Транзистор что это такое: Транзистор — полупроводниковый элемент, устройство. Как транзистор работает, из чего состоит, для чего нужен?

Содержание

Транзистор — полупроводниковый элемент, устройство. Как транзистор работает, из чего состоит, для чего нужен?

Транзистор (transistor) – полупроводниковый элемент с тремя выводами (обычно), на один из которых (коллектор) подаётся сильный ток, а на другой (база) подаётся слабый (управляющий ток). При определённой силе управляющего тока, как бы «открывается клапан» и ток с коллектора начинает течь на третий вывод (эмиттер).

То есть транзистор – это своеобразный клапан, который при определённой силе тока, резко уменьшает сопротивление и пускает ток дальше (с коллектора на эмиттер). Происходит это потому, что при определенных условиях, дырки имеющие электрон, теряют его принимая новый и так по кругу. Если к базе не прилагать электрический ток, то транзистор будет находиться в уравновешенном состоянии и не пропускать ток на эмиттер.

В современных электронных чипах, количество транзисторов исчисляется миллиардами. Используются они преимущественно для вычислений и состоят из сложных связей.

Полупроводниковые материалы, преимущественно применяемые в транзисторах это: кремний, арсенид галлия и германий. Также существуют транзисторы на углеродных нанотрубках, прозрачные для дисплеев LCD и полимерные (наиболее перспективные).

 

Разновидности транзисторов:

Биполярные – транзисторы в которых носителями зарядов могут быть как электроны, так и «дырки». Ток может течь, как

в сторону эмиттера, так и в сторону коллектора. Для управления потоком применяются определённые токи управления.

Полевые транзисторы – распротранёные устройства в которых управление электрическим потоком происходит посредством электрического поля. То есть когда образуется большее поле – больше электронов захватываются им и не могут передать заряды дальше. То есть это своеобразный вентиль, который может менять количество передаваемого заряда (если полевой транзистор с управляемым

p—nпереходом). Отличительной особенностью данных транзисторов являются высокое входное напряжение и высокий коэффи­циент усиления по напряжению.

Комбинированные – транзисторы с совмещёнными резисторами, либо другими транзисторами в одном корпусе. Служат для различных целей, но в основном для повышения коэффициента усиления по току.

 

Подтипы:

Био-транзисторы – основаны на биологических полимерах, которые можно использовать в медицине, биотехнике без вреда для живых организмов. Проводились исследования на основе металлопротеинов, хлорофилла А (полученного из шпината), вируса табачной мозаики.

Одноэлектронные транзисторы – впервые были созданы российскими учёными в 1996 году. Могли работать при комнатной температуре в отличии от предшественников. Принцип работы схож с полевым транзистором, но более тонкий. Передатчиком сигнала является один или несколько электронов. Данный транзистор также называют нано- и квантовый транзистор. С помощью данной технологии, в будущем рассчитывают создавать транзисторы с размером меньше 10 нм, на основе графена.

 

Для чего используются транзисторы?

Используются транзисторы в

усилительных схемах, лампах, электродвигателях и других приборах где необходимо быстрое изменение силы тока или положение вклвыкл. Транзистор умеет ограничивать силу тока либо плавно, либо методом импульспауза. Второй чаще используется для ШИМ-управления. Используя мощный источник питания, он проводит его через себя, регулируя слабым током.

Если силы тока недостаточно для включения цепи транзистора, то используются несколько транзисторов с большей чувствительностью, соединённые каскадным способом.

Мощные транзисторы соединённые в один или несколько корпусов, используются в полностью цифровых усилителях на основе ЦАП. Часто им требуется дополнительное охлаждение. В большинстве схем, они работают в режиме ключа (в режиме переключателя).

Применяются транзисторы также в системах питания, как цифровых, так и аналоговых (материнские платы, видеокарты, блоки питания & etc).

Центральные процессоры, микроконтроллёры и SOC тоже состоят из миллионов и миллиардов транзисторов, соединённых в определённом порядке для специализированных

вычислений.

Каждая группа транзисторов, определённым образом кодирует сигнал и передаёт его дальше на обработку. Все виды ОЗУ и ПЗУ памяти, тоже состоят из транзисторов.

Все достижения микроэлектроники были бы практически невозможны без изобретения и использования транзисторов. Трудно представить хоть один электронный прибор без хотя бы одного транзистора.

ТРАНЗИСТОР – это… Что такое ТРАНЗИСТОР?

  • ТРАНЗИСТОР — (от англ. transfer перенос и resistor сопротивление) трёхэлектродный полупроводниковый прибор, способный усиливать электрич. сигналы. Изобретён Дж. Бардином (J. Bardeen), У. Браттейном (W. Brattain) и У. Шокли (W. Shockley) в 1948 (Нобелевская… …   Физическая энциклопедия

  • ТРАНЗИСТОР — (от англ. transfеr переносить и резистор) полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, выполненный на основе монокристаллического полупроводника (преимущественно Si или Ge), содержащего не менее… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ТРАНЗИСТОР — ТРАНЗИСТОР, ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ электронное устройство, способное усиливать электрические сигналы.

    В основное вещество КРЕМНИЙ или ГЕРМАНИЙ добавляется очень малое количество присадки МЫШЬЯКА или СУРЬМЫ, чтобы образовался материал типа п, в котором …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • транзистор — филдистор, радиоприемник Словарь русских синонимов. транзистор сущ., кол во синонимов: 8 • микротранзистор (1) • …   Словарь синонимов

  • ТРАНЗИСТОР — ТРАНЗИСТОР, а, муж. 1. Полупроводниковый прибор, усиливающий, генерирующий и преобразующий электрические колебания. 2. Портативный радиоприёмник с такими приборами. | прил. транзисторный, ая, ое (к 1 знач.). Т. приёмник. Толковый словарь Ожегова …   Толковый словарь Ожегова

  • транзистор — транзистор, мн. транзисторы, род. транзисторов (неправильно транзистора, транзисторов) …   Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

  • транзистор — Электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три или более вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний. [РД 01.120.00 КТН 228 06] Тематики магистральный нефтепроводный транспорт EN… …   Справочник технического переводчика

  • ТРАНЗИСТОР — (1) полупроводниковый (см.), предназначенный для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических колебаний различных частот. Представляет собой монокристалл германия, кремния, арсенида галлия, фосфида галлия или др.… …   Большая политехническая энциклопедия

  • Транзистор — Дискретные транзисторы в различном конструктивном оформлении …   Википедия

  • Транзистор — (от англ. transfer переносить и resistor сопротивление)         электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или более) вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний. Изобретён в… …   Большая советская энциклопедия

  • что это такое и как оно работает / Хабр

    Вступление

    Сегодня мы попытаемся понять, что же такое генератор Ройера на примере CCFL конвертера, соберем его прототип, а так же изучим принцип работы.

    Предыстория

    Попал ко мне в руки давеча нерабочий сканер, чинить его не было никакого смысла, поэтому он пошел на запчасти. Снял я с него CCFL (cold cathode fluorescent lamp) лампу, конвертер и решил с ними поиграться.

    Но конвертер оказался нерабочим, а так как поиграться очень хотелось, я решил его восстановить. Так как при замене сгоревшего транзистора у китайской платы начали отслаиваться дорожки, я решил сделать свою, заодно поподробнее изучить принцип работы и написать статью на Хабр, может быть кому-то будет интересно.

    Схема и принцип работы

    Итак, вернемся к Ройеру. Схема, запатентованная в 1954 году Джорджем Х. Ройером, представляет из себя резонансный автогенератор, собранный по топологии пуш-пулл. Вообще, модификаций этой схемы много, но все они отличаются вариациями обмотки связи, и по принципу работы одинаковы. Есть так же генератор Ройера на полевых транзисторах, но это совсем другая схема. В данной статье мы рассматриваем только модифицированный генератор Ройера на биполярных транзисторах, с обмоткой связи без отвода, наиболее часто использующейся в балластах CCFL. Рассмотрим схему:

    При подаче питания ток течет к базе транзистора Q2 через резистор R1. Этот резистор служит только для запуска, и с ним связан один момент, но о нем чуть позже. Транзистор Q2 начинает отпираться и через его переход коллектор-эмиттер и часть первичной обмотки начинает течь ток, а также начинает заряжаться конденсатор C1. В этот момент наводится напряжение в обмотке связи, и ток начинает вытекать из базы Q1, втекая в базу Q2. Транзистор Q1 удерживается запертым, а Q2 открывается еще больше, но, поскольку первичная обмотка с контурным конденсатором C1 составляет колебательный контур, через некоторое время заряженный конденсатор C1 начинает отдавать ток в первичную обмотку в обратном направлении, и в обмотке связи ток начинает течь наоборот. Транзисторы Q1 и Q2 меняют свои состояния на противоположные и процесс генерации стабилизируется на резонансной частоте контура, в результате чего в нем образуются синусоидальные колебания, а во вторичной обмотке наводится напряжение. Дроссель L1 накапливает энергию и отдает ее в момент переключения транзисторов, как бы повышая напряжение питания, а так же с конденсатором C2 составляет LC-фильтр.

    Плата и компоненты

    Через полчаса работы я развел плату и отправил ее травиться (архив с полезностями, в том числе плата в PDF, доступен по ссылке в конце статьи), а сам успел попить чай.

    Я немного изменил схему, в частности, поставил PNP транзисторы, поскольку подходящих NPN под рукой не оказалось, а так же добавил второй резистор.

    И добавил я его не просто так, помните, я обещал рассказать о резисторе для запуска? В идеале он должен быть несколько десятков килоом, чтобы не влиять на работу, но суметь запустить процесс, а управление транзисторами должно осуществляться исключительно обмоткой связи. Но хитрым китайцам жалко меди, и поэтому в обмотке связи только два витка, и с резистором положенного сопротивления лампа даже не зажигается. Но они ставят резистор более низкого сопротивления, в результате транзистор с эти резистором в базе работает в более нагруженном режиме, он то и сгорел. Я не стал перематывать трансформатор, а поставил более мощные транзисторы и два резистора. Теперь помимо обмотки связи транзисторы отпираются при помощи этих резисторов, в результате мощность балласта повысилась с 4 до 20 ватт, но это предел как для трансформатора, так и для транзисторов.

    Испытания

    Теперь мы можем снимать дуги и питать CCFL трубки с этого драйвера. Питание схемы 12 вольт.

    Архив с полезностями доступен по ссылке.

    Буду рад, если статья была полезной или интересной!

    Транзисторы: описание, подключение, схема, характеристики

    Транзистор – электронная “кнопка” в цепи питания, которая нажимается не пальцем, а электрическим сигналом, например от контроллера, что позволяет управлять сильным импульсом при помощи слабого.

    Содержание

    • Назначение
    • Биполярные транзисторы
    • Полевые транзисторы
    • Пример
    • Вывод

    Назначение транзисторов

    Транзистор – электронная “кнопка” в цепи питания, которая нажимается не пальцем, а электрическим сигналом, например от контроллера, что позволяет управлять сильным импульсом при помощи слабого.
    Также применяется для преобразования и коммутации электрических сигналов, что широко используется в электронных устройствах любой сложности, в том числе в микросхемах, в качестве атомарного триггера и так далее.

    Как правило, у транзистора имеется три ноги: для входа, для выхода и для управляющего сигнала.

    В DIY-разработках чаще всего используются транзисторы в двух корпусах: ТО-92 для небольших нагрузок и ТО-220 – более крупный и более мощный.

    Транзисторы бывают двух типов: биполярные и полевые, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

    Биполярные транзисторы.

    Простое, надежное, компактное и недорогое устройство. Три контакта имеют следующие названия и назначения:
    • Коллектор – контакт для мощного положительного тока, которым следует управлять.
    • Эмиттер – контакт для “земли” мощного тока, на который открывается или закрывается транзит в зависимости от состояния Базы.
    • База – та самая “кнопка”, подавая небольшой ток на которую можно разблокировать связь коллектор-эмиттер, а заземлив его – заблокировать.
    Простейшая схема подключения биполярного транзистора выглядит так:

    В роли затвора, в нашем случае, чаще всего выступает пин Ардуино. Токоограничивающий резистор нужен для того, чтобы этот самый пин не сгорел, так как при подаче сигнала этот контакт замкнется на землю. Для этой цели достаточно резистора номиналом от 180 Ом.

    Основной характеристикой биполярного транзистора является является коэффициент усиления hfe, соотношение между управляющим током и током нагрузки:

    Ice = Ibe * hfe

    Давайте рассчитаем, какой ток можно пропустить через типовой транзистор bc337 в корпусе ТО-92. Согласно даташита, коэффициент усиления такого транзистора составляет от 160 до 400, возьмем 300 как разумно-оптимальный. Примем номинал токоограничивающего резистора за 1 кОм, значит на базе получим ток:

    Ibe = V/R = 5/1000 = 0. 005 А

    Вычисляем максимальный управляемый ток при помощи нехитрой формулы:

    Ice = 5 мА * 300 = 1500 мА

    Ответ: при помощи транзистора bc337 мы (теоретически) можем управлять нагрузкой до 1.5 А. При более высокой нагрузке транзистор откроется не полностью, “лишняя” часть пойдет на нагрев и транзистор быстро сгорит.

    К основным характеристикам биполярного транзистора также можно причислить максимальное напряжение коллектор-эмиттер и максимальный ток через коллектор. Для нашего примера bc337 эти параметры, соответственно, 50 В и 0.8 А. Получается, что расчетные 1.5 А мы пропускать через этот транзистор все-таки не сможем, максимум 0.8. Поэтому, перед выбором транзистора, обязательно изучите его характеристики и свойства нагрузки.

    Биполярные транзисторы выпускаются в двух разновидностях: NPN и PNP.

    Транзистор из рассмотренного выше примера – NPN (Negative-Positive-Negative), такие более эффективны, а значит и распространены. PNP-транзисторы работают по обратной логике: при заземлении базы открываются, при подаче на нее питания закрываются.

    Полевые транзисторы

    Полевый транзисторы позволяют управлять гораздо более мощными нагрузками, при тех же размерах корпуса. В отличие от биполярных транзисторов, ток через затвор полевых не проходит, он изолирован от главной нагрузки, управление происходит только при помощи напряжения, а значит токоограничивающий резистор для них не нужен.

    Названия и назначения контактов:

    • Сток – для подачи управляемой нагрузки;
    • Исток – для заземления, связь с которым открывается или закрывается в зависимости от состояния затвора;
    • Затвор – управляющий контакт, подаем напряжение – открываем транзистор, заземляем – закрываем.
    Простейшая схема подключения полевого транзистора выглядит очень похоже:

    Основными характеристиками полевого транзистора являются:
    • Максимальное напряжение сток-исток;
    • Максимальный ток через сток;
    • Сопротивление сток-исток;
    • Рассеиваемая мощность;
    Недостатком полевого транзистора является то, что часть пропускаемой мощности в нем превращается в тепло, потому рассеиваемая мощность является таким важным параметром. Выделяемая мощность – это напряжение в квадрате, умноженное на сопротивление сток-исток, если она превысит допустимое, транзистор перегреется и выйдет из строя.

    Наиболее известная разновидность полевого транзистора – MOSFET, чаще всего в DIY используются именно они. Особое внимание обратите на транзисторы с буквой L в маркировке, например IRLZ44n, они очень удобны для работы с контроллерами благодаря логическому уровню управления. Это значит, что для полного открытия гарантированно хватит сигнала с пина, обычно это от 2,5 В и выше. Максимальный ток сток-исток таких транзисторов многократно больше, чем у полевых, в случае IRLZ44n это аж 45 А, против 0,8 А у bc337. Поэтому для управления серьезной нагрузкой рекомендуется использовать именно их.


    Пример

    Рассматривать применение транзисторов в качестве простого выключателя мы здесь не будем, тем более, что такие схемы уже приведены выше. Давайте попробуем сделать из них что-то более сложное и полезное. Например, управление асинхронным электромотором с возможностью реверса. Для этого применим схему подключения, известную как Н-мост. Простейший вариант будет выглядеть так:

    Для запуска мотора в одном направлении, подаем на первый пин единицу, на второй ноль. Нетрудно заметить на схеме, что при этом ток пойдет по красной линии, плюс на левый контакт мотора, минус на правый. Если выставим состояние пинов в обратное положение, ток пойдет по синей линии и мотор будет крутиться в противоположном направлении. Если оба пина выставить в одинаковое положение, мотор вращаться не будет, так как на его контактах будет отсутствовать разница потенциалов.

    Можно обойтись и одним пином, для этого подключить второй управляющий контакт через логический инвертор, как пример – микросхему 74HC04, которая превращает ноль в единицу и наоборот. Тогда на пинах всегда будет разноименный сигнал и мотор будет вращаться в ту или другую сторону, в зависимости от подключения и состояния единственного управляющего пина.


    Вывод


    Транзистор – очередной элементарный “кирпичик”, один из базовых элементов электроники, наряду с резистором и конденсатором и диодом. Комбинацией этих “кубиков” создается подавляющее количество электронных схем. Знать эти элементы, их свойства, разновидности и уметь ими пользоваться должен каждый DIY-мастер.

    Режимы работы и схемы включения полевых транзисторов

     

    Анализируя возможность использования полевых транзисторов для усиления электрических сигналов мы ограничивались только одним частным случаем подачи на электроды транзистора определенных напряжений и не рассматривали некоторые достаточно важные физические процессы в полупроводниках. Но помимо уже описанной ситуации возможны и другие, приводящие, например, к протеканию в канале тока не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку и т.п.

    В общем случае для полевого транзистора, так же как и для биполярного, возможны различные устойчивые состояния (режимы работы). Они отличаются друг от друга тем, в каком состоянии находится канал, соединяющий исток и сток транзистора, а также направлением тока, протекающего в канале. В полевых транзисторах дополнительно принято классифицировать также режим воздействия затвора на канал (стимулирует или подавляет протекание тока в нем).

    Ниже при описании режимов работы полевых транзисторов мы применим ту же терминологию, какая используется для биполярных транзисторов. Однако следует понимать, что в полевых транзисторах физические процессы протекают иначе и зачастую нельзя однозначно утверждать, что транзистор находится в таком-то режиме без некоторых уточнений. Например, в нашей транскрипции активный режим и режим насыщения могут существовать одновременно независимо друг от друга.

     

    Активный режим — соответствует случаям, рассмотренным при анализе усилительных свойств полевых транзисторов. Именно в активном режиме транзистор наилучшим образом проявляет свои усилительные свойства. Часто такой режим называюют основным, усилительным или нормальным (на усилительные свойства полевого транзистора также оказывает влияние состояние канала, а именно находится ли он в режиме насыщения — см. ниже). При рассмотрении полевых транзисторов мы практически всегда (за исключением ключевых схем) имеем дело с активным режимом, но здесь имеется одна тонкость, о которой также часто говорят как о режиме работы транзистора (или как о режиме работы затвора). В различных видах полевых транзисторов и при различных внешних напряжениях затвор может оказывать два вида воздействий на канал: в первом случае (например, в полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом при напряжениях на электродах, соответствующих рис. 2-1.5) он препятствует протеканию тока через канал, уменьшая число носителей зарядов, проходящих через него (такой режим называют режимом обеднения канала), во втором случае (например, в МДП-транзисторах с индуцированным каналом, включенных в соответствии с рис. 2-1.7) затвор, наоборот, стимулирует протекание тока через канал, увеличивая число носителей зарядов в потоке (режим обогащения канала). Часто просто говорят о режиме обеднения и режиме обогащения. Заметим, что МДП-транзисторы с индуцированным каналом могут находиться в активном режиме только в случае режима обогащения канала, а для МДП-транзисторов со встроенным каналом это может быть и режим обогащения, и режим обеднения. В полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом попытка приложить прямое смещение на этот переход вызывает его открытие и протекание существенного тока в цепи затвора. Реальные процессы в транзисторе в этом случае сильно зависят от его конструкции, практически никогда не документируются и трудно предсказуемы. Поэтому говорить о режиме обогащения для полевых транзисторов с управляющим переходом не принято да и просто бессмысленно.

    Инверсный режим — по процессам в канале противоположен активному режиму, т.е. поток носителей зарядов в канале протекает не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку. Для инверсного режима требуется только изменение полярности напряжения на канале, полярность напряжения на затворе остается неизменной. В таком режиме транзистор также может использоваться для усиления. Обычно из-за конструктивных различий между областями стока и истока усилительные свойства транзистора в инверсном режиме проявляются хуже, чем в режиме активном. Впрочем, в некоторых видах МДП-транзисторов конструктивная ассиметрия минимальна, что приводит к симметричности выходных статических характеристик такого транзистора относительно изменения полярности напряжения сток—исток. Данный режим практически никогда не используется в усилительных схемах, но для аналоговых переключателей на полевых транзисторах он оказывается полезен. Однако здесь есть одна ловушка, в которую довольно легко попасть начинающему. Дело в том, что в большинстве МДП-транзисторов (особенно в мощных) производители соединяют подложку с истоком внутри корпуса прибора, что фактически означает, что в этих транзисторах между истоком и стоком имеется диод который не позволяет подавать на переход исток—сток инверсное напряжение, превышающее прямое падение напряжения на этом диоде, т. е. инверсный режим в таком транзисторе попросту невозможен. Вообще, в случае полевых транзисторов о режиме работы вспоминают гораздо реже, чем для биполярных. Дело здесь в том, что каждый конкретный тип полевого транзистора имеет конструкцию строго ориентированную на выполнение какой-то конкретной функции (усиление слабых сигналов, ключ и т.п.), все документируемые параметры транзистора в этом случае характеризуют его работу именно в основном режиме при выполнении предназначенной функции. Поэтому имеет смысл говорить просто о нормальном режиме работы, когда все соответствует документации, или о ненормальном, который в документации просто не предусмотрен (да и вряд ли кому-то понадобиться использовать его в схемах).

    Режим насыщения — характеризует состояние не всего транзистора в целом, как это было для биполярных приборов, а только токопроводящего канала между истоком и стоком. Данный режим соответствует насыщению канала основными носителями зарядов. Такое явление как насыщение является одним из важнейших физических свойств полупроводников. Оказывается, что при приложении внешнего напряжения к полупроводниковому каналу, ток в нем линейно зависит от этого напряжения лишь до определенного предела (напряжение насыщения), а по достижении этого предела стабилизируется и остается практически неизменным вплоть до пробоя структуры. В приложении к полевым транзисторам это означает, что при превышении напряжением сток—исток некоторого порогового уровня оно перестает влиять на ток в цепи. Если для биполярных транзисторов режим насыщения означал полную потерю усилительных свойств, то для полевых это не так. Здесь наоборот, насыщение канала приводит к повышению коэффициента усиления и уменьшению нелинейных искажений. До достижения напряжением сток—исток уровня насыщения ток через канал линейно увеличивается с ростом напряжения (т.е. ведет себя так же, как и в обычном резисторе). Автору неизвестно какого-либо устоявшегося названия для такого состояния полевого транзистора (когда ток через канал идет, но канал ненасыщен), будем называть его режимом ненасыщенного канала (он находит применение в аналоговых ключах на полевых транзисторах). Режим насыщения канала обычно является нормальным при включении полевого транзистора в усилительные цепи, поэтому в дальнейшем при рассмотрении работы транзисторов в схемах мы не будем делать особого акцента на этом, подразумевая, что между стоком и истоком транзистора присутствует напряжение, достаточное для насыщения канала.

    Режим отсечки — режим, в котором ток через канал полевого транзистора не протекает. Переход полевого транзистора в режим отсечки происходит по достижении напряжением на затворе определенного порога (напряжение отсечки). В полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом это имеет место при постепенном увеличении обратного смещения на перереходе, а в МДП-транзисторах со встроенным каналом при увеличении разности потенциалов между истоком и затвором при условии работы в режиме обеднения канала. В МДП-транзисторах с индуцированным каналом режим отсечки имеет место при нулевой разности напряжений между истоком и затвором, а по достижении напряжения отсечки (или порогового напряжения) канал открывается. Поскольку выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, он используется в ключевых схемах и соответвует размыканию транзисторного ключа.

    Помимо режима работы для эксплуатации полевых транзисторов имеет значение то, каким образом транзистор включен в каскад усиления (как поданы питающие напряжения на его электроды, в какие цепи включены нагрузка и источник сигнала). Так же как и для биполярных транзисторов, здесь различают три основных способа (рис. 2-1.8): схема с общим истоком (ОИ), схема с общим стоком (ОС) и схема с общим затвором (ОЗ).

     

    Рис. 2-1.8. Схемы включения полевых транзисторов (направления токов соответствуют активному режиму работы)

     

    Для полевых транзисторов полностью сохраняется понятие класса усиления в том же виде, в каком оно описано в подразделе Классы усиления для биполярных транзисторов. Отличие лишь в том, что критерием нахождения транзистора в режиме усиления здесь служит наличие потока зарядов через канал от истока к стоку.

     

     

    < Предыдущая   Следующая >

    Транзистор

    Библиотека: Проводка
    Введён в: 2.7.0
    Внешний вид:

    Поведение

    Транзистор имеет два входа, называемые затвор и исток, и выход, называемый сток. На схемах вход исток и выход сток изображаются соединёнными пластиной; Logisim отрисовывает стрелку, указывающую направление потока от входа к выходу. Вход затвор изображён соединённым с пластиной, параллельной пластине, соединяющей исток со стоком. Logisim поддерживает два типа транзисторов с немного различными поведениями, описанными ниже; транзистор p-типа обозначен кружком, соединяющим вход затвор с его пластиной, а транзистор n-типа не имеет такого кружка.

    В зависимости от значения, поступающего на затвор, значение с истока может быть передано на сток; или соединения с истоком может не быть, тогда значение на стоке остаётся плавающим. Решение о передаче или разъединении зависит от типа транзистора: транзистор p-типа (обозначенный кружком на линии затвора) передаёт значение, когда на затворе 0, а транзистор n-типа (без кружка) передаёт значение, когда на затворе 1. Это поведение обобщено следующими таблицами.

    p-тип
    затвор
    01X/Z
    0 0ZX
    исток1 1ZX
    Z ZZZ
    X XZX
       
    n-тип
    затвор
    01X/Z
    0 Z0X
    исток1 Z1X
    Z ZZZ
    X ZXX

    Или в краткой форме:

    p-тип
    затворсток
    0исток
    1Z
    X/ZX*
       
    n-тип
    затворсток
    0Z
    1исток
    X/ZX*

    * Если на истоке Z, то на стоке Z; в противном случае на стоке X.

    Если значение атрибута Биты данных больше единицы, то вход затвор остаётся однобитным, но значение на нём применяется одновременно к каждому биту входа исток.

    Транзистор n-типа ведёт себя очень похоже на Управляемый буфер. Основная разница в том, что транзистор предназначен для проектирования более элементарных схем.

    Контакты (предполагается, что компонент направлен на восток, положение затвора – сверху/справа)

    Западный край (вход, разрядность соответствует атрибуту Биты данных)
    Вход исток компонента, значение с которого будет передано на выход, если это инициировано входом затвор.
    Северный край (вход, разрядность равна 1)
    Вход затвор компонента. Для транзисторов p-типа транзистор будет передавать значение, если значение на затворе – 0; для транзисторов n-типа это будет происходить, если на затворе 1.
    Восточный край (выход, разрядность соответствует атрибуту Биты данных)
    Выход компонента, значение на котором будет совпадать со значением на входе исток, если это определено входом затвор, или будет плавающим, если на входе затвор соответствующее значение. Если на затворе плавающее значение, или значение ошибки, то на выходе будет значение ошибки.

    Атрибуты

    Когда компонент выбран, или уже добавлен, комбинации от Alt-0 до Alt-9 меняют его атрибут Биты данных, а клавиши со стрелками меняют его атрибут Направление.

    Тип
    Определяет тип транзистора: p-тип или n-тип.
    Направление
    Направление компонента (его выхода относительно его входа).
    Положение затвора
    Положение входа затвор.
    Биты данных
    Разрядность входов и выходов компонента.

    Поведение Инструмента Нажатие

    Нет.

    Поведение Инструмента Текст

    Нет.

    Назад к Справке по библиотеке

    Применение полевого транзистора

    Полевые транзисторы используют как аналоговые выключатели. Применение их как выключателей в аналоговых схемах является прямым следствием их способа работы. Это обусловлено тем обстоятельством, что когда напряжение на затворе-источнике, VGS равно нулю, n-канал транзистора будет работать в области насыщения и будет действовать почти как небольшая схема.

    Таким образом, напряжение на выходе будет равно нулю (Рисунок 1). С другой стороны, если отрицательное напряжение находится между выводами затвора и источника i.e., если VGS отрицательно, то транзистор работает в области выключения или в области отсечки.

    Это означает, что в данном случае полевой транзистор действует как открытая схема и ток стока, ID будет равен нулю. Вследствие этого, напряжение через загрузочное сопротивление RD будет равно нулю, что порождает то обстоятельство, что VDD похоже на V0.

    Рисунок 1 Полевой транзистор как аналоговый выключатель

    Это свойство вести себя как выключатель может быть использовано для проектирования аналогового мультиплексора, как показано на рисунке 2.

    Рисунок 2 n-к-1 Мультиплексор, использующий полевые транзисторы.

    Тут каждый из сигналов на входе (сигнал 1, сигнал 2, … сигнал n) проходит через выделенный полевой транзистор с управляющим p-n-переходом (T1, T2, … Tn) перед контактом с выводом выхода, V0. Тут лишь один сигнал среди множества сигналов на входе возникает на выводе выхода, в зависимости от напряжения VGS на выводах затвора.

    К примеру, если VGS2 отрицательное, в то время как все остальные VGS равны нулю, то сигнал на выходе будет Сигналом 2. Более того, способность к выключению у биполярных транзисторов с изолированным затвором используется в двигателе внутреннего сгорания, а именно в обмотках, ответственных за возгорание, которые требуют быстрого выключения и возможностей блокировки напряжения.

    Усилители

    Переход в полевых транзисторах используется на стадии усиления. Он изолирует предыдущую стадию от следующей стадии и, таким образом, действует как буферные усилители (Рисунок 3). Это обусловлено тем, что такие транзисторы имеют очень высокое полное сопротивление на входе, в силу чего предыдущая стадия будет слегка загружена, вызывая полный выход Стадии 1, возникая на входе буфера.

    Можно сделать так, что весь выход буфера будет возникать на входе в Стадии 2, используя данные транзисторы в конфигурации общего стока, благодаря низкому полному сопротивлению на выходе. Это даже значит, что буферные усилители способны к управлению большими нагрузками или сопротивлениями с небольшой нагрузкой.

    Рисунок 3 Полевой транзистор как буферный усилитель

    Полевые транзисторы являются устройствами, которые издают мало шума, по крайней мере, если сравнивать их с биполярными плоскостными транзисторами. Это делает их полезными компонентами для использования в качестве усилителя на приёмниках с внешним интерфейсом, ведь они нуждаются в минимальном уровне шума на выходе в итоге.

    Стоит также отметить, что полевые транзисторы являются устройствами с контролируемым напряжением, что делает их идеальными для использования в качестве усилителей для радио частот. Причина этого в том, что за исключением усилителя для радио частот откликаются достаточно хорошо, даже когда антенны в конце приёмника принимают недельные сигналы (сигналы с очень низким током).

    Полевой транзистор как усилитель в конфигурации общего источника может быть использован для управления другим полевым транзистором (усилителем) в конфигурации общего затвора, формируя каскадный усилитель, как показано на рисунке 4.

    Хотя коэффициент усиления каскадного усилителя такой же, как и у усилителя в конфигурации с общим источником, его ёмкостное сопротивление на входе весьма низкое, если сравнивать с ним же у усилителя в конфигурации с общим источником. Более того, каскадный усилитель даёт очень высокое сопротивление на входе.

    Генератор с фазовращателем

    Полевой транзистор даёт высокое полное сопротивление на своих выводах входа, которое уменьшает эффект нагрузки. Также они могут использоваться как для усиления, так и для функций обратной связи. Эта особенность полевых транзисторов делает их подходящими для использования в схемах генераторов с фазовращателем, как показано на рисунке 5.

    Рисунок 5 Полевой транзистор как генератор с фазовращателем

    Модулятор

    Полевой транзистор, действующий как выключатель, может быть использован как модулятор (Рисунок 6), где напряжение постоянного тока, VDS преобразуется в напряжение переменного тока с таким же уровнем амплитуды, VAC. Это вытекает из того, что квадратная форма волны напряжения используется как VGS, в результате чего транзистор действует в области выключения и в области насыщения, попеременно. Такие схемы модулятора помогают преодолеть проблему смещения, которая существует в случае усилителей с непосредственной связью.

    Рисунок 6 Полевой транзистор как модулятор

    Ограничитель тока

    N-канальный полевой транзистор, чей терминал затвора укорочен вместе с выводом источника, действует как ограничитель тока. Это означает, что в этом размещении, полевой транзистор даёт току проходить через них, чтобы достигнуть только определённого уровня, после чего, он становится удерживаемой постоянной, безотносительной к колебаниям уровня напряжения. Эти ограничители тока из интегральной части не изменяющегося постоянного тока или стабилизирующих диодов.

    Рисунок 6 Полевой транзистор как ограничитель тока

    Полевые транзисторы широко используются в интегрированных схемах из-за их компактного размера. Они используются в схемах микшеров для телевизоров и радиоприемников из-за низких модуляционных искажений. Более того, полевые транзисторы также применяют в резисторах с переменным напряжением в операционных усилителях, схемах контроля звука, ведь они обеспечивают большую изоляцию между их выводами затвора и стока. Полевые транзисторы применяются в таких областях как цифровая электроника и оптоволоконные системы.

    Пора подвести итоги: полевой транзистор может использоваться как аналоговый выключатель, как усилитель, как генератор с фазовращателем, как модулятор и как ограничитель тока. Каждый вариант имеет свои особенности, делающие его действительно значимым.

    Вряд ли можно переоценить роль полевого транзистора в повседневной жизни. Все перечисленные пять способов его применения имеют очень существенное значение в наши дни. Сложно выделить какое-то наиболее значимое использование среди названных, ведь каждое может оказаться где-то просто незаменимым.

    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

    Как работают транзисторы? – Объясни, что материал

    Ваш мозг содержит около 100 миллиардов клеток, называемых нейронами, – крошечных переключателей, которые позволяют вам думать и запоминать вещи. Компьютеры содержат миллиарды миниатюрных «клеток мозга». Их называют транзисторами и они сделаны из кремния, химического элемента, обычно встречающегося в песке. Транзисторы произвели революцию в электронике с момента их появления. изобретен более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильям Шокли.Но что это такое и как они работают?

    Фото: Насекомое с тремя ногами? Нет, типичный транзистор на электронной плате. Хотя простые схемы содержат отдельные транзисторы, подобные этому, сложные схемы внутри компьютеров также содержат микрочипы, каждый из которых может иметь тысячи, миллионы или сотни миллионов транзисторов, упакованных внутри. (Технически, если вас интересуют более интересные элементы, это кремниевый транзистор усилителя PNP 5401B. Я объясню, что все это означает сейчас.)

    Что на самом деле делает транзистор?

    Фото: Компактные слуховые аппараты были одними из первых применений транзисторов, а этот датируется концом 1950-х или 1960-х годов. Он был размером с колоду игральных карт, поэтому его можно было носить в кармане пиджака или на нем. С другой стороны корпуса есть микрофон, который улавливает окружающие звуки. Вы можете ясно видеть четыре маленьких черных транзистора внутри, усиливающих эти звуки, а затем выстреливающих их в маленький динамик, который находится у вас в ухе.

    Транзистор действительно прост – и действительно сложен. Давайте начнем с простая часть. Транзистор – это миниатюрный электронный компонент, который может выполнять две разные работы. Может работать как усилитель или как переключатель:

    • Когда работает как усилитель, нужно в крошечном электрическом токе на одном конце ( входной ток) и производит гораздо больший электрический ток (выходной ток) на другом. Другими словами, это своего рода усилитель тока. Это входит действительно полезно в таких вещах, как слуховые аппараты, одна из первых вещей люди использовали транзисторы для.В слуховом аппарате есть крошечный микрофон. который улавливает звуки из окружающего вас мира и превращает их в колеблющиеся электрические токи. Они подаются на транзистор, который усиливает их и приводит в действие крошечный громкоговоритель, так что вы слышите гораздо более громкую версию окружающих вас звуков. Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, однажды объяснил студенту транзисторные усилители в более подробном виде. юмористический способ: «Если взять тюк сена и привязать его к хвост мула, а затем чиркнуть спичкой и поджечь тюк сена, и если вы затем сравните энергию, израсходованную вскоре после этого, мул с энергией, затраченной вами на зажигание спички, вы поймете концепцию усиления.«
    • Транзисторы
    • также могут работать как переключатели. А крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может значительно увеличить ток течет через другую его часть. Другими словами, маленький ток переключается на больший. По сути, так работают все компьютерные микросхемы. Для например, микросхема памяти содержит сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов, каждый из которых можно включать или выключать индивидуально. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух различных состояниях, он может хранить два разных числа, ноль и единицу.С миллиардами транзисторов микросхема может хранить миллиарды нулей и единиц, и почти столько же обычных цифр и букв (или символов, как мы их называем). Подробнее об этом чуть позже.

    Самое замечательное в машинах старого образца было то, что вы могли их отдельно, чтобы понять, как они работают. Это никогда не было слишком сложно, с немного толкать и тыкать, чтобы узнать, какой бит сделал что и как один вещь привела к другому. Но электроника совсем другая. Это все об использовании электронов для управления электричеством.Электрон – это минута частица внутри атома. Он такой маленький, весит чуть меньше 0.000000000000000000000000000001 кг! Самые современные транзисторы работают контролируя движения отдельных электронов, чтобы вы могли представьте, насколько они маленькие. В современном компьютерном чипе размер ноготь, вы, вероятно, найдете от 500 миллионов и два миллиарда отдельных транзисторов. Нет шанса разобрать транзистор, чтобы узнать, как он работает, поэтому мы должны понять это с помощью теории и воображения.Во-первых, это помогает, если мы знаем, из чего сделан транзистор.

    Как делается транзистор?

    Фото: Кремниевая пластина. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

    Транзисторы изготовлены из кремния, химического элемента, содержащегося в песке, который обычно не проводит электричество (оно не позволяет электронам легко проходить через него). Кремний – полупроводник, а это значит, что он ни на самом деле проводник (что-то вроде металла, пропускающий электричество), ни изолятор (что-то вроде пластика, не пропускающего электричество).Если мы обрабатываем кремний примесями (процесс, известный как легирование), мы можем заставить его вести себя по-другому способ. Если мы добавим в кремний химические элементы мышьяк, фосфор, или сурьмы, кремний получает дополнительные «свободные» электроны – те, которые может проводить электрический ток, поэтому электроны будут вытекать об этом более естественно. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, кремний обработанный таким образом, называется n-типом (отрицательный тип). Мы также можем легировать кремний другими примесями, такими как бор, галлий и алюминий.В кремнии, обработанном таким образом, меньше таких «свободные» электроны, поэтому электроны в близлежащих материалах будут стремиться втекать в него. Мы называем этот кремний p-типом (положительным типом).

    Вкратце, мимоходом, важно отметить, что ни кремний n-типа, ни p-типа на самом деле не имеет заряда сам по себе : оба электрически нейтральны. Это правда, что кремний n-типа имеет дополнительные «свободные» электроны, которые увеличивают его проводимость, в то время как кремний p-типа имеет меньше этих свободных электронов, что помогает увеличить его проводимость противоположным образом.В каждом случае дополнительная проводимость возникает из-за добавления нейтральных (незаряженных) атомов примесей к кремнию, что изначально было нейтральным – и мы не можем создавать электрические заряды из воздуха! Более подробное объяснение потребует от меня представления идеи под названием ленточная теория, что немного выходит за рамки данной статьи. Все, что нам нужно помнить, это то, что «лишние электроны» означают дополнительные свободных электронов – те, которые могут свободно перемещаться и помогать переносить электрический ток.

    Кремниевые бутерброды

    Теперь у нас есть два разных типа кремния. Если мы сложим их вместе слоями, делая бутерброды из материала p-типа и n-типа, мы можем сделать различные виды электронных компонентов, которые работают во всех видах способами.

    Предположим, мы соединяем кусок кремния n-типа с частью p-типа кремний и поместите электрические контакты с обеих сторон. Увлекательно и полезно вещи начинают происходить на стыке двух материалы. Если мы обратимся от тока, мы можем заставить электроны течь через переход от сторона n-типа к стороне p-типа и наружу через цепь.Этот происходит из-за отсутствия электронов на стороне p-типа переход притягивает электроны со стороны n-типа и наоборот. Но если мы меняем направление тока, электроны вообще не текут. Что мы сделанное здесь называется диодом (или выпрямителем). Это электронный компонент, который позволяет току течь через него только в одном направлении. Это полезно, если вы хотите превратить переменный (двусторонний) электрический ток в постоянный (односторонний) ток. Диоды тоже можно сделать так, чтобы они испускали светится, когда через них проходит электричество.Вы могли видеть эти светодиоды на карманных калькуляторах и электронных дисплеи на стереооборудовании Hi-Fi.

    Как работает переходной транзистор

    Фотография: Типичный кремниевый PNP-транзистор (A1048, разработанный как усилитель звуковой частоты).

    Теперь предположим, что вместо этого мы используем три слоя кремния в нашем сэндвиче. из двух. Мы можем сделать бутерброд p-n-p (с ломтиком n-типа кремний в качестве заполнения между двумя пластинами p-типа) или n-p-n сэндвич (с p-типом между двумя плитами n-типа).Если мы присоединить электрические контакты ко всем трем слоям сэндвича, мы можем сделать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать его, либо выключен – другими словами, транзистор. Посмотрим, как это работает в случае n-p-n транзистор.

    Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим имена трем электрические контакты. Мы назовем два контакта, соединенных с двумя кусочки кремния n-типа эмиттер и коллектор, и контакт соединенный с кремнием p-типа, который мы назовем базой.Когда нет ток протекает в транзисторе, мы знаем, что кремний p-типа не хватает электроны (показаны здесь маленькими знаками плюс, обозначающими положительные зарядов) и два куска кремния n-типа имеют лишние электроны (показаны маленькими знаками минус, обозначающими отрицательные заряды).

    Другой способ взглянуть на это – сказать, что в то время как n-тип имеет избыток электронов, p-тип имеет дырки, где электроны должно быть. Обычно отверстия в основании действуют как барьер, предотвращающий любые значительный ток от эмиттера к коллектору при транзистор находится в выключенном состоянии.

    Транзистор работает, когда электроны и дырки начинают двигаться через два перехода между кремнием n-типа и p-типа.

    Давай подключить транзистор к некоторой мощности. Допустим, мы прикрепляем небольшой положительное напряжение на базу, сделать эмиттер отрицательно заряженным и сделать коллектор положительно заряженным. Электроны вытягиваются из эмиттер в базу, а затем из базы в коллектор. А также транзистор переходит в состояние «включено»:

    Малый ток, который мы включаем на базе, создает большой ток. поток между эмиттером и коллектором.Повернув небольшой вход ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель. Но в то же время он действует как переключатель. Когда нет тока база, ток между коллектором и эмиттер. Включите базовый ток, и течет большой ток. Итак, база ток включает и выключает весь транзистор. Технически это тип транзистора называется биполярным, потому что два разных вида (или “полярностей”) электрического заряда (отрицательные электроны и положительные отверстия) участвуют в протекании тока.

    Мы также можем понять транзистор, представив его как пару диодов. С база положительная, а эмиттер отрицательная, переход база-эмиттер похож на прямое смещение диод, с электронами, движущимися в одном направлении через переход (слева направо в диаграмму) и отверстия, идущие в противоположную сторону (справа налево). База-коллектор переход похож на диод с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора тянет большая часть электронов проходит через внешнюю цепь (хотя некоторые электроны рекомбинируют с дырками в основании).

    Как работает полевой транзистор (FET)

    Все транзисторы работают, управляя движением электронов, но не все из них делают это одинаково. Подобно переходному транзистору, полевой транзистор (полевой транзистор) имеет три разных вывода, но они иметь названия источник (аналог эмиттера), сток (аналогично коллектор), и затвор (аналог цоколя). В полевом транзисторе слои Кремний n-типа и p-типа устроен несколько иначе и покрытый слоями металла и оксида.Это дает нам устройство под названием MOSFET (Металлооксидное полупроводниковое поле) Эффектный транзистор).

    Хотя в истоке и стоке n-типа есть лишние электроны, они не могут перетекать от одного к другому из-за дыр в ворота p-типа между ними. Однако если приложить положительный напряжение на затвор, там создается электрическое поле, позволяющее электроны перетекают по тонкому каналу от истока к стоку. Этот «полевой эффект» позволяет току течь и включает транзистор:

    Для полноты картины отметим, что полевой МОП-транзистор является однополярным. транзистор потому что только один («полярность») электрического заряда участвует в его работе.

    Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

    На практике вам не нужно ничего знать об этом электроны и дыры, если вы не собираетесь разрабатывать компьютерные чипы для заработка! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя небольшой ток включить более крупный. Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает компьютерам хранить информацию и принимать решения?

    Мы можем соединить несколько транзисторных ключей, чтобы что-то сделать называется логическим вентилем, который сравнивает несколько входные токи и в результате дает другой выход.Логические ворота позволяют компьютерам создавать очень простые решения с использованием математической техники, называемой булевой алгеброй. Точно так же и ваш мозг принимает решения. Например, используя “входные данные” (то, что вы знаете) о погоде и о том, что у вас в коридоре, вы можете принять такое решение: “Если идет дождь И я есть зонтик, я пойду в магазины “. Это пример булевой алгебры, в которой используется так называемое И “оператор” (слово “оператор” – это просто математический жаргон, заставляют вещи казаться более сложными, чем они есть на самом деле).Ты можешь сделать аналогичные решения с другими операторами. “Если ветрено ИЛИ идет снег, тогда я надену пальто “- это пример использования оператора ИЛИ. Или как насчет «Если идет дождь, И я есть зонтик ИЛИ у меня есть пальто, тогда можно выйти на улицу “. Используя AND, ИЛИ и другие операторы, вызываемые Компьютеры NOR, XOR, NOT и NAND могут складывать или сравнивать двоичные числа. Эта идея является краеугольным камнем компьютерных программ: логическая серия инструкций, которые заставляют компьютеры действовать.

    Обычно переходной транзистор выключен, когда нет базы. ток и переключается в положение «включено», когда течет базовый ток.Это значит требует электрического тока для включения или выключения транзистора. Но такие транзисторы можно подключить к логическим элементам, чтобы их выход соединения возвращаются на свои входы. Транзистор затем остается включенным, даже если базовый ток отключен. Каждый раз новый база ток течет, транзистор «щелкает» или выключается. Остается в одном из эти стабильные состояния (включены или выключены) до тех пор, пока не появится другой ток приходит и переворачивает его в другую сторону. Такая аранжировка известен как триггер, и это превращает транзистор в простой запоминающее устройство, в котором хранится ноль (когда он выключен) или один (когда он на).Шлепанцы – это основная технология, лежащая в основе компьютерных микросхем памяти.

    Кто изобрел транзистор?

    Изображение: Оригинальный дизайн точечного транзистора, как изложено в Патент Джона Бардина и Уолтера Браттейна в США (2 524 035), поданный в июне 1948 г. (примерно через шесть месяцев после оригинальное открытие) и награжден 3 октября 1950 года. Это простой PN-транзистор с тонкий верхний слой германия P-типа (желтый) на нижнем слое германия N-типа (оранжевый).Три контакта: эмиттер (E, красный), коллектор (C, синий) и база (G, зеленый). Вы можете прочитать больше в оригинальном патентном документе, который указан в ссылках ниже. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    транзисторов были изобретены в Bell Laboratories в Нью-Джерси в 1947 году. трех блестящих физиков США: Джона Бардина (1908–1991), Уолтера Браттейн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).

    Команда, возглавляемая Шокли, пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США – но что собственно изобретенные они оказались гораздо более распространенными Приложения.Бардин и Браттейн создали первый практический транзистор (известный как точечный транзистор) во вторник, 16 декабря 1947 года. Хотя Шокли сыграл большую роль в этом проекте, он был разъяренный и взволнованный из-за того, что его оставили в стороне. Вскоре после этого во время остановиться в отеле на конференции по физике, единолично выяснил он теория переходного транзистора – устройство гораздо лучше, чем точечный транзистор.

    В то время как Бардин ушел из Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил пользуются еще большим успехом при изучении сверхпроводников в Университете Иллинойса), Браттейн остался на некоторое время, прежде чем уйти на пенсию, чтобы стать учителем.Шокли основал собственную компанию по производству транзисторов и помог вдохновить современный феномен «Силиконовая долина» (процветающий район вокруг Пало-Альто, Калифорния, где корпорации электроники собраны). Двое его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, ушли чтобы основать Intel, крупнейшего в мире производителя микрочипов.

    Бардин, Браттейн и Шокли ненадолго воссоединились несколько лет спустя, когда они поделились лучшими научными достижениями мира награда, Нобелевская премия по физике 1956 г., за их открытие.Их история захватывающий рассказ о интеллектуальный талант борется с мелкой ревностью, и это хорошо стоит прочтения больше о. Вы можете найти отличные отчеты об этом среди книг и веб-сайты, перечисленные ниже.

    Как работают транзисторы? – Объясни, что материал

    Ваш мозг содержит около 100 миллиардов клеток, называемых нейронами, – крошечных переключателей, которые позволяют вам думать и запоминать вещи. Компьютеры содержат миллиарды миниатюрных «клеток мозга».Их называют транзисторами и они сделаны из кремния, химического элемента, обычно встречающегося в песке. Транзисторы произвели революцию в электронике с момента их появления. изобретен более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильям Шокли. Но что это такое и как они работают?

    Фото: Насекомое с тремя ногами? Нет, типичный транзистор на электронной плате. Хотя простые схемы содержат отдельные транзисторы, подобные этому, сложные схемы внутри компьютеров также содержат микрочипы, каждый из которых может иметь тысячи, миллионы или сотни миллионов транзисторов, упакованных внутри.(Технически, если вас интересуют более интересные элементы, это кремниевый транзистор усилителя PNP 5401B. Я объясню, что все это означает сейчас.)

    Что на самом деле делает транзистор?

    Фото: Компактные слуховые аппараты были одними из первых применений транзисторов, а этот датируется концом 1950-х или 1960-х годов. Он был размером с колоду игральных карт, поэтому его можно было носить в кармане пиджака или на нем. С другой стороны корпуса есть микрофон, который улавливает окружающие звуки.Вы можете ясно видеть четыре маленьких черных транзистора внутри, усиливающих эти звуки, а затем выстреливающих их в маленький динамик, который находится у вас в ухе.

    Транзистор действительно прост – и действительно сложен. Давайте начнем с простая часть. Транзистор – это миниатюрный электронный компонент, который может выполнять две разные работы. Может работать как усилитель или как переключатель:

    • Когда работает как усилитель, нужно в крошечном электрическом токе на одном конце ( входной ток) и производит гораздо больший электрический ток (выходной ток) на другом.Другими словами, это своего рода усилитель тока. Это входит действительно полезно в таких вещах, как слуховые аппараты, одна из первых вещей люди использовали транзисторы для. В слуховом аппарате есть крошечный микрофон. который улавливает звуки из окружающего вас мира и превращает их в колеблющиеся электрические токи. Они подаются на транзистор, который усиливает их и приводит в действие крошечный громкоговоритель, так что вы слышите гораздо более громкую версию окружающих вас звуков. Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, однажды объяснил студенту транзисторные усилители в более подробном виде. юмористический способ: «Если взять тюк сена и привязать его к хвост мула, а затем чиркнуть спичкой и поджечь тюк сена, и если вы затем сравните энергию, израсходованную вскоре после этого, мул с энергией, затраченной вами на зажигание спички, вы поймете концепцию усиления.«
    • Транзисторы
    • также могут работать как переключатели. А крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может значительно увеличить ток течет через другую его часть. Другими словами, маленький ток переключается на больший. По сути, так работают все компьютерные микросхемы. Для например, микросхема памяти содержит сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов, каждый из которых можно включать или выключать индивидуально. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух различных состояниях, он может хранить два разных числа, ноль и единицу.С миллиардами транзисторов микросхема может хранить миллиарды нулей и единиц, и почти столько же обычных цифр и букв (или символов, как мы их называем). Подробнее об этом чуть позже.

    Самое замечательное в машинах старого образца было то, что вы могли их отдельно, чтобы понять, как они работают. Это никогда не было слишком сложно, с немного толкать и тыкать, чтобы узнать, какой бит сделал что и как один вещь привела к другому. Но электроника совсем другая. Это все об использовании электронов для управления электричеством.Электрон – это минута частица внутри атома. Он такой маленький, весит чуть меньше 0.000000000000000000000000000001 кг! Самые современные транзисторы работают контролируя движения отдельных электронов, чтобы вы могли представьте, насколько они маленькие. В современном компьютерном чипе размер ноготь, вы, вероятно, найдете от 500 миллионов и два миллиарда отдельных транзисторов. Нет шанса разобрать транзистор, чтобы узнать, как он работает, поэтому мы должны понять это с помощью теории и воображения.Во-первых, это помогает, если мы знаем, из чего сделан транзистор.

    Как делается транзистор?

    Фото: Кремниевая пластина. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

    Транзисторы изготовлены из кремния, химического элемента, содержащегося в песке, который обычно не проводит электричество (оно не позволяет электронам легко проходить через него). Кремний – полупроводник, а это значит, что он ни на самом деле проводник (что-то вроде металла, пропускающий электричество), ни изолятор (что-то вроде пластика, не пропускающего электричество).Если мы обрабатываем кремний примесями (процесс, известный как легирование), мы можем заставить его вести себя по-другому способ. Если мы добавим в кремний химические элементы мышьяк, фосфор, или сурьмы, кремний получает дополнительные «свободные» электроны – те, которые может проводить электрический ток, поэтому электроны будут вытекать об этом более естественно. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, кремний обработанный таким образом, называется n-типом (отрицательный тип). Мы также можем легировать кремний другими примесями, такими как бор, галлий и алюминий.В кремнии, обработанном таким образом, меньше таких «свободные» электроны, поэтому электроны в близлежащих материалах будут стремиться втекать в него. Мы называем этот кремний p-типом (положительным типом).

    Вкратце, мимоходом, важно отметить, что ни кремний n-типа, ни p-типа на самом деле не имеет заряда сам по себе : оба электрически нейтральны. Это правда, что кремний n-типа имеет дополнительные «свободные» электроны, которые увеличивают его проводимость, в то время как кремний p-типа имеет меньше этих свободных электронов, что помогает увеличить его проводимость противоположным образом.В каждом случае дополнительная проводимость возникает из-за добавления нейтральных (незаряженных) атомов примесей к кремнию, что изначально было нейтральным – и мы не можем создавать электрические заряды из воздуха! Более подробное объяснение потребует от меня представления идеи под названием ленточная теория, что немного выходит за рамки данной статьи. Все, что нам нужно помнить, это то, что «лишние электроны» означают дополнительные свободных электронов – те, которые могут свободно перемещаться и помогать переносить электрический ток.

    Кремниевые бутерброды

    Теперь у нас есть два разных типа кремния. Если мы сложим их вместе слоями, делая бутерброды из материала p-типа и n-типа, мы можем сделать различные виды электронных компонентов, которые работают во всех видах способами.

    Предположим, мы соединяем кусок кремния n-типа с частью p-типа кремний и поместите электрические контакты с обеих сторон. Увлекательно и полезно вещи начинают происходить на стыке двух материалы. Если мы обратимся от тока, мы можем заставить электроны течь через переход от сторона n-типа к стороне p-типа и наружу через цепь.Этот происходит из-за отсутствия электронов на стороне p-типа переход притягивает электроны со стороны n-типа и наоборот. Но если мы меняем направление тока, электроны вообще не текут. Что мы сделанное здесь называется диодом (или выпрямителем). Это электронный компонент, который позволяет току течь через него только в одном направлении. Это полезно, если вы хотите превратить переменный (двусторонний) электрический ток в постоянный (односторонний) ток. Диоды тоже можно сделать так, чтобы они испускали светится, когда через них проходит электричество.Вы могли видеть эти светодиоды на карманных калькуляторах и электронных дисплеи на стереооборудовании Hi-Fi.

    Как работает переходной транзистор

    Фотография: Типичный кремниевый PNP-транзистор (A1048, разработанный как усилитель звуковой частоты).

    Теперь предположим, что вместо этого мы используем три слоя кремния в нашем сэндвиче. из двух. Мы можем сделать бутерброд p-n-p (с ломтиком n-типа кремний в качестве заполнения между двумя пластинами p-типа) или n-p-n сэндвич (с p-типом между двумя плитами n-типа).Если мы присоединить электрические контакты ко всем трем слоям сэндвича, мы можем сделать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать его, либо выключен – другими словами, транзистор. Посмотрим, как это работает в случае n-p-n транзистор.

    Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим имена трем электрические контакты. Мы назовем два контакта, соединенных с двумя кусочки кремния n-типа эмиттер и коллектор, и контакт соединенный с кремнием p-типа, который мы назовем базой.Когда нет ток протекает в транзисторе, мы знаем, что кремний p-типа не хватает электроны (показаны здесь маленькими знаками плюс, обозначающими положительные зарядов) и два куска кремния n-типа имеют лишние электроны (показаны маленькими знаками минус, обозначающими отрицательные заряды).

    Другой способ взглянуть на это – сказать, что в то время как n-тип имеет избыток электронов, p-тип имеет дырки, где электроны должно быть. Обычно отверстия в основании действуют как барьер, предотвращающий любые значительный ток от эмиттера к коллектору при транзистор находится в выключенном состоянии.

    Транзистор работает, когда электроны и дырки начинают двигаться через два перехода между кремнием n-типа и p-типа.

    Давай подключить транзистор к некоторой мощности. Допустим, мы прикрепляем небольшой положительное напряжение на базу, сделать эмиттер отрицательно заряженным и сделать коллектор положительно заряженным. Электроны вытягиваются из эмиттер в базу, а затем из базы в коллектор. А также транзистор переходит в состояние «включено»:

    Малый ток, который мы включаем на базе, создает большой ток. поток между эмиттером и коллектором.Повернув небольшой вход ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель. Но в то же время он действует как переключатель. Когда нет тока база, ток между коллектором и эмиттер. Включите базовый ток, и течет большой ток. Итак, база ток включает и выключает весь транзистор. Технически это тип транзистора называется биполярным, потому что два разных вида (или “полярностей”) электрического заряда (отрицательные электроны и положительные отверстия) участвуют в протекании тока.

    Мы также можем понять транзистор, представив его как пару диодов. С база положительная, а эмиттер отрицательная, переход база-эмиттер похож на прямое смещение диод, с электронами, движущимися в одном направлении через переход (слева направо в диаграмму) и отверстия, идущие в противоположную сторону (справа налево). База-коллектор переход похож на диод с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора тянет большая часть электронов проходит через внешнюю цепь (хотя некоторые электроны рекомбинируют с дырками в основании).

    Как работает полевой транзистор (FET)

    Все транзисторы работают, управляя движением электронов, но не все из них делают это одинаково. Подобно переходному транзистору, полевой транзистор (полевой транзистор) имеет три разных вывода, но они иметь названия источник (аналог эмиттера), сток (аналогично коллектор), и затвор (аналог цоколя). В полевом транзисторе слои Кремний n-типа и p-типа устроен несколько иначе и покрытый слоями металла и оксида.Это дает нам устройство под названием MOSFET (Металлооксидное полупроводниковое поле) Эффектный транзистор).

    Хотя в истоке и стоке n-типа есть лишние электроны, они не могут перетекать от одного к другому из-за дыр в ворота p-типа между ними. Однако если приложить положительный напряжение на затвор, там создается электрическое поле, позволяющее электроны перетекают по тонкому каналу от истока к стоку. Этот «полевой эффект» позволяет току течь и включает транзистор:

    Для полноты картины отметим, что полевой МОП-транзистор является однополярным. транзистор потому что только один («полярность») электрического заряда участвует в его работе.

    Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

    На практике вам не нужно ничего знать об этом электроны и дыры, если вы не собираетесь разрабатывать компьютерные чипы для заработка! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя небольшой ток включить более крупный. Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает компьютерам хранить информацию и принимать решения?

    Мы можем соединить несколько транзисторных ключей, чтобы что-то сделать называется логическим вентилем, который сравнивает несколько входные токи и в результате дает другой выход.Логические ворота позволяют компьютерам создавать очень простые решения с использованием математической техники, называемой булевой алгеброй. Точно так же и ваш мозг принимает решения. Например, используя “входные данные” (то, что вы знаете) о погоде и о том, что у вас в коридоре, вы можете принять такое решение: “Если идет дождь И я есть зонтик, я пойду в магазины “. Это пример булевой алгебры, в которой используется так называемое И “оператор” (слово “оператор” – это просто математический жаргон, заставляют вещи казаться более сложными, чем они есть на самом деле).Ты можешь сделать аналогичные решения с другими операторами. “Если ветрено ИЛИ идет снег, тогда я надену пальто “- это пример использования оператора ИЛИ. Или как насчет «Если идет дождь, И я есть зонтик ИЛИ у меня есть пальто, тогда можно выйти на улицу “. Используя AND, ИЛИ и другие операторы, вызываемые Компьютеры NOR, XOR, NOT и NAND могут складывать или сравнивать двоичные числа. Эта идея является краеугольным камнем компьютерных программ: логическая серия инструкций, которые заставляют компьютеры действовать.

    Обычно переходной транзистор выключен, когда нет базы. ток и переключается в положение «включено», когда течет базовый ток.Это значит требует электрического тока для включения или выключения транзистора. Но такие транзисторы можно подключить к логическим элементам, чтобы их выход соединения возвращаются на свои входы. Транзистор затем остается включенным, даже если базовый ток отключен. Каждый раз новый база ток течет, транзистор «щелкает» или выключается. Остается в одном из эти стабильные состояния (включены или выключены) до тех пор, пока не появится другой ток приходит и переворачивает его в другую сторону. Такая аранжировка известен как триггер, и это превращает транзистор в простой запоминающее устройство, в котором хранится ноль (когда он выключен) или один (когда он на).Шлепанцы – это основная технология, лежащая в основе компьютерных микросхем памяти.

    Кто изобрел транзистор?

    Изображение: Оригинальный дизайн точечного транзистора, как изложено в Патент Джона Бардина и Уолтера Браттейна в США (2 524 035), поданный в июне 1948 г. (примерно через шесть месяцев после оригинальное открытие) и награжден 3 октября 1950 года. Это простой PN-транзистор с тонкий верхний слой германия P-типа (желтый) на нижнем слое германия N-типа (оранжевый).Три контакта: эмиттер (E, красный), коллектор (C, синий) и база (G, зеленый). Вы можете прочитать больше в оригинальном патентном документе, который указан в ссылках ниже. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    транзисторов были изобретены в Bell Laboratories в Нью-Джерси в 1947 году. трех блестящих физиков США: Джона Бардина (1908–1991), Уолтера Браттейн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).

    Команда, возглавляемая Шокли, пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США – но что собственно изобретенные они оказались гораздо более распространенными Приложения.Бардин и Браттейн создали первый практический транзистор (известный как точечный транзистор) во вторник, 16 декабря 1947 года. Хотя Шокли сыграл большую роль в этом проекте, он был разъяренный и взволнованный из-за того, что его оставили в стороне. Вскоре после этого во время остановиться в отеле на конференции по физике, единолично выяснил он теория переходного транзистора – устройство гораздо лучше, чем точечный транзистор.

    В то время как Бардин ушел из Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил пользуются еще большим успехом при изучении сверхпроводников в Университете Иллинойса), Браттейн остался на некоторое время, прежде чем уйти на пенсию, чтобы стать учителем.Шокли основал собственную компанию по производству транзисторов и помог вдохновить современный феномен «Силиконовая долина» (процветающий район вокруг Пало-Альто, Калифорния, где корпорации электроники собраны). Двое его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, ушли чтобы основать Intel, крупнейшего в мире производителя микрочипов.

    Бардин, Браттейн и Шокли ненадолго воссоединились несколько лет спустя, когда они поделились лучшими научными достижениями мира награда, Нобелевская премия по физике 1956 г., за их открытие.Их история захватывающий рассказ о интеллектуальный талант борется с мелкой ревностью, и это хорошо стоит прочтения больше о. Вы можете найти отличные отчеты об этом среди книг и веб-сайты, перечисленные ниже.

    Что такое транзистор? – Определение с сайта WhatIs.com

    К

    Транзистор – это устройство, которое регулирует ток или напряжение и действует как переключатель или затвор для электронных сигналов. Транзисторы состоят из трех слоев полупроводникового материала, каждый из которых может пропускать ток.

    Транзистор был изобретен тремя учеными из Bell Laboratories в 1947 году, и он быстро заменил вакуумную лампу в качестве электронного регулятора сигнала. Транзистор регулирует ток или напряжение и действует как переключатель или затвор для электронных сигналов. Транзистор состоит из трех слоев полупроводникового материала, каждый из которых может проводить ток. Полупроводник – это такой материал, как германий и кремний, который проводит электричество “полуинтузиазмом”. Это что-то среднее между настоящим проводником, таким как медь, и изолятором (например, пластиком, обернутым вокруг проводов).

    Особые свойства полупроводниковому материалу придает химический процесс, называемый легированием . Легирование приводит к получению материала, который либо добавляет дополнительные электроны к материалу (который затем называется N-типа для дополнительных отрицательных носителей заряда), либо создает «дыры» в кристаллической структуре материала (который затем называется P-типа. , потому что это приводит к большему количеству носителей положительного заряда). Трехслойная структура транзистора содержит полупроводниковый слой N-типа, зажатый между слоями P-типа (конфигурация PNP) или слой P-типа между слоями N-типа (конфигурация NPN).

    Небольшое изменение тока или напряжения на внутреннем полупроводниковом слое (который действует как управляющий электрод) вызывает большое и быстрое изменение тока, проходящего через весь компонент. Таким образом, компонент может действовать как переключатель, открывая и закрывая электронные ворота много раз в секунду. В современных компьютерах используются схемы, изготовленные с использованием технологии комплементарных металлооксидных полупроводников (CMOS). CMOS использует два дополнительных транзистора на затвор (один из материала N-типа, другой из материала P-типа).Когда один транзистор поддерживает логическое состояние, он почти не требует энергии.

    Транзисторы – это основные элементы в интегральных схемах (ИС), которые состоят из очень большого количества транзисторов, соединенных между собой схемами и запеченных в единую кремниевую микросхему.

    Последнее обновление: октябрь 2015 г.

    Продолжить чтение о транзисторе

    Что такое транзистор?

    Транзисторы – это устройства, управляющие движением электронов и, следовательно, электричества.Они работают как водопроводный кран – они не только запускают и останавливают течение тока, но также контролируют его величину. С помощью электричества транзисторы могут переключать или усиливать электронные сигналы, позволяя с точностью управлять током, протекающим через печатную плату.

    Транзисторы, изготовленные в Bell Labs, изначально были изготовлены из германия. Ученые знали, что чистый германий – хороший изолятор. Но добавление примесей (процесс, называемый легированием ) превратило германий в слабый проводник или полупроводник .Полупроводники – это материалы, которые обладают промежуточными свойствами между изоляторами и проводниками, обеспечивая электрическую проводимость в различной степени.

    Момент изобретения транзисторов был выбран не случайно. Для правильной работы транзисторам требуются чистые полупроводниковые материалы. Так уж получилось, что сразу после Второй мировой войны улучшения в очистке германия, а также достижения в области легирования сделали германий пригодным для применения в полупроводниках.

    В зависимости от элемента, используемого для легирования, полученный слой германия был либо отрицательного типа (N-тип), либо положительного типа (P-тип).В слое N-типа легирующий элемент добавлял электроны к германию, облегчая выброс электронов. И наоборот, в слое P-типа определенные легирующие элементы заставляли германий терять электроны, таким образом, электроны из соседних материалов текли к нему.

    Поместите N-тип и P-тип рядом друг с другом, и вы получите P-N диод . Этот диод пропускает электрический ток, но только в одном направлении, что является полезным свойством при построении электронных схем.

    Следующим шагом были полноценные транзисторы. Для создания транзисторов инженеры наложили легированный германий слоями, чтобы сделать два слоя вплотную друг к другу, в конфигурации P-N-P или N-P-N. Точка контакта была названа переходом, отсюда и название переходного транзистора .

    При подаче электрического тока на центральный слой (называемый базой) электроны будут перемещаться со стороны N-типа на сторону P-типа. Первоначальная небольшая струйка действует как переключатель, позволяющий протекать гораздо большему току.В электрической цепи это означает, что транзисторы действуют как переключатель и как усилитель.

    В наши дни в коммерческой электронике вместо германия используются полупроводники на основе кремния, которые более надежны и доступны по цене, чем транзисторы на основе германия. Но как только технология стала популярной, германиевые транзисторы широко использовались более 20 лет.

    Определение транзистора | PCMag

    В аналоговом мире непрерывно меняющихся сигналов транзистор – это устройство, используемое для усиления входного электрического сигнала.В цифровом мире транзистор – это двоичный ключ и фундаментальный строительный блок компьютерной схемы. Подобно выключателю на стене, транзистор либо предотвращает, либо пропускает ток. Один современный ЦП может иметь сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов.

    Изготовлен из полупроводникового материала
    Активная часть транзистора изготовлена ​​из кремния или другого полупроводникового материала, который может изменять свое электрическое состояние при импульсном воздействии. В нормальном состоянии материал может быть непроводящим или проводящим, препятствуя или пропуская ток.Когда на затвор подается напряжение, транзистор меняет свое состояние. Чтобы узнать больше о транзисторе, см. Понятие транзистора и микросхему. См. Активную область, фототранзистор и High-K / Metal Gate.


    От транзисторов к системам

    Транзисторы соединены схемами, составляющими логические вентили. Гейты составляют схемы, а схемы составляют электронные системы (подробности см. В разделе Булевская логика и Булевы вентили).

    Концептуальный вид транзистора

    В цифровой схеме транзистор представляет собой двухпозиционный переключатель, который является проводящим при подаче электрического импульса.Транзисторы также используются в качестве усилителей, передавая низкое напряжение на базе высокому напряжению на коллекторе. В аудиоусилителях таким образом используются транзисторы.


    Создание транзистора

    Путем нескольких этапов маскировки, травления и диффузии создаются подслои на кристалле. На заключительном этапе располагается верхний металлический слой (обычно алюминий), который соединяет транзисторы друг с другом и с внешним миром.















    Одновременно

    Большинство транзисторов в каждом кристалле на пластине создаются одновременно.Такая 300-миллиметровая пластина может содержать сотни и тысячи кристаллов (чипов), что означает одновременное изготовление миллиардов и триллионов транзисторов. Смотрите вафлю. (Изображение любезно предоставлено Intel Corporation.)

    Первый кремниевый транзистор

    В 1954 году компания Texas Instruments первой начала производство дискретных транзисторов в промышленных масштабах. Сегодня это пространство размером примерно четверть дюйма может вместить триллионы транзисторов. См. Концепцию транзистора. (Изображение любезно предоставлено Texas Instruments, Inc.)

    IBM “Solid Logic”

    Вместо одного транзистора на корпус в 1964 году передовые инженерные разработки IBM разместили три транзистора в одном модуле для своего семейства System / 360. При снятой крышке все три хорошо видны. См. Активную область. (Изображение любезно предоставлено IBM.)

    Что такое транзистор? Типы, использование, принцип работы

    Транзистор определяется как полупроводниковое устройство, которое в основном состоит из трех выводов для усиления или переключения электронных сигналов и электрических целей.Эти устройства, обычно классифицируемые на биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET), позволяют использовать радиоприемники, компьютеры, калькуляторы и т. Д., Которые вы используете сегодня.

    Что ж, учитывая, что современные транзисторы, такие как BC547, 2n2222, 2n3904 и т. Д., Используются в микроконтроллерах (например, Arduino) или в приложениях для построения электрических схем, важно, чтобы мы более подробно рассмотрели транзисторы в сегодняшнем блоге.

    Типы транзисторов и условные обозначения их схем

    Ранее мы упоминали, что существует два типа транзисторов; Биполярные и полевые транзисторы.В этом разделе мы углубимся в каждый тип транзистора и объясним, как он работает.

    Что такое BJT (NPN и PNP) и как это работает? Типичный БЮТ

    Во-первых, для BJT он поставляется в двух итерациях или версиях; NPN и PNP BJT с обозначениями схем, показанными ниже:

    BJT: символы цепей NPN и PNP

    Как видите, и в итерациях NPN и PNP контакты помечены; Коллектор (C), база (B) и эмиттер (E). Разницу между ними можно заметить по направлению стрелки; где для NPN стрелка выходит из базы, а для PNP стрелка входит в базу.

    Как работает BJT?

    Теперь, когда мы определили, что такое BJT, мы посмотрим, как BJT работают, на простой иллюстрации ниже:

    Ref

    Для NPN-транзистора он состоит из слоя полупроводника, легированного P, между двумя слоями материала, легированного азотом, где электроны проходят от эмиттера к коллектору. Затем эмиттер «испускает» электроны в базу, при этом база управляет номером. электронов испускает эмиттер. Выброшенные электроны, наконец, собираются коллектором и отправляются в следующую часть цепи.

    В то время как для транзистора PNP он состоит из слоя полупроводника с примесью азота между двумя слоями материала с примесью фосфора, где ток базы, поступающий в коллектор, усиливается. По сути, ток по-прежнему контролируется базой, но течет в противоположном направлении. Кроме того, вместо испускания электронов эмиттер в PNP испускает «дырки» (концептуальное отсутствие электронов), которые затем собираются коллектором.

    Что такое полевой транзистор и как он работает?

    Полевой транзистор, другой тип транзистора, чаще всего классифицируется как MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) и состоит из контактов; Ворота, исток, сток.Благодаря другой конструкции выводов, он работает несколько иначе, чем BJT.

    Как работает полевой транзистор

    Чтобы понять, как работает полевой транзистор, мы рассмотрим типичную принципиальную схему:

    Схема MOSFET
    • Блок, также известный как подложка полупроводника p-типа, действует как основа для MOSFET
    • Две стороны на этой подложке p-типа сделаны сильно легированными примесью n-типа (обозначена как n +)
      • Выводы стока (исток и сток) затем выводятся из этих двух концевых областей
    • Вся поверхность подложки покрыта слоем диоксида кремния
      • Диоксид кремния действует как изоляция
    • Тонкая Изолированная металлическая пластина затем помещается поверх диоксида кремния, действуя как пластина конденсатора.
      • Затем вывод затвора выводится из тонкой металлической пластины
    • Затем формируется цепь постоянного тока путем подключения источника напряжения между этими двумя Области n-типа (отмечены красным)

    Когда напряжение подается на затвор, оно генерирует электрическое поле, которое изменяет ширину области канала, где e лектроны текут.Чем шире область канала, тем лучше будет проводимость устройства.

    BJT против MOSFET транзистора

    Теперь, когда мы рассмотрели оба типа транзисторов; BJT и FET (широко известные MOSFET), давайте посмотрим на их различия, показанные в таблице ниже:

    904 904 904 904 904 904 904 904 , сток с более сложной структурой
    МОП-транзистор BJT
    Определение Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор Биполярный полупроводниковый источник 3 3 вывода:
    Эмиттер, база и коллектор
    Принцип работы Для работы MOSFET требуется напряжение на электроде затвора с оксидной изоляцией Для работы BJT , он зависит от тока на базовом выводе
    Пригодность для использования Высокомощные приложения для регулирования тока
    Аналоговые и цифровые схемы
    Слаботочные приложения

    Какой транзистор выбрать?

    Хотя MOSFET имеет преимущества перед BJT, такие как контроль напряжения, выбор любого из них зависит от целей вашего приложения.Вот для чего подходит каждый транзистор:

    • Если вы хотите регулировать поток сильного тока узкими импульсами или для любых приложений с большой мощностью, MOSFET – это то, что вам нужно. достаточно для выполнения работы

    Применения транзистора

    Транзистор чаще всего используется в качестве электронных переключателей в цифровых схемах или в качестве усилителя.Давайте объясним, как работает каждое приложение.

    Транзисторы как переключатели

    Переключатели включаются и выключаются, тогда как для транзисторов он действует как таковой, создавая двоичный эффект включения / выключения переключателя, поэтому для его переключения не требуется привод, а вместо этого требуется напряжение. Такое приложение используется для управления потоком энергии к другой части цепи. Другими словами, небольшой ток, протекающий через одну часть транзистора, позволяет протекать гораздо большему току через другую часть транзистора.

    Транзисторы как переключатели можно увидеть в микросхемах памяти, где присутствуют миллионы транзисторов, которые включаются и выключаются.

    Транзисторы в качестве усилителя

    Транзисторы работают не только как переключатели, но и как усилители, принимая крошечные электрические токи и производя гораздо более высокий выходной ток на другом конце. Такие транзисторы обычно используются в слуховых аппаратах, радио и т.

    Рекомендуемые транзисторы для использования

    Ранее мы установили, что MOSFET является частью семейства полевых транзисторов, что делает его отличным вариантом для управления большим током.Но знаете ли вы, что это первый компактный транзистор, который можно миниатюризировать для широкого спектра применений?

    Да! с революцией в электронных технологиях, он постепенно превратился в миниатюрные модули для использования в микроконтроллерах (например, Arduino)

    Ниже мы даем рекомендации по MOSFET-транзисторам, идеально подходящим для такого использования!

    Grove – МОП-транзистор Grove – MOSFET

    Как следует из названия, Grove – MOSFET – это миниатюрный МОП-транзистор, который помогает вам легко управлять проектом высокого напряжения с помощью вашей платы Arduino!

    Особенности:

    • Две винтовые клеммы на плате; один для внешнего источника питания, а другой для устройства, которым вы хотите управлять с помощью управления напряжением
    • 5–15 В

    Благодаря нашей системе Grove вы также сможете использовать наши кабели Grove по принципу «включай и работай», легко добавить или удалить этот транзистор в свой электронный проект!

    Хотите узнать больше о Grove – MOSFET? Вы можете посетить страницу продукта здесь, чтобы увидеть его техническое описание, схему и многое другое!

    Сводка

    Это все на сегодняшний день руководства по транзисторам.Я надеюсь, что благодаря этому вы получите общее представление о том, что такое транзистор, типы транзисторов (BJT, FET), как они работают и их применение!

    Если вы ищете простой интерфейс Arduino с MOSFET, обратите внимание на Grove – MOSFET!

    Теги: bc547, bjt, bjt транзистор, fet, как работает транзистор, mosfet, mosfet транзистор, npn, pnp, транзистор, схема транзистора, функция транзистора, символ транзистора, символы транзистора, типы транзисторов, что такое транзистор

    Продолжить чтение

    Что такое транзистор NPN? Определение, виды и применение.

    Транзисторы

    NPN представляют собой тип биполярного транзистора с тремя слоями, которые используются для усиления сигнала. Это устройство, управляемое током. Отрицательно-положительно-отрицательный транзистор обозначается аббревиатурой NPN. Полупроводник p-типа сплавлен между двумя полупроводниковыми материалами n-типа в этой конфигурации.

    Он разделен на три секции: эмиттер, база и коллектор. В NPN-транзисторе поток электронов заставляет его проводить.

    Символ NPN:

    На следующей диаграмме показано символическое представление NPN-транзистора:

    Направление тока через устройство ясно показано направленной наружу стрелкой на выводе эмиттера в символическом представлении. Электроны составляют большинство носителей в NPN-транзисторах.

    Конструкция NPN-транзистора:

    Транзистор NPN построен двумя способами.

    Как мы уже знаем, транзисторы

    NPN образуются, когда полупроводниковый материал p-типа (кремний или германий) сплавлен между двумя полупроводниковыми материалами n-типа.

    Конструктивная структура NPN-транзистора изображена на схеме ниже:

    Транзистор NPN состоит из ряда различных компонентов.

    Он разделен на три секции: эмиттер, база и коллектор.

    Переход эмиттер-база – это область, которая соединяет эмиттер и базовую область. С другой стороны, соединение коллектор-база – это точка, где встречаются базовая и коллекторная области. Он функционирует как два диода с PN-переходом из-за наличия двух переходов между тремя областями.

    Уровни допинга в каждой из трех областей различаются. В эмиттерной области много легирования, в то время как в базовой области также много легирования. А уровень легирования коллекторной области умеренный, он находится где-то между эмиттерной и базовой областью. Его обратным является транзистор PNP, у которого P-область расположена между двумя областями N-типа.

    Стоит отметить, что переключение областей эмиттера и коллектора невозможно. Причина этого в том, что толщина коллекторной области немного больше эмиттерной.Так что можно рассеять больше энергии.

    Транзистор NPN рабочий:

    Давайте теперь посмотрим, как работает транзистор NPN.

    Когда к транзистору не приложено смещение или между его выводами нет батареи. Тогда это называется несмещенным состоянием транзистора. Мы уже говорили о том, как работает диод с PN переходом при отсутствии смещения. Как мы уже знаем, транзистор состоит из двух PN-переходов.

    В результате, при отсутствии смещения электроны в эмиттерной области начинают двигаться к базовой области из-за изменений температуры.Однако по прошествии определенного времени на переходе эмиттер-база транзистора образуется обедненная область. Только около 5% электронов соединяются с дырками в этой области после достижения базовой области, тогда как остальные дрейфуют через область коллектора. Точно так же через некоторое время на переходе база-коллектор транзистора образуется область истощения.

    Стоит отметить, что толщина обедненной области определяется концентрацией легирования материала.Другими словами, в случае слаболегированной области ширина обедненной области будет больше, чем в случае сильно легированной области. Вот почему ширина обеднения на переходе коллектор-база шире, чем на переходе эмиттер-база. Эти две области истощения служат потенциальным камнем преткновения для любого дальнейшего потока основных носителей.

    На следующей диаграмме показано смещенное состояние NPN-транзистора:

    Ширина обедненной области, также называемой PN-переходом, сужается в результате прямого приложенного напряжения на переходе эмиттер-база.Точно так же ширина перехода коллектор-база увеличивается за счет обратного приложенного напряжения. Вот почему, по сравнению с переходом коллектор-база на предыдущем рисунке, переход эмиттер-база имеет тонкую обедненную область.

    Электроны начинают инжектировать в область эмиттера в результате приложенного вперед напряжения VBE. Электроны в этой области обладают достаточной энергией, чтобы преодолеть барьерный потенциал перехода эмиттер-база и достичь базовой области.

    Движение носителей заряда в NPN-транзисторе показано на диаграмме ниже:

    Потому что базовая область очень тонкая и легированная.В результате только несколько электронов соединяются с дырками, когда достигают места назначения. Из-за сильного электростатического поля электроны начинают дрейфовать в области коллектора из-за очень тонкой области базы и обратного напряжения на переходе коллектор-база. В результате эти электроны теперь собираются на выводе коллектора транзистора. Электроны начинают двигаться к коллектору, поскольку рекомбинированные дырки и электроны отделяются друг от друга. В результате этого движения через устройство также протекает очень небольшой базовый ток.Вот почему ток эмиттера равен сумме токов базы и коллектора. IE = IB + IC

    Применение диода NPN:

    Транзисторы с диодами NPN (NPN) используются во множестве,

    1. Их используют высокочастотные приложения.
    2. Переключающие устройства – это области, где чаще всего используются NPN-транзисторы.
    3. Этот компонент используется в схемах усиления.
    4. Для усиления слабых сигналов используется в парных схемах Дарлингтона.
    5. Транзисторы
    6. NPN используются в приложениях, где требуется приемник тока.
    7. Некоторые классические схемы усилителя, такие как «двухтактные» схемы усилителя, используют этот компонент.
    8. Например, в датчиках температуры.
    9. Приложения с очень высокой частотой.
    10. В логарифмических преобразователях используется эта переменная.
    11. Потому что усиление сигнала осуществляется на транзисторах NPN. В усилительных схемах он используется именно так.
    12. Логарифмические преобразователи – еще одна область, где он используется.
    13. Коммутационная характеристика NPN-транзистора – одно из его самых значительных преимуществ. В результате он обычно используется при переключении приложений.

    NPN-транзисторы термины, которые важно знать:

    Область эмиттера: Это самая большая часть структуры, которая больше, чем базовая область, но меньше, чем область коллектора. В нем много допинга.Он используется для переноса основных носителей в базовую область, которыми являются электроны. Это область с прямым смещением, что означает, что она всегда имеет прямую смещенную область базовой области.

    Область основания: Область основания расположена в середине конструкции.

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *