Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Транзистор



План:


Введення

Фотографія деяких типів дискретних транзисторів
Структура біполярного npn транзистора. Струм через базу управляє струмом "колектор-емітер".

Транзистор ( англ. transistor ) - радіоелектронний компонент з напівпровідникового матеріалу, звичайно з трьома висновками, що дозволяє вхідним сигналам керувати струмом в електричному ланцюзі. Зазвичай використовується для посилення, генерування і перетворення електричних сигналів. На принципових схемах позначається "VT" або "Q".

Управління струмом у вихідному ланцюзі здійснюється за рахунок зміни вхідної напруги або струму. Невелика зміна вхідних величин може приводити до істотно більшої зміни вихідної напруги і струму. Це підсилювальне властивість транзисторів використовується в аналоговій техніці (аналогові ТБ, радіо, зв'язок і т. п.).

В даний час в аналоговій техніці домінують біполярні транзистори (БТ) (міжнародний термін - BJT, bipolar junction transistor). Іншою найважливішою галуззю електроніки є цифрова техніка ( логіка, пам'ять, процесори, комп'ютери, цифровий зв'язок і т. п.), де, навпаки, біполярні транзистори майже повністю витиснені польовими.

Вся сучасна цифрова техніка побудована, в основному, на польових МОП (металл-оксид-напівпровідник)-транзисторах (МОПТ), як економічніших, в порівнянні з БТ, елементах. Іноді їх називають МДП (металл-діелектрик-напівпровідник) - транзистори. Міжнародний термін - MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Транзистори виготовляються в рамках інтегральної технології на одному кремнієвому кристалі (чіпі) і складають елементарний "цеглинка" для побудови мікросхем логіки, пам'яті, процесора і т. п. Розміри сучасних МОПТ складають від 90 до 22 нм . В даний час на одному сучасному кристалі площею 1-2 см можуть розміститися декілька (поки одиниці) мільярдів МОПТ. Протягом 60 років відбувається зменшення розмірів (мініатюризація) МОПТ і збільшення їх кількості на одному чіпі (ступінь інтеграції), в найближчі роки очікується подальше збільшення ступеня інтеграції транзисторів на чіпі (див. Закон Мура). Зменшення розмірів МОПТ призводить також до підвищення швидкодії процесорів, зниження енергоспоживання і тепловиділення.


1. Історія

Копія першого в світі працюючого транзистора

Перші патенти на принцип роботи польових транзисторів були зареєстровані в Німеччині в 1928Канаді, 22 жовтня 1925) на ім'я австро-угорського фізика Юлія Едгара Лилиенфельда. [джерело не вказано 570 днів] В 1934 німецький фізик Оскар Хейл запатентував польовий транзистор. Польові транзистори (зокрема, МОП-транзистори) засновані на простому електростатичному ефекті поля, з фізики вони істотно простіше біполярних транзисторів, і тому вони придумані і запатентовані задовго до біполярних транзисторів. Тим не менш, перший МОП-транзистор, що становить основу сучасної комп'ютерної індустрії, був виготовлений пізніше біполярного транзистора, в 1960. Тільки в 90-х роках XX століття МОП-технологія стала домінувати над біполярною.

В 1947 Вільям Шоклі, Джон Бардін і Уолтер Браттейн в лабораторіях Bell Labs вперше створили діючий біполярний транзистор, продемонстрований 16 грудня. 23 грудня відбулося офіційне представлення винаходу і саме ця дата вважається днем винаходу транзистора. За технологією виготовлення він відносився до класу точкових транзисторів. В 1956 вони були нагороджені Нобелівською премією з фізики "за дослідження напівпровідників і відкриття транзисторного ефекту". Цікаво, що Джон Бардін незабаром був удостоєний Нобелівської премії вдруге за створення теорії надпровідності.

Пізніше вакуумні лампи були замінені транзисторами в більшості електронних пристроїв, здійснивши революцію в створенні інтегральних схем і комп'ютерів.

Bell потребували назві пристрою. Пропонувалися назви "напівпровідниковий тріод" (semiconductor triode), "Solid Triode", "Surface States Triode", "кристалічний тріод" (crystal triode) і "Iotatron", але слово "транзистор" (transistor, утворена від слів transfer - передача і resist - опір), запропоноване Джоном Пірсом (John R. Pierce), перемогло у внутрішньому голосуванні.

Спочатку назва "транзистор" належала до резисторам, керованим напругою. Справді, транзистор можна представити як якесь опір, регульоване напругою на одному електродіпольових транзисторах - напругою між затвором і витоком, в біполярних транзисторах - напругою між базою і емітером). - Струмом бази.


2. Класифікація транзисторів

BJT PNP symbol (case)-Cyrillic.svg pnp JFET P-Channel Labelled ru.jpg канал p-типу
BJT NPN symbol (case)-Cyrillic.svg npn JFET N-Channel Labelled ru.JPG канал n-типу
Біполярні Польові
Позначення транзисторів різних типів.
Умовні позначення:
Е - емітер, К - колектор, Б - база;
З - затвор, І - витік, С - сток.



2.1. За основним полупроводниковому матеріалу

Крім основного напівпровідникового матеріалу, що застосовується зазвичай у вигляді монокристала, транзистор містить у своїй конструкції легуючі добавки до основного матеріалу, метал висновків, ізолюючі елементи, частини корпусу (пластикові або керамічні). Іноді вживаються комбіновані найменування, частково описують матеріали конкретного різновиду (наприклад, "кремній на сапфірі" або "Метал-окисел-напівпровідник"). Однак основними є транзистори:

Інші матеріали транзисторів до недавнього часу не використовувалися. В даний час є транзистори на основі, наприклад, прозорих напівпровідників для використання в матрицях дисплеїв. Перспективний матеріал для транзисторів - напівпровідникові полімери. Також є окремі повідомлення про транзистори на основі вуглецевих нанотрубок.


2.2. За структурою

Транзистори
Біполярні
Польові
pnp
npn
З pn-переходом
З ізольованим затвором
З каналом n-типу
З каналом p-типу З вбудованим каналом
З індукованим каналом

Принцип дії та способи застосування транзисторів істотно залежать від їх типу та внутрішньої структури, тому докладна інформація про цей віднесена до відповідних статей.


2.2.1. Комбіновані транзистори

  • Транзистори з вбудованими резисторами (Resistor-equipped transistors (RET s)) - біполярні транзистори з вбудованими в один корпус резисторами.
  • Транзистор Дарлінгтона - комбінація двох біполярних транзисторів, що працює як біполярний транзистор з високим коефіцієнтом посилення по струму.
    • на транзисторах однієї полярності
    • на транзисторах різної полярності
  • Лямбда-діод - двухполюсник, комбінація з двох польових транзисторів, має, як і тунельний діод, значну ділянку з негативним опором.
  • Біполярний транзистор з ізольованим затвором (IGBT) - силовий електронний прилад, призначений в основному, для управління електричними приводами.

2.3. За потужністю

За розсіюється у вигляді тепла потужності розрізняють:

  • малопотужні транзистори до 100 мВт
  • транзистори середньої потужності від 0,1 до 1 Вт
  • потужні транзистори (більше 1 Вт).

2.4. По виконання

  • дискретні транзистори
    • корпусні
      • Для вільного монтажу
      • Для установки на радіатор
      • Для автоматизованих систем пайки
    • безкорпусні
  • транзистори у складі інтегральних схем.

2.5. За матеріалом та конструкції корпусу

  • метало-скляний
  • пластмасовий
  • керамічний

2.6. Інші типи

3. Виділення за деякими характеристиками

Транзистори BISS (Breakthrough in Small Signal, дослівно - "прорив в малому сигналі") - біполярні транзистори з поліпшеними малосигнальних параметрами. Істотне поліпшення параметрів транзисторів BISS досягнуто за рахунок зміни конструкції зони емітера. Перші розробки цього класу пристроїв також носили найменування "мікрострумової прилади".

Транзистори з вбудованими резисторами RET (Resistor-equipped transistors) - біполярні транзистори з вбудованими в один корпус резисторами. RET транзистор загального призначення з вбудованим одним або двома резисторами. Така конструкція транзистора дозволяє скоротити кількість навісних компонентів і мінімізує необхідну площу монтажу. RET транзистори застосовуються для контролю вхідного сигналу мікросхем або для перемикання меншого навантаження на світлодіоди.

Застосування гетероперехода дозволяє створювати високошвидкісні і високочастотні польові транзистори, такі як HEMT.


4. Застосування транзисторів

Незалежно від типу транзистора, принцип застосування його єдиний:

  • Джерело живлення живить електричною енергією навантаження, якою може бути гучномовець, реле, лампа розжарювання, вхід іншого, більш потужного транзистора, електронної лампи тощо Саме джерело живлення дає потрібну потужність для "розгойдування" навантаження.
  • Транзистор ж використовується для обмеження сили струму, що надходить в навантаження, і включається в розрив між джерелом живлення і навантаженням. Тобто транзистор являє собою якийсь варіант напівпровідникового резистора, опір якого можна дуже швидко змінювати.
  • Вихідний опір транзистора змінюється в залежності від напруги на керуючому електроді. Важливо те, що ця напруга, а також сила струму, споживана вхідний ланцюгом транзистора, набагато менше напруги і сили струму у вихідному колі. Таким чином, за рахунок контрольованого керування джерелом живлення досягається посилення сигналу.
  • Якщо потужності вхідного сигналу недостатньо для "розкачки" вхідний ланцюга застосовуваного транзистора, або конкретний транзистор не дає потрібного посилення, застосовують каскадне включення транзисторів, коли більш чутливий і менш потужний транзистор управляє енергією джерела живлення на вході більш потужного транзистора. Також підключення виходу одного транзистора до входу іншого може використовуватися в генераторних схемах типу мультивібратора. У цьому випадку застосовуються однакові по потужності транзистори.

Транзистор застосовується в:

  • Підсилювальних схемах. Працює, як правило, в підсилювальному режимі. [2] [3] Існують експериментальні розробки повністю цифрових підсилювачів, на основі ЦАП, що складаються з потужних транзисторів. [4] [5] Транзистори в таких підсилювачах працюють у ключовому режимі.
  • Генераторах сигналів. Залежно від типу генератора транзистор може використовуватися або в ключовому (генерація прямокутних сигналів), або в підсилювальному режимі (генерація сигналів довільної форми).
  • Електронних ключах. Транзистори працюють у ключовому режимі. Ключові схеми можна умовно назвати підсилювачами (регенераторами) цифрових сигналів. Іноді електронні ключі застосовують і для управління силою струму в аналоговій навантаженні. Це робиться, коли навантаження має досить великою інерційністю, а напруга і сила струму в ній регулюються не амплітудою, а шириною імпульсів. На подібному принципі засновані побутові диммери для ламп розжарювання і нагрівальних приладів, а також імпульсні джерела живлення.

Транзистори застосовуються в якості активних (підсилювальних) елементів в підсилювальних і перемикальних каскадах.
Реле і тиристори мають більший коефіцієнт посилення потужності, ніж транзистори, але працюють тільки в ключовому (перемикальної) режимі.


Примітки

  1. http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/99_07/stat_13.htm - www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/99_07/stat_13.htm одноелектронних пристрої з інтегрованими кремнієвими областями провідності.
  2. Введення в електроніку - Режими роботи підсилюючих елементів - ivatv.narod.ru/vvedenie_v_elektroniku/5_03.htm
  3. Режими роботи підсилювального елемента - naf-st.ru/articles/sound/rr /
  4. NAD M2 Direct Digital Amplifier - nadelectronics.com/products/masters-series/M2-Direct-Digital-Amplifier
  5. Імпульсивна натура - Інтегральний підсилювач NAD M2 - www.salonav.com/arch/2010/05/046.htm

Література

  • А. К. Криштафович, В. В. Тріфонюк. Основи промислової електроніки - 2-е вид. - М .: "Вища школа", 1985. - 287 с.
  • Н. І Овсянников Кремнієві біполярні транзистори: Справ. посібник - Мн. : "Вища школа", 1989. - 302 с. - ISBN 5-339-00211-X.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Польовий транзистор
Біполярний транзистор
Складовою транзистор
Графеновий польовий транзистор
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru