаны на причуде квантовой механики, известной как «электронная дырка». Дырка — это отсутствие электрона в месте, где он мог бы существовать в полупроводниковом материале. Путем подачи электрического сигнала на транзистор создаются электрические поля, заставляющие дырки и электроны меняться местами.Это позволяет областям транзистора, которые обычно изолируют, проводить (или наоборот). Все транзисторы полагаются на это свойство, но разные типы транзисторов используют его разными способами.
Первый «точечный» транзистор появился в 1947 году благодаря работам Джона Бардина, Уолтера Браттейна и Уильяма Шокли. Имейте в виду, что электрон был открыт только в 1878 году, а первая квантовая гипотеза Макса Планка была выдвинута только в 1900 году. Кроме того, высококачественные полупроводниковые материалы стали доступны только в 1940-х годах.
Точечные транзисторы вскоре были заменены транзисторами с «биполярным переходом» (BJT) и транзисторами с «полевым эффектом» (FET). И BJT, и FET используют практику, известную как «допинг». При легировании кремния бором образуется материал с большим количеством электронных дырок, известный как кремний P-типа. Точно так же легирование кремния фосфором создает материал с большим количеством электронов, известный как кремний «N-типа». Биполярный транзистор состоит из трех чередующихся слоев кремния, поэтому имеет конфигурацию «PNP» или «NPN».Полевой транзистор изготавливается путем вытравливания двух ямок кремния одного типа в канал другого, таким образом, он имеет конфигурацию «n-канал» или «p-канал». PNP-транзисторы и n-канальные транзисторы функционируют аналогично реле и лампам «сигнал включает»; Аналогично, NPN-транзисторы и p-канальные транзисторы работают аналогично реле и лампам, работающим по принципу «сигнал выключает».
Транзисторы были более изучены, чем электронные лампы; настолько, что еще ни одна технология не превзошла их; они все еще используются сегодня.
Интегральные схемы и закон Мура
Первый транзисторный компьютер был построен в 1953 году Манчестерским университетом с использованием 200 точечных транзисторов, что во многом напоминает более ранние релейные и электронные компьютеры. Такой способ подключения отдельных транзисторов вскоре вышел из практики благодаря тому, что BJT и FET могут быть изготовлены в интегральных схемах (IC). Это означает, что единый блок кристаллического кремния можно обрабатывать особыми способами, чтобы увеличить количество транзисторов с уже установленной проводкой.
Первая ИС была построена в 1971 году. С этого года транзисторы становились все меньше и меньше, так что количество, помещаемое в ИС, удваивалось примерно каждые два года, эта тенденция получила название «закона Мура». За время, прошедшее с того момента и по настоящее время, компьютеры практически стали частью современной жизни. ИС, произведенные в 2013 году (в частности, центральные процессоры для компьютеров), содержат примерно 2 миллиарда транзисторов, каждый размером 22 нанометра. Закон Мура, наконец, прекратит свое действие, как только транзисторы не станут меньше.Предполагается, что эта точка будет достигнута, когда транзисторы достигнут размера примерно 5 нм примерно к 2020 году.
.Что такое транзистор и почему это важно
Что такое транзистор
Во-первых, слово «транзистор» представляет собой комбинацию слов «передача» и «резистор». Они были задуманы в начале прошлого века (1925 год в Канаде Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом), но первый настоящий транзистор был построен примерно в 1934 году в Германии. Таким образом, это был эксперимент, и немецкий изобретатель Оскар Хейл создал всего несколько транзисторов для изучения эффектов. Он никогда не удосужился официально опубликовать свои открытия или попытаться найти средства для их массового производства, но они действительно помогли в его исследованиях.
Первый транзистор для массового производства был создан Гордоном Тилом из Texas Instruments в 1954 году. Тил был экспертом в выращивании металлических кристаллов высокой чистоты. Работа Тила заложила основу для массового производства транзисторов, и многие из его открытий используются до сих пор.
Что делает транзистор?
Транзисторы выполняют две функции. Они действуют как переключатели или как усилители.
Концепция транзистора как переключателя довольно проста; он либо включен, либо выключен.Транзистор, действующий как переключатель, пропускает электрический ток или нет. Этот поток всегда представляет собой постоянную величину тока, никогда не превышающую или меньшую, чем величина на стороне источника цепи.
Транзистор в качестве усилителя позволяет измерять поток электричества. В качестве усилителя транзистор может пропускать переменное количество электричества из одной точки в другую. Действуя как усилитель, транзистор может питать аудиосистему для воспроизведения музыки или звука через динамики.
Для того, чтобы транзистор работал как переключатель или усилитель, он должен иметь возможность управлять количеством электричества, протекающего через него.Если вы посмотрите на вторую фотографию справа, вы увидите все это, но у самого большого транзистора есть три провода или вывода, выходящие из него. Два вывода с каждой стороны — это электрический вход и электрический выход. Центральный вывод — это контрольный провод.
В самом последнем корпусе (сверху вниз) управляющий провод находится с одной стороны транзистора, а входной и выходной провода — с другой. Это немного сложно увидеть, но вы можете их разглядеть.
Магия транзистора заключается в следующем.Сила тока, подаваемого на центральный вывод, значительно меньше, чем сила тока, которую транзистор блокирует или позволяет течь. Так, например, до пятидесяти (50 В) вольт электрического потока можно контролировать с помощью доли вольта на центральном проводе. Этот пример относится к транзистору, используемому в качестве переключателя, но он также применим к транзистору в качестве усилителя.
Если транзистор используется в качестве усилителя, то напряжение на центральном выводе может подаваться на транзистор с переменной скоростью, при этом соответствующее напряжение, выходящее из транзистора, намного больше, но на ту же величину, что и напряжение, подаваемое на центральный вывод. .Транзисторы в качестве усилителей могут питать звуковые цепи, радиопередачу и мощность сигнала.
Что было до транзистора?
До транзистора были электронные лампы (термоэлектронные лампы в Британии). Электронные лампы выполняли ту же функцию, что и транзистор, действуя как переключатель или усилитель, в зависимости от того, как они использовались. Они были значительно больше и потребляли намного больше энергии, чем транзистор.
Это связано с тем, что трубки регулируют количество энергии, протекающей через них, с помощью нагреваемой поверхности (термоэлектронной), которая находится между входящим током и выходящими токоподводами.
Из-за своего размера ламповые радиоприемники тридцатых годов прошлого века могут занимать шкаф размером с тостер, производимый сегодня. Транзисторный радиоприемник с точно такими же требованиями к питанию и аудиовыходом может поместиться в ладони руки или просто висеть на шее, как кулон.
Vacuum Tube Discovery
Первой вакуумной лампой, возможно, была лампочка Томаса Эдисона. Конечно, у него было только два терминала, и его единственная цель заключалась в том, чтобы производить свет, но для работы все еще требовался вакуум.Второй была лампочка Никола Тесла, которая очень похожа на компактную люминесцентную лампочку или свет сегодня. Третий — эксперимент Джозефа Джона Томсона. У вакуумной трубки Томсона была третья нить накала, которая использовалась для исследования «частиц» материи, которые, казалось, исходили от светящейся нити. Эти «частицы» были названы Томсоном «корпускулами», и их открытие в конечном итоге принесло ему Нобелевскую премию по физике в 1906 году. Сегодня мы называем эти «частицы» электронами.
Транзисторы и вакуумные лампы
Использование транзисторов дает множество преимуществ, которых не могут достичь электронные лампы.Прежде всего, электронная лампа, даже на пике своей популярности, была дорогостоящим устройством по сравнению с транзистором. Они также потребляли больше энергии, были больше, не были такими надежными и были склонны к выходу из строя из-за нагрева, поломки и производственных технологий. Вакуумные лампы также были проблематичными в схемах, в которых они использовались. Из-за выделяемого тепла они могли привести к отказу или неработоспособности других компонентов поблизости.
Разница в стоимости
В 1950-х годах изготовление вакуумной лампы стоило от 15 до 30 долларов.Транзистор, предназначенный для выполнения той же работы, стоил около 5 долларов в 1960-х годах. Сегодня, когда в интегральных схемах используются сотни тысяч транзисторов, стоимость их изготовления составляет около ста тысячных долей цента каждый.
Разница мощностей
Транзисторам для работы требуется значительно меньше энергии, чем вакуумным лампам. В конце концов, вакуумная лампа требует нити накала, похожей на лампочку, для генерации электронов, которые необходимо направлять или выключать. С другой стороны, транзистору просто требуется крошечное количество энергии (по сравнению) для работы в качестве переключателя.
Различия в размерах
Транзистор, по сравнению с сопоставимой вакуумной лампой, составляет, возможно, одну тысячную размера лампы. На самом деле это немного сложно определить количественно, поскольку размер транзисторов продолжает уменьшаться каждый год до восемнадцати месяцев.
Типы транзисторов
Существует много типов транзисторов. Первый, называемый точечным транзистором, сегодня используется редко. Существуют также биполярные транзисторы, полевые транзисторы, диффузионные транзисторы, однопереходные транзисторы и так далее.
Причина, по которой существует так много типов, связана с размером и применением. По мере того, как транзисторы стали меньше, их функция была нарушена. Транзисторы с точечным контактом больше не работают эффективно как переключатели или усилители, когда они достигают определенного размера. Это привело к перепроектированию с использованием различных методов для обеспечения протекания тока при подаче небольшого количества энергии на затвор. Фактически, почти каждый тип транзисторов является прямым результатом их уменьшения и устранения проблем в их работе из-за меньшего размера.
Транзисторы в интегральных схемах
Одиночные (так называемые дискретные) транзисторы все еще существуют, но транзисторы наиболее полезны как совокупность на одном кристалле кремния. Это так называемые интегральные схемы, и самая первая из них была разработана Бобом Нойсом и Горденом Муром (это тот же закон Мура). Мур и Нойс получили задание разработать и создать двенадцать специализированных чипов для японской фирмы Busicom. У компании Integrated Electronics (Intel) не было средств для создания двенадцати отдельных микросхем, но у них было инженерное чутье, чтобы создать одну микросхему, которая могла бы выполнять все двенадцать ролей при тщательном программировании.
Так родился Intel 4004. Этот чип содержит 2300 транзисторов, которые служат компьютером, памятью, математическим блоком и так далее. Хотя другие ученые предсказывали рождение «компьютера на чипе», никто не придумал, как его эффективно использовать. Intel сделала.
4004, первый микропроцессор, состоял из более чем двух тысяч транзисторов и занимал 1/8 дюйма в ширину и 1/3 дюйма в высоту. (см. изображения справа) 4004 имел такую же вычислительную мощность, что и компьютер ENIAC.ENIAC, построенный в 1947 году, занимал баскетбольную площадку, и для работы требовалось восемнадцать тысяч электронных ламп. Одной из функций персонала ENIAC была ежедневная замена сгоревших или нефункционирующих электронных ламп.
Intel разумно выкупила права на чип 4004 у Busicom за 60 000 долларов. Несмотря на вливание денег, Busicom разорился, а Intel процветала.
Заключение
Я надеюсь, что эта статья поможет читателю немного больше понять о транзисторах, о том, как они работают и почему они стали настолько важными.
Заявление об ограничении ответственности
Автору не выплачивалась денежная компенсация, скидки или бесплатные подарки от любой из упомянутых компаний.
Хотя автор получает небольшую прибыль от подсчета слов в этой статье, все это не исходит непосредственно от упомянутых производителей. Автор также может получить небольшую прибыль от рекламы, прикрепленной к этой статье.
Автор не может контролировать ни рекламу, ни содержание этих объявлений.
Как работает транзистор?
Спросил: Тони Уилан
Ответ
Конструкция транзистора позволяет ему работать как усилитель или переключатель. Это достигается за счет использования небольшого количества электричества для управления воротами на гораздо большем подача электричества, очень похожая на поворот клапана для управления подачей воды. Транзисторысостоят из трех частей: базы, коллектора и эмиттера.База это устройство управления затвором для большего источника электроэнергии. Коллекционер — это большее электрическое питание, и эмиттер является выходом для этого источника. Отправив различные уровни тока от базы, количество тока, протекающего через затвор от коллектора может регулироваться. Таким образом, очень небольшое количество тока может быть используется для управления большим током, как в усилителе. Тот же процесс используется для создать двоичный код для цифровых процессоров, но в этом случае порог напряжения Для открытия коллекторного затвора необходимо пять вольт.Таким образом, транзистор используется как переключатель с двоичной функцией: пять вольт — включено, менее пяти вольт — выключено.
Полупроводящие материалы — вот что делает возможным создание транзисторов. Большинство людей знакомы с электропроводящими и непроводящими материалами. Металлы обычно считаются как проводящие. Такие материалы, как дерево, пластик, стекло и керамика непроводящие или изоляторы. В конце 1940-х годов группа ученых, работающая в Bell Лаборатории в Нью-Джерси обнаружили, как брать определенные типы кристаллов и использовать их в качестве электронные устройства управления за счет использования их полупроводниковых свойств.Наиболее неметаллические кристаллические структуры обычно считаются изоляторами. Но по заставляя кристаллы германия или кремния расти с примесями, такими как бор или фосфора кристаллы приобретают совершенно другие электропроводящие свойства. По помещая этот материал между двумя проводящими пластинами (эмиттер и коллектор), транзистор сделан. Подавая ток на полупроводниковый материал (основание), электроны собираться до тех пор, пока не будет сформирован эффективный канал, по которому проходит электричество Учеными, ответственными за изобретение транзистора, были Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли.Их патент назывался: «Три Элемент электродной цепи из полупроводниковых материалов ».
Артикул:
Ответил: Стивен Портц, учитель технологий, средняя школа космического побережья, Флорида
Есть два основных типа транзисторов-переходных транзисторов и полевых транзисторов. Каждый работает по-своему. Но полезность любого транзистора заключается в его возможность управления сильным током при слабом напряжении. Например, транзисторы в система громкой связи усиливает (усиливает) слабое напряжение, возникающее, когда человек говорит в микрофон.Электричество, идущее от транзисторов, достаточно сильное, чтобы использовать громкоговоритель, который издает звуки намного громче, чем голос человека.
ПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Соединительный транзистор состоит из тонкой детали одного типа полупроводниковый материал между двумя более толстыми слоями противоположного типа. Например, если средний слой p-типа, внешние слои должны быть n-типа. Такой транзистор является Транзистор NPN. Один из внешних слоев называется эмиттером, а другой известен как коллекционер.Средний слой — основа. Места присоединения эмиттера к база и база, соединяющая коллектор, называются узлами.
Слои NPN-транзистора должны иметь соответствующее напряжение, подключенное к ним. В Напряжение базы должно быть положительнее, чем у эмиттера. Напряжение коллектор, в свою очередь, должен быть более положительным, чем у цоколя. Напряжения питается от батареи или другого источника постоянного тока. Эмиттер подает электроны.База оттягивает эти электроны от эмиттера, потому что он имеет более положительное напряжение, чем эмиттер. Это движение электронов создает поток электричества через транзистор.
Ток проходит от эмиттера к коллектору через базу. Изменения в напряжение, подключенное к базе, изменяет поток тока, изменяя количество электроны в базе. Таким образом, небольшие изменения базового напряжения могут вызвать большие изменения тока, вытекающего из коллектора.
Производители также производят соединительные транзисторы PNP. В этих устройствах эмиттер и коллектор — это полупроводниковый материал p-типа и база n-типа. Соединение PNP Транзистор работает по тому же принципу, что и транзистор NPN. Но он отличается в одном уважение. Основной поток тока в транзисторе PNP регулируется путем изменения количество дырок, а не количество электронов в основании. Кроме того, этот тип Транзистор работает правильно только в том случае, если отрицательные и положительные соединения к нему являются обратная сторона транзистора NPN.
ТРАНЗИСТОРЫ ПОЛЕВОГО ЭФФЕКТА
Полевой транзистор имеет только два слоя полупроводника.
материал, один поверх другого. Электричество проходит через один из слоев, называемый
канал. Напряжение, подключенное к другому слою, называемому затвором, мешает
ток течет в канале. Таким образом, напряжение, подключенное к затвору, управляет
сила тока в канале. Существует две основных разновидности полевого эффекта.
транзисторы — полевой транзистор на стыке (JFET) и металлооксидный полупроводник
полевой транзистор (MOSFET).Большинство транзисторов, содержащихся в сегодняшних
интегральные схемы — это МОП-транзисторы.
Ответил: Джастин Шорс, ученик старшей школы