Электротехника транзистор: Тест по дисциплине «Электротехника и электроника» (биполярный транзистор, семейство входных характеристик транзистора)

Содержание

Полевые транзисторы — презентация онлайн

Полевые транзисторы
Полевой транзистор – полупроводниковый прибор,
в котором регулирование тока осуществляется
изменением проводимости проводящего канала с
помощью поперечного электрического поля
Электроды полевого транзистора – исток (И), сток (С) и
затвор (З).
Управляющее напряжение прикладывается
между затвором и истоком
1
Электротехника и электроника
Полевые транзисторы
Классификация полевых транзисторов
1. С управляющим p–n-переходом;
2. С металлическим затвором, изолированным от
канала диэлектриком.
Приборы второго типа называют МОП-транзисторами.
2
Электротехника и электроника
Полевой транзистор с управляющим p–nпереходом
Р
Р+
3
Электротехника и электроника
Полевой транзистор с управляющим p–nпереходом
Выходные характеристики
Uзи = –1 В
Uзи = –2 В
Uзи = –3 В
4
Электротехника и электроника
Полевой транзистор с управляющим p–nпереходом
Передаточная характеристика
При напряжении затвор-исток, равном напряжению
отсечки U отс ток стока близок к нулю.
У n-канального ПТ напряжение затвор-исток
отрицательно.
5
Электротехника и электроника
МОП-транзистор с индуцированным каналом
6
Электротехника и электроника
МОП-транзистор с индуцированным каналом
Выходные характеристики
Режимы полевого транзистора:
— линейный;
— насыщения;
— отсечки.
Электротехника и электроника
7
МОП-транзистор с индуцированным каналом
Линейный (триодный) режим работы МОПтранзистора
U зи U 0
Eб E0
Iк Iб
Rб Rэ 1
Ток стока
I с b U зи U0 Uси 0.5U
2
си
8
Электротехника и электроника
МОП-транзистор с индуцированным каналом
b – удельная крутизна МОП-транзистора:
W
b C.0
L
– приповерхностная подвижность носителей,
C 0 – удельная емкость затвор-канал,
L – длина, W – ширина канала.
9
Электротехника и электроника
МОП-транзистор с индуцированным каналом
При малых значениях напряжения сток-исток
I с b U зи U 0 U си
При малых значениях U си канал МОП-транзистора
эквивалентен линейному резистору.
Величина
b U зи U 0
– проводимость канала
Сопротивление канала:
1
Rси
b U зи U 0
10
Электротехника и электроника
МОП-транзистор с индуцированным каналом
Режим насыщения МОП-транзистора
U зи U 0
U си U нас U зи U 0
Ток стока
1
2
I с b U зи U 0
2
11
Электротехника и электроника
МОП-транзистор с индуцированным каналом
Передаточная характеристика МОП-транзистора
U 0 – напряжение отсечки
12
Электротехника и электроника
МОП-транзистор с встроенным каналом
13
Электротехника и электроника
МОП-транзистор с встроенным каналом
Выходные характеристики
Ic, мА
Uзи = 1 В
Uзи = 0 В
Uзи = –0.5 В
Uзи = –1 В
Uзи = –2 В
Ucи, В
14
Электротехника и электроника
МОП-транзистор с встроенным каналом
Передаточная характеристика

Iс нач
Uотс
Uзи
15
Электротехника и электроника
Модели МОП-транзисторов
Квадратиная модель МОП-транзистора
Uзи
Ic = f(Uзи)
Ucи
1
2
I с b U зи U 0
2
16
Электротехника и электроника
Модели МОП-транзисторов
Квадратичная модель МОП-транзистора
Q
gm 2bIс
или
2Iс
gm
U зи U 0
17
Электротехника и электроника
Усилитель на полевом транзисторе
с управляющим p–n-переходом
18
Электротехника и электроника
Усилитель на МОП-транзисторе
с индуцированным каналом
19
Электротехника и электроника
Усилитель на МОП-транзисторе
с индуцированным каналом
Схема замещения для режима малого сигнала

uвх
R12
Выходное напряжение
uзи
gmuзи
Rc||Rн
uвых
uвых g m Rс Rн uвх
Коэффициент усиления переменной составляющей
напряжения
KU g m Rс Rн
20
Электротехника и электроника
Усилители
Классификация усилителей
1.По диапазону усиливаемых частот – усилители
низких частот (УНЧ), усилители постоянного тока (УПТ),
усилители высоких частот (УВЧ), избирательные
усилители.
2.По функциональному назначению – усилители
напряжения, тока, мощности.
3.По характеру усиливаемого сигнала – усилители
непрерывных и импульсных сигналов.
21
Электротехника и электроника
Усилители
Структура усилительного устройства
22
Электротехника и электроника
Усилители
Параметры усилителей
Основной количественный параметр – коэффициент
усиления
(коэффициент передачи).
U
• Коэффициент усиления напряжения K
U
вых
U
• Коэффициент усиления тока
вх
I
K
I
вых
I
вх
• Коэффициент усиления мощности
P
K
K K
P
вых
P
U
I
вх
23
Электротехника и электроника
Усилители
Коэффициент передачи усилителя – комплексная
функция частоты:
K K e
j
Зависимость модуля коэффициента усиления от
частоты называют амплитудно-частотной
характеристикой (АЧХ).
зависимость аргумента коэффициента усиления от
частоты – фазочастотная характеристика (ФЧХ).
24
Электротехника и электроника
Усилители
Примерный вид амплитудно-частотной
характеристики усилителя
K(f)
K0
0,7K0
f01
f02
f
Полоса пропускания ограничена частотами среза
01 и 02
На частотах среза коэффициент усиления напряжения
составляет K0 2 0,707 K0 , а коэффициент усиления
мощности равен 0.5K 0 .
25
Электротехника и электроника
Усилители
Логарифмические частотные характеристики
Коэффициент усиления удобно измерять в
логарифмических единицах – децибелах:
KU дБ 20 lg KU
K I дБ 20 lg K I
K P дБ 10 lg K P
Если АЧХ усилителя построена в логарифмическом
масштабе, ее называют логарифмической
амплитудно-частотной характеристикой (ЛАЧХ или
ЛАХ).
26
Электротехника и электроника
Обратные связи в усилителях
Обратной связью называют процесс передачи сигнала
из выходной цепи во входную.
Цепь, обеспечивающую эту передачу, называют цепью
обратной связи.
Петля, или контур обратной связи, состоит из прямого
пути, образуемого активным элементом, и обратного
пути, образуемого цепью обратной связи.
27
Электротехника и электроника
Обратные связи в усилителях
Пример: усилитель, охваченный цепью обратной связи
U
U
U
R
U
R
Цепь обратной связи – делитель напряжения,
образованный резисторами R1 , R 2 .
28
Электротехника и электроника
Обратные связи в усилителях
Выходное напряжение усилителя:
U
вых
KU .
d
Напряжение обратной связи
R
U
U
R R
1
ос
1
вых
U
вых
2
R1
– коэффициент передачи цепи обратной
R1 R2
связи.
Напряжение на входе усилителя
1
U U U
U
1 K
d
Электротехника и электроника
вх
ос
вх
29
Обратные связи в усилителях
Выходное напряжение
U
вых
K
1 K
U
вх
Коэффициент передачи усилителя, охваченного
обратной связью,
U
K
K
U
1 K
вых
ос
вх
Произведение K – коэффициент петлевого усиления,
Величина 1 K – глубина обратной связи
30
Электротехника и электроника
Дифференциальные усилители
Дифференциальный усилитель (ДУ) – симметричная
схема с двумя входами и двумя выходами
U
U
U
U
U
31
Электротехника и электроника
Дифференциальные усилители
Сигналы на входе дифференциального усилителя
представляют в виде суммы дифференциальной и
синфазной составляющих:
U U U 2
U вх 2 U сф U д 2
вх 1
сф
д
Дифференциальный сигнал равен разности входных
напряжений:
,
U U U
д
вх 1
вх 2
а синфазный – их полусумме:
U U
U
2
вх 1
вх 2
сф
Электротехника и электроника
32
Дифференциальные усилители
Источник сигнала на входе дифференциального
усилителя можно представить эквивалентной схемой,
показанной на рисунке
33
Электротехника и электроника
Дифференциальные усилители
Параметры дифференциального усилителя
Коэффициент усиления дифференциального сигнала
u
К
u
вых
д
д
Коэффициент усиления синфазного сигнала
u
К
u
вых
сф
сф
Коэффициент ослабления синфазного сигнала:
К
К
К
д
осс
сф
Электротехника и электроника
34
Дифференциальный усилитель на биполярных
транзисторах
35
Электротехника и электроника
Дифференциальный усилитель на биполярных
транзисторах
Коэффициенты усиления дифференциального сигнала
uвых 1

К д1 К д1

2 R0 Rэ
Для симметричного выхода

Кд
R0 Rэ
Коэффициент усиления синфазного сигнала
К сф1 К сф 2

2R0
Коэффициент ослабления синфазного сигнала
К осс
Электротехника и электроника
Кд
RJ
К сф Rэ rэ
36

Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»

Бакалавриат

Направление 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника»

Профиль «Промышленная электроника и микропроцессорная техника» (очная форма обучения)

Устройства промышленной электроники – это полупроводниковые преобразователи параметров электрической энергии с микропроцессорными системами управления, применяемые в электроэнергетике, электротехнологии, на транспорте и т.д.

В процессе подготовки бакалавры изучают регуляторы и стабилизаторы напряжения и тока, инверторы напряжения, выпрямители, агрегаты бесперебойного питания и др. типы преобразователей параметров электрической энергии, а также системы управления на основе микропроцессорной техники.

Выпускники профиля «Промышленная электроника и микропроцессорная техника» занимаются разработкой, наладкой и обслуживанием современных устройств преобразовательной техники, микропроцессорных систем управления на предприятиях топливно-энергетического комплекса, в авиационной и атомной промышленности и др.

Профиль  гарантирует выпускникам трудоустройство на промышленных предприятиях различного отраслевого назначения, в организациях энергетического комплекса, а также в научно-исследовательских институтах и  конструкторских бюро, занимающихся разработкой устройств силовой электроники, преобразовательной техники  и систем управления.

Магистратура 

Направление 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника»

«Промышленная электроника и микропроцессорная техника» (очная форма обучения)

В процессе подготовки магистранты изучают методы математического моделирования электронных узлов преобразователей параметров электрической энергии, энергетическую электронику, промышленные логические контроллеры, а также различные типы электронных промышленных устройств.

Выпускники программы «Промышленная электроника и микропроцессорная техника» занимаются решением профессиональных задач, связанных с проектированием и исследованием устройств преобразовательной техники, а также микропроцессорных систем управления преобразователями параметров электрической энергии.

Программа гарантирует выпускникам трудоустройство в  проектных и научно-исследовательских организациях, а также высокотехнологичных производствах.

Датчик электрического поля на полевых транзисторах.

Полевые транзисторы можно использовать в устройствах для обнаружения электрических полей. Принципиальная электрическая схема одного из таких устройств приведена на рисунке:

Рисунок 1 — Датчик электрического поля

Транзистор КП303 можно использовать с любым буквенным индексом. Резистором R2 устанавливается рабочая точка транзистора VT2 (грубо говоря этим резистором можно настраивать чувствительность датчика). Источником питания G1 может быть например одна батарейка «крона». Транзистор КП303 реагирует на внешние электрические поля изменяя сопротивление сток-исток, при этом изменяется напряжение на затворе VT2 это напряжение изменяет сопротивление транзистора VT2 в результате чего изменяется ток проходящий через светодиод VD1 и следовательно интенсивность его свечения. Транзистор КП303 может выглядеть так:

Цифра 3 на корпусе означает транзистор КП303, буква «И» означает индекс «И» транзистора КП303, остальные два знака это изготовитель и дата изготовления. Цоколёвка транзистора КП303:

Транзистора IRF620:

Вместо IRF620 можно использовать какой либо другой подходящий транзистор (например IRF630). Данный датчик электрических полей может реагировать на излучения например от маршрутизатора с работающим WIFI, телевизора, холодильника, наэлектризованного пакета, некоторой обуви при ходьбе или прыжках и т.д. Пример работы датчика на видео:

КАРТА БЛОГА (содержание)

Применение биполярного плоскостного транзистора, немного истории.

История биполярных плоскостных транзисторов

Данные транзисторы не были первыми устройствами с тремя выводами. До того, как были изобретены транзисторы, уже использовались радиолампы. В электронике триоды в виде радиолампы использовались почти полвека, пока не появились биполярные плоскостные транзисторы. Лампа накаливания, которую придумал Томас Эдисон в начале 80-х годов девятнадцатого столетия, была одним из первых устройств, которые использовали радиолампы в качестве какого-либо электрического применения.

Радиолампы в качестве триодов использовались в разнообразных по конструкции компьютерах вплоть до начала пятидесятых годов 20 века. Однако главная проблема была в том, что более сложные схемы требовали всё больше и больше встроенных в них триодов.

В те дни большой компьютер имел множество стоек, которые занимали радиолампы, что занимало почти целиком большую комнату. Однако размер не был единственной проблемой. Радиолампы потребляли достаточно много энергии. Иногда они подтекали, откуда следовало, что они весьма ненадёжны.


По этой причине учёные и инженеры начали думать о том, как бы изобрести какой-нибудь иной тип устройств с тремя выводами. Поэтому, вместо контроля электрона в вакууме, они начали задумываться о путях его контроля в твёрдых материалах. В 1947, два физика, Джон Бардин и Уолтер Браттейн, работая в лабораториях Белла, открыли его.

Они сближали две точки очень близко одна к другой, так, чтобы они друг друга касались. В действительности, они могли создать устройство с тремя выводами. Таким образом, первый транзистор с точечным контактом был сделан за счёт использования германия, обрезка бумаги и лезвий бритвы.

Затем, Шокли изобрёл биполярный плоскостной транзистор за счёт сдавливания вместе тонких пластин различных полупроводниковых материалов. Транзисторы заменили радиолампы и свершили гигантские изменения в электронике. Бардин и Браттейн вместе с Вильямом Шокли били награждены Нобелевской премией по физике в 1956 году. Они получили её за то, что придумали принцип работы транзистора.

В течение многих лет транзисторы производились как одиночные компоненты, однако в конце 1950-х годов свет увидели интегральные схемы. В этих схемах все компоненты размещались на одной единственной микросхеме. Это лишь часть бесконечной истории биполярных плоскостных транзисторов.

Как применяют биполярные плоскостные транзисторы?

Существует два способа применения данных транзисторов, переключение (включение/выключение) и усиление.

Транзистор как выключатель

Для того чтобы биполярный плоскостной транзистор действовал как выключатель, транзистор имеет смещение для работы в области насыщения или выключения. Данный транзистор будет работать в области выключения как открытый выключатель. В области насыщения эти транзисторы будут действовать как закрытые выключатели.

 

Открытый выключатель

В области выключения (оба перехода имеют обратное смещение) напряжение, проходящее через CE переход, очень высокое. Напряжение на входе равно нулю, так что электрический ток на базе и электрический ток на коллекторе равны нулю. Отсюда следует, что сопротивление, которое обеспечивается биполярным плоскостным транзистором, очень высоко (в идеале – бесконечно).

Закрытый выключатель

В области насыщения (оба перехода смещены вперёд) высокое напряжение на входе применяется к базе. Значение сопротивления на базе скорректировано таким образом, что присутствует сильный электрический ток на базе.

Имеется небольшое снижение напряжения через переход коллектора-эмиттера в размере от 0,05 до 0,2 V, и ток на коллекторе очень большой. Очень маленький сброс напряжения появляется при прохождении через биполярный плоскостной транзистор, и в принципе такой транзистор можно назвать эквивалентным по отношению к закрытому выключателю.

Биполярный плоскостной транзистор в качестве усилителя

Однокаскадный усилитель с резистивно-ёмкостной связью CE

Этот усилитель показан на рисунке. C1 и C3 являются соединёнными конденсаторами, они используются для блокировки постоянного тока и пропускают лишь ту часть, которая является переменным током. Также они гарантируют, что базовое положение постоянного тока биполярного плоскостного транзистора останется неизменным, даже когда появится что-то на входе. C2 является обходным конденсатором, который увеличивает коэффициент усиления напряжения и обходит резистор R4 для сигналов переменного тока.

Биполярный плоскостной транзистор, который имеет смещение в активной области, использует необходимые компоненты смещения. Точка Q удерживается стабильной в активной области транзистора. Когда на входе появляется энергия, как показано ниже, электрический ток на базе начинает изменяться то вверх, то вниз, отсюда и ток на коллекторе также изменяется как IC = ẞ x IB. Поэтому напряжение, проходящее через R3, усиливается, и оно прямо противоположно (на 180º) по отношению к сигналу на входе.

Таким образом, напряжение, проходящее через R3, соединено с нагрузкой, и усиление имеет место быть. Если точка Q должна находиться в центре нагрузки, будет иметь место очень небольшое искажение формы волны или его не будет вовсе. Напряжение, также как и коэффициент усиления электрического тока усилителя CE, является высоким (коэффициент усиления является фактором, за счёт которого напряжение тока возрастает от входа к выходу). Это обычно используется в радиоприёмниках и как низкочастотный усилитель напряжения.

Для увеличения коэффициента усиления используются многокаскадные усилители. Они подключаются через конденсатор, электрический трансформатор, R-L или прямо соединены, в зависимости от применения. Общий коэффициент усиления является результатом коэффициентов усиления одиночных каскадов.

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

Навигация по записям

Принцип действия. Режимы работы транзисторов — 23 Октября 2013

 принцип действия

Упрощенная схема поперечного разреза биполярного NPN транзистора

Первые транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия. Транзисторы на основе арсенида галлия используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах высокочастотных усилителей.

Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированныхполупроводниковых слоёв: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие невыпрямляющие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и слаболегирована, поэтому имеет большое омическое сопротивление. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база (это делается по двум причинам — большая площадь перехода коллектор-база увеличивает вероятность захвата неосновных носителей заряда из базы в коллектор и, так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включен с обратным смещением, что увеличивает тепловыделение, способствует отводу тепла от коллектора), поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (нецелесообразно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате аналогичный исходному биполярный транзистор — инверсное включение).

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора[1]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны), и переносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малым током базы можно управлять значительно бо́льшим током коллектора.

Режимы работы биполярного транзистора

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт)

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора p-n-p типа), для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид UЭБ<0;UКБ>0.

Инверсный активный режим

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

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ.нас) и коллектора (IК.нас).

Режим отсечки

В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты). Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. В этом случае через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (IЭБО) И коллектора (IКБО). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).

Барьерный режим

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

тематика курсовых приказ — Обучение ИЯ учащихся с особыми

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Пензенский государственный технологический университет»

Колледж Технологический ПензГТУ

Рассмотрено на заседании ЦМК

специальностей 09.02.01 Компьютерные Заместитель директора

системы и комплексы, 09.02.02 по УМР

Компьютерные сети _______ М.В. Денисов

«__»________ 20__ г. «___»_______ 20 __ г.

Протокол № __

Председатель _______ А.В. Мишин

Закрепление тем курсовых работ

по специальности 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы

на 2020-2021 учебный год

МДК.01.02 Проектирование цифровых устройств

группы 18ИК1т,18ИК2т, 18ИК3т

п/п ФИО студента Тема курсовых работ

1. Авакян А. А. Проектирование генератора цифрового шума на основе диода.

2. Аксаков Е. В. Проектирование мультивибратора управления разверткой С1 – 67

3. Барышев И. А. Проектирование транзисторного стабилизатора постоянного

напряжения 15В.

4. Галстян А. А. Проектирование системы двухкомандного дистанционного

радиоуправления на основе микросхемы А1 LM567CN.

5. Гудимова О. О. Разработка мультивибратора на биполярных транзисторах.

6. Гусев В. Д. Проектирование специализированного генератора кодов.

7. Ишуков Р. А. Проектирование генератора кодовых последовательностей импульсов

на интегральных схемах

8. Кузнецов Д. И. Проектирование формирователя электрического сигнала

трапецеидальной формы.

9. Ларионов Е. А. Проектирование генератора кодовых последовательностей импульсов

на основе мультиплексоров.

10. Лисицин М. Ю. Проектирование автоматического выключателя электросети.

11. Максимов А. В. Проектирование импульсного стабилизатора тока сварочной дуги.

12. Мельников А. С. Проектирование генератора прямоугольных импульсов на основе

однородных искусственных линий

13. Мешков К. С. Проектирование генератора звукового импульса.

14. Нургатина А. Р. Разработка мультивибратора на полевых транзисторах.

15. Оганесян М. С. Проектирование синусоидального генератора с частотой 1,5 — 2,5

кГц.

16. Поляков Д. И. Проектирование сумматора комбинационного типа.

17. Сироткин И. С. Проектирование синхронного восьмиразрядного счетчика на основе

JK триггера.

18. Сюрняев Н. А. Проектирование автоматического выключателя электроприборов.

19. Февралев Д. П. Проектирование усилителя низких частот 140Вт

20. Антонов Д. С. Проектирование стабилизированного источника питания 18В/0,5А.

21. Бобровский С. С. Проектирование демодулятора длительности импульса.

Транзисторы и их типы | Полупроводники

«Транзистор» — это усилительное устройство, в котором входной сигнал передается с повышенной амплитудой. Он был изобретен в 1948 году Дж. Бардином и У.Х. Браттейн из Bell Telephone Laboratories.

Когда тонкий слой полупроводника p-типа или n-типа находится между парой полупроводников противоположного типа, он представляет собой транзистор.

Транзистор состоит из двух диодов с p-n переходом, расположенных встречно.

Ниже приведены два распространенных типа соединительных транзисторов:

1.Сросшиеся соединения типа

2. Тип сплава.

На рис. 7.26 (а) показан выращенный транзистор с p-n-p переходом.

На рис. 7.26 (б) показана форма транзистора с переходом n-p-n.

При производстве транзисторов с выращенным переходом используется процесс выращивания монокристалла.

Левая часть или область называется эмиттером, а правая часть называется коллектором. Средняя часть, называемая базовой областью или базой, чрезвычайно тонкая по сравнению с эмиттером или коллектором и слегка легирована.Функция эмиттера состоит в том, чтобы инжектировать большинство носителей заряда в базу, а функция коллектора — собирать или притягивать эти носители через базу.

p-n-p Транзистор :

Следующие факты следует учитывать при понимании основного механизма работы транзистора:

(i) Поскольку эмиттер должен обеспечивать несущие, он всегда смещен в прямом направлении.

(ii) Первая буква типа транзистора указывает полярность напряжения эмиттера относительно базы e.грамм. в транзисторе pnp эмиттер всегда находится под положительным потенциалом.

(iii) Работа коллектора состоит в том, чтобы собирать или привлекать этих носителей через базу, поэтому она всегда имеет обратное смещение, т.е. в транзисторе pnp коллектор находится под отрицательным потенциалом.

(iv) Вторая буква типа транзистора указывает полярность напряжения коллектора по отношению к базе.

Рабочий:

На рис. 7.27 показан p-n-p транзистор, включенный по схеме с общей базой (или с заземленной базой) (называется так потому, что и эмиттер, и коллектор возвращаются к выводам базы).Эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. Отверстия в эмиттере отталкиваются положительным полюсом батареи к p-n или эмиттерному переходу. Потенциальный барьер на стыке уменьшается из-за прямого смещения, поэтому дырки пересекают стык и входят в базу n-типа.

Поскольку база тонкая и слабо легированная, большинство дырок (около 95%) могут дрейфовать по базе, не встречаясь с электронами для объединения.Остатки 5% дырок теряются в базовой области за счет рекомбинации с электронами. Отверстия, которые после пересечения коллекторного перехода n-p попадают в область коллектора, охватываются отрицательным напряжением коллектора V e .

Следующие пункты требуют особого внимания:

(i) В p-n-p транзисторе основными носителями заряда являются дырки.

(ii) Ток коллектора всегда меньше тока эмиттера, поскольку происходит некоторая рекомбинация дырок и электронов (I c = l e – I b ).

α = I c (ток коллектора)/I e (ток эмиттера) < 1

(iii) Стрелка эмиттера показывает направление течения обычного тока. Очевидно, поток электронов будет в противоположном направлении.

n-p-n Транзистор :

На рис. 7.28 показан транзистор с переходом n-p-n. Эмиттер смещен в прямом направлении, а коллектор в обратном. Электроны в области эмиттера отталкиваются отрицательным полюсом батареи к эмиттеру или n-p-переходу.Электроны переходят в базовую область p-типа, потому что потенциальный барьер уменьшается из-за прямого смещения.

Поскольку база тонкая и слабо легированная, большая часть электронов (около 95%) переходит к коллекторному переходу и входит в область коллектора, где они легко подхватываются положительным напряжением коллектора, V c . Только около 5% эмиттерных электронов соединяются с дырками в базе и теряются как носители заряда.

Следующие пункты требуют особого внимания:

(i) В транзисторе n-p-n основными носителями заряда являются электроны.

(ii) I c (ток коллектора) меньше, чем I e (ток эмиттера), так что α < 1,

(iii) Стрелка эмиттера показывает направление течения обычного тока.

Транзисторы перехода были изготовлены в диапазоне мощностей от нескольких милливатт до десятков ожиданий. Крошечные переходные транзисторы не имеют себе равных в том смысле, что их можно заставить работать на уровне мощности 1 микроватт.

Транзисторы — Практические EE

Транзисторы — это полупроводниковые устройства, которые используются для усиления или включения и выключения электрических сигналов.Существует два основных типа транзисторов: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). Эти два типа транзисторов сильно отличаются друг от друга. Они оба могут усиливать сигналы и включать и выключать сигналы, но то, как вы ими управляете, и их поведение совершенно разные. Транзисторы представляют собой устройства с тремя выводами, два из которых предназначены для основного проводящего пути через устройство, а третий вывод предназначен для управления этим путем.


Биполярные переходные транзисторы (BJT)

Существует два типа BJT: PNP и NPN.Буквы «P» и «N» относятся к кремниевой легирующей присадке, используемой при изготовлении транзистора, и главное отличие, о котором следует помнить, заключается в том, что они имеют противоположную полярность, а это означает, что ток входит и выходит из клемм в противоположных направлениях. Выводы BJT называются базой (b), коллектором (c) и эмиттером (e).

B = Основание
C = Коллектор
E = Излучатель

Символы BJT

Обозначения транзисторов BJT

Коллектор и эмиттер образуют основной проводящий путь, а база управляет этим путем.

Чтобы объяснить, как работает BJT, я начну с NPN. PNP — это то же самое, но с обратным направлением тока на каждой клемме. Проще всего думать о биполярных транзисторах как об устройствах, управляемых током, а об этой стрелке на символе — как о диоде. Чтобы включить NPN BJT, нужно подать ток в базу. Этот ток протекает через базу, через диод, показанный стрелкой, и выходит из эмиттера. Прямое напряжение между базой и эмиттерным диодом обычно составляет около .7 В, поэтому ток, протекающий от базы к эмиттеру, создает напряжение 0,7 В от базы к эмиттеру (Vbe = 0,7 В). Ток, протекающий в базу, также вызывает протекание тока в коллектор и из эмиттера (ток в базу «включает» транзистор). Этот ток, протекающий в коллектор, Ic, пропорционален току, протекающему в базу, Ib, а константа пропорциональности называется бета (β) и является одной из ключевых характеристик биполярного транзистора. Таким образом, полный ток, вытекающий из эмиттера, равен Ib + Ic.

Еще одним важным аспектом биполярных транзисторов является напряжение между коллектором и эмиттером. Здесь нет определенного соотношения напряжений, за исключением того, что существует минимальное напряжение, которое обычно составляет от 0,2 В до 0,3 В от коллектора к эмиттеру для NPN и от эмиттера к коллектору для PNP. Это называется V CE,SAT  (напряжение насыщения коллектор-эмиттер).

Чтобы выключить NPN BJT, просто перестаньте подавать ток на базу. Затем ток перестанет течь от коллектора к эмиттеру, или, другими словами, токопроводящий путь от коллектора к эмиттеру отключится.

Текущий поток BJT

Как я сказал выше, PNP такие же, как NPN, за исключением того, что ток течет в противоположных направлениях. Чтобы включить PNP, вытащите ток из базы. Этот ток течет к базе от эмиттера через диод, показанный стрелкой, и от эмиттера к базе формируется напряжение около 0,7 В. Ток, вытекающий из базы из эмиттера, вызывает вытекание тока из коллектора из эмиттера. Ток, который индуцируется течь от эмиттера к коллектору, пропорционален току, вытекающему из базы, а константа пропорциональности равна β.


Общие уравнения BJT

I E  = I B  + I C ; Ток эмиттера равен току базы плюс ток коллектора.

I C  = β * I B ; Ток коллектора равен бета транзистора, умноженному на ток базы.

В CE,SAT  = ~ +/-,3 В ; При включении минимальное напряжение (напряжение насыщения) от коллектора до эмиттера около +.3 В для NPN и -0,3 В для PNP.

  • Обратите внимание, что Vce не обязательно будет таким низким, просто оно не упадет ниже, независимо от того, насколько больше ток коллектора… устройство насыщается.

В BE  = ~ +/-,7 В ; При включении напряжение от базы к эмиттеру составляет около +,7 В для NPN и -0,7 В для PNP.


BJT в качестве усилителя

Чтобы использовать биполярный транзистор в качестве усилителя, нужно использовать соотношение между током коллектора и током базы.Бета транзистора обычно составляет от 50 до 200, поэтому ток, подаваемый на базу, будет усиливаться в токе коллектора за счет бета. Если вы хотите усилить напряжение вместо тока, просто используйте резисторы для преобразования напряжения в ток по закону Ома. Важно знать, что для большинства бета-версий BJT не является точной спецификацией. Во-первых, он сильно зависит от температуры. Итак, есть некоторые хитрости, которые вам нужно использовать для практической реализации BJT, используемого в качестве точного усилителя.

Должен признаться, что в своей карьере мне еще не приходилось применять биполярные транзисторы для этой цели, и я больше не помню этих трюков из колледжа, поэтому я собираюсь прекратить обсуждение использования биполярных транзисторов в качестве усилителей на этом этапе.


BJT в качестве переключателя

Транзистор BJT можно использовать как переключатель, приводя его в состояние от полного насыщения до полного отключения. Чтобы привести NPN BJT в состояние насыщения, подайте на базу достаточный ток, такой как V CE_SAT , до .2 – 0,3 В, а затем подайте больше, чтобы обеспечить запас. Рассмотрим приведенную ниже схему, показывающую, например, транзистор NPN BJT, управляющий резистором.

Транзистор NPN BJT, управляющий резистором

Вопрос в том, какое значение R будет гарантировать, что питание 3,3 В приведет транзистор в состояние насыщения, которое мы определим как V CE_SAT = 0,3 В. Помните, что: ток коллектора = β * ток базы . Я собираюсь рассказать вам хорошее практическое правило насыщения BJT. Бета обычно сильно зависит от температуры, поэтому будьте осторожны, чтобы рассмотреть наихудший случай, но вам на самом деле не нужно знать фактическую бета транзистора.Самые низкие значения бета, возможно, около 50, поэтому просто предположим, что бета равна 10. Разработайте бета около 10 для насыщения, и у вас должно быть много запаса.

Эмпирическое правило: предположим, что Бета = 10 для расчетов насыщенности

Процесс:

  • Определите Ic по компонентам на проводящем пути от коллектора к эмиттеру
  • Рассчитайте Ib по Ib = Ic / β
  • Определите R по компонентам на проводящем пути от базы к эмиттеру.

Помните, что Vb примерно на 0,7 В выше Ve в транзисторе NPN BJT.

R должно быть 5532 или меньше, чтобы обеспечить переход транзистора в режим насыщения. 4,7K — обычное стандартное значение, так что это мой выбор. И должно быть достаточно запаса, чтобы допустить свободный допуск в 5%.

Транзистор | Инжиниринг | Фэндом

Файл:Transistors.agr.jpg

Ассорти из транзисторов

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, который можно использовать для усиления, переключения, стабилизации напряжения, модуляции сигнала и многих других функций.Транзистор является основным строительным блоком как цифровых, так и аналоговых интегральных схем — схем, управляющих работой компьютеров, сотовых телефонов и всей другой современной электроники.

Введение[]

Слово транзистор , придуманное Джоном Робинсоном Пирсом в 1949 году, является сокращением от транс-сопротивление или передаточный варистор (см. раздел истории ниже).

Транзисторы делятся на две основные категории: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET).Применение тока в биполярных транзисторах и напряжения в полевых транзисторах между входной и общей клеммами увеличивает проводимость между общей и выходной клеммами, тем самым контролируя протекание тока между ними. Для получения дополнительной информации о работе этих двух типов транзисторов см. Полевой транзистор и транзистор с биполярным переходом .

В аналоговых схемах транзисторы используются в усилителях (усилителях постоянного тока, аудиоусилителях, радиочастотных усилителях) и линейных регулируемых источниках питания.Транзисторы также используются в цифровых схемах, где они функционируют как электронные переключатели. Цифровые схемы включают в себя логические элементы, оперативную память (RAM), микропроцессоры и процессоры цифровых сигналов (DSP).

Важность[]

Транзистор многими считается одним из величайших изобретений в современной истории, по значимости он стоит наравне с печатным станком, автомобилем и телефоном. Это ключевой активный компонент практически всей современной электроники. Его важность в современном обществе основывается на возможности его массового производства с использованием высокоавтоматизированного процесса (изготовления), который обеспечивает исчезающе низкую стоимость транзистора.

Хотя миллионы отдельных (известных как дискретных ) транзисторов все еще используются, подавляющее большинство транзисторов изготавливается в виде интегральных схем (также называемых микросхемами или просто микросхемами ) вместе с диодами, резисторами, конденсаторами и другими электронными устройствами. компонентов для создания полных 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) [1].

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 разрабатывать 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 было направлено на то, чтобы сделать информацию цифровой. В результате сегодня многие медиаданные передаются в цифровой форме, а компьютеры преобразуют их и представляют в аналоговой форме. Области, на которые повлияла цифровая революция, включают телевидение, радио и газеты.

История[]

Первые патенты на принцип транзистора были зарегистрированы в Германии в 1928 году Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом.В 1934 году немецкий физик доктор Оскар Хайль запатентовал полевой транзистор. Неясно, была ли когда-либо построена какая-либо конструкция, и это обычно считается маловероятным.

22 декабря 1947 года Уильяму Шокли, Джону Бардину и Уолтеру Браттейну удалось создать первый практичный транзистор с точечным контактом в Bell Labs. Эта работа последовала за их усилиями военного времени по производству «кристаллических» смесительных диодов из чрезвычайно чистого германия, используемых в радиолокационных устройствах в качестве элемента смесителя частоты в микроволновых радиолокационных приемниках.Ранние ламповые технологии не подходили для этой роли достаточно быстро, поэтому команда Bell вместо этого использовала твердотельные диоды. Имея в руках эти знания, они обратились к конструкции триода, но обнаружили, что это совсем не просто. В конце концов Бардин разработал новую ветвь физики поверхности, чтобы объяснить наблюдаемое ими «странное» поведение, а Бардину и Браттейну в конце концов удалось создать работающее устройство.

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

Шаблон:Цитата

Пирс вспоминал название несколько иначе:

Шаблон:Цитата

Компания Bell запустила производство транзистора на заводе Western Electric в Аллентауне, штат Пенсильвания. Они также передали лицензию ряду других компаний, производящих электронику, в том числе Texas Instruments, которая произвела ограниченный тираж транзисторных радиоприемников в качестве инструмента продаж.Другой компании идея понравилась, и она тоже решила получить лицензию, представив собственное радио под торговой маркой Sony. Ранние транзисторы были «нестабильными» и подходили только для маломощных низкочастотных приложений, но по мере развития конструкции транзисторов эти проблемы постепенно преодолевались. В течение следующих двух десятилетий транзисторы постепенно заменили более ранние электронные лампы в большинстве приложений, а позже сделали возможным множество 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, став одним из двух человек, получивших более одной Нобелевской премии по одной и той же дисциплине за свою работу по исследованию сверхпроводимости.

В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре (1912–) и Генрих Уокер (ок. 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 делала публичных заявлений о транзисторе до июня 1948 года, транзистор считался независимой разработкой.Матаре впервые наблюдал эффекты крутизны при производстве германиевых дуодиодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны. Транзистроны серийно производились для французской телефонной компании и военных, а в 1953 году на Дюссельдорфской радиоярмарке был продемонстрирован твердотельный радиоприемник с четырьмя трансистронами.

Динамическая характеристика транзистора могла отображаться в виде кривых на ранней версии Transistor Curve Tracer

Типы[]

Шаблон: начало с плавающей запятой |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || ПНП || 80 пикселей || P-канал |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || НПН || 80 пикселей || N-канал |- выровнять = «по центру» | БЮТ || || JFET || Шаблон:Плавающий конец

Транзисторы классифицируются по:

  • Полупроводниковый материал: 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, радиочастотная (РЧ), микроволновая (Максимальная эффективная частота транзистора обозначается термином , сокращение от «частота перехода».» Частота перехода — это частота, при которой транзистор дает единичный коэффициент усиления).
  • Применение: переключатель общего назначения, аудио, высоковольтный, супер-бета, согласованная пара
  • Физическая упаковка: сквозное металлическое отверстие, сквозное пластиковое отверстие, поверхностный монтаж, матрица шариковой сетки

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

Биполярный переходной транзистор[]

Биполярный переходной транзистор (BJT) был первым типом транзистора, который производился серийно.Биполярные транзисторы названы так потому, что в них используются как основные, так и неосновные носители. Три клеммы называются эмиттер , база и коллектор . Внутри биполярного транзистора существуют два p-n перехода: переход база/коллектор и переход база/эмиттер . BJT обычно называют устройством, работающим от тока, потому что ток эмиттера/коллектора контролируется током, протекающим между выводами базы и эмиттера. В отличие от полевого транзистора, биполярный транзистор представляет собой устройство с низким входным сопротивлением.BJT имеет более высокую крутизну, чем FET. Биполярные транзисторы можно заставить проводить как свет (фотоны), так и ток. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами.

Полевой транзистор[]

Полевой транзистор (FET), иногда называемый униполярным транзистором , использует либо электроны (N-канальный FET), либо дырки (P-канальный FET) для проводимости. Три основных вывода полевого транзистора называются исток , затвор и сток .На некоторых полевых транзисторах предусмотрено четвертое соединение с корпусом (подложкой), но обычно корпус соединяется с истоком внутри.

Напряжение между затвором и истоком управляет током, протекающим между истоком и стоком. В полевых транзисторах ток исток/сток протекает по проводящему каналу около затвора . Этот канал соединяет область источника с областью стока . Проводимость канала изменяется электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным между выводами затвора/истока.Таким образом, ток, протекающий между истоком и стоком, контролируется. Как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы могут работать как со светом (фотонами), так и с напряжением. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами. Полевые транзисторы

делятся на два семейства: полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET). IGFET более широко известен как металл-оксид-полупроводник FET (MOSFET) из-за его первоначальной конструкции, состоящей из слоя металла (затвор), слоя оксида (изоляция) и слоя полупроводника.В отличие от IGFET, затвор JFET образует PN-диод с каналом, расположенным между истоком и стоком. Функционально это делает N-канальный JFET твердотельным эквивалентом лампового триода, который аналогичным образом образует диод между сеткой и катодом. Также оба устройства работают в режиме обеднения , оба имеют высокое входное сопротивление, и оба проводят ток под управлением входного напряжения.

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

FET дополнительно делятся на типы с режимом истощения и с режимом улучшения . Мода относится к полярности напряжения затвора по отношению к источнику на пороге проводимости. Для N-канальных полевых транзисторов с режимом истощения затвор является отрицательным по отношению к истоку, в то время как для N-канальных полевых транзисторов с расширенным режимом затвор положительный на пороге проводимости.Для обоих режимов, если напряжение затвора сделать более положительным, ток истока/стока увеличится. Для P-канальных устройств полярность обратная. Почти все JFET работают в режиме истощения, а большинство IGFET — в режиме улучшения.

Другие типы транзисторов[]

  • Однопереходные транзисторы можно использовать в качестве простых генераторов 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 противоположным типом полупроводника формируется в точке по длине корпуса для третьего вывода ( Излучатель ).
  • Полевые транзисторы с двумя затворами имеют один канал с двумя затворами в каскоде; конфигурация, оптимизированная для высокочастотных усилителей , смесителей и генераторов.
  • Массивы транзисторов используются для приложений общего назначения, генерация функций и низкоуровневые, малошумящие усилители .Они включают два или более транзистора на общей подложке для обеспечения точного согласования параметров и теплового отслеживания, характеристик, которые особенно важны для усилителей с длинной хвостовой парой .
  • Транзисторы Дарлингтона
  • состоят из биполярного транзистора средней мощности, соединенного с силовым биполярным транзистором. 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.
  • В биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) используется IGFET средней мощности, аналогично подключенный к мощному BJT, для обеспечения высокого входного сопротивления.Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования. БТИЗ особенно подходят для тяжелых промышленных применений. Asea Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100 [2] показывает, насколько далеко продвинулась технология силовых полупроводников. Это устройство, предназначенное для трехфазных источников питания, содержит три NPN IGBT в корпусе размером 38 х 140 х 190 мм и массой 1,5 кг. Каждый IGBT рассчитан на 1700 вольт и может выдерживать 2400 ампер.
  • Одноэлектронные транзисторы (SET) состоят из затворного острова между двумя туннельными переходами.Туннельный ток управляется напряжением, подаваемым на затвор через конденсатор. [3][4]
  • Полный список типов транзисторов T-Transistor.com

Полупроводниковый материал[]

Первые биполярные транзисторы были изготовлены из германия (Ge), а некоторые мощные типы до сих пор изготавливаются из него. В настоящее время преобладают кремниевые (Si) типы, но в некоторых усовершенствованных микроволновых и высокопроизводительных версиях теперь используется составной полупроводник , материал , арсенид галлия (GaAs) и полупроводниковый сплав , сплав кремний-германий (SiGe).Одноэлементный полупроводниковый материал (Ge и Si) описывается как элемент .

Характеристики наиболее распространенных полупроводниковых материалов, используемых для изготовления транзисторов, приведены в таблице ниже:

Характеристики полупроводниковых материалов
Материал полупроводника
Прямой переход
Напряжение
В при 25 °C
Подвижность электронов
м/с при 25 °C
Подвижность отверстий
м/с при 25 °C
Макс.температура соединения
°С
Ге 0,27 0,39 0,19 от 70 до 100
Си 0,71 0,14 0,05 от 150 до 200
GaAs 1,03 0,85 0,05 от 150 до 200
Соединение Al-Si 0,3 от 150 до 200

Прямое напряжение перехода — это напряжение, прикладываемое к переходу эмиттер-база биполярного транзистора, чтобы заставить базу проводить заданный ток.Ток увеличивается экспоненциально по мере увеличения прямого напряжения перехода. Значения, приведенные в таблице, типичны для тока 1 мА (те же значения относятся к полупроводниковым диодам). Чем ниже прямое напряжение перехода, тем лучше, так как это означает, что для «управления» транзистором требуется меньшая мощность. Прямое напряжение перехода для данного тока уменьшается с температурой. Для типичного кремниевого перехода изменение составляет примерно -2,1 мВ/°C.

Столбцы подвижность электронов и подвижность дырок показывают среднюю скорость, с которой электроны и дырки диффундируют через полупроводниковый материал с электрическим полем 1 вольт на метр, приложенным к материалу.В общем, чем выше подвижность электронов, тем быстрее транзистор. Таблица показывает, что Ge в этом отношении является лучшим материалом, чем Si. Однако Ge имеет четыре основных недостатка по сравнению с кремнием и арсенидом галлия: его максимальная температура ограничена, он имеет относительно высокий ток утечки, не выдерживает высоких напряжений и менее пригоден для изготовления интегральных схем. Поскольку подвижность электронов выше, чем подвижность дырок для всех полупроводниковых материалов, данный биполярный NPN-транзистор имеет тенденцию быть быстрее, чем эквивалентный тип PNP-транзистора.GaAs имеет самую быструю подвижность электронов из трех полупроводников. Именно по этой причине GaAs используется в высокочастотных приложениях. Относительно недавняя разработка полевого транзистора, транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), имеет гетероструктуру (соединение между различными полупроводниковыми материалами) из арсенида алюминия-галлия (AlGaAs)-арсенида галлия (GaAs), которая имеет удвоенную подвижность электронов GaAs-. металлическое барьерное соединение. Благодаря высокой скорости и низкому уровню шума HEMT используются в спутниковых приемниках, работающих на частотах около 12 ГГц.

Макс. Значения температуры перехода представляют поперечное сечение, взятое из спецификаций различных производителей. Эта температура не должна быть превышена, иначе транзистор может быть поврежден.

Переход Al-Si относится к быстродействующему (алюминий-кремний) полупроводниково-металлическому барьерному диоду, широко известному как диод Шоттки. Это включено в таблицу, потому что некоторые кремниевые силовые IGFET имеют паразитный обратный диод Шоттки , сформированный между истоком и стоком как часть производственного процесса.

Упаковка[]

Файл:Transistor-photo.JPG

Транзисторы со сквозным отверстием (рулетка отмечена в сантиметрах)

Транзисторы поставляются в различных упаковках (чипкорпусах) (см. изображения). Две основные категории: для сквозного монтажа (или с выводами ) и для поверхностного монтажа , также известного как устройство для поверхностного монтажа (SMD). Шариковая решетка (BGA) — новейший корпус для поверхностного монтажа (в настоящее время только для больших транзисторных матриц ).На нижней стороне вместо выводов имеются «шарики» припоя. Поскольку они меньше и имеют более короткие межсоединения, SMD имеют лучшие высокочастотные характеристики, но более низкую номинальную мощность.

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

Часто данный тип транзистора доступен в различных корпусах. Транзисторные блоки в основном стандартизированы, но назначение функций транзистора клеммам нет: разные типы транзисторов могут назначать разные функции клеммам корпуса. Даже для одного и того же типа транзистора назначение выводов может различаться (обычно обозначается суффиксной буквой к номеру детали — т.е. BC212L и BC212K).

Использование[]

На заре разработки транзисторных схем биполярный переходной транзистор, или BJT, был наиболее часто используемым транзистором. Даже после того, как МОП-транзисторы стали доступны, биполярные транзисторы оставались предпочтительным транзистором для цифровых и аналоговых схем из-за их простоты изготовления и скорости. Тем не менее, полевой МОП-транзистор обладает несколькими желательными свойствами для цифровых схем, и, поскольку основные достижения в области цифровых схем подтолкнули конструкцию МОП-транзистора к современному уровню техники.МОП-транзисторы в настоящее время широко используются как для аналоговых, так и для цифровых функций.

Файл:BJT Switch.png

Транзистор BJT, используемый в качестве электронного переключателя

Файл:BJT Amplifier.png

Схема усилителя

Переключатели[]

Транзисторы

обычно используются в качестве электронных переключателей как для приложений с высокой мощностью, включая источники питания | импульсные источники питания]], так и для приложений с низким энергопотреблением, таких как логические элементы.

Усилители[]

Огромное количество продуктов, от мобильных телефонов до телевизоров, включает усилители для воспроизведения звука, радиопередачи и обработки сигналов.Первые усилители звука на дискретных транзисторах едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и качество звука постепенно увеличивались по мере появления более совершенных транзисторов и развития архитектуры усилителей.

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

Компьютеры[]

В «первом поколении» электронных компьютеров использовались вакуумные лампы, которые выделяли большое количество тепла, были громоздкими и ненадежными. Разработка транзистора была ключом к миниатюризации и надежности компьютеров. «Второе поколение» компьютеров конца 1950-х и 1960-х годов представляло собой платы, заполненные отдельными транзисторами и магнитными ядрами памяти. Впоследствии транзисторы, другие компоненты и необходимые для них соединения были объединены в единый компонент массового производства: интегральную схему.Транзисторы, встроенные в интегральные схемы, заменили большинство дискретных транзисторов в современных цифровых компьютерах.

Преимущества транзисторов перед электронными лампами[]

До разработки транзисторов вакуумные лампы (или в Великобритании термоэмиссионные вентили или просто вентили ) были основными активными компонентами в электронном оборудовании. Ключевые преимущества, которые позволили транзисторам заменить своих ламповых предшественников в большинстве приложений:

  • Меньший размер (несмотря на продолжающуюся миниатюризацию электронных ламп)
  • Высокоавтоматизированное производство
  • Более низкая стоимость (при серийном производстве)
  • Более низкие возможные рабочие напряжения (но электронные лампы могут работать при более высоких напряжениях)
  • Нет периода прогрева (большинству вакуумных ламп требуется от 10 до 60 секунд для правильной работы)
  • Меньшее рассеивание мощности (без мощности нагревателя, очень низкое напряжение насыщения)
  • Более высокая надежность и большая физическая прочность (хотя электронные лампы более прочны в электрическом отношении.Также вакуумная лампа гораздо более устойчива к ядерным электромагнитным импульсам (НЭМИ) и электростатическим разрядам (ЭСР))
  • Гораздо более длительный срок службы (катоды электронных ламп со временем изнашиваются, и вакуум может загрязняться)
  • Доступны дополнительные устройства (допускаются схемы с комплементарной симметрией : электронные лампы с полярностью, эквивалентной PNP BJT или полевым транзисторам P-типа, недоступны)
  • Способность управлять большими токами (имеются силовые транзисторы для управления сотнями ампер, электронные лампы для управления даже одним ампером большие и дорогие)
  • Гораздо менее микрофонный (вибрация может модулировать характеристики вакуумной лампы, хотя это может способствовать звучанию гитарных усилителей)

» Природа не терпит вакуумной лампы » Майрон Гласс (см. John R.Пирс), Bell Telephone Laboratories, 1948 г.

Галерея[]

Широкий ассортимент транзисторов доступен с 1960-х годов, и производители постоянно внедряют улучшенные типы. Ниже приведены несколько примеров из основных семейств. Если не указано иное, все типы изготовлены из кремниевого полупроводника. Дополнительные пары показаны как каналы NPN/PNP или N/P. Ссылки ведут на таблицы данных производителя в формате PDF. (В некоторых таблицах данных точность заявленной категории транзистора является предметом споров.)

  • 2N3904/2N3906, BC182/BC212 и BC546/BC556: вездесущие, BJT, универсальные, маломощные, дополнительные пары. Они имеют пластиковые корпуса и стоят примерно десять центов США в небольших количествах, что делает их популярными среди любителей.
  • AF107: Германий, 0,5 Вт, 250 МГц PNP BJT.
  • BFP183: маломощный микроволновый биполярный транзистор NPN с частотой 8 ГГц.
  • LM394: «суперподходящая пара» 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 почтенный NPN 2N3055 был «стандартным» силовым транзистором. Его дополнение, PNP MJ2955, появилось позже. Эти биполярные транзисторы с частотой 1 МГц, 15 А, 60 В, 115 Вт используются в усилителях мощности звука, источниках питания и элементах управления.
  • 2SC3281/2SA1302: Изготовленные Toshiba, эти биполярные транзисторы имеют характеристики с низким уровнем искажений и используются в мощных аудиоусилителях. Их широко подделывали [5].
  • BU508: NPN, питание 1500 В BJT. Разработанный для телевизионного горизонтального отклонения, его способность к высокому напряжению также делает его пригодным для использования в системах зажигания.
  • MJ11012/MJ11015: 30 А, 120 В, 200 Вт, дополнительная пара биполярных транзисторов Дарлингтона высокой мощности. Используется в усилителях звука, управлении и переключении питания.
  • 2N5457/2N5460: JFET (режим истощения), общего назначения, малой мощности, дополнительная пара.
  • BSP296/BSP171: IGFET (расширенный режим), средней мощности, почти комплементарная пара.Используется для преобразования логического уровня и управления силовыми транзисторами в усилителях.
  • IRF3710/IRF5210: IGFET (расширенный режим), 40 А, 100 В, 200 Вт, рядом с комплементарной парой. Для мощных усилителей и силовых выключателей, особенно в автомобилях.

Производители транзисторов[]

См. также[]

  • Лавинный транзистор
  • Ширина запрещенной зоны
  • Биполярный переходной транзистор
  • Составной транзистор
  • Транзистор Дарлингтона
  • Полевой транзистор
  • ФРЕДФЕТ
  • БТИЗ
  • НПН
  • ПНП
  • Полупроводник
  • Транскондуктивность
  • Транссопротивление
  • Количество транзисторов
  • Модели транзисторов
  • Транзистор с тремя затворами
  • Вакуумная трубка
  • Закон Мура
  • Очень крупномасштабная интеграция

Ссылки[]

Патенты[]

  • Шаблон: Патент США – Юлиус Эдгар Лилиенфельд 1930
  • Шаблон: патент США — J.Бардин и др. др.
  • Шаблон:патент США — W. Shockley

Книги[]

  • Шаблон:Citebook
  • Шаблон:Цитировать книгу
  • Template:Citebook Изобретение транзистора и рождение века информации
  • Template:Cite book

Другое[]

  • Шаблон:Цитировать конференцию
  • Шаблон:Цитировать новости
  • Шаблон:Цитировать журнал
  • Template:Cite book

Внешние ссылки[]

Шаблон:Викиучебники

Транзистор | Инжиниринг | Фэндом

Файл: Транзисторы.agr.jpg

Ассорти из транзисторов

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, который можно использовать для усиления, переключения, стабилизации напряжения, модуляции сигнала и многих других функций. Транзистор является основным строительным блоком как цифровых, так и аналоговых интегральных схем — схем, управляющих работой компьютеров, сотовых телефонов и всей другой современной электроники.

Введение[]

Слово транзистор , придуманное Джоном Робинсоном Пирсом в 1949 году, является сокращением от транс-сопротивление или передаточный варистор (см. раздел истории ниже).

Транзисторы делятся на две основные категории: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). Применение тока в биполярных транзисторах и напряжения в полевых транзисторах между входной и общей клеммами увеличивает проводимость между общей и выходной клеммами, тем самым контролируя протекание тока между ними. Для получения дополнительной информации о работе этих двух типов транзисторов см. Полевой транзистор и транзистор с биполярным переходом .

В аналоговых схемах транзисторы используются в усилителях (усилителях постоянного тока, аудиоусилителях, радиочастотных усилителях) и линейных регулируемых источниках питания.Транзисторы также используются в цифровых схемах, где они функционируют как электронные переключатели. Цифровые схемы включают в себя логические элементы, оперативную память (RAM), микропроцессоры и процессоры цифровых сигналов (DSP).

Важность[]

Транзистор многими считается одним из величайших изобретений в современной истории, по значимости он стоит наравне с печатным станком, автомобилем и телефоном. Это ключевой активный компонент практически всей современной электроники. Его важность в современном обществе основывается на возможности его массового производства с использованием высокоавтоматизированного процесса (изготовления), который обеспечивает исчезающе низкую стоимость транзистора.

Хотя миллионы отдельных (известных как дискретных ) транзисторов все еще используются, подавляющее большинство транзисторов изготавливается в виде интегральных схем (также называемых микросхемами или просто микросхемами ) вместе с диодами, резисторами, конденсаторами и другими электронными устройствами. компонентов для создания полных 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) [1].

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 разрабатывать 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 было направлено на то, чтобы сделать информацию цифровой. В результате сегодня многие медиаданные передаются в цифровой форме, а компьютеры преобразуют их и представляют в аналоговой форме. Области, на которые повлияла цифровая революция, включают телевидение, радио и газеты.

История[]

Первые патенты на принцип транзистора были зарегистрированы в Германии в 1928 году Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом.В 1934 году немецкий физик доктор Оскар Хайль запатентовал полевой транзистор. Неясно, была ли когда-либо построена какая-либо конструкция, и это обычно считается маловероятным.

22 декабря 1947 года Уильяму Шокли, Джону Бардину и Уолтеру Браттейну удалось создать первый практичный транзистор с точечным контактом в Bell Labs. Эта работа последовала за их усилиями военного времени по производству «кристаллических» смесительных диодов из чрезвычайно чистого германия, используемых в радиолокационных устройствах в качестве элемента смесителя частоты в микроволновых радиолокационных приемниках.Ранние ламповые технологии не подходили для этой роли достаточно быстро, поэтому команда Bell вместо этого использовала твердотельные диоды. Имея в руках эти знания, они обратились к конструкции триода, но обнаружили, что это совсем не просто. В конце концов Бардин разработал новую ветвь физики поверхности, чтобы объяснить наблюдаемое ими «странное» поведение, а Бардину и Браттейну в конце концов удалось создать работающее устройство.

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

Шаблон:Цитата

Пирс вспоминал название несколько иначе:

Шаблон:Цитата

Компания Bell запустила производство транзистора на заводе Western Electric в Аллентауне, штат Пенсильвания. Они также передали лицензию ряду других компаний, производящих электронику, в том числе Texas Instruments, которая произвела ограниченный тираж транзисторных радиоприемников в качестве инструмента продаж.Другой компании идея понравилась, и она тоже решила получить лицензию, представив собственное радио под торговой маркой Sony. Ранние транзисторы были «нестабильными» и подходили только для маломощных низкочастотных приложений, но по мере развития конструкции транзисторов эти проблемы постепенно преодолевались. В течение следующих двух десятилетий транзисторы постепенно заменили более ранние электронные лампы в большинстве приложений, а позже сделали возможным множество 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, став одним из двух человек, получивших более одной Нобелевской премии по одной и той же дисциплине за свою работу по исследованию сверхпроводимости.

В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре (1912–) и Генрих Уокер (ок. 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 делала публичных заявлений о транзисторе до июня 1948 года, транзистор считался независимой разработкой.Матаре впервые наблюдал эффекты крутизны при производстве германиевых дуодиодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны. Транзистроны серийно производились для французской телефонной компании и военных, а в 1953 году на Дюссельдорфской радиоярмарке был продемонстрирован твердотельный радиоприемник с четырьмя трансистронами.

Динамическая характеристика транзистора могла отображаться в виде кривых на ранней версии Transistor Curve Tracer

Типы[]

Шаблон: начало с плавающей запятой |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || ПНП || 80 пикселей || P-канал |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || НПН || 80 пикселей || N-канал |- выровнять = «по центру» | БЮТ || || JFET || Шаблон:Плавающий конец

Транзисторы классифицируются по:

  • Полупроводниковый материал: 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, радиочастотная (РЧ), микроволновая (Максимальная эффективная частота транзистора обозначается термином , сокращение от «частота перехода».» Частота перехода — это частота, при которой транзистор дает единичный коэффициент усиления).
  • Применение: переключатель общего назначения, аудио, высоковольтный, супер-бета, согласованная пара
  • Физическая упаковка: сквозное металлическое отверстие, сквозное пластиковое отверстие, поверхностный монтаж, матрица шариковой сетки

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

Биполярный переходной транзистор[]

Биполярный переходной транзистор (BJT) был первым типом транзистора, который производился серийно.Биполярные транзисторы названы так потому, что в них используются как основные, так и неосновные носители. Три клеммы называются эмиттер , база и коллектор . Внутри биполярного транзистора существуют два p-n перехода: переход база/коллектор и переход база/эмиттер . BJT обычно называют устройством, работающим от тока, потому что ток эмиттера/коллектора контролируется током, протекающим между выводами базы и эмиттера. В отличие от полевого транзистора, биполярный транзистор представляет собой устройство с низким входным сопротивлением.BJT имеет более высокую крутизну, чем FET. Биполярные транзисторы можно заставить проводить как свет (фотоны), так и ток. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами.

Полевой транзистор[]

Полевой транзистор (FET), иногда называемый униполярным транзистором , использует либо электроны (N-канальный FET), либо дырки (P-канальный FET) для проводимости. Три основных вывода полевого транзистора называются исток , затвор и сток .На некоторых полевых транзисторах предусмотрено четвертое соединение с корпусом (подложкой), но обычно корпус соединяется с истоком внутри.

Напряжение между затвором и истоком управляет током, протекающим между истоком и стоком. В полевых транзисторах ток исток/сток протекает по проводящему каналу около затвора . Этот канал соединяет область источника с областью стока . Проводимость канала изменяется электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным между выводами затвора/истока.Таким образом, ток, протекающий между истоком и стоком, контролируется. Как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы могут работать как со светом (фотонами), так и с напряжением. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами. Полевые транзисторы

делятся на два семейства: полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET). IGFET более широко известен как металл-оксид-полупроводник FET (MOSFET) из-за его первоначальной конструкции, состоящей из слоя металла (затвор), слоя оксида (изоляция) и слоя полупроводника.В отличие от IGFET, затвор JFET образует PN-диод с каналом, расположенным между истоком и стоком. Функционально это делает N-канальный JFET твердотельным эквивалентом лампового триода, который аналогичным образом образует диод между сеткой и катодом. Также оба устройства работают в режиме обеднения , оба имеют высокое входное сопротивление, и оба проводят ток под управлением входного напряжения.

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

FET дополнительно делятся на типы с режимом истощения и с режимом улучшения . Мода относится к полярности напряжения затвора по отношению к источнику на пороге проводимости. Для N-канальных полевых транзисторов с режимом истощения затвор является отрицательным по отношению к истоку, в то время как для N-канальных полевых транзисторов с расширенным режимом затвор положительный на пороге проводимости.Для обоих режимов, если напряжение затвора сделать более положительным, ток истока/стока увеличится. Для P-канальных устройств полярность обратная. Почти все JFET работают в режиме истощения, а большинство IGFET — в режиме улучшения.

Другие типы транзисторов[]

  • Однопереходные транзисторы можно использовать в качестве простых генераторов 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 противоположным типом полупроводника формируется в точке по длине корпуса для третьего вывода ( Излучатель ).
  • Полевые транзисторы с двумя затворами имеют один канал с двумя затворами в каскоде; конфигурация, оптимизированная для высокочастотных усилителей , смесителей и генераторов.
  • Массивы транзисторов используются для приложений общего назначения, генерация функций и низкоуровневые, малошумящие усилители .Они включают два или более транзистора на общей подложке для обеспечения точного согласования параметров и теплового отслеживания, характеристик, которые особенно важны для усилителей с длинной хвостовой парой .
  • Транзисторы Дарлингтона
  • состоят из биполярного транзистора средней мощности, соединенного с силовым биполярным транзистором. 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.
  • В биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) используется IGFET средней мощности, аналогично подключенный к мощному BJT, для обеспечения высокого входного сопротивления.Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования. БТИЗ особенно подходят для тяжелых промышленных применений. Asea Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100 [2] показывает, насколько далеко продвинулась технология силовых полупроводников. Это устройство, предназначенное для трехфазных источников питания, содержит три NPN IGBT в корпусе размером 38 х 140 х 190 мм и массой 1,5 кг. Каждый IGBT рассчитан на 1700 вольт и может выдерживать 2400 ампер.
  • Одноэлектронные транзисторы (SET) состоят из затворного острова между двумя туннельными переходами.Туннельный ток управляется напряжением, подаваемым на затвор через конденсатор. [3][4]
  • Полный список типов транзисторов T-Transistor.com

Полупроводниковый материал[]

Первые биполярные транзисторы были изготовлены из германия (Ge), а некоторые мощные типы до сих пор изготавливаются из него. В настоящее время преобладают кремниевые (Si) типы, но в некоторых усовершенствованных микроволновых и высокопроизводительных версиях теперь используется составной полупроводник , материал , арсенид галлия (GaAs) и полупроводниковый сплав , сплав кремний-германий (SiGe).Одноэлементный полупроводниковый материал (Ge и Si) описывается как элемент .

Характеристики наиболее распространенных полупроводниковых материалов, используемых для изготовления транзисторов, приведены в таблице ниже:

Характеристики полупроводниковых материалов
Материал полупроводника
Прямой переход
Напряжение
В при 25 °C
Подвижность электронов
м/с при 25 °C
Подвижность отверстий
м/с при 25 °C
Макс.температура соединения
°С
Ге 0,27 0,39 0,19 от 70 до 100
Си 0,71 0,14 0,05 от 150 до 200
GaAs 1,03 0,85 0,05 от 150 до 200
Соединение Al-Si 0,3 от 150 до 200

Прямое напряжение перехода — это напряжение, прикладываемое к переходу эмиттер-база биполярного транзистора, чтобы заставить базу проводить заданный ток.Ток увеличивается экспоненциально по мере увеличения прямого напряжения перехода. Значения, приведенные в таблице, типичны для тока 1 мА (те же значения относятся к полупроводниковым диодам). Чем ниже прямое напряжение перехода, тем лучше, так как это означает, что для «управления» транзистором требуется меньшая мощность. Прямое напряжение перехода для данного тока уменьшается с температурой. Для типичного кремниевого перехода изменение составляет примерно -2,1 мВ/°C.

Столбцы подвижность электронов и подвижность дырок показывают среднюю скорость, с которой электроны и дырки диффундируют через полупроводниковый материал с электрическим полем 1 вольт на метр, приложенным к материалу.В общем, чем выше подвижность электронов, тем быстрее транзистор. Таблица показывает, что Ge в этом отношении является лучшим материалом, чем Si. Однако Ge имеет четыре основных недостатка по сравнению с кремнием и арсенидом галлия: его максимальная температура ограничена, он имеет относительно высокий ток утечки, не выдерживает высоких напряжений и менее пригоден для изготовления интегральных схем. Поскольку подвижность электронов выше, чем подвижность дырок для всех полупроводниковых материалов, данный биполярный NPN-транзистор имеет тенденцию быть быстрее, чем эквивалентный тип PNP-транзистора.GaAs имеет самую быструю подвижность электронов из трех полупроводников. Именно по этой причине GaAs используется в высокочастотных приложениях. Относительно недавняя разработка полевого транзистора, транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), имеет гетероструктуру (соединение между различными полупроводниковыми материалами) из арсенида алюминия-галлия (AlGaAs)-арсенида галлия (GaAs), которая имеет удвоенную подвижность электронов GaAs-. металлическое барьерное соединение. Благодаря высокой скорости и низкому уровню шума HEMT используются в спутниковых приемниках, работающих на частотах около 12 ГГц.

Макс. Значения температуры перехода представляют поперечное сечение, взятое из спецификаций различных производителей. Эта температура не должна быть превышена, иначе транзистор может быть поврежден.

Переход Al-Si относится к быстродействующему (алюминий-кремний) полупроводниково-металлическому барьерному диоду, широко известному как диод Шоттки. Это включено в таблицу, потому что некоторые кремниевые силовые IGFET имеют паразитный обратный диод Шоттки , сформированный между истоком и стоком как часть производственного процесса.

Упаковка[]

Файл:Transistor-photo.JPG

Транзисторы со сквозным отверстием (рулетка отмечена в сантиметрах)

Транзисторы поставляются в различных упаковках (чипкорпусах) (см. изображения). Две основные категории: для сквозного монтажа (или с выводами ) и для поверхностного монтажа , также известного как устройство для поверхностного монтажа (SMD). Шариковая решетка (BGA) — новейший корпус для поверхностного монтажа (в настоящее время только для больших транзисторных матриц ).На нижней стороне вместо выводов имеются «шарики» припоя. Поскольку они меньше и имеют более короткие межсоединения, SMD имеют лучшие высокочастотные характеристики, но более низкую номинальную мощность.

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

Часто данный тип транзистора доступен в различных корпусах. Транзисторные блоки в основном стандартизированы, но назначение функций транзистора клеммам нет: разные типы транзисторов могут назначать разные функции клеммам корпуса. Даже для одного и того же типа транзистора назначение выводов может различаться (обычно обозначается суффиксной буквой к номеру детали — т.е. BC212L и BC212K).

Использование[]

На заре разработки транзисторных схем биполярный переходной транзистор, или BJT, был наиболее часто используемым транзистором. Даже после того, как МОП-транзисторы стали доступны, биполярные транзисторы оставались предпочтительным транзистором для цифровых и аналоговых схем из-за их простоты изготовления и скорости. Тем не менее, полевой МОП-транзистор обладает несколькими желательными свойствами для цифровых схем, и, поскольку основные достижения в области цифровых схем подтолкнули конструкцию МОП-транзистора к современному уровню техники.МОП-транзисторы в настоящее время широко используются как для аналоговых, так и для цифровых функций.

Файл:BJT Switch.png

Транзистор BJT, используемый в качестве электронного переключателя

Файл:BJT Amplifier.png

Схема усилителя

Переключатели[]

Транзисторы

обычно используются в качестве электронных переключателей как для приложений с высокой мощностью, включая источники питания | импульсные источники питания]], так и для приложений с низким энергопотреблением, таких как логические элементы.

Усилители[]

Огромное количество продуктов, от мобильных телефонов до телевизоров, включает усилители для воспроизведения звука, радиопередачи и обработки сигналов.Первые усилители звука на дискретных транзисторах едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и качество звука постепенно увеличивались по мере появления более совершенных транзисторов и развития архитектуры усилителей.

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

Компьютеры[]

В «первом поколении» электронных компьютеров использовались вакуумные лампы, которые выделяли большое количество тепла, были громоздкими и ненадежными. Разработка транзистора была ключом к миниатюризации и надежности компьютеров. «Второе поколение» компьютеров конца 1950-х и 1960-х годов представляло собой платы, заполненные отдельными транзисторами и магнитными ядрами памяти. Впоследствии транзисторы, другие компоненты и необходимые для них соединения были объединены в единый компонент массового производства: интегральную схему.Транзисторы, встроенные в интегральные схемы, заменили большинство дискретных транзисторов в современных цифровых компьютерах.

Преимущества транзисторов перед электронными лампами[]

До разработки транзисторов вакуумные лампы (или в Великобритании термоэмиссионные вентили или просто вентили ) были основными активными компонентами в электронном оборудовании. Ключевые преимущества, которые позволили транзисторам заменить своих ламповых предшественников в большинстве приложений:

  • Меньший размер (несмотря на продолжающуюся миниатюризацию электронных ламп)
  • Высокоавтоматизированное производство
  • Более низкая стоимость (при серийном производстве)
  • Более низкие возможные рабочие напряжения (но электронные лампы могут работать при более высоких напряжениях)
  • Нет периода прогрева (большинству вакуумных ламп требуется от 10 до 60 секунд для правильной работы)
  • Меньшее рассеивание мощности (без мощности нагревателя, очень низкое напряжение насыщения)
  • Более высокая надежность и большая физическая прочность (хотя электронные лампы более прочны в электрическом отношении.Также вакуумная лампа гораздо более устойчива к ядерным электромагнитным импульсам (НЭМИ) и электростатическим разрядам (ЭСР))
  • Гораздо более длительный срок службы (катоды электронных ламп со временем изнашиваются, и вакуум может загрязняться)
  • Доступны дополнительные устройства (допускаются схемы с комплементарной симметрией : электронные лампы с полярностью, эквивалентной PNP BJT или полевым транзисторам P-типа, недоступны)
  • Способность управлять большими токами (имеются силовые транзисторы для управления сотнями ампер, электронные лампы для управления даже одним ампером большие и дорогие)
  • Гораздо менее микрофонный (вибрация может модулировать характеристики вакуумной лампы, хотя это может способствовать звучанию гитарных усилителей)

» Природа не терпит вакуумной лампы » Майрон Гласс (см. John R.Пирс), Bell Telephone Laboratories, 1948 г.

Галерея[]

Широкий ассортимент транзисторов доступен с 1960-х годов, и производители постоянно внедряют улучшенные типы. Ниже приведены несколько примеров из основных семейств. Если не указано иное, все типы изготовлены из кремниевого полупроводника. Дополнительные пары показаны как каналы NPN/PNP или N/P. Ссылки ведут на таблицы данных производителя в формате PDF. (В некоторых таблицах данных точность заявленной категории транзистора является предметом споров.)

  • 2N3904/2N3906, BC182/BC212 и BC546/BC556: вездесущие, BJT, универсальные, маломощные, дополнительные пары. Они имеют пластиковые корпуса и стоят примерно десять центов США в небольших количествах, что делает их популярными среди любителей.
  • AF107: Германий, 0,5 Вт, 250 МГц PNP BJT.
  • BFP183: маломощный микроволновый биполярный транзистор NPN с частотой 8 ГГц.
  • LM394: «суперподходящая пара» 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 почтенный NPN 2N3055 был «стандартным» силовым транзистором. Его дополнение, PNP MJ2955, появилось позже. Эти биполярные транзисторы с частотой 1 МГц, 15 А, 60 В, 115 Вт используются в усилителях мощности звука, источниках питания и элементах управления.
  • 2SC3281/2SA1302: Изготовленные Toshiba, эти биполярные транзисторы имеют характеристики с низким уровнем искажений и используются в мощных аудиоусилителях. Их широко подделывали [5].
  • BU508: NPN, питание 1500 В BJT. Разработанный для телевизионного горизонтального отклонения, его способность к высокому напряжению также делает его пригодным для использования в системах зажигания.
  • MJ11012/MJ11015: 30 А, 120 В, 200 Вт, дополнительная пара биполярных транзисторов Дарлингтона высокой мощности. Используется в усилителях звука, управлении и переключении питания.
  • 2N5457/2N5460: JFET (режим истощения), общего назначения, малой мощности, дополнительная пара.
  • BSP296/BSP171: IGFET (расширенный режим), средней мощности, почти комплементарная пара.Используется для преобразования логического уровня и управления силовыми транзисторами в усилителях.
  • IRF3710/IRF5210: IGFET (расширенный режим), 40 А, 100 В, 200 Вт, рядом с комплементарной парой. Для мощных усилителей и силовых выключателей, особенно в автомобилях.

Производители транзисторов[]

См. также[]

  • Лавинный транзистор
  • Ширина запрещенной зоны
  • Биполярный переходной транзистор
  • Составной транзистор
  • Транзистор Дарлингтона
  • Полевой транзистор
  • ФРЕДФЕТ
  • БТИЗ
  • НПН
  • ПНП
  • Полупроводник
  • Транскондуктивность
  • Транссопротивление
  • Количество транзисторов
  • Модели транзисторов
  • Транзистор с тремя затворами
  • Вакуумная трубка
  • Закон Мура
  • Очень крупномасштабная интеграция

Ссылки[]

Патенты[]

  • Шаблон: Патент США – Юлиус Эдгар Лилиенфельд 1930
  • Шаблон: патент США — J.Бардин и др. др.
  • Шаблон:патент США — W. Shockley

Книги[]

  • Шаблон:Citebook
  • Шаблон:Цитировать книгу
  • Template:Citebook Изобретение транзистора и рождение века информации
  • Template:Cite book

Другое[]

  • Шаблон:Цитировать конференцию
  • Шаблон:Цитировать новости
  • Шаблон:Цитировать журнал
  • Template:Cite book

Внешние ссылки[]

Шаблон:Викиучебники

Транзистор | Инжиниринг | Фэндом

Файл: Транзисторы.agr.jpg

Ассорти из транзисторов

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, который можно использовать для усиления, переключения, стабилизации напряжения, модуляции сигнала и многих других функций. Транзистор является основным строительным блоком как цифровых, так и аналоговых интегральных схем — схем, управляющих работой компьютеров, сотовых телефонов и всей другой современной электроники.

Введение[]

Слово транзистор , придуманное Джоном Робинсоном Пирсом в 1949 году, является сокращением от транс-сопротивление или передаточный варистор (см. раздел истории ниже).

Транзисторы делятся на две основные категории: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). Применение тока в биполярных транзисторах и напряжения в полевых транзисторах между входной и общей клеммами увеличивает проводимость между общей и выходной клеммами, тем самым контролируя протекание тока между ними. Для получения дополнительной информации о работе этих двух типов транзисторов см. Полевой транзистор и транзистор с биполярным переходом .

В аналоговых схемах транзисторы используются в усилителях (усилителях постоянного тока, аудиоусилителях, радиочастотных усилителях) и линейных регулируемых источниках питания.Транзисторы также используются в цифровых схемах, где они функционируют как электронные переключатели. Цифровые схемы включают в себя логические элементы, оперативную память (RAM), микропроцессоры и процессоры цифровых сигналов (DSP).

Важность[]

Транзистор многими считается одним из величайших изобретений в современной истории, по значимости он стоит наравне с печатным станком, автомобилем и телефоном. Это ключевой активный компонент практически всей современной электроники. Его важность в современном обществе основывается на возможности его массового производства с использованием высокоавтоматизированного процесса (изготовления), который обеспечивает исчезающе низкую стоимость транзистора.

Хотя миллионы отдельных (известных как дискретных ) транзисторов все еще используются, подавляющее большинство транзисторов изготавливается в виде интегральных схем (также называемых микросхемами или просто микросхемами ) вместе с диодами, резисторами, конденсаторами и другими электронными устройствами. компонентов для создания полных 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) [1].

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 разрабатывать 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 было направлено на то, чтобы сделать информацию цифровой. В результате сегодня многие медиаданные передаются в цифровой форме, а компьютеры преобразуют их и представляют в аналоговой форме. Области, на которые повлияла цифровая революция, включают телевидение, радио и газеты.

История[]

Первые патенты на принцип транзистора были зарегистрированы в Германии в 1928 году Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом.В 1934 году немецкий физик доктор Оскар Хайль запатентовал полевой транзистор. Неясно, была ли когда-либо построена какая-либо конструкция, и это обычно считается маловероятным.

22 декабря 1947 года Уильяму Шокли, Джону Бардину и Уолтеру Браттейну удалось создать первый практичный транзистор с точечным контактом в Bell Labs. Эта работа последовала за их усилиями военного времени по производству «кристаллических» смесительных диодов из чрезвычайно чистого германия, используемых в радиолокационных устройствах в качестве элемента смесителя частоты в микроволновых радиолокационных приемниках.Ранние ламповые технологии не подходили для этой роли достаточно быстро, поэтому команда Bell вместо этого использовала твердотельные диоды. Имея в руках эти знания, они обратились к конструкции триода, но обнаружили, что это совсем не просто. В конце концов Бардин разработал новую ветвь физики поверхности, чтобы объяснить наблюдаемое ими «странное» поведение, а Бардину и Браттейну в конце концов удалось создать работающее устройство.

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

Шаблон:Цитата

Пирс вспоминал название несколько иначе:

Шаблон:Цитата

Компания Bell запустила производство транзистора на заводе Western Electric в Аллентауне, штат Пенсильвания. Они также передали лицензию ряду других компаний, производящих электронику, в том числе Texas Instruments, которая произвела ограниченный тираж транзисторных радиоприемников в качестве инструмента продаж.Другой компании идея понравилась, и она тоже решила получить лицензию, представив собственное радио под торговой маркой Sony. Ранние транзисторы были «нестабильными» и подходили только для маломощных низкочастотных приложений, но по мере развития конструкции транзисторов эти проблемы постепенно преодолевались. В течение следующих двух десятилетий транзисторы постепенно заменили более ранние электронные лампы в большинстве приложений, а позже сделали возможным множество 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, став одним из двух человек, получивших более одной Нобелевской премии по одной и той же дисциплине за свою работу по исследованию сверхпроводимости.

В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре (1912–) и Генрих Уокер (ок. 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 делала публичных заявлений о транзисторе до июня 1948 года, транзистор считался независимой разработкой.Матаре впервые наблюдал эффекты крутизны при производстве германиевых дуодиодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны. Транзистроны серийно производились для французской телефонной компании и военных, а в 1953 году на Дюссельдорфской радиоярмарке был продемонстрирован твердотельный радиоприемник с четырьмя трансистронами.

Динамическая характеристика транзистора могла отображаться в виде кривых на ранней версии Transistor Curve Tracer

Типы[]

Шаблон: начало с плавающей запятой |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || ПНП || 80 пикселей || P-канал |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || НПН || 80 пикселей || N-канал |- выровнять = «по центру» | БЮТ || || JFET || Шаблон:Плавающий конец

Транзисторы классифицируются по:

  • Полупроводниковый материал: 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, радиочастотная (РЧ), микроволновая (Максимальная эффективная частота транзистора обозначается термином , сокращение от «частота перехода».» Частота перехода — это частота, при которой транзистор дает единичный коэффициент усиления).
  • Применение: переключатель общего назначения, аудио, высоковольтный, супер-бета, согласованная пара
  • Физическая упаковка: сквозное металлическое отверстие, сквозное пластиковое отверстие, поверхностный монтаж, матрица шариковой сетки

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

Биполярный переходной транзистор[]

Биполярный переходной транзистор (BJT) был первым типом транзистора, который производился серийно.Биполярные транзисторы названы так потому, что в них используются как основные, так и неосновные носители. Три клеммы называются эмиттер , база и коллектор . Внутри биполярного транзистора существуют два p-n перехода: переход база/коллектор и переход база/эмиттер . BJT обычно называют устройством, работающим от тока, потому что ток эмиттера/коллектора контролируется током, протекающим между выводами базы и эмиттера. В отличие от полевого транзистора, биполярный транзистор представляет собой устройство с низким входным сопротивлением.BJT имеет более высокую крутизну, чем FET. Биполярные транзисторы можно заставить проводить как свет (фотоны), так и ток. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами.

Полевой транзистор[]

Полевой транзистор (FET), иногда называемый униполярным транзистором , использует либо электроны (N-канальный FET), либо дырки (P-канальный FET) для проводимости. Три основных вывода полевого транзистора называются исток , затвор и сток .На некоторых полевых транзисторах предусмотрено четвертое соединение с корпусом (подложкой), но обычно корпус соединяется с истоком внутри.

Напряжение между затвором и истоком управляет током, протекающим между истоком и стоком. В полевых транзисторах ток исток/сток протекает по проводящему каналу около затвора . Этот канал соединяет область источника с областью стока . Проводимость канала изменяется электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным между выводами затвора/истока.Таким образом, ток, протекающий между истоком и стоком, контролируется. Как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы могут работать как со светом (фотонами), так и с напряжением. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами. Полевые транзисторы

делятся на два семейства: полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET). IGFET более широко известен как металл-оксид-полупроводник FET (MOSFET) из-за его первоначальной конструкции, состоящей из слоя металла (затвор), слоя оксида (изоляция) и слоя полупроводника.В отличие от IGFET, затвор JFET образует PN-диод с каналом, расположенным между истоком и стоком. Функционально это делает N-канальный JFET твердотельным эквивалентом лампового триода, который аналогичным образом образует диод между сеткой и катодом. Также оба устройства работают в режиме обеднения , оба имеют высокое входное сопротивление, и оба проводят ток под управлением входного напряжения.

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

FET дополнительно делятся на типы с режимом истощения и с режимом улучшения . Мода относится к полярности напряжения затвора по отношению к источнику на пороге проводимости. Для N-канальных полевых транзисторов с режимом истощения затвор является отрицательным по отношению к истоку, в то время как для N-канальных полевых транзисторов с расширенным режимом затвор положительный на пороге проводимости.Для обоих режимов, если напряжение затвора сделать более положительным, ток истока/стока увеличится. Для P-канальных устройств полярность обратная. Почти все JFET работают в режиме истощения, а большинство IGFET — в режиме улучшения.

Другие типы транзисторов[]

  • Однопереходные транзисторы можно использовать в качестве простых генераторов 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 противоположным типом полупроводника формируется в точке по длине корпуса для третьего вывода ( Излучатель ).
  • Полевые транзисторы с двумя затворами имеют один канал с двумя затворами в каскоде; конфигурация, оптимизированная для высокочастотных усилителей , смесителей и генераторов.
  • Массивы транзисторов используются для приложений общего назначения, генерация функций и низкоуровневые, малошумящие усилители .Они включают два или более транзистора на общей подложке для обеспечения точного согласования параметров и теплового отслеживания, характеристик, которые особенно важны для усилителей с длинной хвостовой парой .
  • Транзисторы Дарлингтона
  • состоят из биполярного транзистора средней мощности, соединенного с силовым биполярным транзистором. 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.
  • В биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) используется IGFET средней мощности, аналогично подключенный к мощному BJT, для обеспечения высокого входного сопротивления.Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования. БТИЗ особенно подходят для тяжелых промышленных применений. Asea Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100 [2] показывает, насколько далеко продвинулась технология силовых полупроводников. Это устройство, предназначенное для трехфазных источников питания, содержит три NPN IGBT в корпусе размером 38 х 140 х 190 мм и массой 1,5 кг. Каждый IGBT рассчитан на 1700 вольт и может выдерживать 2400 ампер.
  • Одноэлектронные транзисторы (SET) состоят из затворного острова между двумя туннельными переходами.Туннельный ток управляется напряжением, подаваемым на затвор через конденсатор. [3][4]
  • Полный список типов транзисторов T-Transistor.com

Полупроводниковый материал[]

Первые биполярные транзисторы были изготовлены из германия (Ge), а некоторые мощные типы до сих пор изготавливаются из него. В настоящее время преобладают кремниевые (Si) типы, но в некоторых усовершенствованных микроволновых и высокопроизводительных версиях теперь используется составной полупроводник , материал , арсенид галлия (GaAs) и полупроводниковый сплав , сплав кремний-германий (SiGe).Одноэлементный полупроводниковый материал (Ge и Si) описывается как элемент .

Характеристики наиболее распространенных полупроводниковых материалов, используемых для изготовления транзисторов, приведены в таблице ниже:

Характеристики полупроводниковых материалов
Материал полупроводника
Прямой переход
Напряжение
В при 25 °C
Подвижность электронов
м/с при 25 °C
Подвижность отверстий
м/с при 25 °C
Макс.температура соединения
°С
Ге 0,27 0,39 0,19 от 70 до 100
Си 0,71 0,14 0,05 от 150 до 200
GaAs 1,03 0,85 0,05 от 150 до 200
Соединение Al-Si 0,3 от 150 до 200

Прямое напряжение перехода — это напряжение, прикладываемое к переходу эмиттер-база биполярного транзистора, чтобы заставить базу проводить заданный ток.Ток увеличивается экспоненциально по мере увеличения прямого напряжения перехода. Значения, приведенные в таблице, типичны для тока 1 мА (те же значения относятся к полупроводниковым диодам). Чем ниже прямое напряжение перехода, тем лучше, так как это означает, что для «управления» транзистором требуется меньшая мощность. Прямое напряжение перехода для данного тока уменьшается с температурой. Для типичного кремниевого перехода изменение составляет примерно -2,1 мВ/°C.

Столбцы подвижность электронов и подвижность дырок показывают среднюю скорость, с которой электроны и дырки диффундируют через полупроводниковый материал с электрическим полем 1 вольт на метр, приложенным к материалу.В общем, чем выше подвижность электронов, тем быстрее транзистор. Таблица показывает, что Ge в этом отношении является лучшим материалом, чем Si. Однако Ge имеет четыре основных недостатка по сравнению с кремнием и арсенидом галлия: его максимальная температура ограничена, он имеет относительно высокий ток утечки, не выдерживает высоких напряжений и менее пригоден для изготовления интегральных схем. Поскольку подвижность электронов выше, чем подвижность дырок для всех полупроводниковых материалов, данный биполярный NPN-транзистор имеет тенденцию быть быстрее, чем эквивалентный тип PNP-транзистора.GaAs имеет самую быструю подвижность электронов из трех полупроводников. Именно по этой причине GaAs используется в высокочастотных приложениях. Относительно недавняя разработка полевого транзистора, транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), имеет гетероструктуру (соединение между различными полупроводниковыми материалами) из арсенида алюминия-галлия (AlGaAs)-арсенида галлия (GaAs), которая имеет удвоенную подвижность электронов GaAs-. металлическое барьерное соединение. Благодаря высокой скорости и низкому уровню шума HEMT используются в спутниковых приемниках, работающих на частотах около 12 ГГц.

Макс. Значения температуры перехода представляют поперечное сечение, взятое из спецификаций различных производителей. Эта температура не должна быть превышена, иначе транзистор может быть поврежден.

Переход Al-Si относится к быстродействующему (алюминий-кремний) полупроводниково-металлическому барьерному диоду, широко известному как диод Шоттки. Это включено в таблицу, потому что некоторые кремниевые силовые IGFET имеют паразитный обратный диод Шоттки , сформированный между истоком и стоком как часть производственного процесса.

Упаковка[]

Файл:Transistor-photo.JPG

Транзисторы со сквозным отверстием (рулетка отмечена в сантиметрах)

Транзисторы поставляются в различных упаковках (чипкорпусах) (см. изображения). Две основные категории: для сквозного монтажа (или с выводами ) и для поверхностного монтажа , также известного как устройство для поверхностного монтажа (SMD). Шариковая решетка (BGA) — новейший корпус для поверхностного монтажа (в настоящее время только для больших транзисторных матриц ).На нижней стороне вместо выводов имеются «шарики» припоя. Поскольку они меньше и имеют более короткие межсоединения, SMD имеют лучшие высокочастотные характеристики, но более низкую номинальную мощность.

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

Часто данный тип транзистора доступен в различных корпусах. Транзисторные блоки в основном стандартизированы, но назначение функций транзистора клеммам нет: разные типы транзисторов могут назначать разные функции клеммам корпуса. Даже для одного и того же типа транзистора назначение выводов может различаться (обычно обозначается суффиксной буквой к номеру детали — т.е. BC212L и BC212K).

Использование[]

На заре разработки транзисторных схем биполярный переходной транзистор, или BJT, был наиболее часто используемым транзистором. Даже после того, как МОП-транзисторы стали доступны, биполярные транзисторы оставались предпочтительным транзистором для цифровых и аналоговых схем из-за их простоты изготовления и скорости. Тем не менее, полевой МОП-транзистор обладает несколькими желательными свойствами для цифровых схем, и, поскольку основные достижения в области цифровых схем подтолкнули конструкцию МОП-транзистора к современному уровню техники.МОП-транзисторы в настоящее время широко используются как для аналоговых, так и для цифровых функций.

Файл:BJT Switch.png

Транзистор BJT, используемый в качестве электронного переключателя

Файл:BJT Amplifier.png

Схема усилителя

Переключатели[]

Транзисторы

обычно используются в качестве электронных переключателей как для приложений с высокой мощностью, включая источники питания | импульсные источники питания]], так и для приложений с низким энергопотреблением, таких как логические элементы.

Усилители[]

Огромное количество продуктов, от мобильных телефонов до телевизоров, включает усилители для воспроизведения звука, радиопередачи и обработки сигналов.Первые усилители звука на дискретных транзисторах едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и качество звука постепенно увеличивались по мере появления более совершенных транзисторов и развития архитектуры усилителей.

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

Компьютеры[]

В «первом поколении» электронных компьютеров использовались вакуумные лампы, которые выделяли большое количество тепла, были громоздкими и ненадежными. Разработка транзистора была ключом к миниатюризации и надежности компьютеров. «Второе поколение» компьютеров конца 1950-х и 1960-х годов представляло собой платы, заполненные отдельными транзисторами и магнитными ядрами памяти. Впоследствии транзисторы, другие компоненты и необходимые для них соединения были объединены в единый компонент массового производства: интегральную схему.Транзисторы, встроенные в интегральные схемы, заменили большинство дискретных транзисторов в современных цифровых компьютерах.

Преимущества транзисторов перед электронными лампами[]

До разработки транзисторов вакуумные лампы (или в Великобритании термоэмиссионные вентили или просто вентили ) были основными активными компонентами в электронном оборудовании. Ключевые преимущества, которые позволили транзисторам заменить своих ламповых предшественников в большинстве приложений:

  • Меньший размер (несмотря на продолжающуюся миниатюризацию электронных ламп)
  • Высокоавтоматизированное производство
  • Более низкая стоимость (при серийном производстве)
  • Более низкие возможные рабочие напряжения (но электронные лампы могут работать при более высоких напряжениях)
  • Нет периода прогрева (большинству вакуумных ламп требуется от 10 до 60 секунд для правильной работы)
  • Меньшее рассеивание мощности (без мощности нагревателя, очень низкое напряжение насыщения)
  • Более высокая надежность и большая физическая прочность (хотя электронные лампы более прочны в электрическом отношении.Также вакуумная лампа гораздо более устойчива к ядерным электромагнитным импульсам (НЭМИ) и электростатическим разрядам (ЭСР))
  • Гораздо более длительный срок службы (катоды электронных ламп со временем изнашиваются, и вакуум может загрязняться)
  • Доступны дополнительные устройства (допускаются схемы с комплементарной симметрией : электронные лампы с полярностью, эквивалентной PNP BJT или полевым транзисторам P-типа, недоступны)
  • Способность управлять большими токами (имеются силовые транзисторы для управления сотнями ампер, электронные лампы для управления даже одним ампером большие и дорогие)
  • Гораздо менее микрофонный (вибрация может модулировать характеристики вакуумной лампы, хотя это может способствовать звучанию гитарных усилителей)

» Природа не терпит вакуумной лампы » Майрон Гласс (см. John R.Пирс), Bell Telephone Laboratories, 1948 г.

Галерея[]

Широкий ассортимент транзисторов доступен с 1960-х годов, и производители постоянно внедряют улучшенные типы. Ниже приведены несколько примеров из основных семейств. Если не указано иное, все типы изготовлены из кремниевого полупроводника. Дополнительные пары показаны как каналы NPN/PNP или N/P. Ссылки ведут на таблицы данных производителя в формате PDF. (В некоторых таблицах данных точность заявленной категории транзистора является предметом споров.)

  • 2N3904/2N3906, BC182/BC212 и BC546/BC556: вездесущие, BJT, универсальные, маломощные, дополнительные пары. Они имеют пластиковые корпуса и стоят примерно десять центов США в небольших количествах, что делает их популярными среди любителей.
  • AF107: Германий, 0,5 Вт, 250 МГц PNP BJT.
  • BFP183: маломощный микроволновый биполярный транзистор NPN с частотой 8 ГГц.
  • LM394: «суперподходящая пара» 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 почтенный NPN 2N3055 был «стандартным» силовым транзистором. Его дополнение, PNP MJ2955, появилось позже. Эти биполярные транзисторы с частотой 1 МГц, 15 А, 60 В, 115 Вт используются в усилителях мощности звука, источниках питания и элементах управления.
  • 2SC3281/2SA1302: Изготовленные Toshiba, эти биполярные транзисторы имеют характеристики с низким уровнем искажений и используются в мощных аудиоусилителях. Их широко подделывали [5].
  • BU508: NPN, питание 1500 В BJT. Разработанный для телевизионного горизонтального отклонения, его способность к высокому напряжению также делает его пригодным для использования в системах зажигания.
  • MJ11012/MJ11015: 30 А, 120 В, 200 Вт, дополнительная пара биполярных транзисторов Дарлингтона высокой мощности. Используется в усилителях звука, управлении и переключении питания.
  • 2N5457/2N5460: JFET (режим истощения), общего назначения, малой мощности, дополнительная пара.
  • BSP296/BSP171: IGFET (расширенный режим), средней мощности, почти комплементарная пара.Используется для преобразования логического уровня и управления силовыми транзисторами в усилителях.
  • IRF3710/IRF5210: IGFET (расширенный режим), 40 А, 100 В, 200 Вт, рядом с комплементарной парой. Для мощных усилителей и силовых выключателей, особенно в автомобилях.

Производители транзисторов[]

См. также[]

  • Лавинный транзистор
  • Ширина запрещенной зоны
  • Биполярный переходной транзистор
  • Составной транзистор
  • Транзистор Дарлингтона
  • Полевой транзистор
  • ФРЕДФЕТ
  • БТИЗ
  • НПН
  • ПНП
  • Полупроводник
  • Транскондуктивность
  • Транссопротивление
  • Количество транзисторов
  • Модели транзисторов
  • Транзистор с тремя затворами
  • Вакуумная трубка
  • Закон Мура
  • Очень крупномасштабная интеграция

Ссылки[]

Патенты[]

  • Шаблон: Патент США – Юлиус Эдгар Лилиенфельд 1930
  • Шаблон: патент США — J.Бардин и др. др.
  • Шаблон:патент США — W. Shockley

Книги[]

  • Шаблон:Citebook
  • Шаблон:Цитировать книгу
  • Template:Citebook Изобретение транзистора и рождение века информации
  • Template:Cite book

Другое[]

  • Шаблон:Цитировать конференцию
  • Шаблон:Цитировать новости
  • Шаблон:Цитировать журнал
  • Template:Cite book

Внешние ссылки[]

Шаблон:Викиучебники

Транзистор | Инжиниринг | Фэндом

Файл: Транзисторы.agr.jpg

Ассорти из транзисторов

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, который можно использовать для усиления, переключения, стабилизации напряжения, модуляции сигнала и многих других функций. Транзистор является основным строительным блоком как цифровых, так и аналоговых интегральных схем — схем, управляющих работой компьютеров, сотовых телефонов и всей другой современной электроники.

Введение[]

Слово транзистор , придуманное Джоном Робинсоном Пирсом в 1949 году, является сокращением от транс-сопротивление или передаточный варистор (см. раздел истории ниже).

Транзисторы делятся на две основные категории: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). Применение тока в биполярных транзисторах и напряжения в полевых транзисторах между входной и общей клеммами увеличивает проводимость между общей и выходной клеммами, тем самым контролируя протекание тока между ними. Для получения дополнительной информации о работе этих двух типов транзисторов см. Полевой транзистор и транзистор с биполярным переходом .

В аналоговых схемах транзисторы используются в усилителях (усилителях постоянного тока, аудиоусилителях, радиочастотных усилителях) и линейных регулируемых источниках питания.Транзисторы также используются в цифровых схемах, где они функционируют как электронные переключатели. Цифровые схемы включают в себя логические элементы, оперативную память (RAM), микропроцессоры и процессоры цифровых сигналов (DSP).

Важность[]

Транзистор многими считается одним из величайших изобретений в современной истории, по значимости он стоит наравне с печатным станком, автомобилем и телефоном. Это ключевой активный компонент практически всей современной электроники. Его важность в современном обществе основывается на возможности его массового производства с использованием высокоавтоматизированного процесса (изготовления), который обеспечивает исчезающе низкую стоимость транзистора.

Хотя миллионы отдельных (известных как дискретных ) транзисторов все еще используются, подавляющее большинство транзисторов изготавливается в виде интегральных схем (также называемых микросхемами или просто микросхемами ) вместе с диодами, резисторами, конденсаторами и другими электронными устройствами. компонентов для создания полных 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) [1].

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 разрабатывать 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 было направлено на то, чтобы сделать информацию цифровой. В результате сегодня многие медиаданные передаются в цифровой форме, а компьютеры преобразуют их и представляют в аналоговой форме. Области, на которые повлияла цифровая революция, включают телевидение, радио и газеты.

История[]

Первые патенты на принцип транзистора были зарегистрированы в Германии в 1928 году Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом.В 1934 году немецкий физик доктор Оскар Хайль запатентовал полевой транзистор. Неясно, была ли когда-либо построена какая-либо конструкция, и это обычно считается маловероятным.

22 декабря 1947 года Уильяму Шокли, Джону Бардину и Уолтеру Браттейну удалось создать первый практичный транзистор с точечным контактом в Bell Labs. Эта работа последовала за их усилиями военного времени по производству «кристаллических» смесительных диодов из чрезвычайно чистого германия, используемых в радиолокационных устройствах в качестве элемента смесителя частоты в микроволновых радиолокационных приемниках.Ранние ламповые технологии не подходили для этой роли достаточно быстро, поэтому команда Bell вместо этого использовала твердотельные диоды. Имея в руках эти знания, они обратились к конструкции триода, но обнаружили, что это совсем не просто. В конце концов Бардин разработал новую ветвь физики поверхности, чтобы объяснить наблюдаемое ими «странное» поведение, а Бардину и Браттейну в конце концов удалось создать работающее устройство.

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

Шаблон:Цитата

Пирс вспоминал название несколько иначе:

Шаблон:Цитата

Компания Bell запустила производство транзистора на заводе Western Electric в Аллентауне, штат Пенсильвания. Они также передали лицензию ряду других компаний, производящих электронику, в том числе Texas Instruments, которая произвела ограниченный тираж транзисторных радиоприемников в качестве инструмента продаж.Другой компании идея понравилась, и она тоже решила получить лицензию, представив собственное радио под торговой маркой Sony. Ранние транзисторы были «нестабильными» и подходили только для маломощных низкочастотных приложений, но по мере развития конструкции транзисторов эти проблемы постепенно преодолевались. В течение следующих двух десятилетий транзисторы постепенно заменили более ранние электронные лампы в большинстве приложений, а позже сделали возможным множество 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, став одним из двух человек, получивших более одной Нобелевской премии по одной и той же дисциплине за свою работу по исследованию сверхпроводимости.

В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре (1912–) и Генрих Уокер (ок. 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 делала публичных заявлений о транзисторе до июня 1948 года, транзистор считался независимой разработкой.Матаре впервые наблюдал эффекты крутизны при производстве германиевых дуодиодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны. Транзистроны серийно производились для французской телефонной компании и военных, а в 1953 году на Дюссельдорфской радиоярмарке был продемонстрирован твердотельный радиоприемник с четырьмя трансистронами.

Динамическая характеристика транзистора могла отображаться в виде кривых на ранней версии Transistor Curve Tracer

Типы[]

Шаблон: начало с плавающей запятой |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || ПНП || 80 пикселей || P-канал |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || НПН || 80 пикселей || N-канал |- выровнять = «по центру» | БЮТ || || JFET || Шаблон:Плавающий конец

Транзисторы классифицируются по:

  • Полупроводниковый материал: 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, радиочастотная (РЧ), микроволновая (Максимальная эффективная частота транзистора обозначается термином , сокращение от «частота перехода».» Частота перехода — это частота, при которой транзистор дает единичный коэффициент усиления).
  • Применение: переключатель общего назначения, аудио, высоковольтный, супер-бета, согласованная пара
  • Физическая упаковка: сквозное металлическое отверстие, сквозное пластиковое отверстие, поверхностный монтаж, матрица шариковой сетки

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

Биполярный переходной транзистор[]

Биполярный переходной транзистор (BJT) был первым типом транзистора, который производился серийно.Биполярные транзисторы названы так потому, что в них используются как основные, так и неосновные носители. Три клеммы называются эмиттер , база и коллектор . Внутри биполярного транзистора существуют два p-n перехода: переход база/коллектор и переход база/эмиттер . BJT обычно называют устройством, работающим от тока, потому что ток эмиттера/коллектора контролируется током, протекающим между выводами базы и эмиттера. В отличие от полевого транзистора, биполярный транзистор представляет собой устройство с низким входным сопротивлением.BJT имеет более высокую крутизну, чем FET. Биполярные транзисторы можно заставить проводить как свет (фотоны), так и ток. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами.

Полевой транзистор[]

Полевой транзистор (FET), иногда называемый униполярным транзистором , использует либо электроны (N-канальный FET), либо дырки (P-канальный FET) для проводимости. Три основных вывода полевого транзистора называются исток , затвор и сток .На некоторых полевых транзисторах предусмотрено четвертое соединение с корпусом (подложкой), но обычно корпус соединяется с истоком внутри.

Напряжение между затвором и истоком управляет током, протекающим между истоком и стоком. В полевых транзисторах ток исток/сток протекает по проводящему каналу около затвора . Этот канал соединяет область источника с областью стока . Проводимость канала изменяется электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным между выводами затвора/истока.Таким образом, ток, протекающий между истоком и стоком, контролируется. Как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы могут работать как со светом (фотонами), так и с напряжением. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами. Полевые транзисторы

делятся на два семейства: полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET). IGFET более широко известен как металл-оксид-полупроводник FET (MOSFET) из-за его первоначальной конструкции, состоящей из слоя металла (затвор), слоя оксида (изоляция) и слоя полупроводника.В отличие от IGFET, затвор JFET образует PN-диод с каналом, расположенным между истоком и стоком. Функционально это делает N-канальный JFET твердотельным эквивалентом лампового триода, который аналогичным образом образует диод между сеткой и катодом. Также оба устройства работают в режиме обеднения , оба имеют высокое входное сопротивление, и оба проводят ток под управлением входного напряжения.

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

FET дополнительно делятся на типы с режимом истощения и с режимом улучшения . Мода относится к полярности напряжения затвора по отношению к источнику на пороге проводимости. Для N-канальных полевых транзисторов с режимом истощения затвор является отрицательным по отношению к истоку, в то время как для N-канальных полевых транзисторов с расширенным режимом затвор положительный на пороге проводимости.Для обоих режимов, если напряжение затвора сделать более положительным, ток истока/стока увеличится. Для P-канальных устройств полярность обратная. Почти все JFET работают в режиме истощения, а большинство IGFET — в режиме улучшения.

Другие типы транзисторов[]

  • Однопереходные транзисторы можно использовать в качестве простых генераторов 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 противоположным типом полупроводника формируется в точке по длине корпуса для третьего вывода ( Излучатель ).
  • Полевые транзисторы с двумя затворами имеют один канал с двумя затворами в каскоде; конфигурация, оптимизированная для высокочастотных усилителей , смесителей и генераторов.
  • Массивы транзисторов используются для приложений общего назначения, генерация функций и низкоуровневые, малошумящие усилители .Они включают два или более транзистора на общей подложке для обеспечения точного согласования параметров и теплового отслеживания, характеристик, которые особенно важны для усилителей с длинной хвостовой парой .
  • Транзисторы Дарлингтона
  • состоят из биполярного транзистора средней мощности, соединенного с силовым биполярным транзистором. 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.
  • В биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) используется IGFET средней мощности, аналогично подключенный к мощному BJT, для обеспечения высокого входного сопротивления.Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования. БТИЗ особенно подходят для тяжелых промышленных применений. Asea Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100 [2] показывает, насколько далеко продвинулась технология силовых полупроводников. Это устройство, предназначенное для трехфазных источников питания, содержит три NPN IGBT в корпусе размером 38 х 140 х 190 мм и массой 1,5 кг. Каждый IGBT рассчитан на 1700 вольт и может выдерживать 2400 ампер.
  • Одноэлектронные транзисторы (SET) состоят из затворного острова между двумя туннельными переходами.Туннельный ток управляется напряжением, подаваемым на затвор через конденсатор. [3][4]
  • Полный список типов транзисторов T-Transistor.com

Полупроводниковый материал[]

Первые биполярные транзисторы были изготовлены из германия (Ge), а некоторые мощные типы до сих пор изготавливаются из него. В настоящее время преобладают кремниевые (Si) типы, но в некоторых усовершенствованных микроволновых и высокопроизводительных версиях теперь используется составной полупроводник , материал , арсенид галлия (GaAs) и полупроводниковый сплав , сплав кремний-германий (SiGe).Одноэлементный полупроводниковый материал (Ge и Si) описывается как элемент .

Характеристики наиболее распространенных полупроводниковых материалов, используемых для изготовления транзисторов, приведены в таблице ниже:

Характеристики полупроводниковых материалов
Материал полупроводника
Прямой переход
Напряжение
В при 25 °C
Подвижность электронов
м/с при 25 °C
Подвижность отверстий
м/с при 25 °C
Макс.температура соединения
°С
Ге 0,27 0,39 0,19 от 70 до 100
Си 0,71 0,14 0,05 от 150 до 200
GaAs 1,03 0,85 0,05 от 150 до 200
Соединение Al-Si 0,3 от 150 до 200

Прямое напряжение перехода — это напряжение, прикладываемое к переходу эмиттер-база биполярного транзистора, чтобы заставить базу проводить заданный ток.Ток увеличивается экспоненциально по мере увеличения прямого напряжения перехода. Значения, приведенные в таблице, типичны для тока 1 мА (те же значения относятся к полупроводниковым диодам). Чем ниже прямое напряжение перехода, тем лучше, так как это означает, что для «управления» транзистором требуется меньшая мощность. Прямое напряжение перехода для данного тока уменьшается с температурой. Для типичного кремниевого перехода изменение составляет примерно -2,1 мВ/°C.

Столбцы подвижность электронов и подвижность дырок показывают среднюю скорость, с которой электроны и дырки диффундируют через полупроводниковый материал с электрическим полем 1 вольт на метр, приложенным к материалу.В общем, чем выше подвижность электронов, тем быстрее транзистор. Таблица показывает, что Ge в этом отношении является лучшим материалом, чем Si. Однако Ge имеет четыре основных недостатка по сравнению с кремнием и арсенидом галлия: его максимальная температура ограничена, он имеет относительно высокий ток утечки, не выдерживает высоких напряжений и менее пригоден для изготовления интегральных схем. Поскольку подвижность электронов выше, чем подвижность дырок для всех полупроводниковых материалов, данный биполярный NPN-транзистор имеет тенденцию быть быстрее, чем эквивалентный тип PNP-транзистора.GaAs имеет самую быструю подвижность электронов из трех полупроводников. Именно по этой причине GaAs используется в высокочастотных приложениях. Относительно недавняя разработка полевого транзистора, транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), имеет гетероструктуру (соединение между различными полупроводниковыми материалами) из арсенида алюминия-галлия (AlGaAs)-арсенида галлия (GaAs), которая имеет удвоенную подвижность электронов GaAs-. металлическое барьерное соединение. Благодаря высокой скорости и низкому уровню шума HEMT используются в спутниковых приемниках, работающих на частотах около 12 ГГц.

Макс. Значения температуры перехода представляют поперечное сечение, взятое из спецификаций различных производителей. Эта температура не должна быть превышена, иначе транзистор может быть поврежден.

Переход Al-Si относится к быстродействующему (алюминий-кремний) полупроводниково-металлическому барьерному диоду, широко известному как диод Шоттки. Это включено в таблицу, потому что некоторые кремниевые силовые IGFET имеют паразитный обратный диод Шоттки , сформированный между истоком и стоком как часть производственного процесса.

Упаковка[]

Файл:Transistor-photo.JPG

Транзисторы со сквозным отверстием (рулетка отмечена в сантиметрах)

Транзисторы поставляются в различных упаковках (чипкорпусах) (см. изображения). Две основные категории: для сквозного монтажа (или с выводами ) и для поверхностного монтажа , также известного как устройство для поверхностного монтажа (SMD). Шариковая решетка (BGA) — новейший корпус для поверхностного монтажа (в настоящее время только для больших транзисторных матриц ).На нижней стороне вместо выводов имеются «шарики» припоя. Поскольку они меньше и имеют более короткие межсоединения, SMD имеют лучшие высокочастотные характеристики, но более низкую номинальную мощность.

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

Часто данный тип транзистора доступен в различных корпусах. Транзисторные блоки в основном стандартизированы, но назначение функций транзистора клеммам нет: разные типы транзисторов могут назначать разные функции клеммам корпуса. Даже для одного и того же типа транзистора назначение выводов может различаться (обычно обозначается суффиксной буквой к номеру детали — т.е. BC212L и BC212K).

Использование[]

На заре разработки транзисторных схем биполярный переходной транзистор, или BJT, был наиболее часто используемым транзистором. Даже после того, как МОП-транзисторы стали доступны, биполярные транзисторы оставались предпочтительным транзистором для цифровых и аналоговых схем из-за их простоты изготовления и скорости. Тем не менее, полевой МОП-транзистор обладает несколькими желательными свойствами для цифровых схем, и, поскольку основные достижения в области цифровых схем подтолкнули конструкцию МОП-транзистора к современному уровню техники.МОП-транзисторы в настоящее время широко используются как для аналоговых, так и для цифровых функций.

Файл:BJT Switch.png

Транзистор BJT, используемый в качестве электронного переключателя

Файл:BJT Amplifier.png

Схема усилителя

Переключатели[]

Транзисторы

обычно используются в качестве электронных переключателей как для приложений с высокой мощностью, включая источники питания | импульсные источники питания]], так и для приложений с низким энергопотреблением, таких как логические элементы.

Усилители[]

Огромное количество продуктов, от мобильных телефонов до телевизоров, включает усилители для воспроизведения звука, радиопередачи и обработки сигналов.Первые усилители звука на дискретных транзисторах едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и качество звука постепенно увеличивались по мере появления более совершенных транзисторов и развития архитектуры усилителей.

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

Компьютеры[]

В «первом поколении» электронных компьютеров использовались вакуумные лампы, которые выделяли большое количество тепла, были громоздкими и ненадежными. Разработка транзистора была ключом к миниатюризации и надежности компьютеров. «Второе поколение» компьютеров конца 1950-х и 1960-х годов представляло собой платы, заполненные отдельными транзисторами и магнитными ядрами памяти. Впоследствии транзисторы, другие компоненты и необходимые для них соединения были объединены в единый компонент массового производства: интегральную схему.Транзисторы, встроенные в интегральные схемы, заменили большинство дискретных транзисторов в современных цифровых компьютерах.

Преимущества транзисторов перед электронными лампами[]

До разработки транзисторов вакуумные лампы (или в Великобритании термоэмиссионные вентили или просто вентили ) были основными активными компонентами в электронном оборудовании. Ключевые преимущества, которые позволили транзисторам заменить своих ламповых предшественников в большинстве приложений:

  • Меньший размер (несмотря на продолжающуюся миниатюризацию электронных ламп)
  • Высокоавтоматизированное производство
  • Более низкая стоимость (при серийном производстве)
  • Более низкие возможные рабочие напряжения (но электронные лампы могут работать при более высоких напряжениях)
  • Нет периода прогрева (большинству вакуумных ламп требуется от 10 до 60 секунд для правильной работы)
  • Меньшее рассеивание мощности (без мощности нагревателя, очень низкое напряжение насыщения)
  • Более высокая надежность и большая физическая прочность (хотя электронные лампы более прочны в электрическом отношении.Также вакуумная лампа гораздо более устойчива к ядерным электромагнитным импульсам (НЭМИ) и электростатическим разрядам (ЭСР))
  • Гораздо более длительный срок службы (катоды электронных ламп со временем изнашиваются, и вакуум может загрязняться)
  • Доступны дополнительные устройства (допускаются схемы с комплементарной симметрией : электронные лампы с полярностью, эквивалентной PNP BJT или полевым транзисторам P-типа, недоступны)
  • Способность управлять большими токами (имеются силовые транзисторы для управления сотнями ампер, электронные лампы для управления даже одним ампером большие и дорогие)
  • Гораздо менее микрофонный (вибрация может модулировать характеристики вакуумной лампы, хотя это может способствовать звучанию гитарных усилителей)

» Природа не терпит вакуумной лампы » Майрон Гласс (см. John R.Пирс), Bell Telephone Laboratories, 1948 г.

Галерея[]

Широкий ассортимент транзисторов доступен с 1960-х годов, и производители постоянно внедряют улучшенные типы. Ниже приведены несколько примеров из основных семейств. Если не указано иное, все типы изготовлены из кремниевого полупроводника. Дополнительные пары показаны как каналы NPN/PNP или N/P. Ссылки ведут на таблицы данных производителя в формате PDF. (В некоторых таблицах данных точность заявленной категории транзистора является предметом споров.)

  • 2N3904/2N3906, BC182/BC212 и BC546/BC556: вездесущие, BJT, универсальные, маломощные, дополнительные пары. Они имеют пластиковые корпуса и стоят примерно десять центов США в небольших количествах, что делает их популярными среди любителей.
  • AF107: Германий, 0,5 Вт, 250 МГц PNP BJT.
  • BFP183: маломощный микроволновый биполярный транзистор NPN с частотой 8 ГГц.
  • LM394: «суперподходящая пара» 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 почтенный NPN 2N3055 был «стандартным» силовым транзистором. Его дополнение, PNP MJ2955, появилось позже. Эти биполярные транзисторы с частотой 1 МГц, 15 А, 60 В, 115 Вт используются в усилителях мощности звука, источниках питания и элементах управления.
  • 2SC3281/2SA1302: Изготовленные Toshiba, эти биполярные транзисторы имеют характеристики с низким уровнем искажений и используются в мощных аудиоусилителях. Их широко подделывали [5].
  • BU508: NPN, питание 1500 В BJT. Разработанный для телевизионного горизонтального отклонения, его способность к высокому напряжению также делает его пригодным для использования в системах зажигания.
  • MJ11012/MJ11015: 30 А, 120 В, 200 Вт, дополнительная пара биполярных транзисторов Дарлингтона высокой мощности. Используется в усилителях звука, управлении и переключении питания.
  • 2N5457/2N5460: JFET (режим истощения), общего назначения, малой мощности, дополнительная пара.
  • BSP296/BSP171: IGFET (расширенный режим), средней мощности, почти комплементарная пара.Используется для преобразования логического уровня и управления силовыми транзисторами в усилителях.
  • IRF3710/IRF5210: IGFET (расширенный режим), 40 А, 100 В, 200 Вт, рядом с комплементарной парой. Для мощных усилителей и силовых выключателей, особенно в автомобилях.

Производители транзисторов[]

См. также[]

  • Лавинный транзистор
  • Ширина запрещенной зоны
  • Биполярный переходной транзистор
  • Составной транзистор
  • Транзистор Дарлингтона
  • Полевой транзистор
  • ФРЕДФЕТ
  • БТИЗ
  • НПН
  • ПНП
  • Полупроводник
  • Транскондуктивность
  • Транссопротивление
  • Количество транзисторов
  • Модели транзисторов
  • Транзистор с тремя затворами
  • Вакуумная трубка
  • Закон Мура
  • Очень крупномасштабная интеграция

Ссылки[]

Патенты[]

  • Шаблон: Патент США – Юлиус Эдгар Лилиенфельд 1930
  • Шаблон: патент США — J.Бардин и др. др.
  • Шаблон:патент США — W. Shockley

Книги[]

  • Шаблон:Citebook
  • Шаблон:Цитировать книгу
  • Template:Citebook Изобретение транзистора и рождение века информации
  • Template:Cite book

Другое[]

  • Шаблон:Цитировать конференцию
  • Шаблон:Цитировать новости
  • Шаблон:Цитировать журнал
  • Template:Cite book

Внешние ссылки[]

Шаблон:Викиучебники

Транзистор | Инжиниринг | Фэндом

Файл: Транзисторы.agr.jpg

Ассорти из транзисторов

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, который можно использовать для усиления, переключения, стабилизации напряжения, модуляции сигнала и многих других функций. Транзистор является основным строительным блоком как цифровых, так и аналоговых интегральных схем — схем, управляющих работой компьютеров, сотовых телефонов и всей другой современной электроники.

Введение[]

Слово транзистор , придуманное Джоном Робинсоном Пирсом в 1949 году, является сокращением от транс-сопротивление или передаточный варистор (см. раздел истории ниже).

Транзисторы делятся на две основные категории: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). Применение тока в биполярных транзисторах и напряжения в полевых транзисторах между входной и общей клеммами увеличивает проводимость между общей и выходной клеммами, тем самым контролируя протекание тока между ними. Для получения дополнительной информации о работе этих двух типов транзисторов см. Полевой транзистор и транзистор с биполярным переходом .

В аналоговых схемах транзисторы используются в усилителях (усилителях постоянного тока, аудиоусилителях, радиочастотных усилителях) и линейных регулируемых источниках питания.Транзисторы также используются в цифровых схемах, где они функционируют как электронные переключатели. Цифровые схемы включают в себя логические элементы, оперативную память (RAM), микропроцессоры и процессоры цифровых сигналов (DSP).

Важность[]

Транзистор многими считается одним из величайших изобретений в современной истории, по значимости он стоит наравне с печатным станком, автомобилем и телефоном. Это ключевой активный компонент практически всей современной электроники. Его важность в современном обществе основывается на возможности его массового производства с использованием высокоавтоматизированного процесса (изготовления), который обеспечивает исчезающе низкую стоимость транзистора.

Хотя миллионы отдельных (известных как дискретных ) транзисторов все еще используются, подавляющее большинство транзисторов изготавливается в виде интегральных схем (также называемых микросхемами или просто микросхемами ) вместе с диодами, резисторами, конденсаторами и другими электронными устройствами. компонентов для создания полных 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) [1].

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 разрабатывать 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 было направлено на то, чтобы сделать информацию цифровой. В результате сегодня многие медиаданные передаются в цифровой форме, а компьютеры преобразуют их и представляют в аналоговой форме. Области, на которые повлияла цифровая революция, включают телевидение, радио и газеты.

История[]

Первые патенты на принцип транзистора были зарегистрированы в Германии в 1928 году Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом.В 1934 году немецкий физик доктор Оскар Хайль запатентовал полевой транзистор. Неясно, была ли когда-либо построена какая-либо конструкция, и это обычно считается маловероятным.

22 декабря 1947 года Уильяму Шокли, Джону Бардину и Уолтеру Браттейну удалось создать первый практичный транзистор с точечным контактом в Bell Labs. Эта работа последовала за их усилиями военного времени по производству «кристаллических» смесительных диодов из чрезвычайно чистого германия, используемых в радиолокационных устройствах в качестве элемента смесителя частоты в микроволновых радиолокационных приемниках.Ранние ламповые технологии не подходили для этой роли достаточно быстро, поэтому команда Bell вместо этого использовала твердотельные диоды. Имея в руках эти знания, они обратились к конструкции триода, но обнаружили, что это совсем не просто. В конце концов Бардин разработал новую ветвь физики поверхности, чтобы объяснить наблюдаемое ими «странное» поведение, а Бардину и Браттейну в конце концов удалось создать работающее устройство.

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

Шаблон:Цитата

Пирс вспоминал название несколько иначе:

Шаблон:Цитата

Компания Bell запустила производство транзистора на заводе Western Electric в Аллентауне, штат Пенсильвания. Они также передали лицензию ряду других компаний, производящих электронику, в том числе Texas Instruments, которая произвела ограниченный тираж транзисторных радиоприемников в качестве инструмента продаж.Другой компании идея понравилась, и она тоже решила получить лицензию, представив собственное радио под торговой маркой Sony. Ранние транзисторы были «нестабильными» и подходили только для маломощных низкочастотных приложений, но по мере развития конструкции транзисторов эти проблемы постепенно преодолевались. В течение следующих двух десятилетий транзисторы постепенно заменили более ранние электронные лампы в большинстве приложений, а позже сделали возможным множество 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, став одним из двух человек, получивших более одной Нобелевской премии по одной и той же дисциплине за свою работу по исследованию сверхпроводимости.

В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре (1912–) и Генрих Уокер (ок. 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 делала публичных заявлений о транзисторе до июня 1948 года, транзистор считался независимой разработкой.Матаре впервые наблюдал эффекты крутизны при производстве германиевых дуодиодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны. Транзистроны серийно производились для французской телефонной компании и военных, а в 1953 году на Дюссельдорфской радиоярмарке был продемонстрирован твердотельный радиоприемник с четырьмя трансистронами.

Динамическая характеристика транзистора могла отображаться в виде кривых на ранней версии Transistor Curve Tracer

Типы[]

Шаблон: начало с плавающей запятой |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || ПНП || 80 пикселей || P-канал |- выровнять = «по центру» | 50 пикселей || НПН || 80 пикселей || N-канал |- выровнять = «по центру» | БЮТ || || JFET || Шаблон:Плавающий конец

Транзисторы классифицируются по:

  • Полупроводниковый материал: 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, радиочастотная (РЧ), микроволновая (Максимальная эффективная частота транзистора обозначается термином , сокращение от «частота перехода».» Частота перехода — это частота, при которой транзистор дает единичный коэффициент усиления).
  • Применение: переключатель общего назначения, аудио, высоковольтный, супер-бета, согласованная пара
  • Физическая упаковка: сквозное металлическое отверстие, сквозное пластиковое отверстие, поверхностный монтаж, матрица шариковой сетки

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

Биполярный переходной транзистор[]

Биполярный переходной транзистор (BJT) был первым типом транзистора, который производился серийно.Биполярные транзисторы названы так потому, что в них используются как основные, так и неосновные носители. Три клеммы называются эмиттер , база и коллектор . Внутри биполярного транзистора существуют два p-n перехода: переход база/коллектор и переход база/эмиттер . BJT обычно называют устройством, работающим от тока, потому что ток эмиттера/коллектора контролируется током, протекающим между выводами базы и эмиттера. В отличие от полевого транзистора, биполярный транзистор представляет собой устройство с низким входным сопротивлением.BJT имеет более высокую крутизну, чем FET. Биполярные транзисторы можно заставить проводить как свет (фотоны), так и ток. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами.

Полевой транзистор[]

Полевой транзистор (FET), иногда называемый униполярным транзистором , использует либо электроны (N-канальный FET), либо дырки (P-канальный FET) для проводимости. Три основных вывода полевого транзистора называются исток , затвор и сток .На некоторых полевых транзисторах предусмотрено четвертое соединение с корпусом (подложкой), но обычно корпус соединяется с истоком внутри.

Напряжение между затвором и истоком управляет током, протекающим между истоком и стоком. В полевых транзисторах ток исток/сток протекает по проводящему каналу около затвора . Этот канал соединяет область источника с областью стока . Проводимость канала изменяется электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным между выводами затвора/истока.Таким образом, ток, протекающий между истоком и стоком, контролируется. Как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы могут работать как со светом (фотонами), так и с напряжением. Устройства, предназначенные для этой цели, называются фототранзисторами. Полевые транзисторы

делятся на два семейства: полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET). IGFET более широко известен как металл-оксид-полупроводник FET (MOSFET) из-за его первоначальной конструкции, состоящей из слоя металла (затвор), слоя оксида (изоляция) и слоя полупроводника.В отличие от IGFET, затвор JFET образует PN-диод с каналом, расположенным между истоком и стоком. Функционально это делает N-канальный JFET твердотельным эквивалентом лампового триода, который аналогичным образом образует диод между сеткой и катодом. Также оба устройства работают в режиме обеднения , оба имеют высокое входное сопротивление, и оба проводят ток под управлением входного напряжения.

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

FET дополнительно делятся на типы с режимом истощения и с режимом улучшения . Мода относится к полярности напряжения затвора по отношению к источнику на пороге проводимости. Для N-канальных полевых транзисторов с режимом истощения затвор является отрицательным по отношению к истоку, в то время как для N-канальных полевых транзисторов с расширенным режимом затвор положительный на пороге проводимости.Для обоих режимов, если напряжение затвора сделать более положительным, ток истока/стока увеличится. Для P-канальных устройств полярность обратная. Почти все JFET работают в режиме истощения, а большинство IGFET — в режиме улучшения.

Другие типы транзисторов[]

  • Однопереходные транзисторы можно использовать в качестве простых генераторов 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 противоположным типом полупроводника формируется в точке по длине корпуса для третьего вывода ( Излучатель ).
  • Полевые транзисторы с двумя затворами имеют один канал с двумя затворами в каскоде; конфигурация, оптимизированная для высокочастотных усилителей , смесителей и генераторов.
  • Массивы транзисторов используются для приложений общего назначения, генерация функций и низкоуровневые, малошумящие усилители .Они включают два или более транзистора на общей подложке для обеспечения точного согласования параметров и теплового отслеживания, характеристик, которые особенно важны для усилителей с длинной хвостовой парой .
  • Транзисторы Дарлингтона
  • состоят из биполярного транзистора средней мощности, соединенного с силовым биполярным транзистором. 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.
  • В биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) используется IGFET средней мощности, аналогично подключенный к мощному BJT, для обеспечения высокого входного сопротивления.Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования. БТИЗ особенно подходят для тяжелых промышленных применений. Asea Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100 [2] показывает, насколько далеко продвинулась технология силовых полупроводников. Это устройство, предназначенное для трехфазных источников питания, содержит три NPN IGBT в корпусе размером 38 х 140 х 190 мм и массой 1,5 кг. Каждый IGBT рассчитан на 1700 вольт и может выдерживать 2400 ампер.
  • Одноэлектронные транзисторы (SET) состоят из затворного острова между двумя туннельными переходами.Туннельный ток управляется напряжением, подаваемым на затвор через конденсатор. [3][4]
  • Полный список типов транзисторов T-Transistor.com

Полупроводниковый материал[]

Первые биполярные транзисторы были изготовлены из германия (Ge), а некоторые мощные типы до сих пор изготавливаются из него. В настоящее время преобладают кремниевые (Si) типы, но в некоторых усовершенствованных микроволновых и высокопроизводительных версиях теперь используется составной полупроводник , материал , арсенид галлия (GaAs) и полупроводниковый сплав , сплав кремний-германий (SiGe).Одноэлементный полупроводниковый материал (Ge и Si) описывается как элемент .

Характеристики наиболее распространенных полупроводниковых материалов, используемых для изготовления транзисторов, приведены в таблице ниже:

Характеристики полупроводниковых материалов
Материал полупроводника
Прямой переход
Напряжение
В при 25 °C
Подвижность электронов
м/с при 25 °C
Подвижность отверстий
м/с при 25 °C
Макс.температура соединения
°С
Ге 0,27 0,39 0,19 от 70 до 100
Си 0,71 0,14 0,05 от 150 до 200
GaAs 1,03 0,85 0,05 от 150 до 200
Соединение Al-Si 0,3 от 150 до 200

Прямое напряжение перехода — это напряжение, прикладываемое к переходу эмиттер-база биполярного транзистора, чтобы заставить базу проводить заданный ток.Ток увеличивается экспоненциально по мере увеличения прямого напряжения перехода. Значения, приведенные в таблице, типичны для тока 1 мА (те же значения относятся к полупроводниковым диодам). Чем ниже прямое напряжение перехода, тем лучше, так как это означает, что для «управления» транзистором требуется меньшая мощность. Прямое напряжение перехода для данного тока уменьшается с температурой. Для типичного кремниевого перехода изменение составляет примерно -2,1 мВ/°C.

Столбцы подвижность электронов и подвижность дырок показывают среднюю скорость, с которой электроны и дырки диффундируют через полупроводниковый материал с электрическим полем 1 вольт на метр, приложенным к материалу.В общем, чем выше подвижность электронов, тем быстрее транзистор. Таблица показывает, что Ge в этом отношении является лучшим материалом, чем Si. Однако Ge имеет четыре основных недостатка по сравнению с кремнием и арсенидом галлия: его максимальная температура ограничена, он имеет относительно высокий ток утечки, не выдерживает высоких напряжений и менее пригоден для изготовления интегральных схем. Поскольку подвижность электронов выше, чем подвижность дырок для всех полупроводниковых материалов, данный биполярный NPN-транзистор имеет тенденцию быть быстрее, чем эквивалентный тип PNP-транзистора.GaAs имеет самую быструю подвижность электронов из трех полупроводников. Именно по этой причине GaAs используется в высокочастотных приложениях. Относительно недавняя разработка полевого транзистора, транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), имеет гетероструктуру (соединение между различными полупроводниковыми материалами) из арсенида алюминия-галлия (AlGaAs)-арсенида галлия (GaAs), которая имеет удвоенную подвижность электронов GaAs-. металлическое барьерное соединение. Благодаря высокой скорости и низкому уровню шума HEMT используются в спутниковых приемниках, работающих на частотах около 12 ГГц.

Макс. Значения температуры перехода представляют поперечное сечение, взятое из спецификаций различных производителей. Эта температура не должна быть превышена, иначе транзистор может быть поврежден.

Переход Al-Si относится к быстродействующему (алюминий-кремний) полупроводниково-металлическому барьерному диоду, широко известному как диод Шоттки. Это включено в таблицу, потому что некоторые кремниевые силовые IGFET имеют паразитный обратный диод Шоттки , сформированный между истоком и стоком как часть производственного процесса.

Упаковка[]

Файл:Transistor-photo.JPG

Транзисторы со сквозным отверстием (рулетка отмечена в сантиметрах)

Транзисторы поставляются в различных упаковках (чипкорпусах) (см. изображения). Две основные категории: для сквозного монтажа (или с выводами ) и для поверхностного монтажа , также известного как устройство для поверхностного монтажа (SMD). Шариковая решетка (BGA) — новейший корпус для поверхностного монтажа (в настоящее время только для больших транзисторных матриц ).На нижней стороне вместо выводов имеются «шарики» припоя. Поскольку они меньше и имеют более короткие межсоединения, SMD имеют лучшие высокочастотные характеристики, но более низкую номинальную мощность.

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

Часто данный тип транзистора доступен в различных корпусах. Транзисторные блоки в основном стандартизированы, но назначение функций транзистора клеммам нет: разные типы транзисторов могут назначать разные функции клеммам корпуса. Даже для одного и того же типа транзистора назначение выводов может различаться (обычно обозначается суффиксной буквой к номеру детали — т.е. BC212L и BC212K).

Использование[]

На заре разработки транзисторных схем биполярный переходной транзистор, или BJT, был наиболее часто используемым транзистором. Даже после того, как МОП-транзисторы стали доступны, биполярные транзисторы оставались предпочтительным транзистором для цифровых и аналоговых схем из-за их простоты изготовления и скорости. Тем не менее, полевой МОП-транзистор обладает несколькими желательными свойствами для цифровых схем, и, поскольку основные достижения в области цифровых схем подтолкнули конструкцию МОП-транзистора к современному уровню техники.МОП-транзисторы в настоящее время широко используются как для аналоговых, так и для цифровых функций.

Файл:BJT Switch.png

Транзистор BJT, используемый в качестве электронного переключателя

Файл:BJT Amplifier.png

Схема усилителя

Переключатели[]

Транзисторы

обычно используются в качестве электронных переключателей как для приложений с высокой мощностью, включая источники питания | импульсные источники питания]], так и для приложений с низким энергопотреблением, таких как логические элементы.

Усилители[]

Огромное количество продуктов, от мобильных телефонов до телевизоров, включает усилители для воспроизведения звука, радиопередачи и обработки сигналов.Первые усилители звука на дискретных транзисторах едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и качество звука постепенно увеличивались по мере появления более совершенных транзисторов и развития архитектуры усилителей.

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

Компьютеры[]

В «первом поколении» электронных компьютеров использовались вакуумные лампы, которые выделяли большое количество тепла, были громоздкими и ненадежными. Разработка транзистора была ключом к миниатюризации и надежности компьютеров. «Второе поколение» компьютеров конца 1950-х и 1960-х годов представляло собой платы, заполненные отдельными транзисторами и магнитными ядрами памяти. Впоследствии транзисторы, другие компоненты и необходимые для них соединения были объединены в единый компонент массового производства: интегральную схему.Транзисторы, встроенные в интегральные схемы, заменили большинство дискретных транзисторов в современных цифровых компьютерах.

Преимущества транзисторов перед электронными лампами[]

До разработки транзисторов вакуумные лампы (или в Великобритании термоэмиссионные вентили или просто вентили ) были основными активными компонентами в электронном оборудовании. Ключевые преимущества, которые позволили транзисторам заменить своих ламповых предшественников в большинстве приложений:

  • Меньший размер (несмотря на продолжающуюся миниатюризацию электронных ламп)
  • Высокоавтоматизированное производство
  • Более низкая стоимость (при серийном производстве)
  • Более низкие возможные рабочие напряжения (но электронные лампы могут работать при более высоких напряжениях)
  • Нет периода прогрева (большинству вакуумных ламп требуется от 10 до 60 секунд для правильной работы)
  • Меньшее рассеивание мощности (без мощности нагревателя, очень низкое напряжение насыщения)
  • Более высокая надежность и большая физическая прочность (хотя электронные лампы более прочны в электрическом отношении.Также вакуумная лампа гораздо более устойчива к ядерным электромагнитным импульсам (НЭМИ) и электростатическим разрядам (ЭСР))
  • Гораздо более длительный срок службы (катоды электронных ламп со временем изнашиваются, и вакуум может загрязняться)
  • Доступны дополнительные устройства (допускаются схемы с комплементарной симметрией : электронные лампы с полярностью, эквивалентной PNP BJT или полевым транзисторам P-типа, недоступны)
  • Способность управлять большими токами (имеются силовые транзисторы для управления сотнями ампер, электронные лампы для управления даже одним ампером большие и дорогие)
  • Гораздо менее микрофонный (вибрация может модулировать характеристики вакуумной лампы, хотя это может способствовать звучанию гитарных усилителей)

» Природа не терпит вакуумной лампы » Майрон Гласс (см. John R.Пирс), Bell Telephone Laboratories, 1948 г.

Галерея[]

Широкий ассортимент транзисторов доступен с 1960-х годов, и производители постоянно внедряют улучшенные типы. Ниже приведены несколько примеров из основных семейств. Если не указано иное, все типы изготовлены из кремниевого полупроводника. Дополнительные пары показаны как каналы NPN/PNP или N/P. Ссылки ведут на таблицы данных производителя в формате PDF. (В некоторых таблицах данных точность заявленной категории транзистора является предметом споров.)

  • 2N3904/2N3906, BC182/BC212 и BC546/BC556: вездесущие, BJT, универсальные, маломощные, дополнительные пары. Они имеют пластиковые корпуса и стоят примерно десять центов США в небольших количествах, что делает их популярными среди любителей.
  • AF107: Германий, 0,5 Вт, 250 МГц PNP BJT.
  • BFP183: маломощный микроволновый биполярный транзистор NPN с частотой 8 ГГц.
  • LM394: «суперподходящая пара» 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 почтенный NPN 2N3055 был «стандартным» силовым транзистором. Его дополнение, PNP MJ2955, появилось позже. Эти биполярные транзисторы с частотой 1 МГц, 15 А, 60 В, 115 Вт используются в усилителях мощности звука, источниках питания и элементах управления.
  • 2SC3281/2SA1302: Изготовленные Toshiba, эти биполярные транзисторы имеют характеристики с низким уровнем искажений и используются в мощных аудиоусилителях. Их широко подделывали [5].
  • BU508: NPN, питание 1500 В BJT. Разработанный для телевизионного горизонтального отклонения, его способность к высокому напряжению также делает его пригодным для использования в системах зажигания.
  • MJ11012/MJ11015: 30 А, 120 В, 200 Вт, дополнительная пара биполярных транзисторов Дарлингтона высокой мощности. Используется в усилителях звука, управлении и переключении питания.
  • 2N5457/2N5460: JFET (режим истощения), общего назначения, малой мощности, дополнительная пара.
  • BSP296/BSP171: IGFET (расширенный режим), средней мощности, почти комплементарная пара.Используется для преобразования логического уровня и управления силовыми транзисторами в усилителях.
  • IRF3710/IRF5210: IGFET (расширенный режим), 40 А, 100 В, 200 Вт, рядом с комплементарной парой. Для мощных усилителей и силовых выключателей, особенно в автомобилях.

Производители транзисторов[]

См. также[]

  • Лавинный транзистор
  • Ширина запрещенной зоны
  • Биполярный переходной транзистор
  • Составной транзистор
  • Транзистор Дарлингтона
  • Полевой транзистор
  • ФРЕДФЕТ
  • БТИЗ
  • НПН
  • ПНП
  • Полупроводник
  • Транскондуктивность
  • Транссопротивление
  • Количество транзисторов
  • Модели транзисторов
  • Транзистор с тремя затворами
  • Вакуумная трубка
  • Закон Мура
  • Очень крупномасштабная интеграция

Ссылки[]

Патенты[]

  • Шаблон: Патент США – Юлиус Эдгар Лилиенфельд 1930
  • Шаблон: патент США — J.Бардин и др. др.
  • Шаблон:патент США — W. Shockley

Книги[]

  • Шаблон:Citebook
  • Шаблон:Цитировать книгу
  • Template:Citebook Изобретение транзистора и рождение века информации
  • Template:Cite book

Другое[]

  • Шаблон:Цитировать конференцию
  • Шаблон:Цитировать новости
  • Шаблон:Цитировать журнал
  • Template:Cite book

Внешние ссылки[]

Шаблон:Викиучебники

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.