Как работает транзистор [ПРОСТО И КРАТКО]
Обновлена: 10 Октября 2022 8340 1
Поделиться с друзьями
Транзистор – прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры. Полупроводниковые транзисторы пришли на смену морально устаревшим ламповым, которые устанавливались в старые телевизоры. Для изготовления полупроводниковых моделей ранее использовался германий, но сферы его применения ограничены из-за чувствительности к температурным колебаниям. На смену германию пришел кремний, т.к. кремниевые детали стоят дешевле германиевых и более устойчивы к скачкам температуры. Транзисторы небольшой мощности изготавливают в прямоугольных корпусах из полимерных материалов или в металлических цилиндрических. В этой статье мы постараемся простыми словами изложить, что такое транзистор, как он устроен и что делает. Транзисторы Устройство транзисторовНаиболее популярный вид полупроводникового транзистора – биполярный. В устройство транзистора этого типа входит монокристалл, разделенный на 3 зоны: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э), каждая из которых имеет свой вывод.
Типы проводимости:
Требуемый тип проводимости достигается путем легирования различных частей кремниевого монокристалла. Легирование – это добавление в состав материала различных примесей для улучшения физических и химических свойств этого материала. Принцип работы транзистораТранзистор работает в режимах «Открыто» и «Закрыто». Рассмотрим, как работает транзистор биполярного типа на уровне «чайников», и на каких физических процессах основано его функционирование. В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей. Простое изложение принципа работы биполярного транзистора:
Если к эмиттеру и базе подключают напряжение, противоположное по знаку, ток прекращается, и транзистор переходит в закрытое состояние. Как работает транзистор — видеоБыла ли статья полезна?Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по темеАнатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. |
Транзисторы по типу проводимости раздаются на два типа: n-p-n и p-n-p.
Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.Как работает транзистор?
- Подробности
- Категория: Начинающим
- Опубликовано 29.11.2013 14:41
- Автор: Admin
- Просмотров: 42169
Транзисторы – это радиоэлектронные компоненты из полупроводникового материала, которые предназначены для преобразований, усилений и генерации электрических колебаний.
Но всё же, как работает транзистор? Говоря простым языком с помощью транзистора можно управлять током. Транзисторами называются любые устройства, которое способно имитировать главные его свойства, а именно – изменять сигнал между двумя разными типами состояний при изменениях сигнала на управляющем электроде.
Транзисторы бывают двух типов:
- полевые;
- биполярные.
Материалами изготовления служат германий и кремний, но при добавлении примесей способность проводить ток возрастает.
Нужно рассмотреть оба типа транзисторов, для того чтобы понять как работает транзистор? На рисунке представлены три области p-n-p или n-p-n из которых состоит любой биполярный транзистор.
Структура транзистора
В биполярных транзисторах носители зарядов двигаются от эмиттера к коллектору. База отделяется от коллектора и эмиттера p-n переходами. Протекает ток через транзистор лишь при инжектировании носителей заряда через p-n переход из эмиттера в базу. Находясь в базе, они начинают становиться неосновными носителями заряда и достаточно легко проникают через p-n переходы. Управление током между коллектором и эмиттером осуществляется за счет изменения напряжения между базой и эмиттером.
Конструкция транзистора
Как работает транзистор в цепи электрического тока?
Основной принцип работы транзистора заключается в управлении электрическим током с помощью незначительного тока являющегося своего рода управляющим током.
Таким образом, вся ширина канала ограничивается пространством между областью обеднения и пространством между подложкой. Напряжение, прикладываемое к затвору, уменьшает или увеличивает область обеднения, и тем самым ширину самого канала, контролируя при этом ток.
Многие начинающие радиолюбители не так представляют себе принцип работы транзистора. Они думают, что транзистор способен усилить мощность источника питания, но это далеко не так. Важно понимать, что транзистор управляет большим током коллектора с помощью маленького тока протекающего через базу. Здесь речь идет скорее всего об управлении чем об усилении.
Схема подключение транзистора
Схема состоит из двух электрических цепей :
- цепь эмиттера;
- цепь коллектора;
В цепи эмиттера протекает незначительный ток, который управляет током коллектора.
Интересное видео о принципе действия транзистора
- < Назад
- Вперёд >
Добавить комментарий
Как работают транзисторы? — Объясните это Stuff
Криса Вудфорда. Последнее обновление: 8 декабря 2021 г.
Ваш мозг содержит около 100 миллиардов клеток, называемых нейронами, — крошечные переключатели, которые позволяют вам думать и запоминать вещи.
Компьютеры содержат миллиарды
миниатюрных «мозговых клеток». Они называются транзисторами и
они сделаны из кремния, химического элемента, обычно встречающегося в песке.
Транзисторы произвели революцию в электронике с момента их появления.
изобретенный более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и
Уильям Шокли.
Фото: Насекомое с тремя ногами? Нет, обычный транзистор на электронной плате. Хотя простые схемы содержат такие отдельные транзисторы, сложные схемы внутри компьютеров также содержат микрочипы, внутри каждого из которых могут быть тысячи, миллионы или сотни миллионов транзисторов. (Технически, если вас интересуют более сложные детали, это кремниевый PNP-транзистор усилителя 5401B. Я объясню, что все это означает, через мгновение.)
Содержание
- Что на самом деле делает транзистор?
- Как делают транзистор?
- Силиконовые бутерброды
- Как работает переходной транзистор
- Как работает полевой транзистор (FET)
- Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?
- Кто изобрел транзистор?
- Узнать больше
Что на самом деле делает транзистор?
Фото: Подробный обзор модели 5401B.
Транзистор очень прост и очень сложен.
Давайте начнем с
простая часть. Транзистор — это миниатюрный электронный компонент,
может выполнять две разные работы. Он может работать либо как усилитель, либо как переключатель:
При работе в качестве усилителя требуется
в крошечном электрическом токе на одном конце (
входной ток) и производит гораздо больший электрический ток (выходной
тока) на другом. Другими словами, это своего рода усилитель тока. Это входит
действительно полезно в таких вещах, как слуховые аппараты, одна из первых вещей
люди использовали транзисторы для. В слуховом аппарате есть крошечный микрофон.
который улавливает звуки окружающего мира и превращает их в
колеблющиеся электрические токи. Они подаются на транзистор, который
усиливает их и приводит в действие крошечный громкоговоритель,
поэтому вы слышите гораздо более громкую версию звуков вокруг вас.
Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, однажды объяснил студенту транзисторные усилители в более
юмористическим способом: «Если взять тюк сена и привязать его к
хвост мула, а затем зажег спичку и поджег стог сена,
и если вы затем сравните энергию, израсходованную вскоре после этого
мул с энергией, затраченной вами на зажигание спички,
вы поймете концепцию усиления».
0003
Транзисторы также могут работать как переключатели. А Крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может создать гораздо большую ток течет через другую его часть. Другими словами, малый ток переключается на больший. По сути, так работают все компьютерные чипы. За например, микросхема памяти содержит сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов, каждый из которых может быть включен или выключен индивидуально. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух различных состояниях, он может хранить два разных числа, ноль и единицу. С миллиардами транзисторов чип может хранить миллиарды нулей и единиц, и почти столько же обычных цифр и букв (или символов, как мы их называем). Подробнее об этом чуть позже.
Фото: Компактные слуховые аппараты были одним из первых применений транзисторов, и это относится примерно к концу 1950-х или 1960-м годам. Размером с колоду игральных карт, он был предназначен для ношения в кармане пиджака или на нем.
На другой стороне корпуса есть микрофон, который улавливает окружающие звуки. Вы можете ясно видеть четыре маленьких черных транзистора внутри, которые усиливают эти звуки, а затем направляют их в маленький громкоговоритель (внизу), который находится в вашем ухе.
Самое замечательное в машинах старого образца было то, что вы могли
их друг от друга, чтобы понять, как они работают. Это никогда не было слишком сложно, с
немного толкать и тыкать, чтобы узнать, какой бит сделал что и как
дело привело к другому. Но электроника совсем другая. это все
об использовании электронов для управления электричеством. Электрон – это
минута
частица внутри атома. Он такой маленький, он весит чуть меньше
0,0000000000000000000000000000001 кг! Работают самые современные транзисторы
управляя движением отдельных электронов, так что вы можете
представьте, какие они маленькие. В современном компьютерном чипе размер
ноготь, вы, вероятно, найдете от 500 миллионов
и два миллиарда отдельных транзисторов. Нет никакой возможности разобрать транзистор, чтобы узнать, как он работает.
работает, поэтому мы должны понимать это с помощью теории и воображения.
Во-первых, полезно знать, из чего сделан транзистор.
Как делают транзистор?
Фото: Кремниевая пластина. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).
Транзисторы изготовлены из кремния, химического элемента, содержащегося в песке, который обычно не проводит
электричество (он не позволяет электронам легко проходить через него).
Кремний — это полупроводник, а значит,
ни на самом деле
проводник (что-то вроде металла, который пропускает электричество) ни
изолятор (что-то вроде пластика, который останавливает ток). Если
мы обрабатываем кремний примесями (процесс, известный как легирование),
мы можем заставить его вести себя по-другому
путь. Если мы легируем кремний химическими элементами мышьяком, фосфором,
или сурьмы, кремний получает несколько дополнительных «свободных» электронов, которые
может проводить электрический ток, поэтому электроны будут вытекать
из него более естественно.
Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, кремний
обработанный таким образом, называется n-типом (отрицательный
тип). Мы также можем легировать кремний другими примесями, такими как бор,
галлий и алюминий. В кремнии, обработанном таким образом, их меньше.
«свободные» электроны, поэтому электроны в близлежащих материалах будут стремиться влиться в него. Мы называем этот вид кремния p-типа (положительный тип).
Вкратце, мимоходом, важно отметить, что ни кремний n-типа, ни кремний p-типа на самом деле не имеют заряда в себе : оба являются электрически нейтральными. Это правда, что у кремния n-типа есть дополнительные «свободные» электроны, которые увеличивают его проводимость, в то время как у кремния p-типа этих свободных электронов меньше, что помогает увеличить его проводимость противоположным образом. В каждом случае дополнительная проводимость возникает из-за добавления нейтральных (незаряженных) атомов примесей к кремнию, составляющему нейтральный для начала — и мы не можем создавать электрические заряды из воздуха! Более подробное объяснение потребовало бы, чтобы я представил идею под названием
ленточная теория, которая немного выходит за рамки этой статьи.
Все, что нам нужно помнить, это то, что «дополнительные электроны» означают дополнительные свободных электронов, которые могут свободно перемещаться и помогают проводить электрический ток.
Силиконовые бутерброды
Теперь у нас есть два разных типа силикона. Если мы сложим их вместе в слоях, делая бутерброды из материала p-типа и n-типа, мы можем сделать различные виды электронных компонентов, которые работают во всех видах способы.
Рисунок: соедините кремний n-типа с кремнием p-типа, и вы получите n-p переход, который является основой диодов и транзисторов.
Предположим, мы соединяем кусок кремния n-типа с кусочком p-типа.
силикон и поставить электрические контакты с обеих сторон. Увлекательно и полезно
вещи начинают происходить на стыке двух
материалы. Если мы обратимся
на токе, мы можем заставить электроны течь через переход от
со стороны n-типа на сторону p-типа и наружу по схеме. Этот
происходит из-за отсутствия электронов на стороне р-типа
переход перетягивает электроны со стороны n-типа и наоборот.
Но
если
мы реверсируем ток, электроны вообще не будут течь. Что у нас есть
сделанный здесь называется диод (или выпрямитель).
это электронный
компонент, пропускающий ток только в одном направлении. Это
полезно, если вы хотите превратить переменный (двусторонний) электрический ток в
постоянный (односторонний) ток. Диоды тоже можно сделать так, чтобы они излучали
светятся, когда через них проходит электричество. Вы могли видеть эти
светодиоды на карманных калькуляторах и электронных
дисплеи на стереоаппаратуре Hi-Fi.
Принцип работы переходного транзистора
Фото: Типичный кремниевый PNP-транзистор (A1048, предназначенный для усилителя звуковой частоты).
Теперь предположим, что вместо этого мы используем три слоя силикона в нашем бутерброде.
из двух. Мы можем сделать бутерброд p-n-p (с кусочком n-типа
кремния в качестве заполнения между двумя ломтиками p-типа) или n-p-n
сэндвич (с p-типом между двумя плитами n-типа). Если мы
присоединить электрические контакты ко всем трем слоям сэндвича, мы можем
сделать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать его, либо
выключен — другими словами, транзистор.
Посмотрим, как это работает в случае
n-p-n транзистор.
Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим имена трем электрические контакты. Мы позвоним двум контактам, соединенным с двумя кусочки кремния n-типа эмиттер и коллектор, и контакт соединенный с кремнием p-типа, мы назовем его основанием. Когда нет ток течет в транзисторе, мы знаем, что кремнию p-типа не хватает электронов (показанных здесь маленькими знаками плюс, представляющими положительные заряды), а два куска кремния n-типа имеют дополнительные электроны (показаны маленькими знаками минус, представляющими отрицательные заряды).
Другой способ взглянуть на это — сказать, что хотя n-тип имеет избыток электронов, p-тип имеет дырки, где электроны должно быть. Обычно отверстия в основании действуют как барьер, предотвращая любое при этом протекает значительный ток от эмиттера к коллектору. транзистор находится в выключенном состоянии.
Транзистор работает, когда электроны и дырки начинают двигаться
через два перехода между кремнием n-типа и p-типа.
Давайте подключите транзистор к некоторой мощности. Предположим, мы присоединяем небольшой положительное напряжение на базу, делает эмиттер отрицательно заряженным, и сделать коллектор положительно заряженным. Электроны вытягиваются из эмиттер в базу, а затем из базы в коллектор. А также транзистор переходит в состояние «включено»:
Небольшой ток, который мы включаем на базе, создает большой ток поток между эмиттером и коллектором. Повернув небольшой вход ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель. Но он также действует как переключатель в то же время. Когда нет тока на база, между коллектором и эмиттер. Включите базовый ток и течет большой ток. Итак, база ток включает и выключает весь транзистор. Технически это тип транзистора называется биполярным, потому что два разных вида (или «полярности») электрического заряда (отрицательные электроны и положительные отверстия) участвуют в протекании тока.
Мы также можем понять транзистор, представив его как пару диодов.
С
база положительная, а эмиттер отрицательный, переход база-эмиттер подобен прямому смещению.
диод, с электронами, движущимися в одном направлении через переход (слева направо в
диаграмме) и отверстия, идущие в обратном направлении (справа налево). База-сборщик
переход подобен диоду с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора тянет
большая часть электронов проходит через внешнюю цепь и попадает во внешнюю цепь (хотя некоторые электроны действительно рекомбинируют с дырками в базе).
Как работает полевой транзистор (FET)
Работа всех транзисторов основана на управлении движением электронов, но
не все они делают это одинаково. Подобно переходному транзистору, полевой транзистор
(полевой транзистор) имеет три разных вывода, но они
имеют названия исток (аналог эмиттера), сток
(по аналогии с
коллектор), и затвор (аналог основания). В полевом транзисторе
слои
кремний n-типа и p-типа устроены немного по-разному и
покрытые слоями металла и оксида. Это дает нам устройство, называемое
МОП-транзистор (поле оксида металла и полупроводника)
эффектный транзистор).
Хотя в истоке и стоке n-типа есть дополнительные электроны, они не могут течь от одного к другому из-за отверстий в ворота р-типа между ними. Однако, если мы присоединим положительный напряжение на затвор, там создается электрическое поле, позволяющее электроны текут по тонкому каналу от истока к стоку. Этот «эффект поля» позволяет течь току и включает транзистор:
транзистор потому что только один вид («полярность») электрического заряда участвует в том, чтобы заставить его работать.
Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?
На практике вам не нужно ничего знать о электроны и дырки, если вы не собираетесь чтобы зарабатывать на жизнь разработкой компьютерных чипов! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя небольшой ток чтобы включить больший. Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает компьютерам хранить информацию и принимать решения?
Мы можем соединить несколько транзисторных переключателей, чтобы сделать что-то
называется логическим вентилем, который сравнивает несколько
входные токи и в результате дает другой выход.
Логические ворота позволяют компьютерам делать
очень простые решения с использованием математической техники, называемой булевой алгеброй. Ваш мозг принимает решения точно так же. Например,
используя «входные данные» (вещи, которые вы знаете) о погоде и о том, что у вас есть в
вашей прихожей, вы можете принять такое решение: «Если идет дождь И я
возьми зонт, я пойду в
магазины». Это пример булевой алгебры с использованием так называемого И
«оператор» (слово «оператор» — это всего лишь немного математического жаргона для
заставить вещи казаться сложнее, чем они есть на самом деле). Ты можешь сделать
аналогичные решения с другими операторами. «Если ветрено ИЛИ идет снег,
тогда я надену пальто»
пример использования оператора ИЛИ. Или как насчет «Если идет дождь И я
есть зонт ИЛИ у меня есть пальто, тогда можно выходить на улицу». Используя AND,
ИЛИ и другие операторы, называемые
NOR, XOR, NOT и NAND, компьютеры могут складывать или сравнивать двоичные числа.
Эта идея является краеугольным камнем компьютерных программ: логическое
серия инструкций, которые заставляют компьютеры что-то делать.
Обычно переходной транзистор «выключен» при отсутствии базы тока и переключается в положение «включено», когда протекает базовый ток. Это означает, что это потребляет электрический ток для включения или выключения транзистора. Но такие транзисторы можно соединить с логическими вентилями, чтобы их выход соединения возвращаются на свои входы. Транзистор затем остается включенным даже при отключении базового тока. Каждый раз новый база течет ток, транзистор «щелкает» или выключается. Остается в одном из эти стабильные состояния (либо включено, либо выключено) до тех пор, пока другой ток приходит и переворачивает его в другую сторону. Такая договоренность известен как триггер, и он превращает транзистор в простой запоминающее устройство, в котором хранится ноль (когда он выключен) или единица (когда он на). Триггеры — это основная технология, используемая в микросхемах компьютерной памяти.
Кто изобрел транзистор?
Произведение искусства: оригинальная конструкция точечного транзистора, изложенная в
Американский патент Джона Бардина и Уолтера Браттейна (2 524 035), поданный в июне 1948 г.
(примерно через шесть месяцев после
оригинальное открытие) и награжден 3 октября 1950 года. Это простой PN-транзистор с
тонкий верхний слой германия P-типа (желтый) на нижнем слое германия N-типа (оранжевый).
Три контакта: эмиттер (E, красный), коллектор (C, синий) и база (G, зеленый).
Вы можете прочитать больше в оригинальном патентном документе, который указан в ссылках ниже.
Работа предоставлена Управлением по патентам и товарным знакам США.
Транзисторы были изобретены в Bell Laboratories в Нью-Джерси в 1947 году. тремя блестящими американскими физиками: Джоном Бардином (1908–1991), Уолтером Браттейн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).
Группа под руководством Шокли пыталась
разработать новый тип усилителя для телефонной системы США, но что
они на самом деле изобрели оказались гораздо более распространенными
Приложения. Бардин и Браттейн создали первый практичный транзистор.
(известный как точечный транзистор) во вторник, 16 декабря, 1947.
Хотя Шокли сыграл большую роль в этом проекте, он был
разъяренный и взволнованный тем, что его оставили в стороне.
Вскоре после этого, во время
остановиться в гостинице на конференции по физике, он в одиночку вычислил
теория переходного транзистора — гораздо лучшего устройства, чем
транзистор с точечным контактом.
В то время как Бардин ушел из Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил добиться еще большего успеха, изучая сверхпроводники в Иллинойском университете), Браттейн остался на некоторое время, прежде чем уйти на пенсию, чтобы стать учителем. Шокли основал собственную компанию по производству транзисторов и помог вдохновить современное явление, которое называется «Силиконовая долина» (процветающий район вокруг Пало-Альто, Калифорния, где корпорации электроники собрались). Двое его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, ушли основал Intel, крупнейшего в мире производителя микрочипов.
Бардин, Браттейн и Шокли ненадолго воссоединились несколько лет спустя, когда
они разделили высшую науку в мире
награда, т.
Нобелевская премия по физике 1956 г.,
за их открытие. Их история
захватывающая история о
интеллектуальный блеск борется с мелкой завистью, и это хорошо
стоит прочтения
больше о.
Вы можете найти несколько замечательных рассказов об этом среди книг и
веб-сайты, перечисленные ниже.
Подробнее
На этом сайте
- Компьютеры: краткая история
- Флэш-память
- Интегральные схемы
- Логические элементы
- Тиристоры
Другие веб-сайты
- The Journey Inside: образовательный веб-сайт Intel, посвященный транзисторам и интегральным схемам.
- Transistorized !: веб-сайт PBS о Бардине, Браттейне, Шокли и истории транзисторов.
- Транзистор: узнайте о транзисторах в увлекательной игровой форме с помощью игр и интерактивов на веб-сайте Нобелевской премии. [Архивировано через Wayback Machine.]
Книги
Технические и практические
- Марка: Electronics by Charles Platt. O’Reilly, 2015. Четкий, хорошо иллюстрированный учебник для начинающих в области электроники и отличное место для начала увлеченного подростка. Эксперимент 10 начинается с покрытия транзисторов.
- Начало работы в области электроники, Форрест М. Мимс III. Издательство Master Publishing, 2003 г. Надежное введение с множеством примеров схем, которые можно попробовать.
- Искусство электроники, Пол Горовиц, Уинфилд Хилл. Издательство Кембриджского университета, 2015 г. Это гораздо более подробный учебник для студентов, которым я сам пользовался в колледже.
- Почему вещи такие, какие они есть, Б.С. Чандрасекар. Издательство Кембриджского университета, 1998. Относительно простое для понимания, в основном не математическое введение в физику твердого тела; по сути, это объясняет, как на самом деле работают твердые тела изнутри. Глава 10 объясняет электрические токи и полупроводники.
Исторический
- Электронная революция: изобретение будущего Дж. Б. Уильямса. Springer, 2017. Обширный обзор того, как электроника изменила нашу жизнь за последнее столетие или около того.
- Хрустальный огонь: The
Изобретение транзистора и рождение века информации Майклом Риорданом и Лилиан Ходдесон. WW Norton & Co., 1998. Очень читаемая история транзисторов и интегральных схем.
WW Norton & Co., 1998. Очень читаемая история транзисторов и интегральных схем.Статьи
Технические
- Этот 40-летний транзистор изменил индустрию связи Джоанна Гудрич, IEEE Spectrum, 26 декабря 2019 г. Празднование быстро переключающихся транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT), изобретенных в 1979 Такаши Мимура из Fujitsu.
- Приветствую перовскитные транзисторы Дэвида Шнайдера. IEEE Spectrum, 16 января 2019 г. Как кристаллы перовскита можно «нарисовать» на подложке для изготовления полевых транзисторов.
- Является ли NanoRing от Qualcomm транзистором (ближайшего) будущего? Сэмюэл К. Мур. IEEE Spectrum, 14 декабря 2017 г. Как и почему Qualcomm остановилась на устройствах, называемых нанокольцами, в качестве потенциально новых типов транзисторов.
- Размеры затвора транзисторов в один нанометр были достигнуты Декстером Джонсоном. IEEE Spectrum, 7 октября 2016 г. Будущее за нанотранзисторами из углеродных нанотрубок?
- Преемник транзистора, установленный Венди М. Гроссман, чтобы скоро наступить век «Машины». Scientific American, 22 июля 2014 г. В основе компьютеров завтрашнего дня могут лежать мемристоры, а не транзисторы.
- Представляем вакуумный транзистор: устройство, сделанное из ничего, Джин-Ву Хан и Мейя Мейяппан. IEEE Спектр. 23 июня 2014 года. Частично вакуумная лампа, частично транзистор, он может работать в 10 раз быстрее, чем кремний, утверждают исследователи NASA Ames.
- Корпорация Intel переходит на 3D-технологии, реконструируя транзистор Чарльз Артур, Guardian, 4 мая 2011 г. Создание «трехмерных» транзисторов позволяет инженерам втиснуть еще больше их в одно и то же пространство.
- Прыжок в микромир после транзистора Джон Маркофф. The New York Times, 31 августа 2009 г. Какие устройства могут заменить транзисторы?
Гроссман, чтобы скоро наступить век «Машины». Scientific American, 22 июля 2014 г. В основе компьютеров завтрашнего дня могут лежать мемристоры, а не транзисторы.Исторический
- В картинках: Transistor History: BBC News, 15 ноября 2007 г. Фотографии пионеров транзисторов, первых транзисторов и схем.
- Утерянная история транзистора Майкла Риордана. IEEE Spectrum, 30 апреля 2004 г. .
- Транзисторная физика У. Шокли. Американский ученый, 19 января.54, стр. 41–72.
IEEE Spectrum, 30 апреля 2004 г.Патенты
- Патент США: 2,524,035: Трехэлектродный элемент схемы с использованием полупроводниковых материалов: оригинальный патент на точечный транзистор, поданный Джоном Бардином и Уолтером Браттейном 17 июня 1948 г. и выданный в октябре 1950 г.
- Патент США: 2 569 347: элемент схемы, использующий полупроводниковый материал: это было яростное продолжение первоначального патента Шокли, поданного 26 июня 1948 г. (примерно через 10 дней после первоначального патента Бардина / Браттейна) и выданного 25 сентября 19 г.51.
- Патент США: 2 502 488: Полупроводниковый усилитель: еще один патент Шокли, поданный в сентябре 1948 г. и выданный в апреле 1950 г.
Видео
Технический
- MAKE представляет: The Transistor: отличное, понятное 9-минутное введение в тему транзисторов от Collin Cunningham из MAKE. Объясняет разницу между маломощными (сигнальными) транзисторами и мощными устройствами, почему транзисторы лучше электронных ламп и для чего мы можем использовать транзисторы. Также есть очень хорошее объяснение оригинальных точечных транзисторов Бардина и Браттейна.
Объясняет разницу между маломощными (сигнальными) транзисторами и мощными устройствами, почему транзисторы лучше электронных ламп и для чего мы можем использовать транзисторы. Также есть очень хорошее объяснение оригинальных точечных транзисторов Бардина и Браттейна.Исторический
Нам повезло, что у нас есть сохранившиеся архивные кадры трех первопроходцев в области транзисторов!
- Интервью Уильяма Шокли, 1969 г.: Шокли объясняет, как были изобретены транзисторы и какую роль он в этом сыграл.
- Искра гениальности: История Джона Бардина в Университете Иллинойса: 23-минутный документальный фильм о жизни и работе Бардина.
- Архивы AT&T: доктор Уолтер Браттейн о физике полупроводников: посмотрите, как доктор Браттейн объясняет теорию полупроводников и физику твердого тела (29минут).
Также из архивов вам могут понравиться эти:
- Архивы AT&T: Бутылка волшебства: Как электронные лампы сделали возможным усиление междугородних телефонных звонков. Транзисторы были следующим логическим шагом и изначально разрабатывались именно для той же цели.
- Архивы AT&T: Транзистор: Этот документальный фильм 1953 года исследует вероятное социальное влияние транзисторов.
Принцип работы транзисторов (BJT и MOSFET)
Транзистор — это простой компонент, который можно использовать для создания множества забавных проектов. В этом практическом руководстве вы узнаете, как работают транзисторы, и сможете использовать их в своей следующей схеме.
На самом деле это довольно просто, если вы изучите основы. Мы сосредоточимся на двух наиболее распространенных транзисторах; BJT и МОП-транзистор .
Транзистор работает как электронный переключатель. Он может включать и выключать ток. Простой способ подумать об этом — посмотреть на транзистор как на реле без каких-либо движущихся частей. Транзистор похож на реле в том смысле, что вы можете использовать его для включения и выключения чего-либо.
Но транзистор также может быть частично включен, что полезно для создания усилителей.
Как работают транзисторы (BJT)
Начнем с классического транзистора NPN. Это биполярный переходной транзистор (BJT) с тремя ножками:
- База (b)
- Коллектор (c)
- Эмиттер (e)
коллектор к эмиттеру. Когда он выключен, ток не течет.
В приведенном ниже примере схемы транзистор выключен. Это означает, что через него не может течь ток, поэтому светоизлучающий диод (LED) также выключен.
Чтобы включить транзистор, необходимо напряжение около 0,7 В между базой и эмиттером.
Если бы у вас была батарея на 0,7 В, вы могли бы подключить ее между базой и эмиттером, и транзистор включился бы.
Поскольку у большинства из нас нет батареи на 0,7 В, как нам включить транзистор?
Легко! Часть база-эмиттер транзистора работает как диод. Диод имеет прямое напряжение , которое он «выхватывает» из доступного напряжения. Если вы добавите резистор последовательно, остальная часть напряжения упадет на резисторе.
Таким образом, вы автоматически получите около 0,7 В, добавив резистор.
Это тот же принцип, который вы используете для ограничения тока через светодиод, чтобы убедиться, что он не взорвется.
Если вы также добавите кнопку, вы сможете управлять транзистором и, таким образом, светодиодом, включая и выключая кнопку:
Выбор значений компонентов
Чтобы выбрать значения компонентов, вам нужно знать еще одну вещь о том, как работают транзисторы:
Когда ток течет от базы к эмиттеру, транзистор открывается, так что больший ток может течь от коллектора к эмиттер.
Существует связь между размерами двух токов. Это называется усилением транзистора.
Для транзистора общего назначения, такого как BC547 или 2N3904, это может быть около 100,
Это означает, что если от базы к эмиттеру течет 0,1 мА, то от коллектора к эмиттеру может течь 10 мА (в 100 раз больше).
Какой номинал резистора вам нужен, чтобы R1 получил ток 0,1 мА?
Если батарея 9В, а база-эмиттер транзистора захватывает 0,7В, то на резисторе остается 8,3В.
Вы можете использовать закон Ома, чтобы найти сопротивление резистора:
Треугольник закона ОмаИтак, вам нужен резистор 83 кОм. Это не стандартное значение, но 82 кОм, и это достаточно близко.
R2 предназначен для ограничения тока светодиода. Вы можете выбрать значение, которое вы бы выбрали, если бы вы подключили светодиод и резистор напрямую к батарее 9 В, без транзистора. Например, 1 кОм должно работать нормально.
Посмотрите видеообъяснение, которое я сделал несколько лет назад по поводу транзистора (простите за олдскульное качество):
Как выбрать транзистор
БДТ) . Но есть еще один, называемый PNP-транзистором, который работает так же, только все токи идут в противоположном направлении.
При выборе транзистора важно помнить, какой ток может выдержать транзистор. Это называется током коллектора (I C ).
БЕСПЛАТНЫЙ бонус: Скачать Basic Electronic Components [PDF] — мини-книгу с примерами, которые научат вас работать с основными компонентами электроники.
Как работает MOSFET-транзистор
MOSFET-транзистор — еще один очень распространенный тип транзистора. Он также имеет три контакта:
- Затвор (g)
- Исток (s)
- Сток (d)
MOSFET работает аналогично транзистору BJT, но с одним важным отличием:
В транзисторе BJT ток от базы к эмиттеру определяет, какой ток может течь от коллектора к эмиттеру.
В МОП-транзистор напряжение между затвором и истоком определяет, какой ток может течь от стока к истоку.
Пример: Включение МОП-транзистора
Ниже приведен пример схемы включения МОП-транзистора.
Чтобы включить MOSFET-транзистор, необходимо напряжение между затвором и истоком, превышающее пороговое напряжение транзистора. Например, BS170 имеет пороговое напряжение затвор-исток , равное 2,1 В. (Вы найдете эту информацию в техническом описании).
Пороговое напряжение МОП-транзистора на самом деле является напряжением, при котором он отключается. Таким образом, чтобы правильно включить транзистор, вам нужно напряжение немного выше этого.
Насколько выше, зависит от того, какой ток вы хотите получить (и вы найдете эту информацию в техническом описании). Если вы превысите пороговое значение на пару вольт, этого обычно более чем достаточно для слаботочных вещей, таких как включение светодиода.
Обратите внимание, что даже если вы используете достаточно высокое напряжение, чтобы протекать ток 1 А, это не означает, что вы получите 1 А. Это просто означает, что вы может иметь ток 1А, если хотите. Но то, что вы к нему подключаете, определяет фактический ток.
Таким образом, вы можете увеличивать напряжение до тех пор, пока не превысите максимально допустимое напряжение затвор-исток (которое для BS170 составляет 20 В).
В приведенном выше примере ворота подключаются к 9 В, когда вы нажимаете кнопку. Это включает транзистор.
Выбор значений компонентов
Значение R1 не имеет решающего значения, но около 10 кОм должно работать нормально. Его цель — отключить МОП-транзистор (подробнее об этом ниже).
R2 устанавливает яркость светодиода. 1 кОм должно нормально работать для большинства светодиодов.
Q1 может быть практически любым n-канальным MOSFET, например, BS170.
Как выключить МОП-транзистор?
Одна важная вещь, которую нужно знать о МОП-транзисторах, это то, что они также действуют как конденсатор. То есть часть ворота-истока. Когда вы прикладываете напряжение между затвором и истоком, это напряжение остается там до тех пор, пока оно не разрядится.
Без резистора (R1) в приведенном выше примере транзистор не выключился бы. С резистором есть путь для разрядки конденсатора затвор-исток, так что транзистор снова выключается.
Как выбрать полевой МОП-транзистор
В приведенном выше примере используется N-канальный МОП-транзистор . МОП-транзисторы P-channel работают так же, только ток течет в противоположном направлении, а напряжение затвор-исток должно быть отрицательным, чтобы включить его.
На выбор предлагаются тысячи различных МОП-транзисторов. Но если вы хотите построить примерную схему выше и хотите получить конкретную рекомендацию, BS170 и IRF510 — это два общих.
При выборе полевого МОП-транзистора следует помнить о двух вещах:
- Пороговое напряжение затвор-исток . Вам нужно напряжение выше, чем это, чтобы включить транзистор.
- Непрерывный ток стока . Это максимальное количество тока, которое может протекать через ваш транзистор.
Есть и другие важные параметры, о которых следует помнить, в зависимости от того, что вы делаете. Но это выходит за рамки данной статьи. Имейте в виду два вышеуказанных параметра, и у вас будет хорошая отправная точка.
Ток затвора MOSFET
Если вы хотите управлять MOSFET, например, с Arduino или Raspberry Pi, вам нужно помнить еще об одной вещи; ток, протекающий через затвор при включении транзистора.
Как кратко упоминалось выше, затвор-исток полевого МОП-транзистора действует как конденсатор.
Это означает, что после зарядки через него больше не протекает ток. Таким образом, когда MOSFET включен, через затвор не протекает ток.
Но когда МОП-транзистор при включении есть ток, как при зарядке конденсатора. За небольшую долю секунды может протекать большой ток.
Чтобы защитить Arduino (или то, что вы используете) от слишком большого тока, вам нужно добавить резистор затвора MOSFET:
Часто для этого достаточно 1000 Ом. Используйте закон Ома для проверки вашего конкретного случая.
Зачем нужен транзистор?
Мне часто задают вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к аккумулятору?
Преимущество транзистора в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большими током и напряжением.
Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многим другим с Raspberry Pi/Arduino/микроконтроллера. Выходные контакты этих плат обычно могут обеспечивать только несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять наружным освещением внутреннего дворика на 110 В, вы не можете сделать это напрямую с контакта.
Вместо этого вы можете сделать это через реле. Но даже реле обычно требуется больший ток, чем может обеспечить контакт. Таким образом, вам понадобится транзистор для управления реле:
Подключите левую сторону резистора к выходному контакту (например, от Arduino) для управления реле.цепь сенсорного датчика или цепь Н-моста.
Мы используем транзисторы почти во всех схемах. Это действительно самый важный компонент в электронике.
Транзистор как усилитель
Транзистор также обеспечивает работу усилителя. Вместо того, чтобы иметь только два состояния (ВКЛ/ВЫКЛ), он также может быть где-то между «полностью включен» и «полностью выключен».
Это означает, что слабый сигнал почти без энергии может управлять транзистором, создавая гораздо более сильную копию этого сигнала в части коллектор-эмиттер (или сток-исток) транзистора. Таким образом, транзистор может усиливать слабые сигналы.
Ниже показан простой усилитель для динамика. Чем выше входное напряжение, тем выше ток от базы к эмиттеру и тем выше ток через динамик.
Изменение входного напряжения приводит к изменению тока в динамике, что создает звук.
Усилитель с общим эмиттером Обычно к транзистору смещения добавляют еще пару резисторов. В противном случае вы получите много искажений.