Что такое транзистор для чайников
Ну… усиление это когда мы производим какое-то действие, чтобы было лучше, качественнее, комфортнее, удобнее, безопаснее. По-моему как-то так. Усиливаем подвеску на машине, чтобы езда была комфортнее. Усиливаем фундамент под дом, загоняя туда железную арматуру, чтобы дом стоял долго и не трещал.
Поиск данных по Вашему запросу:
Что такое транзистор для чайников
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Что такое транзистор и как он работает?
- Как работает транзистор?
- Биполярный транзистор
- Как работает биполярный транзистор
- Биполярный транзистор, принцип работы для чайников
- Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает
- Принцип усиления транзистора
- Как работает транзистор: принцип и устройство
- Транзистор: виды, применение и принципы работы
- Принцип работы полевого транзистора для чайников
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Резистор – как это работает ?
Что такое транзистор и как он работает?
Транзистор — прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры. Полупроводниковые транзисторы пришли на смену морально устаревшим ламповым, которые устанавливались в старые телевизоры. Для изготовления полупроводниковых моделей ранее использовался германий, но сферы его применения ограничены из-за чувствительности к температурным колебаниям. На смену германию пришел кремний, так как кремниевые детали стоят дешевле германиевых и более устойчивы к скачкам температуры.
Транзисторы небольшой мощности изготавливают в прямоугольных корпусах из полимерных материалов или в металлических цилиндрических.
В этой статье мы постараемся простыми словами изложить, что такое транзистор, как он устроен и что делает.
Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора — биполярный. В устройство транзистора этого типа входит монокристалл, разделенный на 3 зоны: база Б , коллектор К и эмиттер Э , каждая из которых имеет свой вывод.
Требуемый тип проводимости достигается путем легирования различных частей кремниевого монокристалла. Легирование — это добавление в состав материала различных примесей для улучшения физических и химических свойств этого материала.
Транзисторы по типу проводимости раздаются на два типа: n-p-n и p-n-p. В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей. Если к эмиттеру и базе подключают напряжение, противоположное по знаку, ток прекращается, и транзистор переходит в закрытое состояние.
Кратко принцип работы полупроводникового транзистора можно изложить так: при подключении к зажимам эмиттера и базы напряжения одноименного заряда прибор переходит в открытое состояние, при подключении к этим выводам обратных зарядов транзистор закрывается.
Обновлена: 05 Июля 0. Поделиться с друзьями. Транзисторы Устройство транзисторов Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора — биполярный. Б — база, очень тонкий внутренний слой; Э — эмиттер, предназначается для переноса заряженных частиц в базу; К — коллектор, составляющая, которая имеет тип проводимости, одинаковый с эмиттером, предназначена для сбора зарядов, поступивших с эмиттера.
Типы проводимости: n-типа – носителями зарядов являются электроны. В базе образуются носители зарядов. Чем выше напряжение, тем больше количество носителей зарядов появляется в базе.
Ток, подаваемый на базу, называется управляющим. Если к коллектору подключить обратное напряжение n-коллектор подключается к плюсу, p-коллектор — к минусу , то между эмиттером и коллектором появится разница потенциалов, и между ними потечет ток.
Чем больше носителей заряда скапливается в базе, тем сильнее будет ток между коллектором и эмиттером. Этот принцип используется при производстве усилителей. Как работает транзистор – видео Была ли статья полезна? Оцените статью. Как определить выводы транзистора. Назначение и области применения транзисторов.
Биполярные транзисторы: принцип работы, характеристики и параметры. Анатолий Мельник. Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент. Комментарии Нет комментариев Добавить комментарий.
Да Нет Оцените статью.
Как работает транзистор?
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Биполярные транзисторы. For dummies Электроника для начинающих Предисловие Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах. Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода.
Появление транзистора определенно стало переворотом в электронике, я бы сказал, что с транзистора она и началась. Необходимо знать что такое.
Биполярный транзистор
Биполярные транзисторы с изолированным затвором являются новым типом активного прибора, который появился сравнительно недавно. Его входные характеристики подобны входным характеристикам полевого транзистора, а выходные — выходным характеристикам биполярного. По быстродействию они значительно превосходят биполярные транзисторы. Чаще всего IGBT-транзисторы используют в качестве мощных ключей, у которых время включения 0,2 – 0,4 мкс, а время выключения 0,2 – 1,5 мкс, коммутируемые напряжения достигают 3,5 кВ, а токи А. IGBT- т ранзисторы вытесняют тиристоры из высоковольтных схем преобразования частоты и позволяют создать импульсные источники вторичного электропитания с качественно лучшими характеристиками. IGBT- т ранзисторы используются достаточно широко в инверторах для управления электродвигателями, в мощных системах бесперебойного питания с напряжениями свыше 1 кВ и токами в сотни ампер.
В какой-то степени это является следствием того, что во включенном состоянии при токах в сотни ампер падение напряжения на транзисторе находится в пределах 1,5 – 3,5В. Как видно из структуры IGBT-транзистора рис.
Как работает биполярный транзистор
Что такое биполярный транзистор — элементарное полупроводниковое устройство, функциональность которого охватывает изменение либо усиление выходного сигнала от заряженных частиц. Соответственно, данное устройство может быть представлено как два диодных элемента, включенных противоположно друг другу. В простонародье биполярный транзистор пришел на смену морально и физически устаревшим транзисторам лампового вида, которые эксплуатировались очень длительное время в конструкциях телевизоров прошлого столетия. Рисунок 1 — Биполярный транзистор. Как видно из изображения 1 устройства данного вида имеют 3 выхода, однако, по конструктивному исполнению внешний вид отличается друг от друга.
Принцип полупроводникового управления электрическим током был известен ещё в начале ХХ века.
Биполярный транзистор, принцип работы для чайников
Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что делает, и как работает транзистор.
Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает
Транзисторы — полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Наиболее распространены так называемые биполярные транзисторы. Их основа — пластинка монокристаллического полупроводника чаще всего кремния или германия , в которой с помощью особых технологических приемов созданы, как минимум, три области с разной электропроводностью: эмиттер, база и коллектор. Электропроводность эмиттера и коллектора всегда одинаковая р или п , базы — противоположная п или р. Иными словами, биполярный транзистор далее просто транзистор содержит два р-п перехода: один из них соединяет базу с эмиттером эмиттерный переход , другой — с коллектором коллекторный переход.
На схемах транзисторы обозначают, как показано на рис. Внешний вид транзисторов, обозначение транзисторов на принципиальных схемах.
Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает. Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не.
Принцип усиления транзистора
Что такое транзистор для чайников
Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный.
Как работает транзистор: принцип и устройство
В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности. Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств — от нескольких нанометров бескорпусные элементы, используемые в микросхемах , до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования.
Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до В. Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе.
Транзистор — прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры.
Транзистор: виды, применение и принципы работы
Транзистор transistor, англ. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению. Оглавление: Что такое полевой транзистор Полевые транзисторы, их виды Полевой транзистор, принцип работы Зачем нужен полевой транзистор Применение полевых транзисторов Плюсы и минусы полевых транзисторов. Полевой транзистор — это устройство с тремя или четырьмя контактами, в котором ток на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. Поэтому их называют полевыми.
Полевой транзистор с п — р переходом — особый вид транзисторов, которые служат для управления током.
Принцип работы полевого транзистора для чайников
Условно биполярный транзистор можно нарисовать в виде пластины полупроводника с меняющимися областями разной проводимости, состоящие из двух p-n переходов. Причем крайние области пластины обладают проводимостью одного типа, а средняя область противоположного типа, каждая из областей имеет свой персональный вывод. В зависимости от чередования этих областей транзисторы бывают p-n-p и n-p-n проводимости, соответственно. А если взять и прикрыть одну любую часть транзисто, то у нас получится полупроводник с одним p-n переходом или диод.
Транзистор. Как работает транзистор и для чего он нужен? Виды транзисторов и принцип работы для чайников
В свое время за открытие транзистора его создатели удостоились Нобелевской премии. Этот маленький прибор изменил человечество навсегда: начиная с простых радиоприемников и заканчивая процессорами, в которых их число достигает нескольких миллиардов.
Между тем, чтобы узнать, как он работает, не нужно быть золотым медалистом или лауреатом «нобелевки».
Содержание статьи
Что такое транзистор
Транзистор – это прибор, изготовленный из полупроводниковых материалов. Выглядит как маленькая металлическая пластинка с тремя контактами. Назначений у него два: усиливать поступающий сигнал и участвовать в управлении компонентами электроприборов.
Принцип действия
Полупроводники занимают промежуточное состояние между проводниками и диэлектриками. В обычном состоянии они не проводят электрический ток, но их сопротивление падает с ростом температуры. Чем она выше, тем больше энергии, которую получает вещество.
В атомах полупроводника электроны отрываются от «родительского» атома и улетают к другому, чтобы заполнить там «дырку», которую оставил такой же электрон. Получается, что внутри такого материала одновременно происходят два процесса: полет электронов (n-проводимость, от слова negative – отрицательный), и образование «дырок» (p-проводимость от слова positive – положительный).
Однако с помощью специальных веществ можно нарушить это равновесие, добавив «лишние» электроны (вещества – доноры) или «лишние» «дырки» (вещества акцепторы). Таким образом можно получить кристалл полупроводника с преобладающей n-проводимостью, либо p-проводимостью.
Если два таких материала приложить друг к другу, то в месте их соприкосновения образуется так называемый p-n переход. Дырки и электроны проходят через него, насыщая соседа. То есть там, где был избыток дырок, идет их заполнение электронами и наоборот.
В какой-то момент в месте соприкосновения не останется свободных носителей заряда и наступит равновесие. Это своего рода барьер, который невозможно преодолеть, этакая пустыня. Этот слой принято называть обедненным слоем.
Теперь, если приложить к такому материалу напряжение, то оно поведет себя интересным образом: при прямой его направленности обедненный слой истончится и через него пойдет электроток, а при обратном – наоборот, расширится.
Как говорится, если для чайников, то p-n переход обладает способностью пропускать ток только в одном направлении. Это своего рода «обратный клапан» для электрической сети. На этом их свойстве основана работа всех полупроводниковых приборов.
Существует две основные разновидности транзисторов: полевые (иногда их называют униполярными) и биполярными. Различаются они по устройству и принципу действия.
Биполярный транзистор
Биполярный транзистор обладает двумя переходами: p-n-p или n-p-n. Принципиальное различие между ними – направление течения тока.
Коллектор и эмиттер, обладающие одинаковой проводимостью (в n-p-n транзисторе n-проводимостью), разделены базой, которая обладает p-проводимостью. Если даже эмиттер подключен к источнику питания, ему не пробиться напрямую в коллектор. Для этого необходимо подать ток на базу.
В таком случае электроны из эмиттера заполняют «дырки» последней. Но так как база слабо легирована, то и дырок в ней мало. Поэтому большая часть электронов переходит в коллектор и они начинают свое движение по цепи.
Ток коллектора практически равен току эмиттера, ведь на базу приходится очень маленькое его значение.
Чтобы нагляднее себе это представить, можно воспользоваться аналогией с водопроводной трубой. Для управления количеством воды нужен вентиль (транзистор). Если приложить к нему небольшое усилие, он увеличит свое проходное сечение трубы и через него начнет проходить больше воды.
Полевой транзистор
Если в биполярном транзисторе управление происходило с помощью тока, то в полевом – с помощью напряжения. Состоит он из пластинки полупроводника, которую называют каналом. С одной стороны к ней подключен исток – через него в канал входят носители электрического тока, а с другой сток – через него они покидают канал.
Сам канал как бы «зажат» между затвором, который обладает обратной проводимостью, то есть если канал имеет n-проводимость, то затвор – p-проводимость. Затвор электрически отделен от канала. Изменяя напряжение на затворе, можно регулировать зону p-n перехода.
Чем она больше, тем меньше электрической энергии проходит через канал. Существует значение напряжения, при котором затвор полностью перекроет канал и ток между истоком и стоком прекратится.
Наиболее наглядная иллюстрация в этом случае – садовый шланг, который проходит через камеру небольшого колеса. В таком случае, даже когда в него подается небольшое давление воздуха (напряжение затвор-исток), оно значительно увеличивается в размерах и начинает пережимать шланг, перекрывается просвет шланга и прекращается подача воды (увеличивается зона p-n перехода и через канал перестает идти электроток).
Описанный выше тип полупроводникового прибора является классическим и называется транзистором с управляющим p-n переходом. Часто можно встретить аббревиатуру JFET – Junction FET, что просто перевод русского названия на английский.
Другой тип полевого триода имеет небольшое различие в конструкции затвора. На слое кремния с помощью окисления образуется слой диэлектрика оксида кремния.
Уже на него методом напыления металла наносят затвор. Получаются чередующиеся слои Металл -Диэлектрик – Полупроводник или МДП-затвор.
Такой полевой транзистор с изолированным затвором обозначается латинскими буквами MOSFET.
Существует два вида МДП-затвора:
- МДП-затвор с индуцированным (или инверсным) каналом в обычном состоянии закрыт, то есть при отсутствии напряжения на затворе электроток через канал не проходит. Для того, чтобы открыть его, к затвору необходимо приложить напряжение.
- МДП-затвор со встроенным (или собственным) каналом в обычном состоянии открыт, то есть при отсутствии напряжения на затворе электроток через канал проходит. Для того, чтобы закрыть его, к затвору необходимо приложить напряжение.
Основные характеристики
Основная особенностью всех видов транзисторов является способность управлять мощным током с помощью небольшого по силе. Их отношение показывает насколько эффективен полупроводниковый прибор.
В биполярных транзисторах этот показатель называется статическим коэффициентом передачи тока базы.
Он характеризует, во сколько раз основной коллекторный ток больше вызвавшего его тока базы. Этот параметр имеет очень широкое значение и может достигать 800.
Хотя на первый взгляд кажется, что здесь важен принцип «чем больше, тем лучше», но в действительности это не так. Скорее, тут применимо изречение «лучше меньше, да лучше». В среднем биполярные транзисторы имеют коэффициент передачи тока базы в пределах 10 – 50.
Для полевых транзисторов схожий по типу параметр называется крутизной входной характеристики или проводимостью прямой передачи тока. Если вкратце, он показывает, на сколько изменится напряжение, проходящее через канал, если изменить напряжение затвора на 1 В.
Если на транзистор подать сигнал с определенной частотой, то он многократно усилит его. Это свойство полупроводниковых приборов применяется в радиоэлектронике. Однако существует предел усиления частоты, за которым триод уже не в состоянии усилить сигнал.
Поэтому оптимальным считается максимальная рабочая частота сигнала, в 10-20 раз ниже предельного усиления частоты транзистора.
Еще одной показательной характеристикой транзистора является максимальная допустимая рассеиваемая мощность. Дело в том, что при работе любого электрического прибора вырабатывается тепло. Оно тем больше, чем выше значения силы тока и напряжения в цепи.
Отводится оно несколькими способами: с помощью специальных радиаторов, принудительного обдува воздухом и другими. Таким образом, существует некий предел количества теплоты для любого триода (для каждого он разный), который он может рассеять в пространство. Поэтому при выборе прибора исходят из характеристик электрической цепи, на который предстоит установить транзистор.
Типы подключений
Основная задача транзистора – усиливать поступающий сигнал. Проблема в том, что у любого триода имеются только три контакта, в то время как сам усилитель имеет четыре полюса – два для входящего сигнала и два для выходящего, то есть усиленного. Выход из положения – использовать один из контактов транзистора дважды: и как вход, и как выход.
По этому принципу различают три вида подключения. Стоит отметить, что не имеет принципиальной разницы, какой тип прибора используется – полевой или биполярный.
- Подключение с общим эмиттером (ОЭ) или общим истоком (ОИ). Эта схема подключения имеет наибольшие значения усиления мощности по току и напряжению. Однако из-за эффекта Миллера его частотные характеристики значительно хуже. Борются с этим негативным явлением несколькими способами: используют подключение с общей базой, применяют каскодное подключение двух транзисторов (подключённому по общему эмиттеру добавляется второй, подключенный по общей базе).
- Подключение с общей базой (ОБ) или общим затвором (ОЗ). Здесь полностью исключено влияние эффекта Миллера. Однако за это приходиться платить: в этой схеме усиления тока практически не происходит, зато имеется широкий диапазон для изменения частоты сигнала.
- Подключение с общим коллектором (ОК) или общим стоком (ОС). Такой тип подключения часто называют эмиттерным или истоковым повторителем.
Это «золотая середина» между двумя предыдущими видами схем: частотные характеристики и мощность усиления по току и напряжению находятся где-то посередине между двумя первыми.
Это «золотая середина» между двумя предыдущими видами схем: частотные характеристики и мощность усиления по току и напряжению находятся где-то посередине между двумя первыми.Все три описанных выше типа подключения применяются в зависимости от того, какие цели преследуют конструкторы.
Виды транзисторов
В первых транзисторах применялся германий, который работал не совсем стабильно. Со временем от него отказалось в пользу других материалов: кремния (самый распространённый) и арсенида галлия. Но все это традиционные полупроводники.
В настоящее время начинают набирать популярность триоды на основе органических материалов и даже веществ биологического происхождения: протеинов, пептидов, молекул хлорофилла и целых вирусов. Биотранзисторы используются в медицине и биотехнике.
Другие классификации транзисторов:
- По мощности подразделяются на маломощные (до 0,1 Вт), средней мощности (от 0,1 до 1 Вт) и просто мощные (свыше 1 Вт).
- Также разделяются по материалу корпуса (металл или пластмасса), типу исполнения (в корпусе, бескорпусные, в составе интегральных схем).
- Нередко их объединяют друг с другом для улучшения характеристик. Такие транзисторы называются составными или комбинированными и могут состоять из двух и более полупроводниковых приборов. Строение и у них простое: эмиттер первого является базой для второго и так далее до необходимого количества триодов. Бывает нескольких типов: Дарлинга (все составляющие с одинаковым типом проводимости), Шиклаи (тип проводимости разный), каскодный усилитель (два прибора, работающие как один с подключением по схеме с общим эмиттером).
- К составным относится также и IGBT-транзистор, представляющий собой биполярный, который управляется при помощи полярного триода с изолированным затвором. Такой тип полупроводниковых приборов применяется в основном там, где нужно управлять большим током (сварочные аппараты, городские электросети) или электромеханическими приводами (электротранспорт).
- В качестве управления может применяться не ток, а другое электромагнитное воздействие. К примеру, в фототранзисторах в качестве базы используется чувствительный фотоэлемент, а в магнитотранзисторах – материал, индуцирующий ток при воздействии на него магнитного поля.
Технологический предел для транзисторов еще не достигнут. Их размеры уменьшаются с каждым голом, а различные научно-исследовательские институты ведут поиск новых материалов для использования в качестве полупроводника. Можно сказать, что эти полупроводниковые приборы еще не сказали миру своего последнего слова.
Что такое закон Мура и верен ли он до сих пор?
Что такое закон Мура?
Закон Мура гласит , что количество транзисторов на микрочипе удваивается каждые два года. Закон утверждает, что мы можем ожидать, что скорость и возможности наших компьютеров будут увеличиваться каждые два года из-за этого, но мы будем платить за них меньше.
Другой принцип закона Мура утверждает, что этот рост является экспоненциальным. Закон приписывают Гордону Муру, соучредителю и бывшему генеральному директору Intel.
Key Takeaways
- Закон Мура гласит, что количество транзисторов в микрочипе удваивается примерно каждые два года, хотя стоимость компьютеров уменьшается вдвое.
- В 1965 году Гордон Э. Мур, один из основателей Intel, сделал это наблюдение, которое стало известно как закон Мура.
- Другой принцип закона Мура гласит, что рост числа микропроцессоров экспоненциальный.
Смотреть сейчас: Что такое закон Мура?
Понимание закона Мура
В 1965, Гордон Э. Мур, соучредитель Intel (INTC), постулировал, что количество транзисторов, которые можно разместить на данной единице пространства, будет удваиваться примерно каждые два года.
Гордон Мур не называл свое наблюдение «законом Мура» и не собирался создавать «закон». Мур сделал это заявление, отметив новые тенденции в производстве микросхем в Fairchild Semiconductor.
В конце концов, проницательность Мура превратилась в предсказание, которое, в свою очередь, стало золотым правилом, известным как закон Мура.
В течение десятилетий, последовавших за первоначальным наблюдением Гордона Мура, закон Мура руководил полупроводниковой промышленностью при долгосрочном планировании и постановке целей для исследований и разработок (НИОКР). Закон Мура был движущей силой технологических и социальных изменений, производительности и экономического роста, которые являются отличительными чертами конца 20-го и начала 21-го веков.
Закон Мура подразумевает, что компьютеры, машины, работающие на компьютерах, и вычислительная мощность со временем становятся меньше, быстрее и дешевле, поскольку транзисторы на интегральных схемах становятся более эффективными.
Почти 60 лет и все еще сильный
Спустя более 50 лет мы во многих отношениях ощущаем непреходящее влияние и преимущества закона Мура.
Вычислительная техника
По мере того, как транзисторы в интегральных схемах становятся более эффективными, компьютеры становятся меньше и быстрее.
Чипы и транзисторы — это микроскопические структуры, содержащие молекулы углерода и кремния, которые идеально выровнены для более быстрого перемещения электричества по цепи. Чем быстрее микрочип обрабатывает электрические сигналы, тем эффективнее становится компьютер. Стоимость более мощных компьютеров ежегодно снижается, отчасти из-за более низкой стоимости рабочей силы и снижения цен на полупроводники.
Электроника
Практически каждый аспект высокотехнологичного общества извлекает выгоду из закона Мура в действии. Мобильные устройства, такие как смартфоны и компьютерные планшеты, не будут работать без крошечных процессоров; как и видеоигры, электронные таблицы, точные прогнозы погоды и системы глобального позиционирования (GPS).
Пособие для всех секторов
Более того, более компактные и более быстрые компьютеры улучшают транспорт, здравоохранение, образование и производство энергии — и это лишь некоторые из отраслей, которые развивались благодаря возросшей мощности компьютерных чипов.
Неизбежный конец закона Мура
Эксперты сходятся во мнении, что компьютеры должны достичь физических пределов закона Мура в какой-то момент в 2020-х годах. Высокие температуры транзисторов в конечном итоге сделают невозможным создание схем меньшего размера. Это связано с тем, что для охлаждения транзисторов требуется больше энергии, чем количество энергии, которое уже проходит через транзисторы. В интервью 2005 года сам Мур признал , что «… тот факт, что материалы состоят из атомов, является фундаментальным ограничением, и это не так уж далеко… Мы наталкиваемся на некоторые довольно фундаментальные ограничения, поэтому в один из дней мы нам придется перестать делать вещи меньше».
Создать невозможное?
Тот факт, что закон Мура, возможно, приближается к своей естественной смерти, возможно, наиболее болезненно проявляется у самих производителей чипов; поскольку эти компании обременены задачей создания все более мощных чипов вопреки реальным физическим трудностям.
Даже Intel конкурирует сама с собой и со своей отраслью, чтобы создать то, что в конечном итоге может оказаться невозможным.
В 2012 году Intel со своим 22-нанометровым процессором смогла похвастаться самыми маленькими и самыми передовыми транзисторами в мире в серийном продукте. В 2014 году Intel выпустила еще более компактный и мощный 14-нм чип; и сегодня компания изо всех сил пытается вывести на рынок свой 7-нм чип.
Для сравнения, один нанометр равен одной миллиардной части метра, что меньше длины волны видимого света. Диаметр атома колеблется примерно от 0,1 до 0,5 нанометров.
Особые указания
Видение бесконечно расширенного и взаимосвязанного будущего несет в себе как проблемы, так и преимущества. Уменьшение размеров транзисторов уже более полувека способствует развитию вычислительной техники, но вскоре инженеры и ученые должны будут найти другие способы сделать компьютеры более функциональными. Вместо физических процессов приложения и программное обеспечение могут помочь повысить скорость и эффективность компьютеров.
Облачные вычисления, беспроводная связь, Интернет вещей (IoT) и квантовая физика — все это может сыграть свою роль в будущем инноваций в области компьютерных технологий.
Несмотря на растущую озабоченность по поводу конфиденциальности и безопасности, преимущества постоянно совершенствующихся вычислительных технологий могут помочь нам сохранить здоровье, безопасность и продуктивность в долгосрочной перспективе.
Что такое закон Мура?
В 1965 году Гордон Мур предположил, что примерно каждые два года количество транзисторов в микросхемах будет удваиваться. Это явление, обычно называемое законом Мура, предполагает, что вычислительный прогресс со временем станет значительно быстрее, меньше и эффективнее. Широко известный как одна из отличительных теорий 21-го века, закон Мура имеет важные последствия для будущего технического прогресса — наряду с его возможными ограничениями.
Как закон Мура повлиял на вычислительную технику?
Закон Мура оказал непосредственное влияние на развитие вычислительной мощности.
В частности, это означает, что транзисторы в интегральных схемах стали быстрее. Транзисторы проводят электричество, содержащее молекулы углерода и кремния, которые ускоряют передачу электричества по цепи. Чем быстрее интегральная схема проводит электричество, тем быстрее работает компьютер.
Закон Мура подходит к концу?
По мнению экспертов, действие закона Мура закончится где-то в 2020-х годах. Это означает, что компьютеры, по прогнозам, достигнут своих пределов, потому что транзисторы не смогут работать в меньших схемах при все более высоких температурах. Это связано с тем, что для охлаждения транзисторов потребуется больше энергии, чем энергия, проходящая через сам транзистор.
Основы транзисторов | DigiKey
Удивительно, но первый действующий Транзистор был заявлен 70 лет назад, 23 декабря 1947! 1 Транзистор, вероятно, является одним из самых революционных компонентов, когда-либо изобретенных. Это привело к созданию интегральных схем, микропроцессоров и компьютерной памяти.
В этой статье мы обсудим следующие области;
(щелкните ссылку, чтобы перейти к любому разделу, который вам подходит)
- Что такое транзистор?
- Как работает транзистор?
- Выбор транзистора для вашего приложения
- Примеры схем транзисторов
- История изобретения транзистора
- Ссылки для дальнейшего изучения
Транзистор, также известный как BJT (транзистор с биполярным переходом), представляет собой полупроводниковое устройство, управляемое током, которое можно использовать для управления потоком электрического тока, в котором небольшая величина тока в выводе базы управляет большим током между Коллектор и Излучатель. Их можно использовать для усиления слабого сигнала, в качестве генератора или переключателя.
Они обычно изготавливаются из кристаллов кремния, где полупроводниковые слои типа N и P соединены вместе. См. рисунок 1 ниже.
Рис.
1. На рис. 1а показан разрез 2N3904 TO-92, на котором видны выводы E — эмиттер, B — база и C — коллектор, подключенные к кремнию. Рисунок 1b взят из журнала Radio-Electronics Magazine 2 за май 1958 года, на котором показаны срезы и расположение слоев типа N и P (в то время именуемые германиевым материалом).
Транзисторы герметичны и заключены в пластмассовую или металлическую банку с тремя выводами (рис. 2).
Рис. 2. Сравнение размеров и различных популярных типов упаковки.
Для примера покажем, как работает NPN-транзистор. Простой способ представить его функцию в качестве переключателя — представить воду, протекающую по трубе, управляемой клапаном. Давление воды представляет собой «напряжение», а вода, текущая по трубе, представляет собой «ток» (рис. 3). Большие трубки представляют соединение Коллектор/Эмиттер с Клапаном между ними, обозначенным на рисунке Серым Овалом, как подвижная заслонка, которая приводится в действие током из маленькой трубки, представляющей Основание.
Клапан предотвращает перетекание давления воды из коллектора в эмиттер. Когда вода течет через меньшую трубку (основание), она открывает клапан между соединением коллектор/эмиттер, позволяя воде течь к эмиттеру и на землю (земля представляет возврат для всей воды или напряжения/тока).
Рисунок 3: Это графическое представление иллюстрирует работу транзистора. Когда вода течет через меньшую трубку (основание), она открывает клапан между соединением коллектора и эмиттера, позволяя воде течь через эмиттер к земле.
Если вы хотите просто включить цепь или включить нагрузку, необходимо учитывать некоторые моменты. Определите, хотите ли вы смещать или запитывать свой транзисторный переключатель положительным или отрицательным током (т. Е. Типа NPN или PNP соответственно). Транзистор NPN управляется (или включается) положительным током, смещенным на базе, для управления током, протекающим от коллектора к эмиттеру. Транзисторы типа PNP управляются отрицательным током, смещенным на базе, для управления потоком от эмиттера к коллектору.
(Обратите внимание, что полярность для PNP противоположна полярности NPN.) См. рис. 4 ниже для более подробной информации.
Рисунок 4: Схематические обозначения для каждого типа транзистора.
После того, как напряжение смещения определено, следующей необходимой переменной является количество напряжения и тока, необходимых для работы нагрузки. Это будут минимальные значения напряжения и тока транзистора. В таблицах 1 и 2 ниже показаны некоторые популярные транзисторы и основные характеристики, включая ограничения по напряжению и току.
Транзисторы, NPN и PNP, с выводами и для поверхностного монтажа
**Технические характеристики могут отличаться – см.  технический паспорт | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
) при Ic, VceТаблица 1. Популярные транзисторы NPN и PNP с выводами и для поверхностного монтажа.
Транзисторы NPN и PNP в металлической упаковке
 технический паспорт | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 2. Популярные транзисторы NPN и PNP в металлических банках.
На рис. 5 ниже показан пример схемы, которая включает переход коллектор-эмиттер, подавая питание на базу или смещая транзистор, чтобы включить его, подавая 5 вольт на базу с помощью ползункового переключателя. В этом примере зажигается светодиод, который в данном случае является нагрузкой. При смещении базы требуется правильное использование резисторов для предотвращения перегрузки по току. Я использовал свинцовые детали на макетной плате, чтобы протестировать свою схему. Большинство инженеров будут использовать компоненты для поверхностного монтажа (намного меньшего размера, чем TO-9).2), когда речь идет об использовании транзисторов в новой конструкции продукта, выходящего на рынок. Вот ссылка, которая показывает различные размеры корпуса для транзисторов 3904.
Поскольку 2N3904 представляет собой NPN-транзистор, база нуждается в положительном смещении (соответствующие уровни напряжения и сопротивления), чтобы включить переход коллектор-эмиттер для надлежащего протекания тока.
Также важно использовать нагрузочный резистор (R1), чтобы через светодиод и транзистор не проходил слишком большой ток. Для получения дополнительной информации об этом транзисторе см. 2N39.04 даташит.
Рисунок 5: Пример схемы 2N3904 для освещения светодиода с ползунковым переключателем EG1218 с выводами C (коллектор), E (эмиттер) и B (база) (изображение на схеме).
На рис. 6 показан пример схемы ночного освещения с использованием PNP-транзистора. Чтобы увидеть подробности этой схемы, перейдите на инженерный вики-сайт Digi-Key и выполните поиск PNP Night Light.
Рисунок 6: Пример схемы ночника 2N3906 для освещения светодиода с фотоэлементом ПДВ-П5003 (Изображение нарисовано на схеме-it)
Как все началось? Эта кроличья нора уходит очень глубоко; однако я начну с изобретения телефона. Многие спорят, кто на самом деле изобрел первый работающий электрический прототип; однако первый патент был получен Александром Грэмом Беллом 7 марта -го -го, 1876-го -го 3 -го, а позже он основал Американскую телефонную и телеграфную компанию (также известную как AT&T).
Примерно в 1894 году 1 срок действия патента Белла истек. Хотя AT&T доминировала на рынке телефонов до начала 19В 2000-х годах образовались другие компании, которые отбирали клиентов у AT&T. Из-за этого компания чувствовала необходимость продолжать доминировать и расширять свой рынок. В 1909 году президент AT&T Теодор Вейл ( 1 ) хотел трансконтинентально передавать телефонные звонки (из Нью-Йорка в Калифорнию). Но для этого им нужен был хороший усилитель или повторитель для усиления сигналов, передаваемых на большие расстояния. Ранее, в 1906 году, Ли Де Форест взял идею, созданную Джоном А. Флемингом (который взял работу у Томаса Эдисона, создав ламповое устройство под названием «колебательный клапан», используемое для обнаружения радиоволн), модифицировал ее, чтобы создать триод. неэффективная вакуумная лампа с 3 клеммами, которую можно было использовать в качестве усилителя. В 1912 Гарольд Арнольд из Western Electric Company (производитель AT&T) пригласил Фореста продемонстрировать свое изобретение.
Хотя Triode Фореста работал при низком напряжении, Арнольду нужно было, чтобы он работал при более высоком напряжении, чтобы сделать эффективные повторители для передачи голоса на большие расстояния. Арнольд считал, что сможет создать лучший триод, поэтому он нанял ученых, чтобы понять, как работает устройство и как он может его улучшить. В октябре 1913 года ему это удалось. Вскоре после этого повсюду были проложены телефонные линии. Инвестиции, которые AT&T в течение многих лет делала для найма лучших ученых, заставили их осознать, что проведение глубоких исследований даст им конкурентное преимущество перед конкурентами, и поэтому в 1919 году они создали «Bell Telephone Laboratories».25.
Многие тысячи электронных ламп и реле были необходимы для поддержания работы телефонных линий. Однако электронные лампы потребляли много энергии, были большими и часто перегорали. Получив представление о технологических разработках кристаллического выпрямителя, используемого для включения радаров, во время Второй мировой войны, Мервин Келли, директор по исследованиям Bell, подозревал, что полупроводники (твердотельные устройства) могут быть ответом на создание устройства, которое могло бы заменить дорогостоящие , ненадежные вакуумные трубки.
Келли обратился к одному из их блестящих физиков, Уильяму Шокли, чтобы он объяснил свое видение улучшения компонентов, используемых для передачи голоса по проводам. Келли выразил чувство, что он был бы рад, когда шумные механические реле и энергоемкие вакуумные лампы когда-нибудь будут заменены твердотельными электронными устройствами. Это очень понравилось Шокли и стало его главной целью. Келли поручил Шокли найти способ воплотить это в жизнь.
Он был блестящим теоретиком, но не так хорош в построении своих идей. Шокли предпринял несколько попыток доказать свою идею о переносе электронов с помощью полевого эффекта для соединения двух сторон полупроводника путем возбуждения пластины над полупроводниками. Он был неудачным. Разочарованный, он обратился к двум другим физикам из Bell labs, Джону Бардину (отлично разбирался в теории электронов в полупроводниках) и Уолтеру Браттейну (отлично разбирался в прототипах и использовании лабораторного оборудования). Они стали частью его команды.
Шокли позволил двойной команде работать самостоятельно. На протяжении многих лет было предпринято много попыток заставить полевой эффект работать, но так и не удалось. Они проверили свои расчеты, и в теории это должно было сработать. Думая нестандартно, Бардин и Браттейн экспериментировали с тонкими пластинами кремния и германия, пытаясь заставить работать эффект поля. Осенью 1947 появились признаки прогресса, поскольку у Браттейна возникли проблемы с конденсацией воды, осевшей на поверхности полупроводника. Вместо того, чтобы высушить его, он поместил каплю воды поверх кремния, подал питание на пластину над ним и заметил усиливающий эффект. Капля воды помогла преодолеть поверхностный барьер, который помог создать поток электронов, но она была вялой и не могла чисто усиливать голосовые сигналы, необходимые для успешной передачи голоса.
В декабре 1947 (отмеченный как Месяц Чудес) они думали об устранении зазора полевого эффекта, удалении воды и создании золотого контакта для прикосновения к полупроводнику.
Они перешли на германий, с которым в то время было легче работать, и изолировали его тонкой окисной пленкой, которая естественным образом образуется на германии. Многие тесты были проведены безуспешно. Затем, в середине декабря, по-видимому, случайно, Вальтер Браттейн непреднамеренно смыл оксидное покрытие, сделав золотой контакт прямым к германию! Бинго!!! Он обнаружил хорошее усиление, и транзистор был в рабочем состоянии. Вместо того, чтобы электроны притягивались к поверхности полупроводника, как предполагалось в теории Шокли с эффектом поля, Браттейн/Бардин обнаружили, что, соприкасаясь с полупроводником золотым контактом, они впрыскивают в полупроводник дырки, позволяя электричеству течь. Примерно в середине декабря 1947, без ведома Шокли они начали создавать действующий прототип. Браттейн собрал аппарат в форме пластикового треугольника с золотой фольгой по скошенным краям и сделал тонкий как бритва разрез в точке треугольника. Это был чрезвычайно грубый прототип. Они использовали скрепку, превращенную в пружину, чтобы вдавить треугольник в тонкий германиевый полупроводник поверх тонкой медной пластины, где было два вывода — по одному на каждом конце треугольника.
Медная пластина под срезом германия служила 3 rd , если хотите (рис. 7). В итоге он получил название «Транзистор с точечным контактом».
Браттейн и Бардин позвонили Шокли, чтобы сообщить ему хорошие новости. То, что я исследовал, говорит о том, что у Шокли были смешанные чувства: он был рад, что это работает, но разочарован тем, что он не создал его напрямую. Демонстрация начальству Шокли состоялась через неделю после того, как они обнаружили его 23 декабря -го -го года 1947 года (об этом было публично объявлено 30 июня 1948 года). Позже в это время был сделан снимок для истории (рис. 8). Шокли знал, что хрупкий транзистор с точечным контактом будет нелегко изготовить, и он был поглощен попытками сделать его лучше (самим). Шокли лихорадочно работал, пытаясь решить проблему по-своему… документируя свои мысли о попытке сделать ее более интегрированной путем наложения полупроводниковых материалов друг на друга. Потребовалось гораздо больше исследований, чтобы завершить теорию для подачи заявки на патент на переходной транзистор (подана 25 июня 99 г.
).0079-й , 1948 г.). Функциональный транзистор с n-p-n переходом был продемонстрирован 20 апреля -го -го года 1950 года (это стало возможным благодаря работе Гордона Тила и Моргана Спаркса). Детали всего этого гораздо глубже, чем вы можете себе представить 4 .
Нобелевская премия за изобретение эффекта транзистора была присуждена Уильяму Шокли, Джону Бардину и Уолтеру Браттейну 10 декабря 1956 года.
Рис. 8: Джон Бардин (слева), Уильям Шокли (в центре) и Уолтер Браттейн (справа). (Используется повторно с разрешения корпорации Nokia)
- Риордан, Майкл и Лилиан Ходдесон. 1997. Хрустальный огонь: изобретение транзистора и рождение информационной эпохи. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: В.В. Нортон и Компания, Инк.
- Райдер, Р.М. 1958. «Десять лет транзисторов», Radio-Electronics Magazine, , май, стр. 35.
- Издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company.
