Виды транзисторов: Что такое транзистор, виды транзисторов и их обозначение

Что такое транзистор, виды транзисторов и их обозначение

Транзисторы — полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Наиболее распространены так называемые биполярные транзисторы.

Их основа — пластинка монокристаллического полупроводника (чаще всего кремния или германия), в которой с помощью особых технологических приемов созданы, как минимум, три области с разной электропроводностью: эмиттер, база и коллектор.

Электропроводность эмиттера и коллектора всегда одинаковая (р или п), базы — противоположная (п или р). Иными словами, биполярный транзистор (далее просто транзистор) содержит два р-п перехода: один из них соединяет базу с эмиттером (эмиттерный переход), другой — с коллектором (коллекторный переход).

На схемах транзисторы обозначают, как показано на рис. 1,а. Здесь короткая черточка с линией-выводом от середины символизирует базу, две наклонные линии, проведенные к ней под углом 60°, — эмиттер и коллектор.

 Рис. 1. Внешний вид транзисторов, обозначение транзисторов на принципиальных схемах.

Об электропроводности базы судят по символу эмиттера: если его стрелка направлена к базе (рис. 1,а), то это означает, эмиттер имеет электропроводность типа р, а база — типа п; если же стрелка направлена в противоположную сторону (рис. 1,6), электропроводность эмиттера и базы — обратная (соответственно пир).

Поскольку, как уже отмечалось, электропроводность коллектора та же, что и эмиттера, стрелку на символе коллектора не изображают. Знать электропроводность эмиттера, базы и коллектора необходимо для того, чтобы правильно подключить транзистор к источнику питания. В справочниках эту информацию приводят в виде структурной формулы.

Транзистор, база которого имеет проводимость типа п, обозначают формулой p-n-p, а транзистор с базой, имеющей электропроводность типа P, — формулой n-p-n. В первом случае на базу и коллектор следует подавать отрицательное (по отношению к эмиттеру) напряжение, во втором — положительное.

Для наглядности условное обозначение транзистора обычно помещают в кружок, символизирующий его корпус. Корпус нередко изготовляют из металла и соединяют с одним из выводов транзистора. На схемах это показывают точкой в месте пересечения лиши-вывода с символом корпуса (у транзистора, изображенного на рис. 1,в, с корпусом соединен вывод коллектора).

Если же корпус снабжен отдельным выводом, линию-вывод допускается присоединять к кружку без точки (рис. 1,г). С целью повышения информативности схем рядом с позиционным обозначением транзистора обычно указывают его тип.

Линии-выводы, идущие от символов эмиттера и коллектора, проводят в одном из двух направлений: перпендикулярно или параллельно линии-выводу базы (рис. 1,д). Излом этой линии допускается лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (рис. 1,е).

Транзистор может иметь несколько эмиттерных областей (эмиттеров). В этом случае символы эмиттеров обычно изображают с одной стороны символа базы, а кружок-корпус заменяют овалом (рис. 1,ж).

В некоторых случаях ГОСТ 2.730—73 допускает изображать транзисторы и без символа корпуса, например при изображении бескорпуоных транзисторов ИЛ|Ц когда на схеме необходимо показать транзисторы, входящие в так называемые транзисторные сборки или матрицы (их выпускают в тех же корпусах, что и интегральные микросхемы).

 Рис. 2. Транзисторные сборки.

Поскольку буквенный код VT предусмотрен для обозначения транзисторов, выполненных в виде самостоятельных приборов, транзисторы сборок обозначают одним из следующих способов: либо используют код VT и присваивают им порядковые номера наряду с другими транзисторами (в этом случае на поле схемы помещают такую, например, запись: VT1—VT4 К1НТ251), либо берут код аналоговых микросхем DA и указывают принадлежность транзисторов к матрице в позиционном обозначении (рис. 2,а).

У выводов таких транзисторов, как правило, приводят условные номера, присвоенные выводам корпуса, в котором выполнена сборка. Без символа корпуса изображают на схемах и транзисторы аналоговых и цифровых микросхем (для примера на рис. 1,6 показаны транзисторы структуры n-p-n с тремя и четырьмя эмиттерами).

Условные графические обозначения некоторых разновидностей биполярных транзисторов получают введением в основной символ специальных знаков. Так, чтобы изобразить лавинный транзистор, между символами эмиттера и коллектора помещают знак эффекта лавинного пробоя (рис. 3,а). При повороте условного обозначения положение этого знака должно оставаться неизменным.

 Рис. 3. Лавинный транзистор.

Иначе построено обозначение так называемого однопереходного транзистора. У него один р-п переход, но два вывода базы. Символ эмиттера в обозначении этого транзистора проводят к середине символа базы (рис. 3,6). Об электропроводности базы судят по символу эмиттера (все сказанное ранее о транзисторах с двумя р-п переходами полностью применимо и к однрпереход-ному транзистору).

На обозначение однопереходного транзистора похоже условное обозначение довольно большой группы транзисторов с р-п переходом, получивших название полевых. Основа такого транзистора — созданный в полупроводнике и снабженный двумя выводами (исток и сток) канал с электропроводностью n-или p-типа.

Сопротивлением канала управляет третий электрод — затвор, соединенный с его средней частью р-п переходом. Канал полевого транзистора изображают так же, как и базу биполярного транзистора, но помещают в средней части кружка-корпуса , символы истока и стока присоединяют к нему с одной стороны, затвора — с другой.

Чтобы не вводить каких-либо знаков для различения символов истока и стока, затвор изображают на продолжении линии истока. Электропроводность канала указывают стрелкой на символе затвора.

В условном обозначении полевого транзистора с изолированным затворам (его изображают в виде черточки, параллельной символу канала, с выводом на продолжении линии истока) электропроводность канала показывают стрелкой, помещенной между символами истока и стока: если она направлена к символу канала, то это значит, что изображен транзистор с каналом п-типа, а если в противоположную сторону, — с каналом р-типа (рис. 4,а, б).

Рис. 4. Изображение полевых транзисторов на принципиальных схемах.

Аналогично указывают тип электропроводности канала и при наличии вывода от кристалла-подложки (рис. 4,в), а также при изображении полевого транзистора с так называемым индуцированным каналом, символ которого — три короткие штриха (рис. 4,г, д). Если подложка соединена с одним из электродов (обычно с истоком), это соединение показывают внутри символа без точки (рис. 4, е).

В палевом транзисторе может быть несколько затворов. Изображают их в этом случае короткими черточками, причем линию-вывод первого затвора обязательно помещают на продолжении линии истока (рис. 4,ж).

Линии-выводы полевого транзистора допускается изгибать лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (рис. 4,з), который может быть соединен с одним из электродов или иметь самостоятельный вывод (рис. 4,ы).

Из транзисторов, управляемых внешними факторами, в настоящее время находят применение фототранзисторы. В качестве примера на рис. 5 показаны условные обозначения фототранзжггоров с выводом базы и без него.

Наряду с другими полупроводниковыми приборами, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, фототранзисторы могут входить в состав оптронов. Обозначение фототранзистора в этом случае вместе с символом излучателя света (обычно светодиода) заключают в объединяющий их символ корпуса, а знак фотоэффекта заменяют знаком оптической связи — двумя параллельными стрелками.

Рис. 5. Изображение на принципиальных схемах фототранзисторов.

Для примера на рис. 5,а изображена одна из оптопар сдвоенного оптрона К249КП1, о чем говорит позиционное обозначение U1.1. Аналогично строят условное графическое обозначение оптрона с составным транзистором (рис. 5,6).

Литература: В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998.

Виды транзисторов

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

Транзисторы можно разделить на виды по таким характеристикам как: 

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

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

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

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

Рассеиваемая мощность транзистора

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

Полоса пропускания транзистора

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

Биполярный транзистор

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

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы также как и биполярные можно разделить на транзисторы P- и N-типа.

Но помимо этого они делять ещё два вида: MOSFET и JFET. MOSFET — это полевой транзистор с изолированным затвором и JFET — это полевой транзистор с единственным PN-переходом.

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

 

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

Типы транзисторов — подробная классификация полупроводника

Классификация, основанная на их структуре

 

Точечный транзистор

Это были одни из первейших германиевых транзисторов, которые работали на основе сложного и ненадёжного процесса образования электричества. По этой причине не справлялись с возложенными на них задачами довольно часто. У них был коэффициент усиления тока a с общей базой больше единицы и демонстрировал отрицательное сопротивление.

Биполярный плоскостной транзистор

Эти транзисторы имеют три вывода (эмиттер, базу и коллектор), отсюда вытекает то, что они обладают двойным соединением, а именно соединением база-эмиттер и соединением коллектор-база. Это токоуправляемые устройства, чья проводимость тока основывается одновременно на главном, и на побочном носителе заряда (поэтому транзистор и называется биполярным).

Они могут быть и (i) npn с основными носителями заряда в виде электронов или (ii) pnp. Обособленно стоят многие другие типы биполярных плоскостных транзисторов:

— Биполярный гетеротранзистор: эти транзисторы подходят для устройств с высокой частотой и у них участки эмиттера и базы сделаны из отличающихся полупроводниковых материалов.

— Транзистор Шотки или зажатые транзисторы Шотки: они используют барьер Шотки для избегания насыщения транзистора.

— Лавинные транзисторы: это по-особенному устроенные транзисторы, которые действуют в зоне лавинного сбоя (где действующее напряжение будет больше чем напряжение сбоя) и имеют очень высокие скорости переключения.

— Транзисторы Дарлингтона: эти транзисторы имеют два отдельных транзистора, которые каскадно включены таким образом, что в результате устройство обладает очень высоким коэффициентом усиления тока.

— Транзистор с множественным эмиттером: этот вид транзисторов специально сделан так, чтобы понимать логические операции.

— Транзистор с множественной базой: он использует для усиления очень низкий уровень сигнала среди шумного окружения за счёт конструктивного добавления сигнала, в отличии от случайного шума.

— Диффузионный транзистор: эти транзисторы основаны на том, что имеется диффундирующий полупроводниковый материал с необходимыми присадками.

 

Полевой транзистор

Эти транзисторы являются транзисторами, которые управляются напряжением. Эти транзисторы имеют три вывода. Один из них, вывод затвора, контролирует поток электрического тока между выводом источника и выводом стока. Их также называют монополярными устройствами, поскольку их проводимость тока является лишь следствием основных носителей заряда, согласно с чем, они могут быть одновременно N-канальными (большинство носителей заряда являются электронами) и P-канальными полевыми транзисторами.

Полевые транзисторы также могут быть подразделены на:

— Плоскостные полевые транзисторы: Они могут быть как pn, так и транзисторами с металлическим полупроводником, которые зависят от того, имеют ли они pn-соединение или соединение в виде Барьера Шотки.

— Металлические оксидные полупроводниковые полевые транзисторы или транзисторы с изолированным затвором: Эти устройства имеют изолирующий слой под их выводом затвора, который приводит к очень высокому полному сопротивлению на входе.

Они могут быть как истощающими, так и усиливающими, что зависит от того, имеют ли они уже существующий канал или нет, что уже влияет на их поведение в присутствии или отсутствии напряжения на затворе.

— Металлические окисел полупроводниковые полевые транзисторы с двойным затвором: Это в частности очень полезные транзисторы в устройствах с радиочастотой. Они имеют два последовательных контроля затвора.

— Транзистор с высокой мобильностью электронов или гетероструктурный полевой транзистор

: Эти транзисторы характеризуются присутствием гетеро-связей, которые заключаются между разными материалами на той и другой стороне соединения и используются в устройствах с очень высокой микроволновой частотой. Другие разновидности этих транзисторов, включая метаморфные, псевдоморфные, индуцированные, гетероструктрные изолированные и модуляционные с примесями.

— Плавниковые полевые транзисторы: Они имеют двойной затвор, ширина их эффективного канала обеспечивается тонким кремниевым “плавником”, который формирует тело транзистора.

— Вертикальный металл-окисел полупроводниковый: По конструкции схож с обычным металл-окисел полупроводниковым, но есть и различие, заключающееся в наличии V-образной канавки, которая увеличивает их сложность и стоимость.

— Металл-окисел полупроводниковый с U-образной канавкой: У них структура в виде траншей, и они почти такие же как предыдущие, только канавка у них не V-образная, а U-образная.

— Траншейный металл-окисел полупроводниковый: Имеется вертикальная структура с выводом источника и стока на вершине и дне соответственно.

— Металлический нитрид окисел полупроводниковый: Этот вид транзистора является дополнением к технологии металл окисел полупроводниковых и использует нитрид окисел как изоляционный слой.

— Полевые транзисторы с быстрым обратным или быстрым восстанавливающим эпитаксиальным диодом: Это ультра быстрые полевые транзисторы с возможностью быстрого выключения для диода, расположенного в корпусе.

— Обеднённый полевой транзистор: Эти транзисторы основаны на абсолютно истощенных субстратах.

— Туннельный полевой транзистор: Они работают на принципе квантового туннелирования и широко применяются в электронике с низкой энергией, включая цифровые схемы.

— Ионно-чувствительный полевой транзистор: Данный транзистор использует концентрацию ионов для регулирования величины потока электрического тока, проходящего через него. Эти устройства широко используются в медико-биологических исследованиях и наблюдении за окружающей средой.

— Биологически-чувствительные полевые транзисторы: В этих транзисторах биологические молекулы, привязанные к выводу затвора, изменяют распределение заряда и меняют проводимость каналов. Существует множество разновидностей этих устройств, например днк полевые транзисторы, иммунные полевые транзисторы и т.д.

— Полевые транзисторы с органической памятью за счёт наночастиц: Эти устройства имитируют поведение интернейрон сигнала и применяется в области искусственного интеллекта.

— Органические полевые транзисторы: Их структура основана на концепции тонкоплёночных транзисторов. Для их канала используются органические полупроводники. Они широко используются в электронике, разлагаемой микроорганизмами.

— Шестиугольные полевые транзисторы: Их область матрицы основана на базовых ячейках, имеющих шестиугольную форму, которые, в свою очередь, уменьшают размер матрицы, увеличивая плотность канала.

— Полевые транзисторы с углеродной нанотрубкой: Канал сделан из углеродной нанотрубки (одиночной или массива), а не из кремния.

— Полевой транзистор с нанолентой из графена: Они используют наноленты из графена как материал для их каналов.

— Полевые транзисторы с вертикальной прорезью: Эти двух-затворные устройства с вертикальной кремниевой прорезью ни что иное как узкий коридор кремния между двух более больших кремниевых участков.

— Квантовые полевые транзисторы: эти транзисторы характеризуются очень высокой скоростью действия и работой на принципе квантового туннелировнаия.

— T-инвертированные транзисторы: Часть такого устройства вертикально расширена из горизонтальной плоскости.

— Тонкоплёночный транзистор: В качестве активного полупроводника используются тонкие плёнки, изолятор и металл прокладываются по непроводящему материалу, такому как стекло.

— Баллистические транзисторы: Их используют в высокоскоростных интегрированных схемах, их работа основана на использовании электромагнитных сил.

— Электролит окисел полупроводниковые полевые транзисторы: У них металлическая часть стандартных металл-окисел полупроводниковых заменена на электролит. Их используют для обнаружения нейронной активности.

Классификация, основанная на функциях транзисторов

1. Транзисторы с маленьким сигналом: Этот тип транзисторов используется в частности для усиления сигналов с низким уровнем (редко – для переключения) и может быть как npn, так и pnp по своей конструкции.

2. Маленькие переключающие транзисторы: Широко применяются для переключения, несмотря на то, что они могут быть вовлечены в процесс усиления. Эти транзисторы доступны сразу и в виде npn, и в виде pnp.

3. Силовой транзистор: Их используют как силовые усилители в мощных устройствах. Это могут быть npn, или pnp, или транзисторы Дарлингтона.

4. Высокочастотные транзисторы: их также называют радиочастотными транзисторами. Они используются в устройствах, где есть высокоскоростное переключение, где маленькие сигналы действуют на больших частотах.

5. Фототранзистор: Это устройства с двумя выводами, которые чувствительны к свету. Они являются ни чем иным, как стандартными транзисторами, которые имеют фоточувствительную область как замещение базовой области.

6. Однопереходные транзисторы: Используются исключительно как переключатели и не подходят для усиления.

7. Транзисторы для биомедицинских исследований и для исследования окружающей среды: Их название говорит само за себя.

В дополнение к этому, существуют также биполярные транзисторы с изолированным затвором, которые сочетают в себе особенности одновременно биполярных плоскостных транзисторов и полевых транзисторов. Они используют изолированный затвор для контроля биполярного силового транзистора, выступая в роли переключателя.

Также есть устройства, которые имеют два туннельных перехода, включая участок, контролирующий затвор. Их называют одиночными электронными транзисторами. Транзисторы без переходов и с нанопроволокой не имеют перехода затвора, что приводит к более плотным и дешёвым микрочипам. Наконец, стоит отметить, что это были лишь некоторые типы транзисторов среди множества типов, которые представлены на рынке.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Виды полевых транзисторов: МДП, схемы, характеристики ВАХ

Полевые транзисторы с изолированным затвором.

В транзисторах этого типа затвор отделен от полупроводника слоем диэлектрика, в качестве которого в кремниевых приборах обычно используется двуокись кремния. Эти транзисторы обозначают аббревиатурой МОП (металл-окисел-полупроводник) и МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). В англоязычной литературе их обычно обозначают аббревиатурой MOSFET или MISFET (Metal-Oxide (Insulator) —Semiconductor FET).

В свою очередь МДП-транзисторы делят на два типа.

В так называемых транзисторах со встроенным (собственным) каналом (транзистор обедненного типа) и до подачи напряжения на затвор имеется канал, соединяющий исток и сток.

В так называемых транзисторах с индуцированным каналом (транзистор обогащенного типа) указанный выше канал отсутствует.

МДП-транзисторы характеризуются очень большим входным сопротивлением. При работе с такими транзисторами надо предпринимать особые меры защиты от статического электричества. Например, при пайке все выводы необходимо закоротить.

МДП-транзистор со встроенным каналом.

Канал может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. Для определенности обратимся к транзистору с каналом p -типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.97), условное графическое обозначение транзистора с каналом p-типа (рис. 1.98, а) и с каналом n-типа (рис. 1.98, б). Стрелка, как обычно, указывает направление от слоя p к слою n.

Рассматриваемый транзистор (см. рис. 1.97) может работать в двух режимах: обеднения и обогащения.

Режиму обеднения соответствует положительное напряжение uзи. При увеличении этого напряжения концентрация дырок в канале уменьшается (так как потенциал затвора больше потенциала истока), что приводит к уменьшению тока стока.

Если напряжение uзи больше напряжения отсечки, т. е. если u зи>uзи_отс, то канал не существует и ток между истоком и стоком равен нулю.

Режиму обогащения соответствует отрицательное напряжение uзи. При этом, чем больше модуль указанного напряжения, тем больше проводимость канала и тем больше ток стока.

Приведем схему включения транзистора (рис. 1.99).

На ток стока влияет не только напряжение uзи, но и напряжение между подложкой и истоком uпи. Однако управление по затвору всегда предпочтительнее, так как при этом входные токи намного меньше. Кроме того, наличие напряжения на подложке уменьшает крутизну.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Подложка образует с истоком, стоком и каналом p-n-переход. При использовании транзистора необходимо следить за тем, чтобы напряжение на этом переходе не смещало его в прямом направлении. На практике подложку подключают к истоку (как показано на схеме) или к точке схемы, имеющей потенциал, больший потенциала истока (потенциал стока в приведенной выше схеме меньше потенциала истока).

Изобразим выходные характеристики МДП-транзистора (встроенный p-канал) типа КП201Л (рис. 1.100) и его стокозатворную характеристику (рис. 1.101).

МДП-транзистор с индуцированным (наведенным) каналом.

Канал может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. Для определенности обратимся к транзистору с каналом p-типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.102), условное графическое обозначение транзистора с индуцированным каналом p -типа (рис. 1.103, а) и каналом n-типа (рис. 1.103, б).

При нулевом напряжении uзи канал отсутствует (рис. 1.102) и ток стока равен нулю. Транзистор может работать только в режиме обогащения, которому соответствует отрицательное напряжение uзи. При этом uиз > 0.Если выполняется неравенство uиз>u из порог, где u из порог — так называемое пороговое напряжение, то между истоком и стоком возникает канал p-типа, по которому может протекать ток.

Канал p-типа возникает из-за того, что концентрация дырок под затвором увеличивается, а концентрация электронов уменьшается, в результате чего концентрация дырок оказывается больше концентрации электронов.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Описанное явление изменения типа проводимости называют инверсией типа проводимости, а слой полупроводника, в котором оно имеет место (и который является каналом), — инверсным (инверсионным). Непосредственно под инверсным слоем образуется слой, обедненный подвижными носителями заряда. Инверсный слой значительно тоньше обедненного (толщина инверсного слоя 1 · 10 – 9…5 · 10– 9 м, а толщина обедненного слоя больше в 10 и более раз).

Изобразим схему включения транзистора (рис. 1.104), выходные характеристики (рис. 1.105) и стокозатворную характеристику (рис. 1.106) для МДП-транзистора с индуцированным p-каналом КП301Б.

Полезно отметить, что в пакете программ Micro-Cap II для моделирования полевых транзисторов всех типов используется одна и та же математическая модель (но, естественно, с различными параметрами).

Базовая электроника — типы транзисторов

Существует много типов транзисторов. Каждый транзистор специализируется на своем применении. Основная классификация заключается в следующем.

Первичный транзистор — BJT, а FET — современная версия транзистора. Давайте посмотрим на BJT.

Биполярный переходной транзистор

Транзистор с биполярным переходом, кратко называемый BJT , называется так, поскольку он имеет два PN перехода для своей функции. Этот BJT — не что иное, как обычный транзистор. Имеет два типа конфигураций NPN и PNP . Обычно NPN-транзистор является предпочтительным для удобства. На следующем рисунке показано, как выглядит практичный BJT.

Типами BJT являются NPN и PNP транзисторы. Транзистор NPN сделан, помещая материал p-типа между двумя материалами n-типа. Транзистор PNP сделан, помещая материал n-типа между двумя материалами p-типа.

BJT — устройство, контролируемое током. Обычный транзистор, который мы обсуждали в предыдущих главах, подпадает под эту категорию. Функциональность, конфигурации и приложения одинаковы.

Полевой транзистор

Полевой транзистор представляет собой трехполюсное однополярное полупроводниковое устройство. Это устройство, управляемое напряжением, в отличие от биполярного переходного транзистора. Основным преимуществом FET является то, что он имеет очень высокий входной импеданс, который составляет порядка мегаомов. Он имеет много преимуществ, таких как низкое энергопотребление, низкое тепловыделение, а полевые транзисторы являются высокоэффективными устройствами. На следующем рисунке показано, как выглядит практический FET.

FET является однополярным устройством , что означает, что оно изготовлено с использованием материала p-типа или n-типа в качестве основной подложки. Следовательно, текущая проводимость полевого транзистора осуществляется либо электронами, либо дырками.

Особенности FET

Ниже приведены различные характеристики полевого транзистора.

• Униполярный — Униполярный, поскольку дырки или электроны ответственны за проводимость.

• Высокий входной импеданс — Входной ток в FET протекает из-за обратного смещения. Следовательно, он имеет высокий входной импеданс.

• Устройство, управляемое напряжением. Поскольку выходное напряжение полевого транзистора контролируется входным напряжением затвора, полевой транзистор называется устройством, управляемым напряжением.

• Низкий уровень шума — на пути проводимости отсутствуют соединения. Следовательно, шум ниже, чем в BJT.

• Усиление характеризуется как трансдуктивность. Transconductance — это отношение изменения выходного тока к изменению входного напряжения.

• Выходной импеданс полевого транзистора низкий.

Униполярный — Униполярный, поскольку дырки или электроны ответственны за проводимость.

Высокий входной импеданс — Входной ток в FET протекает из-за обратного смещения. Следовательно, он имеет высокий входной импеданс.

Устройство, управляемое напряжением. Поскольку выходное напряжение полевого транзистора контролируется входным напряжением затвора, полевой транзистор называется устройством, управляемым напряжением.

Низкий уровень шума — на пути проводимости отсутствуют соединения. Следовательно, шум ниже, чем в BJT.

Усиление характеризуется как трансдуктивность. Transconductance — это отношение изменения выходного тока к изменению входного напряжения.

Выходной импеданс полевого транзистора низкий.

Преимущества FET

Чтобы предпочесть FET, а не BJT, должно быть несколько преимуществ использования FET, а не BJT. Попробуем обобщить преимущества FET над BJT.

JFET	BJT
Это однополярное устройство	Это биполярное устройство
Устройство с питанием от напряжения	Текущее управляемое устройство
Высокий входной импеданс	Низкое входное сопротивление
Низкий уровень шума	Высокий уровень шума
Лучшая термическая стабильность	Меньшая термостойкость
Усиление характеризуется трансдуктивностью	Усиление характеризуется усилением напряжения

Применение FET

• FET используется в цепях для уменьшения эффекта нагрузки.

• Полевые транзисторы используются во многих цепях, таких как буферный усилитель, генераторы фазового сдвига и вольтметры.

FET используется в цепях для уменьшения эффекта нагрузки.

Полевые транзисторы используются во многих цепях, таких как буферный усилитель, генераторы фазового сдвига и вольтметры.

FET терминалы

Хотя FET является трехполюсным устройством, они не совпадают с BJT-терминалами. Три терминала FET — это ворота, источник и слив. Терминал источника в FET аналогичен эмиттеру в BJT, а Gate аналогичен базе и стоку в коллектор.

Символы FET для типов NPN и PNP показаны ниже.

Источник

• Клемма источника в полевом транзисторе — это та, через которую несущие входят в канал.

• Это аналогично выводу эмиттера в биполярном переходном транзисторе.

• Терминал источника может быть обозначен как S.

• Ток, поступающий в канал на терминале источника, обозначается как IS.

Клемма источника в полевом транзисторе — это та, через которую несущие входят в канал.

Это аналогично выводу эмиттера в биполярном переходном транзисторе.

Терминал источника может быть обозначен как S.

Ток, поступающий в канал на терминале источника, обозначается как IS.

Ворота

• Клемма затвора в полевом транзисторе играет ключевую роль в функции полевого транзистора, контролируя ток через канал.

• Подавая внешнее напряжение на клемму затвора, можно контролировать ток через него.

• Ворота — это комбинация двух внутренних клемм, которые сильно легированы.

• Говорят, что проводимость канала модулируется терминалом затвора.

• Это аналогично базовой клемме в биполярном переходном транзисторе.

• Терминал Gate может быть обозначен как G.

• Ток, поступающий в канал на терминале Gate, обозначается как IG.

Клемма затвора в полевом транзисторе играет ключевую роль в функции полевого транзистора, контролируя ток через канал.

Подавая внешнее напряжение на клемму затвора, можно контролировать ток через него.

Ворота — это комбинация двух внутренних клемм, которые сильно легированы.

Говорят, что проводимость канала модулируется терминалом затвора.

Это аналогично базовой клемме в биполярном переходном транзисторе.

Терминал Gate может быть обозначен как G.

Ток, поступающий в канал на терминале Gate, обозначается как IG.

Сливной

• Сливная клемма в полевом транзисторе — это та, через которую несущие покидают канал.

• Это аналогично клемме коллектора в биполярном переходном транзисторе.

• Напряжение стока к источнику обозначается как VDS.

• Сливной терминал может быть обозначен как D.

• Ток, покидающий канал на сливном терминале, обозначается как I _D.

Сливная клемма в полевом транзисторе — это та, через которую несущие покидают канал.

Это аналогично клемме коллектора в биполярном переходном транзисторе.

Напряжение стока к источнику обозначается как VDS.

Сливной терминал может быть обозначен как D.

Ток, покидающий канал на сливном терминале, обозначается как I _D.

Типы FET

Есть два основных типа FETS. Это JFET и MOSFET. На следующем рисунке приведена дополнительная классификация полевых транзисторов.

В последующих главах мы подробно обсудим JFET и MOSFET.

Как выглядят транзисторы фото — Инженер ПТО

Внешний вид и обозначение транзистора на схемах

На фото справа вы видите первый работающий транзистор, который был создан в 1947 году тремя учёными – Уолтером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли.

Несмотря на то, что первый транзистор имел не очень презентабельный вид, это не помешало ему произвести революцию в радиоэлектронике.

Трудно предположить, какой бы была нынешняя цивилизация, если бы транзистор не был изобретён.

Транзистор является первым твёрдотельным устройством, способным усиливать, генерировать и преобразовывать электрический сигнал. Он не имеет подверженных вибрации частей, обладает компактными размерами. Это делает его очень привлекательным для применения в электронике.

Это было маленькое вступление, а теперь давайте разберёмся более подробно в том, что же представляет собой транзистор.

Сперва стоит напомнить о том, что транзисторы делятся на два больших класса. К первому относятся так называемые биполярные, а ко второму – полевые (они же униполярные). Основой как полевых, так и биполярных транзисторов является полупроводник. Основной же материал для производства полупроводников — это германий и кремний, а также соединение галлия и мышьяка — арсенид галлия (GaAs).

Стоит отметить, что наибольшее распространение получили транзисторы на основе кремния, хотя и этот факт может вскоре пошатнуться, так как развитие технологий идёт непрерывно.

Так уж случилось, но вначале развития полупроводниковой технологии лидирующее место занял биполярный транзистор. Но не многие знают, что первоначально ставка делалась на создание полевого транзистора. Он был доведён до ума уже позднее. О полевых MOSFET-транзисторах читайте здесь.

Не будем вдаваться в подробное описание устройства транзистора на физическом уровне, а сперва узнаем, как же он обозначается на принципиальных схемах. Для новичков в электронике это очень важно.

Для начала, нужно сказать, что биполярные транзисторы могут быть двух разных структур. Это структура P-N-P и N-P-N. Пока не будем вдаваться в теорию, просто запомните, что биполярный транзистор может иметь либо структуру P-N-P, либо N-P-N.

На принципиальных схемах биполярные транзисторы обозначаются вот так.

Как видим, на рисунке изображены два условных графических обозначения. Если стрелка внутри круга направлена к центральной черте, то это транзистор с P-N-P структурой. Если же стрелка направлена наружу – то он имеет структуру N-P-N.

Маленький совет.

Чтобы не запоминать условное обозначение, и сходу определять тип проводимости (p-n-p или n-p-n) биполярного транзистора, можно применять такую аналогию.

Сначала смотрим, куда указывает стрелка на условном изображении. Далее представляем, что мы идём по направлению стрелки, и, если упираемся в «стенку» – вертикальную черту – то, значит, «Прохода Нет»! «Нет» – значит p-n-p (П-Н-П ).

Ну, а если идём, и не упираемся в «стенку», то на схеме показан транзистор структуры n-p-n. Похожую аналогию можно использовать и в отношении полевых транзисторов при определении типа канала (n или p). Про обозначение разных полевых транзисторов на схеме читайте тут.

Обычно, дискретный, то есть отдельный транзистор имеет три вывода. Раньше его даже называли полупроводниковым триодом. Иногда у него может быть и четыре вывода, но четвёртый служит для подключения металлического корпуса к общему проводу. Он является экранирующим и не связан с другими выводами. Также один из выводов, обычно это коллектор (о нём речь пойдёт далее), может иметь форму фланца для крепления к охлаждающему радиатору или быть частью металлического корпуса.

Вот взгляните. На фото показаны различные транзисторы ещё советского производства, а также начала 90-ых.

А вот это уже современный импорт.

Каждый из выводов транзистора имеет своё назначение и название: база, эмиттер и коллектор. Обычно эти названия сокращают и пишут просто Б (База), Э (Эмиттер), К (Коллектор). На зарубежных схемах вывод коллектора помечают буквой C, это от слова Collector — «сборщик» (глагол Collect — «собирать»). Вывод базы помечают как B, от слова Base (от англ. Base — «основной»). Это управляющий электрод. Ну, а вывод эмиттера обозначают буквой E, от слова Emitter — «эмитент» или «источник выбросов». В данном случае эмиттер служит источником электронов, так сказать, поставщиком.

В электронную схему выводы транзисторов нужно впаивать, строго соблюдая цоколёвку. То есть вывод коллектора запаивается именно в ту часть схемы, куда он должен быть подключен. Нельзя вместо вывода базы впаять вывод коллектора или эмиттера. Иначе не будет работать схема.

Как узнать, где на принципиальной схеме у транзистора коллектор, а где эмиттер? Всё просто. Тот вывод, который со стрелкой – это всегда эмиттер. Тот, что нарисован перпендикулярно (под углом в 90 0 ) к центральной черте – это вывод базы. А тот, что остался – это коллектор.

Также на принципиальных схемах транзистор помечается символом VT или Q. В старых советских книгах по электронике можно встретить обозначение в виде буквы V или T. Далее указывается порядковый номер транзистора в схеме, например, Q505 или VT33. Стоит учитывать, что буквами VT и Q обозначаются не только биполярные транзисторы, но и полевые в том числе.

Далее узнаем, как найти транзисторы на печатной плате электронного прибора.

В реальной электронике транзисторы легко спутать с другими электронными компонентами, например, симисторами, тиристорами, интегральными стабилизаторами, так как те имеют такие же корпуса. Особенно легко запутаться, когда на электронном компоненте нанесена неизвестная маркировка.

В таком случае нужно знать, что на многих печатных платах производится разметка позиционирования и указывается тип элемента. Это так называемая шелкография. Так на печатной плате рядом с деталью может быть написано Q305. Это значит, что этот элемент транзистор и его порядковый номер в принципиальной схеме – 305. Также бывает, что рядом с выводами указывается название электрода транзистора. Так, если рядом с выводом есть буква E, то это эмиттерный электрод транзистора. Таким образом, можно чисто визуально определить, что же установлено на плате – транзистор или совсем другой элемент.

Как уже говорилось, это утверждение справедливо не только для биполярных транзисторов, но и для полевых. Поэтому, после определения типа элемента, необходимо уточнять класс транзистора (биполярный или полевой) по маркировке, нанесённой на его корпус.

Полевой транзистор FR5305 на печатной плате прибора. Рядом указан тип элемента — VT

Любой транзистор имеет свой типономинал или маркировку. Пример маркировки: КТ814. По ней можно узнать все параметры элемента. Как правило, они указаны в даташите (datasheet). Он же справочный лист или техническая документация. Также могут быть транзисторы этой же серии, но чуть с другими электрическими параметрами. Тогда название содержит дополнительные символы в конце, или, реже, в начале маркировки. (например, букву А или Г).

Зачем так заморачиваться со всякими дополнительными обозначениями? Дело в том, что в процессе производства очень сложно достичь одинаковых характеристик у всех транзисторов. Всегда есть определённое, пусть и, небольшое, но отличие в параметрах. Поэтому их делят на группы (или модификации).

Строго говоря, параметры транзисторов разных партий могут довольно существенно различаться. Особенно это было заметно ранее, когда технология их массового производства только оттачивалась.

Внешний вид и обозначение транзистора на схемах

На фото справа вы видите первый работающий транзистор, который был создан в 1947 году тремя учёными – Уолтером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли.

Несмотря на то, что первый транзистор имел не очень презентабельный вид, это не помешало ему произвести революцию в радиоэлектронике.

Трудно предположить, какой бы была нынешняя цивилизация, если бы транзистор не был изобретён.

Транзистор является первым твёрдотельным устройством, способным усиливать, генерировать и преобразовывать электрический сигнал. Он не имеет подверженных вибрации частей, обладает компактными размерами. Это делает его очень привлекательным для применения в электронике.

Это было маленькое вступление, а теперь давайте разберёмся более подробно в том, что же представляет собой транзистор.

Сперва стоит напомнить о том, что транзисторы делятся на два больших класса. К первому относятся так называемые биполярные, а ко второму – полевые (они же униполярные). Основой как полевых, так и биполярных транзисторов является полупроводник. Основной же материал для производства полупроводников — это германий и кремний, а также соединение галлия и мышьяка — арсенид галлия (GaAs).

Стоит отметить, что наибольшее распространение получили транзисторы на основе кремния, хотя и этот факт может вскоре пошатнуться, так как развитие технологий идёт непрерывно.

Так уж случилось, но вначале развития полупроводниковой технологии лидирующее место занял биполярный транзистор. Но не многие знают, что первоначально ставка делалась на создание полевого транзистора. Он был доведён до ума уже позднее. О полевых MOSFET-транзисторах читайте здесь.

Не будем вдаваться в подробное описание устройства транзистора на физическом уровне, а сперва узнаем, как же он обозначается на принципиальных схемах. Для новичков в электронике это очень важно.

Для начала, нужно сказать, что биполярные транзисторы могут быть двух разных структур. Это структура P-N-P и N-P-N. Пока не будем вдаваться в теорию, просто запомните, что биполярный транзистор может иметь либо структуру P-N-P, либо N-P-N.

На принципиальных схемах биполярные транзисторы обозначаются вот так.

Как видим, на рисунке изображены два условных графических обозначения. Если стрелка внутри круга направлена к центральной черте, то это транзистор с P-N-P структурой. Если же стрелка направлена наружу – то он имеет структуру N-P-N.

Маленький совет.

Чтобы не запоминать условное обозначение, и сходу определять тип проводимости (p-n-p или n-p-n) биполярного транзистора, можно применять такую аналогию.

Сначала смотрим, куда указывает стрелка на условном изображении. Далее представляем, что мы идём по направлению стрелки, и, если упираемся в «стенку» – вертикальную черту – то, значит, «Прохода Нет»! «Нет» – значит p-n-p (П-Н-П ).

Ну, а если идём, и не упираемся в «стенку», то на схеме показан транзистор структуры n-p-n. Похожую аналогию можно использовать и в отношении полевых транзисторов при определении типа канала (n или p). Про обозначение разных полевых транзисторов на схеме читайте тут.

Обычно, дискретный, то есть отдельный транзистор имеет три вывода. Раньше его даже называли полупроводниковым триодом. Иногда у него может быть и четыре вывода, но четвёртый служит для подключения металлического корпуса к общему проводу. Он является экранирующим и не связан с другими выводами. Также один из выводов, обычно это коллектор (о нём речь пойдёт далее), может иметь форму фланца для крепления к охлаждающему радиатору или быть частью металлического корпуса.

Вот взгляните. На фото показаны различные транзисторы ещё советского производства, а также начала 90-ых.

А вот это уже современный импорт.

Каждый из выводов транзистора имеет своё назначение и название: база, эмиттер и коллектор. Обычно эти названия сокращают и пишут просто Б (База), Э (Эмиттер), К (Коллектор). На зарубежных схемах вывод коллектора помечают буквой C, это от слова Collector — «сборщик» (глагол Collect — «собирать»). Вывод базы помечают как B, от слова Base (от англ. Base — «основной»). Это управляющий электрод. Ну, а вывод эмиттера обозначают буквой E, от слова Emitter — «эмитент» или «источник выбросов». В данном случае эмиттер служит источником электронов, так сказать, поставщиком.

В электронную схему выводы транзисторов нужно впаивать, строго соблюдая цоколёвку. То есть вывод коллектора запаивается именно в ту часть схемы, куда он должен быть подключен. Нельзя вместо вывода базы впаять вывод коллектора или эмиттера. Иначе не будет работать схема.

Как узнать, где на принципиальной схеме у транзистора коллектор, а где эмиттер? Всё просто. Тот вывод, который со стрелкой – это всегда эмиттер. Тот, что нарисован перпендикулярно (под углом в 90 0 ) к центральной черте – это вывод базы. А тот, что остался – это коллектор.

Также на принципиальных схемах транзистор помечается символом VT или Q. В старых советских книгах по электронике можно встретить обозначение в виде буквы V или T. Далее указывается порядковый номер транзистора в схеме, например, Q505 или VT33. Стоит учитывать, что буквами VT и Q обозначаются не только биполярные транзисторы, но и полевые в том числе.

Далее узнаем, как найти транзисторы на печатной плате электронного прибора.

В реальной электронике транзисторы легко спутать с другими электронными компонентами, например, симисторами, тиристорами, интегральными стабилизаторами, так как те имеют такие же корпуса. Особенно легко запутаться, когда на электронном компоненте нанесена неизвестная маркировка.

В таком случае нужно знать, что на многих печатных платах производится разметка позиционирования и указывается тип элемента. Это так называемая шелкография. Так на печатной плате рядом с деталью может быть написано Q305. Это значит, что этот элемент транзистор и его порядковый номер в принципиальной схеме – 305. Также бывает, что рядом с выводами указывается название электрода транзистора. Так, если рядом с выводом есть буква E, то это эмиттерный электрод транзистора. Таким образом, можно чисто визуально определить, что же установлено на плате – транзистор или совсем другой элемент.

Как уже говорилось, это утверждение справедливо не только для биполярных транзисторов, но и для полевых. Поэтому, после определения типа элемента, необходимо уточнять класс транзистора (биполярный или полевой) по маркировке, нанесённой на его корпус.

Полевой транзистор FR5305 на печатной плате прибора. Рядом указан тип элемента — VT

Любой транзистор имеет свой типономинал или маркировку. Пример маркировки: КТ814. По ней можно узнать все параметры элемента. Как правило, они указаны в даташите (datasheet). Он же справочный лист или техническая документация. Также могут быть транзисторы этой же серии, но чуть с другими электрическими параметрами. Тогда название содержит дополнительные символы в конце, или, реже, в начале маркировки. (например, букву А или Г).

Зачем так заморачиваться со всякими дополнительными обозначениями? Дело в том, что в процессе производства очень сложно достичь одинаковых характеристик у всех транзисторов. Всегда есть определённое, пусть и, небольшое, но отличие в параметрах. Поэтому их делят на группы (или модификации).

Строго говоря, параметры транзисторов разных партий могут довольно существенно различаться. Особенно это было заметно ранее, когда технология их массового производства только оттачивалась.

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

Транзисторы виды и характеристики — Яхт клуб Ост-Вест

Транзисторы — полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Наиболее распространены так называемые биполярные транзисторы.

Их основа — пластинка монокристаллического полупроводника (чаще всего кремния или германия), в которой с помощью особых технологических приемов созданы, как минимум, три области с разной электропроводностью: эмиттер, база и коллектор.

Электропроводность эмиттера и коллектора всегда одинаковая (р или п), базы — противоположная (п или р). Иными словами, биполярный транзистор (далее просто транзистор) содержит два р-п перехода: один из них соединяет базу с эмиттером (эмиттерный переход), другой — с коллектором (коллекторный переход).

На схемах транзисторы обозначают, как показано на рис. 1,а. Здесь короткая черточка с линией-выводом от середины символизирует базу, две наклонные линии, проведенные к ней под углом 60°, — эмиттер и коллектор.

Рис. 1. Внешний вид транзисторов, обозначение транзисторов на принципиальных схемах.

Об электропроводности базы судят по символу эмиттера: если его стрелка направлена к базе (рис. 1,а), то это означает, эмиттер имеет электропроводность типа р, а база — типа п; если же стрелка направлена в противоположную сторону (рис. 1,6), электропроводность эмиттера и базы — обратная (соответственно пир).

Поскольку, как уже отмечалось, электропроводность коллектора та же, что и эмиттера, стрелку на символе коллектора не изображают. Знать электропроводность эмиттера, базы и коллектора необходимо для того, чтобы правильно подключить транзистор к источнику питания. В справочниках эту информацию приводят в виде структурной формулы.

Транзистор, база которого имеет проводимость типа п, обозначают формулой p-n-p, а транзистор с базой, имеющей электропроводность типа P, — формулой n-p-n. В первом случае на базу и коллектор следует подавать отрицательное (по отношению к эмиттеру) напряжение, во втором — положительное.

Для наглядности условное обозначение транзистора обычно помещают в кружок, символизирующий его корпус. Корпус нередко изготовляют из металла и соединяют с одним из выводов транзистора. На схемах это показывают точкой в месте пересечения лиши-вывода с символом корпуса (у транзистора, изображенного на рис. 1,в, с корпусом соединен вывод коллектора).

Если же корпус снабжен отдельным выводом, линию-вывод допускается присоединять к кружку без точки (рис. 1,г). С целью повышения информативности схем рядом с позиционным обозначением транзистора обычно указывают его тип.

Линии-выводы, идущие от символов эмиттера и коллектора, проводят в одном из двух направлений: перпендикулярно или параллельно линии-выводу базы (рис. 1,д). Излом этой линии допускается лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (рис. 1,е).

Транзистор может иметь несколько эмиттерных областей (эмиттеров). В этом случае символы эмиттеров обычно изображают с одной стороны символа базы, а кружок-корпус заменяют овалом (рис. 1,ж).

В некоторых случаях ГОСТ 2.730—73 допускает изображать транзисторы и без символа корпуса, например при изображении бескорпуоных транзисторов ИЛ|Ц когда на схеме необходимо показать транзисторы, входящие в так называемые транзисторные сборки или матрицы (их выпускают в тех же корпусах, что и интегральные микросхемы).

Рис. 2. Транзисторные сборки.

Поскольку буквенный код VT предусмотрен для обозначения транзисторов, выполненных в виде самостоятельных приборов, транзисторы сборок обозначают одним из следующих способов: либо используют код VT и присваивают им порядковые номера наряду с другими транзисторами (в этом случае на поле схемы помещают такую, например, запись: VT1—VT4 К1НТ251), либо берут код аналоговых микросхем DA и указывают принадлежность транзисторов к матрице в позиционном обозначении (рис. 2,а).

У выводов таких транзисторов, как правило, приводят условные номера, присвоенные выводам корпуса, в котором выполнена сборка. Без символа корпуса изображают на схемах и транзисторы аналоговых и цифровых микросхем (для примера на рис. 1,6 показаны транзисторы структуры n-p-n с тремя и четырьмя эмиттерами).

Условные графические обозначения некоторых разновидностей биполярных транзисторов получают введением в основной символ специальных знаков. Так, чтобы изобразить лавинный транзистор, между символами эмиттера и коллектора помещают знак эффекта лавинного пробоя (рис. 3,а). При повороте условного обозначения положение этого знака должно оставаться неизменным.

Рис. 3. Лавинный транзистор.

Иначе построено обозначение так называемого однопереходного транзистора. У него один р-п переход, но два вывода базы. Символ эмиттера в обозначении этого транзистора проводят к середине символа базы (рис. 3,6). Об электропроводности базы судят по символу эмиттера (все сказанное ранее о транзисторах с двумя р-п переходами полностью применимо и к однрпереход-ному транзистору).

На обозначение однопереходного транзистора похоже условное обозначение довольно большой группы транзисторов с р-п переходом, получивших название полевых. Основа такого транзистора — созданный в полупроводнике и снабженный двумя выводами (исток и сток) канал с электропроводностью n-или p-типа.

Сопротивлением канала управляет третий электрод — затвор, соединенный с его средней частью р-п переходом. Канал полевого транзистора изображают так же, как и базу биполярного транзистора, но помещают в средней части кружка-корпуса , символы истока и стока присоединяют к нему с одной стороны, затвора — с другой.

Чтобы не вводить каких-либо знаков для различения символов истока и стока, затвор изображают на продолжении линии истока. Электропроводность канала указывают стрелкой на символе затвора.

В условном обозначении полевого транзистора с изолированным затворам (его изображают в виде черточки, параллельной символу канала, с выводом на продолжении линии истока) электропроводность канала показывают стрелкой, помещенной между символами истока и стока: если она направлена к символу канала, то это значит, что изображен транзистор с каналом п-типа, а если в противоположную сторону, — с каналом р-типа (рис. 4,а, б).

Рис. 4. Изображение полевых транзисторов на принципиальных схемах.

Аналогично указывают тип электропроводности канала и при наличии вывода от кристалла-подложки (рис. 4,в), а также при изображении полевого транзистора с так называемым индуцированным каналом, символ которого — три короткие штриха (рис. 4,г, д). Если подложка соединена с одним из электродов (обычно с истоком), это соединение показывают внутри символа без точки (рис. 4, е).

В палевом транзисторе может быть несколько затворов. Изображают их в этом случае короткими черточками, причем линию-вывод первого затвора обязательно помещают на продолжении линии истока (рис. 4,ж).

Линии-выводы полевого транзистора допускается изгибать лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (рис. 4,з), который может быть соединен с одним из электродов или иметь самостоятельный вывод (рис. 4,ы).

Из транзисторов, управляемых внешними факторами, в настоящее время находят применение фототранзисторы. В качестве примера на рис. 5 показаны условные обозначения фототранзжггоров с выводом базы и без него.

Наряду с другими полупроводниковыми приборами, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, фототранзисторы могут входить в состав оптронов. Обозначение фототранзистора в этом случае вместе с символом излучателя света (обычно светодиода) заключают в объединяющий их символ корпуса, а знак фотоэффекта заменяют знаком оптической связи — двумя параллельными стрелками.

Рис. 5. Изображение на принципиальных схемах фототранзисторов.

Для примера на рис. 5,а изображена одна из оптопар сдвоенного оптрона К249КП1, о чем говорит позиционное обозначение U1.1. Аналогично строят условное графическое обозначение оптрона с составным транзистором (рис. 5,6).

Литература: В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998.

К транзисторам относят полупроводниковые приборы с тремя электродами, которые служат для усиления или переключения сигналов. Для изготовления транзисторов наиболее часто используют кремний и германий. В соответствии с этим различают кремниевые и германиевые транзисторы.

К классу широко распространенных биполярных транзисторов относят полупроводниковые приборы с двумя или несколькими взаимодействующими электрическими p-n-переходами и тремя или более выводами, усилительные свойства которых обусловлены явлениями инжекции и экстракции носителей заряда.

Инжекцией называется введение (нагнетание) носителей заряда через p-n-переход в область полупроводника, где они являются неосновными носителями за счет снижения потенциального барьера (прямое включение перехода).

Экстракцией называют процесс «отсоса» неосновных носителей заряда при обратном включении напряжения.

В зависимости от типа электропроводности наружных слоев различают транзисторы p-n-p-типа и n-p-n-типа. Упрощенная схема p-n-p-транзистора показана на рис.6.30.

Рис.6.30. Структура p-n-p-транзистора

На рис.6.31 показано условное обозначение p-n-p и n-p-n-транзистора.

Рис. 6.31. Условное обозначение транзисторов

При подключении транзистора к одному переходу прикладывается прямое, к другому обратное напряжение.

Переход, к которому при нормальном включении приложено прямое напряжение, называют эмиттерным, а его соответствующий вывод – эмиттером (э). Переход к которому при нормальном включении приложено обратное напряжение, называют коллекторным, а вывод – коллектором (к). Средний слой называют базой (б).

Допустимо обратное включение переходов, его называют инверсным включением. При инверсном включении параметры транзистора сильно изменяются.

На рис.6.32 показана схема движения носителей зарядов в нормально включённом транзисторе.

Рис.6.32. Схема движения носителей зарядов в транзисторах

При таком включении эмиттерный переход смещается в прямом направлении, коллекторный – в обратном.

Толщина базы конструктивно выполняется во много раз меньше диффузной длины, поэтому неосновные носители в базе не успевают рекомбинировать. Т.е., если дырки попадают в базу, они ее просто «проскакивают».

При смещении эмиттера в прямом направлении дырки из эмиттера переходят в базу, а электроны из базы в эмиттер, причем из-за высокого сопротивления базы в ней преобладает дырочный ток. Дырки, попавшие в базу, создают вблизи p-n-перехода электрический заряд, который компенсируется электронами, приходящими из внешнего источника U_эб. Приток электронов в базу из внешней цепи создает электрический ток I ′ _б, который направлен из базы.

Инжектированные в базу носители заряда и носители заряда, компенсирующие их заряд, движутся вглубь базы к коллектору, проходят базу вследствие малости ее толщины и попав в ускоряющее поле вблизи коллекторного перехода, втягиваются в коллектор. Электроны, ушедшие через коллекторный переход, уходят через базовый вывод, создавая ток I ′′ _б. Дырки в базе являются неосновным носителем и поэтому свободно проходят через запертый коллекторный p-n-переход в область коллектора.

Поскольку дырки дают только часть тока эмиттера, то ток коллектора меньше тока эмиттера и определяется формулой

Чтобы транзистор не перегревался, должно выполняться неравенство

где P_kmax – максимально допустимая мощность.

В активном режиме эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном.

Если оба перехода смещены в прямом направлении, то такой режим называется режимом насыщения.

Для нормальной работы транзистора должны одновременно соблюдаться 3 условия:

где I_кmax и U_кэmax – максимально допустимые параметры по коллекторному току и напряжению коллектор-эмиттер.

На рис.6.37 для выходных характеристик транзистора показаны режимы работы транзистора и область его безопасной работы

Рис.6.37. Режимы работы транзистора

Для часто используемой схемы с общим эмиттером с учетом выражения 6.4, а также с учетом того, что

(6.8)

В последнем выражении коэффициент

называется статическим коэффициентом передачи базового тока. Типовые значения

Если ввести обозначение то выражение (6.8) преобразуется в выражение

(6.9)

Это выражение в первом приближении описывает выходные характеристики работы транзистора без учета наклона характеристик.

С учетом наклонов последнее выражение преобразуется в выражение вида:

,

где .

При расчете электронных схем, содержащих транзистор, используют их эквивалентные схемы и соответствующие математические модели. В настоящее время известно несколько вариантов таких моделей.

Один из них – вариант модели Эберса-Молла представлен на рис.6.38.

Рис.6.38. Математическая модель по Эберсу-Моллу

В этой схеме ₁ – статический коэффициент передачи коллекторного тока в область эмиттера, I_кт и I_эт – тепловые токи коллектора и эмиттера. Источники тока отражают взаимодействие p-n-переходов. Используя первый закон Кирхгофа, можно записать

Практически используемые модели дополняются сопротивлениями и конденсаторами переходов, аналогичных тому, как это делается в моделях диодов.

Упрощенные математические модели принято называть эквивалентными схемами. При работе на активном участке в первом приближении входные и выходные характеристики транзистора можно считать линейными, в связи с чем эквивалентную схему транзистора можно представить, можно представить в виде рис. 6.39.

Рис.6.39. Эквивалентная схема транзистора

Здесь r_б и r_э – сопротивление базового и эмиттерного слоя соответственно. Иногда вместо r_э включают идеальный диод VD, который во включенном состоянии заменяют «закороткой», а в выключенном – «разрывом» ц

Схема транзистора «Классификация» | Основы электроники

Классифицируется по форме.

Размер и форма транзистора определяются потребляемой мощностью и способом монтажа. Транзисторы можно разделить на выводы с выводами и на поверхность.

Типовые формы транзисторов

(На рисунках показаны виды в разрезе)

Миниатюрный транзистор поверхностного монтажа Транзистор вставного типа

Классификация по конструкции

Транзисторы

обычно делятся на два основных типа в зависимости от их конструкции. Эти два типа представляют собой транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET).

Биполярные транзисторы

Слово «биполярный» состоит из двух корневых слов. Би (что означает «два») и полярный (что означает «противоположности»). Биполярный транзистор — это транзистор, в котором ток через транзистор передается через отверстия (положительная полярность) и электроны (отрицательная полярность). Транзисторы с биполярным переходом были первым типом транзисторов, которые начали массово производиться в 1947 году в виде транзисторов с точечным контактом (Bell Labs).Они представляют собой комбинацию двух переходных диодов и образованы либо из тонкого слоя полупроводника p-типа, зажатого между двумя полупроводниками n-типа (транзистор n – p – n), либо из тонкого слоя полупроводника n-типа, зажатого между два полупроводника p-типа (транзистор ap – n – p).

полевых транзисторов

Полевые транзисторы (полевые транзисторы) обычно можно разделить на три различных типа; полевые транзисторы переходного типа, полевые транзисторы типа MOS (металл-оксид-полупроводник) и полевые транзисторы типа MES (металл-полупроводник). Полевые транзисторы переходного типа в основном используются в аналоговых схемах, например, в звуковом оборудовании, а полевые транзисторы типа МОП используются в основном в цифровых ИС, таких как те, которые используются в микрокомпьютерах.Полевые транзисторы типа MES используются для усиления микроволн, например, в приемопередатчиках спутникового вещания.

Классификация по допустимой мощности

Существует две широких классификации транзисторов в зависимости от их допустимой мощности: малосигнальные транзисторы и силовые транзисторы. Эти классификации основаны, прежде всего, на максимальном номинальном значении рассеиваемой мощности коллектора Pc.

Малосигнальные транзисторы

Это транзисторы, у которых максимальный ток коллектора (IC (max)) составляет около 500 мА или меньше, а максимальная рассеиваемая мощность коллектора (Pc (max)) меньше 1 Вт.Эти транзисторы называются малосигнальными транзисторами, чтобы отличать их от силовых транзисторов, и имеют то свойство, что они, как правило, представляют собой формованные из эпоксидной смолы.

Силовые транзисторы

Если транзистор имеет Pc 1 Вт или более, его обычно классифицируют как силовой транзистор. По сравнению с малосигнальными транзисторами силовые транзисторы имеют больший максимальный ток коллектора, максимальную рассеиваемую мощность коллектора, а также имеют больший размер для удовлетворения тепловыделения. Обычно они экранированы металлом или имеют конструкцию с теплоизлучающими ребрами.

В Японии транзистор называют «камнем». Слово «транзистор» — это комбинация передачи и резистора. Поскольку транзистор сделан из кремния, который является основным элементом всех горных пород и камней на Земле, многие японские дизайнеры называют транзистор камнем.

Классификация по типу интеграции

Помимо транзисторов дискретного типа, ROHM также производит композитные транзисторы. Они объединяют несколько транзисторов вместе, чтобы удовлетворить различные потребности пользователей.К ним относятся цифровые транзисторы со встроенными резисторами, массивы транзисторов, состоящие из нескольких транзисторов в одном корпусе, и транзисторные блоки со встроенными простыми схемами.

Дискретные транзисторы

Это транзисторы в индивидуальной упаковке. Они становятся менее распространенными, поскольку подавляющее большинство транзисторов в настоящее время производится в интегральных схемах вместе с диодами, резисторами, конденсаторами и другими электронными компонентами для создания законченных электронных схем.

Транзисторы композитные

Составной транзистор (иногда известный как транзистор Дарлингтона) представляет собой комбинацию двух или более транзисторов (обычно транзисторов с биполярным переходом) с целью увеличения коэффициента усиления по току.

* Цифровые транзисторы

Цифровой транзистор — это биполярный транзистор со встроенными резисторами. Это стандартные транзисторы, которые используются в схемотехнике.

Транзистор

Классификация, конфигурация, приложения и преимущества

Изначально транзистор

назывался «транзитный резистор» или «передаточный резистор».Это элементарный блок электронных схем. Они настолько широко используются, что вы не можете представить себе печатную плату без этого компонента. В этой статье мы обсудим, что такое транзистор, его конфигурация, классификация, принцип работы, применение, преимущества и недостатки.

Что такое транзистор

Транзисторы — это электронные устройства, которые составляют основной и главный компонент любых электронных схем. Раньше транзисторы были сделаны из германия, который был чувствителен к температуре и постепенно заменялся кремнием.Кремниевые транзисторы дешевле в производстве. Это элементарные блоки микрочипов и компьютеров.

Рис.1 — Физический вид транзистора

Его также можно определить как трехконтактное устройство, которое состоит из трех отдельных слоев, где два одинаковых слоя размещены между слоем противоположного типа, называемым «транзистором».

Слои могут быть двух сэндвич-типа «P», одного типа «N» или двух слоев «N», сэндвич одного типа «P», как показано на Рис. 2. Левый вывод называется Эмиттером, правый вывод называется Коллектором, а область в середине называется Базой.

Классификация транзисторов

В основном транзисторы бывают трех типов, а именно:

• Точечный транзистор
• Полевой транзистор (FET)
• Биполярный переходной транзистор (BJT)

Рис.2 — Классификация транзисторов

Точечный транзистор

Они были первыми изобретенными транзисторами, в которых в качестве полупроводника использовался германий, через которые были пропущены две проволоки из фосфорной бронзы.Сильноточные импульсы использовались для плавления проводов, и это заставляло фосфор диффундировать от проводов к германию, что создавало области P-типа вокруг наконечников. Была сформирована структура PNP с отрицательным сопротивлением.

Полевой транзистор (FET)

FET — это три оконечных устройства, у которых есть вентиль, источник, сток и субстрат, который считается четвертым терминалом. Это устройства, управляемые напряжением, которые позволяют управлять размером и формой канала.Поскольку они работают в одноканальном режиме, они обозначены как униполярные транзисторы. Далее они подразделяются на:

JFET

J unction G ate F ield- E ffect T ransistor представляет собой трехполюсное устройство, которое не требует тока смещения и полностью контролируется напряжением. Они называются устройствами режима истощения, имеющими канал N-типа и P-типа.

МОП-транзистор

M etal O xide S ilicon F ield E ffect T ransistor также является униполярным транзистором, имеющим затвор, источник, сток и подложку.Два режима работы полевых МОП-транзисторов — это режим улучшения и режим истощения с каналом N-типа и P-типа.

Биполярный переходной транзистор (BJT) Переходные транзисторы

обычно называются BJT или биполярными переходными транзисторами, имеющими три вывода: эмиттер, базу и коллектор. Ток управляет транзисторами, то есть небольшой ток, протекающий через базу, вызывает большой ток, протекающий от эмиттера к коллектору. BJT включается входным током, который подается на базу.

Далее они подразделяются на:

• NPN Транзисторы
• PNP Транзисторы

Рис. 3 — Базовая структура и обозначение схемы транзисторов NPN — PNP

NPN транзистор

NPN-транзистор — это тип BJT, который состоит из трех слоев, в которых слой с примесью «P» расположен между двумя слоями с примесью «N».

PNP Транзистор

PNP-транзистор — это тип BJT, который состоит из трех слоев, в которых слой с примесью «N» расположен между двумя слоями с примесью «P».

Конфигурации транзисторных цепей

Транзистор

имеет три вывода, а именно выводы эмиттера, базы и коллектора, но когда он подключен в цепь, требуются четыре вывода. Две клеммы необходимы для входа, а две другие — для выхода. Следовательно, одна клемма транзистора сделана общей как для входных, так и для выходных клемм. Эмиттер и коллектор неизменно смещены в прямом и обратном направлении соответственно.

Есть три способа включения транзистора в схему, а именно:

• Подключение общей базы (Common Base Circuit)
• Подключение общего эмиттера (Common Emitter Circuit)
• Подключение общего коллектора (Common Collector Circuit)

Цепь общей базы

Как следует из названия, этот тип схемы имеет общую базу как для ввода, так и для вывода.Входной сигнал подается между эмиттером и базой, а выходной сигнал получается от коллектора и базы. В этом типе цепи ток эмиттера (I _E ), который также является входным током, является высоким. Следовательно, входное сопротивление низкое.

Рис.4 — Цепь общей базы

Из-за обратного напряжения на коллекторе выходное сопротивление высокое. Соединение с общей базой используется редко, так как у него нет текущего усиления.

Цепь общего эмиттера

Это наиболее широко используемая схема во всех транзисторных приложениях.Эта схема, показанная на рисунке 5, имеет общий эмиттер как для входа, так и для выхода. Входной сигнал подается между базой и эмиттером, а выходной сигнал поступает от коллектора и эмиттера. Из-за небольшого базового тока (I _B ) входное сопротивление очень велико.

Рис.5 — Цепь общего эмиттера

Выходное сопротивление цепи CE низкое, а коэффициент усиления большой, потому что ток коллектора (I _C ) намного больше, чем ток базы (I _B ).В этой цепи высокий коэффициент усиления по напряжению.

Цепь общего коллектора

В схеме этого типа, показанной на рис. 6, коллектор является общим как для входа, так и для выхода. Входной сигнал применяется между базой и коллектором, а выходной — между эмиттером и коллектором.

Рис.6 — Цепь общего коллектора

Входное сопротивление высокое, а выходное сопротивление низкое по сравнению с другими цепями. Нет усиления по напряжению.Эта схема находит свое применение для согласования импеданса.

Как работает транзистор

Чтобы понять принцип работы транзистора, давайте рассмотрим транзистор NPN, показанный на рисунке 6. Соединение между эмиттером и базой известно как соединение эмиттер-база, которое имеет прямое смещение. Точно так же соединение между базой и коллектором известно как соединение коллектор-база, которое имеет обратное смещение.

Рис.7 — Базовая схема из NPN-транзистор

Прямое смещение заставляет электроны или ток в эмиттере N-типа течь к базе.Эмиттер сильно легирован, поэтому большое количество носителей заряда (электронов) проникает в базовую область. Этот ток из области эмиттера называется током эмиттера I _E . Когда ток протекает через основание P-типа, небольшое количество электронов соединяется с отверстиями. Это составляет базовый ток I _B . База очень тонкая и слегка легированная, что помогает оставшимся носителям заряда двигаться к области коллектора.

Обратное смещение коллектора притягивает электроны.Коллектор умеренно легирован и позволяет оставшимся электронам проходить через него. Следовательно, мы можем заключить, что ток эмиттера является суммой базового тока и тока коллектора, то есть I _E = I _B + I _C

Применение транзистора

Среди приложений:

• Транзисторы используются в генераторах и модуляторах в качестве усилителей.
• Они используются в цифровых схемах как переключатели.
• Транзисторы используются в радиочастотных схемах для беспроводных систем.
• Транзисторные переключатели используются в охранной сигнализации, промышленных цепях управления, памяти и микропроцессорах.
• Они используются в драйвере Sub Wordline Driver (SWD) для создания токов низкой частоты.
В цепях прерывателя используются полевые МОП-транзисторы
• .
• JFET , MOSFET может действовать как пассивный элемент, такой как резистор.

Преимущества транзистора

Преимущества:

• Транзисторы компактны.
• Они обеспечивают высокий коэффициент усиления по напряжению и требуют меньшего напряжения питания.
• Им не требуется мощность нагрева, так как у них нет нити накала.
• Транзисторы имеют более продолжительный срок службы, чем электронные лампы.
• Управлять цепями большой мощности проще.
• Схема более простая.

Недостатки транзистора

Недостатки:

• Ток утечки усиливается в цепи общего эмиттера.
• Они имеют меньшую рассеиваемую мощность ниже 300 Вт.
• Транзисторы, за исключением полевых транзисторов (полевых транзисторов), имеют низкое входное сопротивление.
• Они зависят от температуры.

  Также читают: 
  Однопереходный транзистор (UJT) - конструкция, работа, характеристики и применение
Транзистор PNP - принцип работы, характеристики и применение
Фильтр высоких частот - типы, применение, преимущества и недостатки  

Лакшми — B.E (Электроника и связь) и имеет опыт работы в RelQ Software в качестве инженера-испытателя и HP в качестве руководителя службы технической поддержки. Она является автором, редактором и партнером Electricalfundablog.

Руководство по выбору транзисторов

| Инженерное дело360

Транзисторы

— это небольшие универсальные полупроводниковые устройства, предназначенные для переключения или усиления электронных сигналов и мощности. Почти все электронные устройства сегодня содержат один или несколько транзисторов. Некоторые транзисторы упакованы индивидуально, но гораздо больше встроено в интегральные схемы.В этих схемах количество транзисторов может составлять от нескольких до нескольких миллиардов. Транзистор считается одним из самых важных изобретений 20 ^-го века из-за его широкого использования в большинстве современных схем и электронных систем.

Состав

Транзисторы

можно разделить на типы в зависимости от состава и, следовательно, полярности транзистора.

Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы, также называемые транзисторами с биполярным переходом (BJT), являются наиболее часто используемыми транзисторами.Они состоят из тонкого куска полупроводникового материала p-типа или n-типа (поясняется далее) между двумя более толстыми слоями противоположного типа. Эти транзисторы состоят из трех выводных компонентов: база , коллектор и эмиттер .

• База — это вывод, отвечающий за активацию транзистора. Это устройство управления затвором для более крупного источника питания.
• Коллектор является плюсовым проводом и большим источником электропитания.
• Излучатель — это отрицательный вывод и розетка для большего источника питания.

Простой транзистор с указанием трех его основных компонентов. Изображение предоставлено: студент-технолог

NPN и PNP — два стандартных типа транзисторов. Буквы обозначают порядок слоев полупроводников, из которых состоят выводы; Слои N-типа состоят из отрицательных носителей заряда и имеют избыточные электроны, а слои P-типа состоят из положительных носителей заряда и не имеют электронов.В полупроводниках свободные электроны заряжены отрицательно, а дырки в материале заряжены положительно.

Транзисторы

NPN имеют выводы коллектора и эмиттера из материала N-типа, а базовый вывод из материала P-типа. Они используют электроны в качестве носителей тока. Они более распространены, потому что их легче построить из кремния.

Транзисторы

PNP имеют выводы коллектора и эмиттера из материала P-типа, а базовый вывод из материала N-типа. Они используют дырки (пятна без электронов) в качестве носителей тока. Они работают почти так же, как NPN-транзисторы, за исключением того, что основной поток тока в них регулируется путем изменения количества отверстий в базе. Отрицательные и положительные соединения, выполненные транзистором PNP, также являются обратными соединениям NPN.

Различия в составе и протекании тока между PNP и NPN транзисторами. Кредит изображения: PhysLink.com

Полевые (униполярные) транзисторы

Полевые транзисторы (FET), также называемые униполярными транзисторами, представляют собой транзисторы, состоящие только из двух слоев полупроводникового материала.Они включают в себя компоненты затвора , истока и стока .

• Затвор — это слой полупроводника и вывод, который модулирует ток посредством приложенного напряжения.
• Источник — это место, где ток входит в канал.
• Сток — это место, где ток покидает канал.

Состав полевого транзистора показан на изображении ниже.

Изображение предоставлено: PhysLink.ком

Во время работы электричество проходит через первый полупроводниковый слой (называемый каналом). Напряжение, подключенное ко второму полупроводящему слою (затвор), регулирует силу тока в канале, препятствуя протеканию тока.

Как работают транзисторы

Принцип работы транзисторов можно объяснить как на функциональном, так и на теоретическом уровне.

Функциональное понимание

Транзисторы

могут работать как переключатели и усилители.Во время работы подаваемое напряжение изменяет поток электрического тока за счет добавления электронов или прерывания потока. Это позволяет небольшим изменениям напряжения вызывать пропорционально большие изменения выходного тока, что приводит к усилению. Ток, который проходит через транзистор, также может функционировать как механизм переключения. Чтобы понять работу транзистора, можно использовать простую визуальную аналогию.

Работа транзистора по аналогии с потоком воды. Кредит изображения: Satcure-focus.com

Диаграмма выше может использоваться для представления транзистора (в данном случае биполярного типа), где поток воды представляет поток тока. Изначально на коллектор (С) подается резервуар с водой (напряжение питания) и остается постоянным, чтобы не перегружать емкость транзистора. Изменяя ток из основного канала (B) путем увеличения напряжения, затвор (переключатель) перемещается, позволяя пропорционально большему количеству тока течь от коллектора к эмиттеру (E).

Теоретическое понимание

В то время как двухполюсные устройства описываются с одним напряжением и одним током, транзисторы (три оконечных устройства) описываются с тремя напряжениями и тремя токами.В BJT три напряжения — это напряжения между любыми двумя клеммами, представленные как V _BE , V _CE и V _CB . Токи обозначаются как ток эмиттера ( I _E ), ток коллектора ( I _C ) и базовый ток ( I _B ). На следующем рисунке показана конструкция, символ, а также направление и полярность токов и напряжений в NPN-транзисторе.Для транзистора PNP эти токи и напряжения имеют противоположную полярность.

Транзистор может производить большой выходной сигнал ( I _C ) с очень маленьким входом ( I _B ). Коэффициент, на который выходной ток ( I _C ) больше, чем управляющий или входной ток ( I _B ), называется усилением тока постоянного тока ( β ) усилитель звука. Его значение обычно указывается производителем и иногда обозначается символом h _{FE .} Его можно найти по приблизительной формуле:

Это видео дает дальнейшее объяснение теории, лежащей в основе работы транзисторов:

Кредит видео: dizzo95

Критерии отбора

При выборе транзисторов промышленные покупатели должны учитывать тип транзистора и его рабочие характеристики, конструктивные параметры и применение.

Типы

Различные типы транзисторов могут иметь преимущества, которые делают их предпочтительными для определенных приложений.

• Биполярные транзисторы предпочтительны для приложений с высокоскоростной коммутацией и в качестве мощных усилителей для систем с большим током.

• Полевые транзисторы предпочтительны для приложений со слабым сигналом (например, для простой беспроводной связи и широковещательных приемников) и в системах с высоким импедансом.

Рабочие характеристики

Транзисторы

можно описать по ряду параметров и спецификаций.

Ток коллектора (I _C ) описывает максимально допустимую токовую нагрузку в коллекторе. Он измеряется в миллиамперах (мА) или амперах (А) в зависимости от мощности транзистора. Если ток в коллекторе превысит этот параметр, транзистор может выйти из строя из-за перегрузки.

Рассеиваемая мощность (P _D или P _до ) описывает рассеиваемую мощность транзистора. Обычно измеряется в ваттах.Фактическое рассеивание определяется умножением напряжения на транзисторе на ток через коллектор. Обычно он рассчитан на температуру окружающей среды 25 ° C.

Коэффициент усиления по току (h _FE ) или (β) описывает коэффициент усиления по току транзистора. Он определяет коэффициент усиления тока в транзисторе.

Переход частоты (f _T ) — частота, при которой коэффициент усиления по току падает до единицы. Измеряется в мегагерцах (МГц).В большинстве случаев транзистор должен работать значительно ниже этой частоты.

Напряжение пробоя коллектор-эмиттер (В _CE ) — это максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером. Измеряется в вольтах. Напряжения, превышающие это значение, могут повредить соответствующий транзистор.

Расчетные параметры

Транзисторы

можно охарактеризовать по ряду конструктивных параметров, от стиля корпуса до типа материала.

Тип корпуса — Транзисторы могут быть спроектированы на основе большого разнообразия стилей корпусов.Коды корпусов TOxx описывают устройства с выводами, а коды корпусов SOTxxx описывают устройства для поверхностного монтажа.

Материал — Транзисторы обычно состоят из одного из двух полупроводниковых материалов: кремния или германия. Определенные уровни примесей (легирующих примесей) добавляются для изменения или улучшения рабочих характеристик транзистора, необходимого для применения. Хотя германий обладает более желательными электрическими свойствами, кремний используется гораздо чаще из-за его надежности и низкой стоимости.

Приложение

Выбор подходящего транзистора может зависеть от конкретной области применения. По этой причине многие листы продуктов будут включать общие или специальные приложения для различных транзисторных продуктов. Некоторые общие приложения включают:

• Низкая / средняя / высокая мощность
• Общего назначения
• Низкий уровень шума
• Высокое усиление

Некоторые конкретные приложения включают:

• Смеситель
• Усилитель УВЧ / УКВ
• Усилитель Дарлингтона
• Широкополосный усилитель

Стандарты

BS IEC 60747-7 — Полупроводниковые приборы — дискретные устройства, часть 7: Биполярные транзисторы

Список литературы

Все о схемах — Переходные полевые транзисторы

Electronics Club — Транзисторы

PhysLink — Как работает транзистор?

WhatIS.com — полевой транзистор (FET)

NTE Electronics, Inc. — Руководство по выбору кремниевых транзисторов

Кредит изображения:

Корпорация Digi-Key | Allied Electronics, Inc. | Ньюарк / Элемент14

Биполярный переходной транзистор — Engineering LibreTexts

Биполярный переходной транзистор — это полупроводниковое устройство, состоящее из двух P-N-переходов, соединяющих три клеммы, называемые клеммами базы, эмиттера и коллектора. Расположение трех выводов влияет на ток и усиление транзистора.Поведение транзисторов с биполярным переходом также сильно различается для каждой конфигурации схемы. Три разные конфигурации схемы дают разные характеристики схемы в отношении входного сопротивления, выходного сопротивления и усиления. Эти характеристики влияют на то, демонстрирует ли транзистор усиление по напряжению, усиление по току или усиление по мощности. Одна из основных операций транзистора с биполярным переходом — усиление сигнала тока. Транзисторы с биполярным переходом могут регулировать ток так, чтобы величина тока была пропорциональна напряжению смещения, приложенному к клемме базы транзистора.Применение биполярных переходных транзисторов можно найти в устройствах, использующих аналоговые схемы, таких как компьютеры, мобильные телефоны и радиопередатчики.

ВВЕДЕНИЕ

Биполярные транзисторы

имеют три полупроводниковые области. Эти три области — это область эмиттера (E), область базы (B) и область коллектора (c), и эти области по-разному легированы в зависимости от типа биполярного транзистора. Два типа биполярных транзисторов — это PNP-транзистор, три области которого относятся к p-типу, n-типу и p-типу соответственно, и NPN-транзистор, чьи области относятся к n-типу, p-типу и n-типу соответственно.Оба типа транзисторов имеют один P-N-переход между коллекторной областью и базой и другой P-N-переход между базовой и эмиттерной областями. Базовая область всегда является центральным соединением структуры с областями эмиттера и коллектора, соединенными с обеих сторон. Оба типа транзисторов также имеют одинаковый принцип работы с единственной разницей в полярности питания и смещении для каждого типа.

Способность биполярных транзисторов

усиливать сигнал посредством регулирования тока позволяет передавать входной сигнал от одной цепи к другой, независимо от разного уровня сопротивления в каждой цепи. Величина тока, протекающего через транзистор, пропорциональна величине напряжения смещения, приложенного к клемме базы. Это позволяет транзистору действовать как переключатель, управляемый током. В зависимости от того, является ли биполярный транзистор PNP или NPN, регулируемый ток будет течь от коллектора к эмиттеру или от эмиттера к коллектору, в то время как меньший управляющий ток будет течь от базы к эмиттеру или от эмиттера к базе соответственно.

Транзистор содержит максимально допустимый ток, который может ограничивать величину тока, проходящего от клеммы к клемме.В зависимости от порядка контактов в транзисторе, транзистор будет действовать как проводник или как изолятор при наличии контролируемого тока. Эта способность переключаться между этими двумя состояниями, изолятором или проводником, позволяет транзистору действовать как переключатель или как усилитель сигналов малой амплитуды, подаваемых на базу, в зависимости от структуры и порядка трех полупроводниковых областей.

СТРУКТУРА

Биполярные транзисторы

содержат три легированных примесных полупроводниковых области, каждая из которых подключена к цепи.Транзистор не является симметричным из-за разной степени легирования областей эмиттера, коллектора и базы. Базовая область состоит из легированных материалов, обладающих высоким удельным сопротивлением. База расположена между областью сильнолегированного эмиттера и областью слаболегированного коллектора. Коллектор охватывает эмиттерную область, что исключает возможность для электронов, инжектированных в базовую область, покидать базовую область, не собираясь. Область эмиттера сильно легирована, чтобы увеличить коэффициент усиления транзистора по току.

Для высокого коэффициента усиления по току необходимо высокое соотношение носителей, вводимых эмиттером, и несущих, вводимых базой. Повышение эффективности инжекции эмиттера приводит к тому, что большая часть носителей, инжектируемых в переход эмиттер-база, поступает из области эмиттера. Высокая степень легирования областей эмиттера и коллектора также означает, что переход коллектор-база имеет обратное смещение. Следовательно, переход коллектор-база может иметь большое обратное напряжение смещения до того, как переход сломается.Для транзистора в целом фундаментальное различие между NPN-транзистором и PNP-транзистором заключается в направлениях тока и полярности напряжения на переходах транзистора. Убедившись, что эти два элемента всегда находятся напротив друг друга, обеспечивает правильное смещение транзисторов.

Биполярный переходной транзистор NPN

NPN-транзистор с биполярным переходом имеет полупроводниковую базу, легированную P, между эмиттером, легированным N, и областью коллектора, легированным N. Биполярные транзисторы NPN являются наиболее часто используемыми биполярными транзисторами из-за легкости подвижности электронов над подвижностью электронов-дырок.

Для этого типа транзисторов коллекторный и эмиттерный токи большой величины возникают за счет усиления небольшого тока, который проходит через базу. Этот небольшой ток усиливается только тогда, когда транзистор становится активным. В этом активном состоянии положительная разность потенциалов обнаруживается как между основной областью к области коллектора, так и областью эмиттера к области базы, что приводит к току, который переносится электронами между областями коллектора и эмиттера.Конструкция и напряжение на клеммах NPN-транзистора показаны на Рисунке 1 ниже.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Схема NPN транзистора.

Для биполярного NPN-транзистора, проводящего ток, коллектор всегда более положительный по отношению как к базе, так и к эмиттеру. Напряжение между базой и эмиттером (V _BE ) положительное на базе и отрицательное на эмиттере. Клемма базы всегда положительна по отношению к эмиттеру. Другой способ отображения NPN-транзистора показан на рисунке 2 ниже.

Рисунок 2 Схема биполярного транзистора NPN.

Ток, вытекающий из транзистора, должен быть равен токам, текущим в транзистор, поскольку ток эмиттера задан как

.

Ie = Ic + Ib. (1)

Примечание: «Ic» — это ток, протекающий на выводе коллектора, «Ib» — это ток, протекающий на выводе базы, а «Ie» — ток, протекающий на выводе эмиттера.

Поскольку физическая конструкция транзистора определяет электрическую взаимосвязь между этими тремя токами (Ib), (Ic) и (Ie), любое небольшое изменение тока базы (Ib) приведет к гораздо большему изменению в коллекторе. ток (Ic).Отношение тока коллектора к току эмиттера называется Alpha (α).

Альфа (α) = Ic / Ie (2)

Коэффициент усиления транзистора по току от вывода коллектора до вывода эмиттера, Ic / Ie, является функцией электронов, диффундирующих через переход. Текущее усиление транзистора от клеммы коллектора до клеммы базы обозначено Beta, (β).

Бета (β) = Ic / Ib (3)

Транзисторы

NPN являются хорошими усилителями при большом бета-значении.Бета-значения обычно находятся в диапазоне от 20 до 200 для большинства транзисторов общего назначения. Следовательно, если бета-значение транзистора равно 50, то на каждые 50 электронов, проходящих между выводами эмиттер-коллектор, один электрон будет вытекать из вывода базы.

Комбинируя выражения для Alpha, α и Beta, β, коэффициент усиления транзистора по току может быть задан как:

Бета = (α) / (1-α) (4)

Как видно из приведенных выше уравнений, подвижность электронов между цепями коллектора и эмиттера является единственным связующим звеном между этими двумя цепями.Это звено является главной особенностью действия транзистора. Поскольку действие транзистора определяется начальным движением электронов через область базы, усилительные свойства транзистора обусловлены последующим контролем, который база оказывает на ток между коллектором и эмиттером. Пока поток тока смещения в базовый вывод является устойчивым, базовую область можно рассматривать как вход управления током.

Биполярный переходной транзистор PNP

PNP-транзистор с биполярным переходом имеет полупроводниковую базу с примесью азота между эмиттером с примесью фосфора и областью коллектора с примесью фосфора.PNP-транзистор имеет очень похожие характеристики с NPN-транзистором, с той разницей, что смещение направления тока и напряжения меняются местами. Для транзисторов PNP ток входит в транзистор через вывод эмиттера. Небольшой ток, выходящий из базы, усиливается на выходе коллектора. Область эмиттера-база смещена в прямом направлении, поэтому будут генерироваться электрическое поле и носители. Источники напряжения подключены к транзистору PNP, как показано на рисунках 3 и 4 ниже.

Рисунок 3 Схема транзистора PNP Рисунок 4 Схема транзистора PNP

Напряжение между базой и эмиттером (V _BE ) теперь отрицательное на базе и положительное на эмиттере. Клемма Base всегда смещена отрицательно по отношению к эмиттеру while. Эмиттер положительный по отношению к коллектору (V _CE ). В основной части коллектора с обратным смещением образовались отверстия. Из-за электрического поля носители или электроны притягиваются дырками.Для того, чтобы транзистор PNP проводил, эмиттер всегда более положительный по отношению как к базе, так и к коллектору.

РЕГИОНЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Биполярные транзисторы имеют четыре различных режима работы. Эти области определяются смещениями на переходе биполярного переходного транзистора.

1. Отсечка : Область отсечки — это когда транзистор неактивен из-за минимального тока, проходящего через транзистор, из-за чего транзистор выглядит как разомкнутая цепь.И VBE, и VBC имеют обратное смещение, поэтому все края обедненной области имеют небольшую плотность неосновных носителей. Эта область имеет условия смещения, противоположные насыщению.

2. Прямая активность : Прямая активная область возникает, когда транзистор находится в активном состоянии, что позволяет транзистору усиливать колебания напряжения, присутствующие на базе. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор имеет обратное смещение, транзистор может усиливать напряжение, потому что напряжение между коллектором и эмиттером больше, чем напряжение между базой и эмиттером, а также находится между состояниями отсечки и насыщения.Выходной ток пропорционален базовому току и может быть извлечен на коллекторе.

3. Обратно-активный : Обратно-активная область возникает, когда транзистор находится в активном состоянии, но максимальный коэффициент усиления по току в обратном активном режиме намного меньше, чем в прямом активном режиме. Условия смещения меняются на противоположные, так что коллекторный переход базы смещен в прямом направлении, а переходы с базовым эмиттером смещены в обратном направлении, что переключает роли коллекторной и эмиттерной областей.База содержит гораздо более низкое обратное напряжение смещения, чем в прямой активной области.

4. Насыщение : Область насыщения позволяет транзистору проводить ток от эмиттера к коллектору. При прямом смещении как базового коллекторного перехода, так и базового эмиттерного перехода, базовый ток настолько велик, что превышает величину, при которой он может увеличить ток коллектора. В результате в цепи между выводами коллектора и эмиттера возникает короткое замыкание из-за перенасыщения тока.

КОНФИГУРАЦИИ

Существует три метода подключения биполярного переходного транзистора к электронной схеме. Конфигурация с общей базой, конфигурация с общим эмиттером и конфигурация с общим коллектором по-разному реагируют на входной сигнал схемы, таким образом изменяя характеристики каждой конфигурации.

Общая базовая конфигурация

Общая базовая конфигурация имеет сильную высокочастотную характеристику, которая хороша для схем с одноступенчатым усилителем.Однако это не очень распространено из-за низких характеристик усиления по току и низкого входного сопротивления. Входной сигнал подается между выводами базы и эмиттера, а выходной сигнал берется между выводами базы и коллектора. Для того чтобы это произошло, базовый терминал должен быть заземлен, так что опорное напряжение представляет собой фиксированную сумму. Общая базовая конфигурация показана ниже.

Рисунок 5 Схема транзистора с общей базой

Этот тип конфигурации усилителя представляет собой схему неинвертирующего усилителя напряжения.Конфигурация имеет усиление сопротивления за счет соотношения между сопротивлением нагрузки (Rload) последовательно с коллектором и резистором Rin. Входной ток, протекающий в эмиттер, представляет собой сумму как базового тока, так и тока коллектора, соответственно, поэтому выходной ток коллектора меньше, чем входной ток эмиттера, что приводит к усилению тока. Его входные характеристики соответствуют прямому смещению диода

.

Конфигурация общего эмиттера

Конфигурация усилителя с общим эмиттером обеспечивает самый высокий коэффициент усиления по току и мощности из всех трех конфигураций биполярных транзисторов, поэтому этот тип конфигурации является наиболее часто используемой схемой для усилителей на основе транзисторов.Входной сигнал, подаваемый между базой и эмиттером, невелик из-за прямого смещения PN-перехода, а выходной сигнал, принимаемый между коллектором и эмиттером, велик из-за обратного смещения PN-перехода.

Это происходит главным образом потому, что входной импеданс невелик, поскольку он подключен к PN-переходу с прямым смещением, а выходное сопротивление велико, поскольку оно снимается с PN-переходом с обратным смещением. Однако его коэффициент усиления по напряжению намного меньше. Конфигурация общего эмиттера показана ниже.

Рисунок 6 Схема усилителя с общим эмиттером

Конфигурация с общим эмиттером представляет собой схему инвертирующего усилителя. Следовательно, выходной сигнал не совпадает по фазе с сигналом входного напряжения.

Конфигурация общего коллектора

Конфигурация с общим коллектором очень полезна для приложений согласования импеданса из-за очень большого отношения входного импеданса к выходному. Конфигурация имеет входной сигнал, напрямую подключенный к базе.Когда эмиттерная область включена последовательно с нагрузочным резистором, ток, протекающий через сопротивление нагрузки, имеет то же значение, что и ток эмиттера. Вот почему выходной сигнал берется из нагрузки эмиттера, а коэффициент усиления по току конфигурации приблизительно равен значению β транзистора.

Рисунок 7 Схема транзистора с общим коллектором

Этот тип конфигурации биполярного транзистора представляет собой неинвертирующую схему, в которой напряжения сигналов Vin и Vout «синфазны».Сопротивление нагрузки принимает как базовый, так и коллекторный токи, что приводит к большому усилению тока, а также обеспечивает хорошее усиление тока с очень небольшим усилением напряжения.

Вопросы

1. Если ток коллектора (Ic) составляет 50 А, а базовый ток (Ib) равен 2 А, то каково значение бета?

2. В чем разница между биполярным транзистором PNP и биполярным транзистором NPN?

3. Каков текущий коэффициент усиления транзистора, если заданная альфа (α) равна 0.5?

ответы

1. Бета-отношение (β) = Ic / Ib. Значение бета равно 50 амперам, разделенным на 2 ампера, что составляет 25.

2. PNP-транзистор и NPN-транзистор имеют очень похожие характеристики, разница между ними заключается в смещении направлений тока и напряжения.

3. Коэффициент усиления транзистора по току — это бета-коэффициент (β), который равен (α) / (1-α). Значение Beta равно 0.5 / (1-0,5), что равно 0,5

Список литературы

1. Kasap, S. (2006). Принципы электронных материалов и устройств (3-е изд.). Бостон: Макгроу-Хилл.

2. «Учебное пособие по NPN-транзисторам — Биполярный NPN-транзистор». Учебники по основам электроники . 1 сентября 2013 г. Интернет. 8 декабря 2015 г.

3. «Переходный транзистор». Переходный транзистор . Интернет. 8 декабря 2015 г.

4. Все изображения созданы с помощью программы на дигикеи.com

Авторы

1. К. Битти, MSE (Калифорнийский университет в Дэвисе).

Конструкция транзистора

Транзистор Строительство

Транзисторы используются для усиления или переключения электронных сигналов. Там в основном два типа транзисторов:

• Junction транзистор
• Балл контактный транзистор

Junction транзисторы часто используются из-за их небольшого размера и жесткость.Переходные транзисторы снова классифицируются на два типа:

• НПН транзистор
• PNP транзистор

Оба транзисторы npn и pnp имеют три клеммы: эмиттерная, базовая и коллекторная.

транзистор можно построить с помощью одного из пяти основных приемов.На основе этих методов они классифицируются как:

• Выращенный переходной транзистор
• Сплав переходной транзистор
• Распространение переходной транзистор
• Эпитаксиальный переходной транзистор
• Балл контактный переходный транзистор

Заросший переход транзистор

транзистор с выращенным переходом был разработан 23 июня 1948 г. Уильям Шокли.Он был разработан через полгода после первого биполярный точечный транзистор.

Чохральский техника используется для формирования двух p-n переходы выросшего переходного транзистора.

Переходный транзистор, выращенный NPN, состоит из монокристалла полупроводника материал (кремний или германий). Примесь концентрация этого полупроводникового материала изменяется во время операция рисования кристалла путем добавления атомов n-типа или p-типа как требуется.

Переход из сплава транзистор

транзистор из сплава или транзистор из сплава — германий BJT (биполярный транзистор), разработанный в General Electric и RCA в 1951 году как улучшение по сравнению с более ранними выросший переходный транзистор. Техника соединения сплава также называется слитной техникой.

Переходный транзистор из сплава состоит из тонкой пластины n-типа германиевый материал, образующий основу, с двумя точками индия (атомы акцептора) прикреплены к противоположным сторонам n-типа материал.

вся конструкция нагревается до высокой температуры, выше температура плавления индия, но ниже, чем у германия.

А крошечная часть индия растворяется и попадает в пластину n-тип материал. Таким образом, p-тип материал создается с двух сторон пластины n-типа.

верхний р-образный материал — эмиттер, нижний р-тип материал коллектор, а центральный тонкий материал n-типа это база.

коллекционер (нижний материал p-типа) выполнен больше эмиттера (верхний материал p-типа), чтобы выдерживать сильный ток.

Распространение переходной транзистор

Транзистор с диффузионным переходом был разработан Bell Лаборатории в 1954 году.

распространение переходной транзистор — это транзистор, который образуется, когда Кремниевая пластина n-типа, называемая подложкой, подвергается воздействию p-типа и Газообразные примеси n-типа.

Распространение это процесс, при котором заряженные частицы вытекают из область более высокой концентрации в область более низкой концентрации. Транзисторы с диффузионным переходом используют эту диффузионную техника для формирования транзистора.

В В этом методе подложка n-типа помещается в газообразный акцепторные примеси и нагреваются.В акцепторные примеси диффундируют в подложку n-типа (коллектор) для формирования на нем слоя p-типа (базы).

Таким образом, слой p-типа (база) создается на слое n-типа (коллекционер).

вся система подвергается воздействию газообразных донорных примесей и снова греется. Донорные примеси диффундируют в p-тип layer (base), чтобы сформировать на нем слой n-типа (эмиттер).

Таким образом, слой n-типа (эмиттер) создается на слое p-типа (база).

в наконец, тонкий слой диоксида кремния нарастает по всей поверхность и фототравление, так что алюминиевые контакты могут быть сделаны для выводов эмиттера и базы.

эпитаксиальный переходной транзистор

термин эпитаксия — это греческое слово, состоящее из двух частей, а именно «Epi», что означает «на», и «такси», что означает «заказанный». расположение’.Таким образом, эпитаксия относится к упорядоченному размещению на некоторые материалы.

В эта техника, очень тонкий слой р-типа полупроводник или n-тип полупроводник выращен на сильно легированной подложке из тот же материал. Если подложка n-типа, тонкий полупроводниковый слой n-типа выращены на субстрате. Аналогичным образом, если субстрат p-типа на поверхности выращивается тонкий полупроводниковый слой p-типа. субстрат.

Это одиночный полупроводниковый слой n-типа или p-типа образует коллектор, на котором могут быть расположены базовая и эмиттерная области. рассеянный.

наиболее часто используемые эпитаксиальные методы выращиваются диффузно типы, диффузионные типы сплавов и эпитаксиальные типы эмиттеров сплава базовые транзисторы.

Контактное лицо переходной транзистор

точечный транзистор был первым типом транзистора в истории построен.Его разработал Уолтер Браттейн, Джон Бардин и Уильям Шокли в Bell Laboratories в декабре. 1947.

Точечный транзистор состоит из блока германия полупроводник, с двумя очень близко расположенными золотыми контактами, удерживаемыми против него пружиной. Прикреплена небольшая полоска золотой фольги. над точкой пластикового треугольника.

германий материал имеет избыток электронов.Когда электрический сигнал проходит через золотую фольгу, вводит отверстия в n-тип германий. Это создает тонкий слой полупроводника p-типа поверх полупроводниковый слой n-типа.

Небольшой ток, приложенный к один из двух контактов оказал влияние на протекание тока между другим контактом и основанием, на котором блок германий был установлен.

А небольшое изменение тока первого контакта вызывает большее изменение тока второго контакта. Таким образом, он действует как усилитель звука.

первый контакт — эмиттер, второй контакт — коллекционер. Слаботочная входная клемма является эмиттером, в то время как сильноточные выходные клеммы — это база и коллектор.

Основы, типы и применение транзисторов ~ Techno Genius

Введение в транзисторы:

Транзистор был первоначально разработан в Bell Laboratories в 1948 году. Транзисторы представляют собой своего рода переключатель и могут применяться в любом количестве электронного оборудования.Транзисторы задействованы в ряде схем. Вы можете найти транзисторы почти во всех электронных приборах, они являются обязательным элементом электронной промышленности. Транзисторы в основном бывают двух типов — PNP и NPN. Максимальные схемы используются с транзисторами NPN. Существует несколько транзисторов, и все они работают на разных напряжениях, но все эти транзисторы относятся только к этим двум категориям.

Транзисторы изготавливаются человеком различной формы, но имеют 3 ножки: —

БАЗА — это передняя ножка, отвечающая за активацию транзистора.

Транзистор NPN:

Под NPN мы подразумеваем отрицательно-положительно-отрицательный транзистор. Транзисторы NPN содержат положительный слой, расположенный между 2 отрицательными слоями. Где NPN — это наиболее распространенный тип биполярного переходного транзистора (BJT), используемый во многих схемах.

На приведенной выше схеме NPN-транзистора показано, что транзистор используется в качестве переключателя. Незначительное напряжение или ток внизу позволяет более высокому напряжению проходить через другие 2 ветви от коллектора до эмиттера.Вторая диаграмма транзистора NPN выше показывает, что при нажатии переключателя ток проходит через резистор в нижней части транзистора. Затем транзистор пропускает ток от +9 до 0 вольт, и колба лампы загорается.

Транзистор должен собирать напряжение на его «дне», и пока это не произойдет, лампа не будет светиться. Резистор предназначен для защиты транзистора, поскольку они могут быть быстро повреждены чрезвычайно высоким напряжением или током.Транзисторы являются жизненно важной составляющей многих схем и иногда используются для усиления сигнала.

Транзистор PNP:

Противоположностью транзистору NPN является транзистор PNP. По сути, в такой структуре транзистора 2 диода перевернуты по отношению к типу NPN, обеспечивающему положительно-отрицательный-положительный паттерн, при этом à (стрелка), которая также описывает вывод эмиттера, в этот момент обнаруживается внутри в эмблеме транзистора.

Вся поляризация для PNP-транзистора перевернута вверх, это означает, что он «пропускает» ток в его нижнюю часть, в противоположность NPN-транзистору, который «подает» ток полностью через его нижнюю часть.Основное различие между двумя типами транзисторов состоит в том, что дырки являются более важными переносчиками для транзисторов PNP, в то время как электроны являются важными переносчиками для транзисторов NPN.

Транзисторы PNP задействуют незначительный базовый ток и отрицательное нижнее напряжение, чтобы направить гораздо более высокий ток коллектора эмиттера. Проще говоря, для транзистора PNP эмиттер является дополнительным положительным по отношению к базе, а также по отношению к коллектору.

Структура транзистора PNP включает 2 полупроводниковых вещества P-типа с обеих сторон от вещества N-типа, как показано на рисунке ниже.

Смещение транзистора:

Для надлежащего функционирования схемы важно смещать транзистор, используя резистивные системы. Рабочая точка — это точка на характеристиках производительности, которая показывает напряжение коллектора-эмиттера и ток коллектора при нулевом входном сигнале. Рабочая точка также называется точкой покоя (Q-Point) или точкой смещения.

Смещение означает подачу конденсаторов, резисторов или напряжения питания и т. Д. Для обеспечения соответствующих рабочих характеристик транзисторов.Смещение постоянного тока используется для получения постоянного тока коллектора при точном напряжении коллектора. Значение этого напряжения и тока выражается в выражениях Q-Point. В схеме транзисторного усилителя IC (максимум) — это максимальный ток, который может пройти через транзистор, а VCE (максимум) — это максимальное напряжение, допустимое на машине.

Режимы смещения транзистора:

1. Смещение тока — Как показано на рисунке 1 ^st ниже, для размещения смещения базы используются 2 резистора RB и RC.Используемые в схеме резисторы создают начальную рабочую зону транзистора с постоянным током смещения. Транзистор смещен вперед с положительным напряжением смещения основания на всем RB. Следовательно, ток через RB равен IB = (Vcc — VBE) / IB.
2. Смещение обратной связи — Как показано на рисунке 2 ^и ниже, смещение фундамента достигается за счет напряжения коллектора. Обратная связь коллектора обеспечивает постоянное смещение транзистора в динамической области.Когда ток коллектора увеличивается, напряжение на коллекторе уменьшается. Это уменьшает нижний привод, что, в свою очередь, снижает ток коллектора. Эта схема обратной связи идеально подходит для транзисторных усилителей.
3. Двойное смещение обратной связи — Как показано на рисунке 3 ^rd ниже, за счет использования 2 резисторов RB1 и RB2 повышается устойчивость с учетом отклонений в бета-фазе за счет увеличения тока через нижние резисторы смещения. В этой схеме ток RB1 эквивалентен 10% тока коллектора.
4. Смещение деления напряжения — Как показано на рисунке 4 ^th ниже, смещение деления напряжения, в котором 2 резистора RB1 и RB2 подключены к нижней части транзисторов, создавая систему разделения (разделения) напряжения. Смещения транзистора возникают из-за падения напряжения на RB2. Этот вид смещения широко используется в схемах усилителя.
5. Двойное смещение основания — 5-й рисунок, показанный ниже, демонстрирует двойную обратную связь для устойчивости.В нем используется обратная связь как от коллектора, так и от основания эмиттера, чтобы повысить устойчивость за счет управления током коллектора.

Характеристики транзистора

:

Чтобы узнать характеристики транзистора, транзистор либо функционирует в обычном шаблоне эмиттера, либо в общем шаблоне основания. Давайте рассмотрим NPN-транзистор, работающий по принципу общего эмиттера. Как было сказано ранее, транзистор практически не работает, когда сторона входа смещена вперед, а сторона выхода — в обратном.Амперметр последовательно соединен с коллектором и базой для расчета нижнего тока и тока коллектора соответственно. Вольтметры объединены параллельно для расчета входного напряжения (VBE) и выходного напряжения (VCE). Чтобы узнать характеристики, выходной коэффициент, в частности, VCE, поддерживается стабильным, и рассчитывается отклонение входного тока от входного напряжения, и аналогичные параметры показаны на графике (ниже) (VBE v / s IB). Блок кривых можно создать, изменив VCE. График символизирует характеристики прямого смещения P-N перехода.

Наклон графика на указанном конце обеспечивает входное сопротивление

Теперь, чтобы узнать выходные характеристики, входной ток остается равным, а переменное выходное напряжение и выходной ток рассчитываются и строится график (см. Выше). Он символизирует характеристики диода с обратным смещением P-N перехода.

Выходное сопротивление можно рассчитать по графику. Выходное сопротивление — это отношение выходного напряжения к выходному току при стабильном входном токе.

Если быть точным —

Выходные характеристики показывают, что IC быстро изменяется вначале, но через некоторое время IC становится саморегулирующейся по отношению к VCE, выглядя как насыщенная. Коэффициент — практически стабильный и называется текущей прибылью.

Работа транзистора:

Транзистор, включенный в схему, должен соответствовать одному из следующих трех условий: —

1. Отключите (нет тока в разъеме), полезно для работы переключателя.
2. При нахождении в активной области (ток коллектора, более чем на несколько десятых напряжения выше, чем у эмиттера), полезно для усилителя
3. При насыщении (коллектор на несколько десятых напряжения выше, чем эмиттер) более высокий ток полезен для целей «включения».

Типы транзисторов:

Некоторые типы транзисторов используются в основном для коммутации. В то время как другие могут использоваться как для усиления, так и для переключения.Ниже приведен список различных типов транзисторов:

1. Биполярные переходные транзисторы — Биполярные переходные транзисторы состоят из трех областей: базы, коллектора и эмиттера. Транзисторы управляются по току. Биполярные переходные транзисторы бывают двух типов — PNP и NPN.
2. Полевые транзисторы — Полевые транзисторы состоят из трех частей: стока, затвора и истока. Это устройства, управляемые напряжением.Напряжение, подаваемое на затвор, управляет потоком тока от истока к стоку транзистора. Полевые транзисторы бывают двух типов — JFET и MOSFET.

Типы транзисторов по функциям:

1. Малосигнальные транзисторы: Малосигнальные транзисторы — это транзисторы, которые используются в основном для усиления сигналов низкого уровня, но могут даже хорошо работать в качестве переключателей.
2. Малые переключающие транзисторы: Малые переключающие транзисторы — это транзисторы, которые используются в основном как переключатели, но могут также использоваться как усилители.Они бывают в формах NPN и PNP.
3. Силовые транзисторы: Силовые транзисторы подходят для тех целей, где потребляется большое количество энергии — напряжение и ток. Коллектор транзистора объединен с металлическим основанием, которое ведет себя как радиатор, выделяя избыточную мощность.
4. Высокочастотные транзисторы: RF-транзисторы — это транзисторы, которые используются для передачи мельчайших сигналов, которые текут с высокой частотой для высокоскоростного переключения.Высокочастотные транзисторы используются в усилителях и генераторах VHF, HF, CATV, UHF и MATV.
5. Фототранзисторы: Эти транзисторы светочувствительны. Фототранзисторы похожи на биполярный транзистор с удаленной базовой ножкой и замененной светочувствительной областью.
6. Однопереходные транзисторы: Однопереходные транзисторы — это транзисторы с тремя ножками, которые полностью работают как переключатели, управляемые электричеством; эти транзисторы не используются в качестве усилителей.

BC547 Транзистор:

BC547 — это биполярный NPN транзистор. Транзистор символизирует передачу сопротивления, обычно используется для усиления тока. Небольшая величина тока в нижней части контролирует большую величину тока на концах эмиттера и контроллера. BC547 в основном используется для функций переключения и усиления. Максимальное усиление по току составляет 800. Соответствующие транзисторы — BC549 и BC548.

BC547 используется в обычной диаграмме направленности эмиттера для усилителей.Разделитель напряжения — это повсеместно используемый режим смещения. Для переключения транзистор смещен, так что он остается полностью включенным, если на его дне присутствует сигнал. При отсутствии сигнала дна он автоматически полностью выключается.

МОП-транзистор:

МОП-транзистор — это основной инструмент-носитель, в котором ток в проводящем канале между питанием и стоком регулируется напряжением, действующим на затвор.

NMOS-транзистор:

NMOS — это МОП-транзистор N-типа.

1. Основной носитель — электроны
2. Положительное напряжение, действующее на затвор с учетом подложки, увеличивает количество электронов в канале и, следовательно, увеличивает проводимость канала.
3. Если напряжение затвора низкое по сравнению с Vt (пороговое напряжение), канал останавливается (чрезвычайно короткий ток между истоком и стоком).

PMOS-транзистор:

PMOS — это МОП-транзистор P-типа.

1. Основной держатель — отверстия
2. Приложенное напряжение отрицательно по отношению к подложке.

Применение транзисторов

:

Общие применения транзисторов включают аналоговые и цифровые переключатели, регуляторы мощности, усилители сигналов и контроллеры оборудования. Транзисторы также являются конструктивными элементами встроенных схем и самой современной электроники. Микропроцессоры снова и снова содержат более миллиарда транзисторов в каждом отдельном кристалле.Транзисторы используются практически во всем, от кухонных плит до компьютеров и кардиостимуляторов до самолетов.

Первичные транзисторы были созданы в 1940 году как полупроводниковые заменители электронных ламп. В первые годы применения транзисторов были радиоприемники, телефонное оборудование, слуховые аппараты и т. Д. Компьютеры размером с комнату были пересмотрены, чтобы задействовать транзисторы, уменьшить их размер и устранить проблемы с избыточным нагревом. В отличие от электронных ламп, транзисторы меньше по размеру, не дороги и менее громоздки, они также прочные и нечувствительны к сотрясениям и ударам.В нем не требуется времени прогрева, небольшого рабочего напряжения и длительного срока службы; транзистор быстро вытеснил большую часть ламповой техники.

Транзистор

— New World Encyclopedia

Транзистор — это полупроводниковое устройство, которое использует небольшое количество напряжения или электрического тока для управления большим изменением напряжения или тока. Благодаря быстрому отклику и точности он может использоваться в самых разных приложениях, включая усиление, переключение, стабилизацию напряжения, модуляцию сигнала и в качестве генератора.Транзистор является фундаментальным строительным блоком как цифровых, так и аналоговых схем — схемы, которая управляет работой компьютеров, сотовых телефонов и всей другой современной электроники. Транзисторы могут быть упакованы индивидуально или как часть интегральной схемы, которая может содержать тысячи транзисторов на очень небольшой площади.

Введение

Современные транзисторы делятся на две основные категории: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET).Приложение тока в транзисторах BJT и напряжения в полевых транзисторах между входными и общими клеммами увеличивает проводимость между общей и выходной клеммами, тем самым контролируя протекание тока между ними.

Термин «транзистор» первоначально относился к типу точечного контакта, но он имел очень ограниченное коммерческое применение, будучи замененным гораздо более практичным типом биполярного перехода в начале 1950-х годов. По иронии судьбы как сам термин «транзистор», так и наиболее широко используемое для него сегодня схематическое обозначение — это именно те, которые конкретно относятся к этим давно устаревшим устройствам; ^[1] попытки представить более точные версии ни к чему не привели.

В аналоговых схемах транзисторы используются в усилителях (усилители постоянного тока, усилители звука, усилители радиочастоты) и источниках питания с линейной регулировкой. Транзисторы также используются в цифровых схемах, где они функционируют как электронные переключатели, но редко как дискретные устройства, почти всегда включаемые в монолитные интегральные схемы. Цифровые схемы включают логические элементы, оперативную память (RAM), микропроцессоры и процессоры цифровых сигналов (DSP).

История

Первые три патента на принцип полевого транзистора были зарегистрированы в Германии в 1928 году физиком Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом, но Лилиенфельд не опубликовал исследовательских статей о своих устройствах, и они были проигнорированы промышленностью.В 1934 году немецкий физик доктор Оскар Хайль запатентовал еще один полевой транзистор. Нет прямых доказательств того, что эти устройства были построены, но более поздние работы в 1990-х годах показывают, что одна из разработок Лилиенфельда работала, как описано, и дала значительную выгоду. Юридические документы из патента Bell Labs показывают, что Шокли и Пирсон построили операционные версии на основе патентов Лилиенфельда, но они никогда не ссылались на эту работу ни в одной из своих более поздних исследовательских работ или исторических статей. ^[2]

16 декабря 1947 года Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн построили первый практический точечный транзистор в Bell Labs.Эта работа была результатом их усилий во время войны по производству сверхчистых германиевых «кристаллических» смесительных диодов, используемых в радиолокационных устройствах в качестве элемента частотного смесителя в микроволновых радиолокационных приемниках. Ранние ламповые технологии не переключались достаточно быстро для этой роли, что вынудило команду Bell использовать вместо них твердотельные диоды. Обладая этими знаниями, они обратились к разработке триода, но обнаружили, что это совсем не просто. В конце концов Бардин разработал новую ветвь физики поверхности, чтобы объяснить «странное» поведение, которое они наблюдали, и Бардин и Браттейн в конце концов сумели построить работающее устройство.

Bell Telephone Laboratories потребовалось общее название для нового изобретения: «Полупроводниковый триод», «Твердый триод», «Триод с поверхностными состояниями», «Кристаллический триод» и «Иотатрон» все рассматривались, но «транзистор» придумал Джон Р. Пирс выиграл внутреннее голосование. Обоснование названия описано в следующем отрывке из Технического меморандума компании, призывающего к голосованию:

Transistor. Это сокращенная комбинация слов «крутизна» или «передача» и «варистор».»Устройство логически относится к семейству варисторов и имеет крутизну или передаточный импеданс устройства с усилением, так что эта комбинация носит описательный характер.

Bell Telephone Laboratories — Технический меморандум (28 мая 1948 г.)

Pierce напомнил название несколько иначе:

Я дал название, подумав о том, что делает устройство. И в то время он должен был быть двойником вакуумной лампы. У вакуумной лампы была крутизна, поэтому транзистор имел бы «транс-сопротивление».И название должно совпадать с названиями других устройств, таких как варистор и термистор. И… я предложил название «транзистор».

Джон Р. Пирс дал интервью для шоу PBS «Transistorized!»

Bell немедленно запустила ограниченное производство точечных транзисторов в Western Electric в Аллентауне, штат Пенсильвания. Были продемонстрированы прототипы полностью транзисторных AM-радиоприемников, но на самом деле это были лишь лабораторные диковинки. Однако в 1950 году Шокли разработал принципиально другой тип твердотельного усилителя, который стал известен как транзистор с биполярным переходом.«Хотя он работает по принципу, совершенно отличному от принципа точечного« транзистора », это устройство, которое сегодня чаще всего называют« транзистором ». Оно также было лицензировано для ряда других электронных компаний, включая Texas Instruments. , который произвел ограниченную серию транзисторных радиоприемников в качестве инструмента продаж. Ранние транзисторы были химически «нестабильными» и подходили только для маломощных низкочастотных приложений, но по мере развития конструкции транзисторов эти проблемы постепенно преодолевались.

Первым коммерческим транзисторным радиоприемником в мире, который часто ошибочно приписывают Sony, был Regency TR-1, созданный Regency Division I.D.E.A. (Industrial Development Engineering Associates) из Индианаполиса, штат Индиана, о котором было объявлено 18 октября 1954 года. Он был выставлен на продажу в ноябре 1954 года по цене 49,95 доллара (что эквивалентно 361 доллару в долларах 2005 года) и продано около 150 000 единиц. Он использовал четыре NPN-транзистора и питался от батареи на 22,5 В.

Акио Морита, соучредитель японской фирмы Tokyo Tsushin Kogyo, находился с визитом в США, когда Bell Labs объявила о наличии производственных лицензий, включая подробные инструкции по производству переходных транзисторов.Morita получил специальное разрешение от Министерства финансов Японии на оплату лицензионного сбора в размере 50 000 долларов, а в 1955 году компания представила собственное «карманное» радио под торговой маркой Sony. (Термин «карман» был предметом некоторой интерпретации, поскольку Sony, как известно, делала специальные рубашки с большими карманами для своих продавцов). Вскоре за этим продуктом последовали более амбициозные разработки, но, как правило, он считается началом роста Sony в производственную сверхдержаву.

В течение следующих двух десятилетий транзисторы постепенно заменили более ранние электронные лампы в большинстве приложений, а позже сделали возможным появление многих новых устройств, таких как интегральные схемы и персональные компьютеры.

Шокли, Бардин и Браттейн были удостоены Нобелевской премии по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». Бардин впоследствии получил вторую Нобелевскую премию по физике, один из двух человек, получивших более одного в той же дисциплине, за свою работу по исследованию сверхпроводимости.

В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре (1912–) и Генрих Велкер (около 1912–1981), работавшие в Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse в Париже, Франция, подали заявку на патент на усилитель на основе неосновной несущей. процесс впрыска, который они назвали «транзистроном». Поскольку Bell Labs не объявляла о транзисторе публично до июня 1948 года, транзистрон считался разработанным независимо. Матаре впервые наблюдал эффекты крутизны при производстве германиевых дуодиодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны.Транзистроны коммерчески производились для французской телефонной компании и вооруженных сил, а в 1953 году твердотельный радиоприемник с четырьмя транзистронами был продемонстрирован на Дюссельдорфской радиоярмарке.

Типы

Транзисторы классифицируются по:

• Материал полупроводника: германий, кремний, арсенид галлия, карбид кремния
• Структура: BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, «другие типы»
• Полярность: NPN, PNP, N-канал, P-канал
• Максимальная номинальная мощность: низкая, средняя, ​​высокая
• Максимальная рабочая частота: низкая, средняя, ​​высокая, радиочастота (RF), микроволновая печь (максимальная эффективная частота транзистора обозначается как термин fT {\ displaystyle f _ {\ mathrm {T}}}, сокращение от «частоты перехода».«Частота перехода — это частота, на которой транзистор дает единичное усиление).
• Применение: переключатель, общего назначения, аудио, высокое напряжение, супер-бета, согласованная пара.
• Физическая упаковка: металл со сквозным отверстием, пластик со сквозным отверстием, поверхностный монтаж, массив шариковых решеток

Таким образом, конкретный транзистор может быть описан как: кремний, поверхностный монтаж, BJT, NPN, маломощный, высокочастотный переключатель.

Транзистор с биполярным переходом

Транзистор с биполярным переходом (BJT) был первым типом транзистора, который производился серийно.Биполярные транзисторы названы так потому, что они проводят с использованием как мажоритарных, так и неосновных носителей. Три клеммы BJT называются эмиттером , базой и коллектором . Два p-n перехода существуют внутри BJT: переход база / эмиттер , и переход база / коллектор . BJT обычно описывается как устройство, работающее от тока, потому что ток коллектора / эмиттера регулируется током, протекающим между выводами базы и эмиттера.В отличие от полевого транзистора, BJT представляет собой устройство с низким входным сопротивлением. Из-за этой экспоненциальной зависимости BJT имеет более высокую крутизну, чем FET.

Биполярные транзисторы можно сделать проводящими светом, поскольку поглощение фотонов в основной области генерирует фототок, который действует как базовый ток; ток коллектора примерно в бета раз больше фототока. Устройства, предназначенные для этой цели, имеют в корпусе прозрачное окошко и называются фототранзисторами.

Полевой транзистор

Полевой транзистор (FET), иногда называемый униполярным транзистором , использует либо электроны (N-канальный FET), либо отверстия (P-канальный FET) для проводимости.Четыре вывода полевого транзистора имеют имена исток, затвор, сток, и корпус (подложка). На большинстве полевых транзисторов корпус подключен к источнику внутри корпуса, и это предполагается в следующем описании.

Напряжение, приложенное между затвором и истоком (корпусом), управляет током, протекающим между стоком и истоком. По мере увеличения напряжения затвор / исток (Vgs) ток стока / истока (Ids) увеличивается параболически.В полевых транзисторах ток стока / истока протекает через проводящий канал около затвора . Этот канал соединяет область стока с областью истока . Проводимость канала изменяется электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным между выводами затвор / исток. Таким образом регулируется ток, протекающий между стоком и истоком.

Полевые транзисторы

делятся на два семейства: полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET).IGFET более известен как металл-оксид-полупроводник FET (MOSFET) из-за их первоначальной конструкции как слой металла (затвор), слой оксида (изоляция) и слой полупроводника. В отличие от IGFET, затвор JFET образует PN-диод с каналом, который находится между истоком и стоком. Функционально это делает N-канальный полевой транзистор JFET твердотельным эквивалентом триода для электронных ламп, который аналогично образует диод между своей сеткой и катодом. Кроме того, оба устройства работают в режиме истощения , оба устройства имеют высокий входной импеданс, и оба они проводят ток под контролем входного напряжения.

MESFET — это полевые транзисторы JFET, в которых обратносмещенный PN-переход заменен переходом Шоттки полупроводник-металл. Они, а также HEMFET (полевые транзисторы с высокой подвижностью электронов), в которых для переноса заряда используется двумерный электронный газ с очень высокой подвижностью носителей, особенно подходят для использования на очень высоких частотах (микроволновые частоты; несколько ГГц).

В отличие от биполярных транзисторов, полевые транзисторы не усиливают фототок. Тем не менее, есть способы использовать их, особенно JFET, в качестве светочувствительных устройств, используя фототоки в переходах канал-затвор или канал-тело.

Полевые транзисторы

далее делятся на типы в режиме истощения, и , в режиме улучшения, , в зависимости от того, включен или выключен канал с нулевым напряжением затвор-исток. Для режима улучшения канал отключен при нулевом смещении, и потенциал затвора может «улучшить» проводимость. В режиме истощения канал включен при нулевом смещении, и потенциал затвора (противоположной полярности) может «истощить» канал, уменьшая проводимость. Для любого режима более положительное напряжение затвора соответствует более высокому току для устройств с N-каналом и более низкому току для устройств с P-каналом.Почти все полевые транзисторы JFET работают в режиме истощения, поскольку диодные переходы имели бы прямое смещение и проводимость, если бы они были устройствами в режиме улучшения; большинство IGFET — это типы расширенного режима.

Другие типы транзисторов

• Биполярный транзистор с гетеропереходом (HBT) — это усовершенствованный биполярный транзистор (BJT), который может обрабатывать сигналы очень высоких частот до нескольких сотен ГГц. Это распространено в современных сверхбыстрых цепях, в основном в радиочастотных (RF) системах.
• Однопереходные транзисторы можно использовать как простые генераторы импульсов.Они состоят из основного корпуса из полупроводника P-типа или N-типа с омическими контактами на каждом конце (клеммы Base1 и Base2 ). Переход с полупроводником противоположного типа формируется в точке по длине корпуса для третьего вывода (эмиттер).
• Двухзатворные полевые транзисторы имеют один канал с двумя затворами в каскоде; конфигурация, оптимизированная для высокочастотных усилителей, смесителей и генераторов.
• Матрицы транзисторов используются для приложений общего назначения, генерации функций и малошумящих усилителей низкого уровня.Они включают в себя два или более транзисторов на общей подложке для обеспечения точного согласования параметров и теплового отслеживания, характеристик, которые особенно важны для усилителей с длинными хвостовиками.
• Транзисторы Дарлингтона содержат биполярный транзистор средней мощности, подключенный к силовому биполярному транзистору. Это обеспечивает высокий коэффициент усиления по току, равный произведению коэффициентов усиления по току двух транзисторов. Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования.
• Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT-транзистор) использует IGFET средней мощности, аналогично подключенный к силовому BJT, чтобы обеспечить высокий входной импеданс.Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования. БТИЗ особенно подходят для тяжелых промышленных приложений.
• Одноэлектронные транзисторы (SET) состоят из островка затвора между двумя туннельными переходами. Туннельный ток регулируется напряжением, подаваемым на затвор через конденсатор. [1] [2]
• Наножидкостный транзистор Управляйте движением ионов через субмикроскопические каналы, заполненные водой. Нанофлюидный транзистор — основа будущих химических процессоров.
• Триггерные транзисторы (прототип Intel, также известные как трехмерные транзисторы) используют один затвор, который уложен поверх двух вертикальных затворов, что позволяет электронам перемещаться по поверхности в три раза больше.
• Лавинные транзисторы могут переключать очень высокие токи с временем нарастания и спада менее наносекунд (время перехода).
• Баллистический транзистор, электроны проносятся сквозь лабиринт.
• Спиновые транзисторы являются магниточувствительными устройствами.
• В ЖК-дисплеях используются тонкопленочные транзисторы.
• Транзисторы с плавающим затвором используются для энергонезависимой памяти.
• Фототранзисторы реагируют на свет
• Полевой транзистор Inverted-T, часть устройства проходит вертикально из горизонтальной плоскости в виде перевернутой T-образной формы, отсюда и название.
• Ионочувствительные полевые транзисторы для измерения концентрации ионов в растворе.
• FinFET Область истока / стока образует ребра на поверхности кремния.
• FREDFET Быстро-реверсивный эпитаксальный диодный полевой транзистор
• EOSFET Электролит-оксид-полупроводниковый полевой транзистор (нейрочип)

Полупроводниковые материалы

Первые БЮТ были изготовлены из германия (Ge) и некоторых высокомощных типов все еще есть. Типы кремния (Si) в настоящее время преобладают, но в некоторых усовершенствованных микроволновых и высокопроизводительных версиях теперь используется полупроводниковый материал , арсенид галлия (GaAs) и полупроводниковый сплав , кремний-германий (SiGe).Одноэлементные полупроводниковые материалы (Ge или Si) описываются как «элементные».

Упаковка

Транзисторы со сквозным отверстием (рулетка, отмеченная в сантиметрах)

Транзисторы выпускаются в различных корпусах (держателях микросхем). Две основные категории: для сквозного монтажа (или с выводами ) и для поверхностного монтажа, также известное как устройство для поверхностного монтажа (технология поверхностного монтажа, SMD). «Ball grid array» (BGA) — это новейший корпус для поверхностного монтажа (в настоящее время только для больших транзисторных массивов).Он имеет припойные «шарики» на нижней стороне вместо выводов. Поскольку они меньше по размеру и имеют более короткие межсоединения, SMD имеют лучшие высокочастотные характеристики, но более низкую номинальную мощность.

Корпуса транзисторов изготавливаются из стекла, металла, керамики или пластика. Пакет часто диктует номинальную мощность и частотные характеристики. Силовые транзисторы имеют большие корпуса, которые можно прикрепить к радиаторам для улучшения охлаждения. Кроме того, у большинства силовых транзисторов коллектор или сток физически соединены с металлической банкой / металлической пластиной.С другой стороны, некоторые «микроволновые» транзисторы для поверхностного монтажа размером с песчинки.

Часто транзисторы данного типа доступны в разных корпусах. Пакеты транзисторов в основном стандартизированы, но назначение функций транзистора клеммам нет: разные типы транзисторов могут назначать разные функции клеммам корпуса. Назначение выводов может меняться даже для одного и того же типа транзистора (обычно обозначается буквой суффикса к номеру детали, например, BC212L и BC212K).

Использование

На заре создания транзисторных схем биполярный переходной транзистор (или BJT) был наиболее часто используемым транзистором. Даже после того, как полевые МОП-транзисторы стали доступны, BJT оставался предпочтительным транзистором для цифровых и аналоговых схем из-за простоты их изготовления и скорости. Тем не менее, полевой МОП-транзистор имеет несколько желаемых свойств для цифровых схем, и крупные достижения в области цифровых схем подтолкнули конструкцию МОП-транзистора к современному уровню техники. MOSFET теперь широко используются как для аналоговых, так и для цифровых функций.

Коммутаторы

Транзисторы обычно используются в качестве электронных переключателей как для мощных приложений, включая импульсные источники питания, так и для маломощных приложений, таких как логические вентили.

Усилители

От мобильных телефонов до телевизоров — огромное количество продуктов включает усилители для воспроизведения звука, радиопередачи и обработки сигналов. Первые дискретные транзисторные усилители звука едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и точность воспроизведения звука постепенно увеличивались по мере появления лучших транзисторов и развития архитектуры усилителя.

Транзисторы обычно используются в усилителях современных музыкальных инструментов, где схемы мощностью до нескольких сотен ватт являются обычными и относительно дешевыми. Транзисторы в значительной степени заменили клапаны в инструментальных усилителях. Некоторые производители усилителей для музыкальных инструментов смешивают в одной цепи транзисторы и электронные лампы, чтобы использовать преимущества обоих устройств.

Компьютеры

Электронные компьютеры «первого поколения» использовали вакуумные лампы, которые выделяли большое количество тепла, были громоздкими и ненадежными.Разработка транзистора была ключом к миниатюризации и надежности компьютера. Компьютеры «второго поколения», существовавшие в конце 1950-х и 1960-х годах, имели платы, заполненные отдельными транзисторами и сердечниками магнитной памяти. Впоследствии транзисторы, другие компоненты и их необходимая проводка были объединены в единый массовый компонент: интегральную схему. Транзисторы, встроенные в интегральные схемы, заменили большинство дискретных транзисторов в современных цифровых компьютерах.

Важность

Многие считают транзистор одним из величайших изобретений в современной истории, занимающим важное место в печатном станке, автомобиле и телефоне. Это ключевой активный компонент практически во всей современной электронике. Его важность в современном обществе основывается на его способности массового производства с использованием высокоавтоматизированного процесса (изготовления), который позволяет достичь исчезающе низких затрат на транзистор.

Хотя миллионы отдельных (известных как дискретных ) транзисторов все еще используются, подавляющее большинство транзисторов изготавливается в виде интегральных схем (часто сокращенно IC и также называемых микрочипами или просто микросхемами ) вместе с диодами. , резисторы, конденсаторы и другие электронные компоненты для изготовления законченных электронных схем.Логический вентиль состоит примерно из двадцати транзисторов, тогда как усовершенствованный микропроцессор, по состоянию на 2006 год, может использовать до 1,7 миллиарда транзисторов (MOSFET) [3].

Низкая стоимость, гибкость и надежность транзистора сделали его универсальным устройством для немеханических задач, таких как цифровые вычисления. Транзисторные схемы также заменили электромеханические устройства для управления приборами и механизмами. Часто дешевле и эффективнее использовать стандартный микроконтроллер и написать компьютерную программу для выполнения функции управления, чем разработать эквивалентную функцию механического управления.

Из-за низкой стоимости транзисторов и, следовательно, цифровых компьютеров, существует тенденция к оцифровке информации. С цифровыми компьютерами, предлагающими возможность быстро находить, сортировать и обрабатывать цифровую информацию, все больше и больше усилий прилагается к тому, чтобы сделать информацию цифровой. В результате сегодня большая часть мультимедийных данных доставляется в цифровой форме, а затем конвертируется и представляется в аналоговой форме компьютерами. Сферы, на которые повлияла цифровая революция, включают телевидение, радио и газеты.

Преимущества транзисторов перед электронными лампами

До появления транзисторов электронные лампы (или в Великобритании термоэмиссионных клапанов или просто клапанов ) были основными активными компонентами в электронном оборудовании. Ключевые преимущества, которые позволили транзисторам заменить их предшественников на электронных лампах в большинстве приложений:

• Меньший размер (несмотря на продолжающуюся миниатюризацию электронных ламп)
• Высокоавтоматизированное производство
• Более низкая стоимость (при массовом производстве)
• Меньшие эксплуатационные возможности напряжения (но вакуумные лампы могут работать и при более высоких напряжениях)
• Нет периода прогрева (большинству электронных ламп требуется от 10 до 60 секунд для правильной работы)
• Меньшее рассеивание мощности (отсутствие мощности нагревателя, очень низкое напряжение насыщения)
• Более высокая надежность и большая физическая прочность (хотя электронные лампы более прочны в электрическом отношении.Кроме того, вакуумная трубка намного более устойчива к ядерным электромагнитным импульсам (NEMP) и электростатическому разряду (ESD))
• Намного более длительный срок службы (катоды вакуумной трубки в конечном итоге израсходованы, и вакуум может стать загрязненным)
• Доступны дополнительные устройства (позволяет использовать схемы с комплементарной симметрией : вакуумные лампы с полярностью, эквивалентной PNP BJT или полевым транзисторам P-типа, недоступны)
• Возможность управления большими токами (силовые транзисторы доступны для управления сотнями ампер, вакуумные лампы для управления даже один ампер большие и дорогие)
• Гораздо менее микрофонный (вибрация может модулировать характеристики вакуумной лампы, хотя это может способствовать звучанию гитарных усилителей)

« Природа ненавидит вакуумную лампу » Майрон Гласс (см. John R.Pierce), Bell Telephone Laboratories, около 1948 года.

Галерея

С 1960-х годов доступен широкий спектр транзисторов, и производители постоянно вводят улучшенные типы. Ниже приведены несколько примеров из основных семейств. Если не указано иное, все типы изготавливаются из кремниевых полупроводников. Дополнительные пары показаны как канал NPN / PNP или N / P. Ссылки ведут к таблицам данных производителя, которые находятся в формате PDF. (В некоторых таблицах данных точность указанной категории транзисторов вызывает споры.)

• 2N3904 / 2N3906, BC182 / BC212 и BC546 / BC556: универсальные, BJT, универсальные, маломощные, дополнительные пары. У них есть пластиковые корпуса, и они стоят примерно десять центов США в небольших количествах, что делает их популярными среди любителей.

• AF107: германий, 0,5 Вт, 250 МГц, PNP BJT.

• BFP183: низкое энергопотребление, микроволновая печь, 8 ГГц, NPN BJT.

• LM394: «пара суперматч» с двумя NPN BJT на одной подложке.

• 2N2219A / 2N2905A: BJT, общего назначения, средней мощности, дополнительная пара.В металлических корпусах они рассчитаны примерно на один ватт.

• 2N3055 / MJ2955: В течение многих лет уважаемый NPN 2N3055 был «стандартным» силовым транзистором. Его дополнение, PNP MJ2955, прибыло позже. Эти BJT 1 МГц, 15 А, 60 В, 115 Вт используются в усилителях мощности звука, источниках питания и системах управления.

• 2SC3281 / 2SA1302: Эти BJT, изготовленные Toshiba, имеют характеристики с низким уровнем искажений и используются в мощных усилителях звука. Они широко подделывались [4].

• BU508: NPN, питание 1500 В, BJT. Разработанный для горизонтального отклонения телевизоров, его способность к высоковольтному оборудованию также делает его пригодным для использования в системах зажигания.

• MJ11012 / MJ11015: 30 А, 120 В, 200 Вт, дополнительная пара BJT Дарлингтона большой мощности. Используется в усилителях звука, управлении и переключении мощности.

• 2N5457 / 2N5460: JFET (режим истощения), общего назначения, малой мощности, комплементарная пара.

• BSP296 / BSP171: IGFET (режим улучшения), средняя мощность, почти комплементарная пара.Используется для преобразования логического уровня и управления силовыми транзисторами в усилителях.

• IRF3710 / IRF5210: IGFET (режим улучшения), 40 А, 100 В, 200 Вт, пара, близкая к комплементарной. Для мощных усилителей и переключателей мощности, особенно в автомобилях.

См. Также

• Электронные компоненты
• Полупроводники
• Ширина запрещенной зоны
• Крутизна
• Транссопротивление
• Очень крупномасштабная интеграция
• Количество транзисторов
• Закон Мура

Ссылки

86 Книги86 Книги86 Амос, С.W. & M. R. Джеймс. Принципы транзисторных схем. Баттерворт-Хайнеманн, 1999. ISBN 0750644273

Карсон, Ральф С. Принципы прикладной электроники. Бью-Йорк: Макгроу-Хилл 1961.

Горовиц, Пол и Уинфилд Хилл. Искусство электроники. Cambridge University Press, 1989.

ISBN 0521370957

• Riordan, Michael & Hoddeson, Lillian. Хрустальный огонь. W.W Norton & Company, Limited.1998. ISBN 0393318516 Изобретение транзистора и рождение информационного века
• Уорнес, Лайонел. Аналоговая и цифровая электроника. Macmillan Press Ltd. 1998. ISBN 0333658205

Прочие

• Роберт Г. Арнс, (октябрь 1998 г.). Другой транзистор: ранняя история металлооксидного полупроводникового полевого транзистора. [5] Журнал технических наук и образования 7 (5): 233-240 ISSN 0963-7346
• Арман Ван Дормаэль.»Французский транзистор» Труды конференции IEEE 2004 г. по истории электроники, Блетчли-Парк, июнь 2004 г. [6].
• Герберт Ф. Матаре, изобретатель транзистора, настал момент. 24 февраля 2003 г. The New York Times . [7].
• Майкл Риордан. Как Европа упустила транзистор.

IEEE Spectrum 42 (11) (ноябрь 2005 г.): 52–57 ISSN | 0018-9235

• К. Д. Ренмор. 1980 «Кремниевые чипы и ты». Полное руководство по полупроводниковым приборам, 2-е издание.Wiley-IEEE Press.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 25 марта 2020 г.

Источники

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список приемлемых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

могут применяться ограничения на использование отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

No related posts.