1 система условных обозначений современных типов транзисторов: Классификация и система обозначений транзисторов: буквы, цифры, расшифровка

Содержание

2.2.1 Классификация и условные обозначения транзисторов.

В настоящее время выпускается большое кол-во транзисторов различных типов иназначений. Транзисторы классифицируют по их функциональному назначению, физ.св-ам, основным эл. параметрам, по конструктивно технологическим признакам и типуисходного ПП материала. Транзисторы выпускаются на мощности от 200мВт до сотенватт, с граничными частотами от 100 кГц до десяти гигогерц, с так допустимыминапряжениями от единиц до тысяч вольт и токами от 5 мА до сотен ампер, с уровнемсобственных шумов от единиц до десятков децибел. Они могут выпускаться вразличного вида корпусах и бес корпусном исполнении для гибридных ИСтранзисторных микро приборах.

Биполярные транзисторы в соответствии с основными областями примененияподразделяются на ряд групп: усилительные НЧ, высокочастотные,сверхвысокочастотные. По мощности транзисторы подразделяются на маломощные,средней и большой мощности.

По изготовлению транзисторы делятся на силовые, диффузионные, конвертные,диффузионно-силовые, планарные и т.д.

Биполярные транзисторы изготовляются в дискретном исполнении и в качествекомпонентов ИС.

Полевые приборы выполняют те же функции, что и биполярные.

И полевые и биполярные транзисторы управляются зарядом, но передачауправляющего заряда осуществляется по разному:

Напряжением - в полевых (через емкость)

Током - в биполярных (через сопротивление)

Система обозначений современных транзисторов основана на их физ. св-вах иконструктивно-технологических принципах. В основу системы положен буквенно-цифровой код.

Условные обозначения биполярных транзисторов, разработанных до 1964 года ивыпускаемых до настоящего времени, состоит из 2 или 3 эл-ов.

2.2.2 параметры предельных режимов работы транзистора и влияниетемпературы на его параметры.

Транзистор, также как любой эл. прибор, хар-ся предельными режимами,превышение кот., как правило, приводит к нарушению нормальной работы прибора ивыходу его из строя.

Мах допустимыми параметрами наз. значения режимов транзисторов, кот. недопускается превышать ни при каких условиях эксплуатации и при кот. езеобеспечивается заданная надежность.

Система параметров транзисторов насчитывает более 50 параметров и хар-к, как идля диодов, параметры транзисторов подразделяются на параметры имеющиепредельно допустимые значения и параметры, значения кот. хар-ют св-ва приборов -хар-щие или рабочие параметры.

Рассмотрим систему предельно допустимых параметров, к ней относятся:

1) max мощность, рассеиваемая на коллекторе Рхтах;

коэф. собственного шума

статический коэф. усиления на ходу;

Jkmax - max допустимый постоянный ток коллектора;

J3 max - max допустимый постоянный ток эмиттера;

Jemax - max допустимый постоянный ток базы.

Мах допустимые импульсные режимы приводятся для заданной длительностиимпульсов tH.

J ки max - max допустимый импульсный ток коллектора;

J3H max - max допустимый постоянный импульсный ток эмиттера;

JK нас max - max допустимый постоянный импульсный ток коллектора в режименасыщения;

jg нас max - max допустимый постоянный импульсный ток базы в режиме насыщения.

2) К параметрам предельного напряжения относятся:

иэ б max - max допустимое постоянное напряжение эмиттер-база;

UKэ max - max допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер;

UK эй max - max допустимое импульсное напряжение коллектор-эмиттер;

UK би max - max допустимое импульсное напряжение эмиттер-база.

3) Важнейшим параметром предельных режимов явл. предельная мощность:

рк max - max допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора;

рк и max - max допустимая импульсная рассеиваемая мощность коллектора;

Ри max - max допустимая импульсная рассеиваемая мощность.

Мах допустимые напряжения, ограничиваются пробивными напряжениямисоответствующих переходов, тахдопустимые мощность и ток, ограничиваются

maxтемпературой перехода и тепловым пробоем.

Диапазон работы температур транзисторов, так же как и диодов, определяетсятемпературными св-ми p-n-перехода в свою очередь зависит от температуры окр.среды и от той эл. мощности, кот. рассеивается в переходе в виде тепла.

Для определения влияния рассеиваемой в транзисторе мощности на температурукристалла вводятся тепловые параметры транзистора, хар-щие его устойчивость приработе в широком диапазоне температур.

tK max - max температура работы транзистора, кот. зависит от max температурыколлекторного перехода.

to max - max температура окр. среды, усиливается в результате расчетов и обработкиэкспериментальных данных работы прибора при различных температурах.

Rn k - тепловое сопротивление переход-корпус, кот. показывает, на сколько градусовповысится температура перехода относительно корпуса при рассеивании на переходезаданной мощности.

(1) Rnk = (tn - tr) / P, где tn - температура перехода, t

k - температура

корпуса.

Тепловое сопротивление Rnk приводится в справочниках для транзисторов средней ибольшой мощности, используемых с внеш. теплоотводами.

Для транзисторов малой и средней мощности (а также большой мощности безтеплоотводов) приводится обычно тепловое сопротивление переход-окр. среда.(Кпо).В этом случае температура перехода определяется по формуле:

(2) tn = to + P*Rn о, где t0 - температура окр. среды.

С изменением температуры, изменяются все параметры транзистора.Основными параметрами полевых транзисторов явл. :

1) крутизна хар-ки передачи S=dJc / сШзи, при UCH - const

2) дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке насыщения R=dUCH/ dJc при U3H - const

В качестве предельно допустимых параметров нормируется: max допустимыенапряжения UCHmax, U3Hmax; max допустимая мощность стока Р

сmax; max допустимыйток стока - Jcmax.

Маркировка транзисторов зарубежных(в т. ч.- SMD) и отечественных.

На рисунке ниже - виды корпусов импортных транзисторов.

Первый элемент - означает число PN - переходов: 2 - транзистор
Второй элемент - буква "N" (типономинал).
Третий элемент - цифры (серийный номер).
Четвертый элемент - буква, указывающая на возможные изменения параметров (характеристик) прибора в пределах одного типономинала по EIA. Если корпус транзистора или другого полупроводникового прибора мал, то в сокращенной маркировке первая цифра и буква "N" - не ставятся.

Обозначение на корпусе Тип транзистора
"15" на корпусе SOT-23 MMBT3960(Datasheet "Motorola")
"1A" на корпусе SOT-23BC846A(Datasheet "Taitron")
"1B" на корпусе SOT-23BC846B(Datasheet "Taitron")
"1C" на корпусе SOT-23MMBTA20LT(Datasheet "Motorola")
"1D" на корпусе SOT-23BC846(Datasheet "NXP")
"1E" на корпусе SOT-23BC847A(Datasheet "Taitron")
"1F" на корпусе SOT-23BC847B(Datasheet "Taitron")
"1G" на корпусе SOT-23BC847C(Datasheet "Taitron")
"1H" на корпусе SOT-23BC847(Datasheet "NXP")
"1N" на корпусе SOT-416BC847T(Datasheet "NXP")
"1J" на корпусе SOT-23BC848A(Datasheet "Taitron")
"1K" на корпусе SOT-23BC848B(Datasheet "Taitron")
"1L" на корпусе SOT-23BC848C(Datasheet "Taitron")
"1M" на корпусе SOT-416BC846T(Datasheet "NXP")
"1M" на корпусе SOT-323BC848W(Datasheet "NXP")
"1M" на корпусе SOT-23MMBTA13(Datasheet "Motorola")
"1N" на корпусе SOT-23MMBTA414(Datasheet "Motorola")
"1V" на корпусе SOT-23MMBT6427(Datasheet "Motorola")
"1P" на корпусе SOT-23FMMT2222A,KST2222A,MMBT2222A.
"1T" на корпусе SOT-23MMBT3960A(Datasheet "Motorola")
"1Y" на корпусе SOT-23MMBT3903(Datasheet "Samsung")
"2A" на корпусе SOT-23FMMBT3906,KST3906,MMBT3906
"2B" на корпусе SOT-23BC849B(Datasheet "G.S.")
"2C" на корпусе SOT-23BC849C(Datasheet "G.S.")
"2E" на корпусе SOT-23FMMTA93,KST93
"2F" на корпусе SOT-23FMMT2907A,KST2907A,MMBT2907AT
"2G" на корпусе SOT-23FMMTA56,KST56
"2H" на корпусе SOT-23MMBTA55(Datasheet "Taitron")
"2J" на корпусе SOT-23MMBT3640(Datasheet "Fairchild")
"2K" на корпусе SOT-23FMMT4402(Datasheet "Zetex")
"2M" на корпусе SOT-23MMBT404(Datasheet "Motorola")
"2N" на корпусе SOT-23MMBT404A(Datasheet "Motorola")
"2T" на корпусе SOT-23 KST4403,MMBT4403
"2V" на корпусе SOT-23MMBTA64(Datasheet "Motorola")
"2U" на корпусе SOT-23MMBTA63(Datasheet "Motorola")
"2X" на корпусе SOT-23MMBT4401,KST4401
"3A" на корпусе SOT-23
MMBTh34(Datasheet "Motorola")
"3B" на корпусе SOT-23MMBT918(Datasheet "Motorola")
"3D" на корпусе SOT-23MMBTH81(Datasheet "Motorola")
"3E" на корпусе SOT-23MMBTh20(Datasheet "Motorola")
"3F" на корпусе SOT-23MMBT6543(Datasheet "Motorola")
"3J-" на корпусе SOT-143BBCV62A(Datasheet "NXP")
"3K-" на корпусе SOT-23BC858B(Datasheet "NXP")
"3L-" на корпусе SOT-143BBCV62C(Datasheet "NXP")
"3S" на корпусе SOT-23MMBT5551(Datasheet "Fairchild")
"4As" на корпусе SOT-23BC859A(Datasheet "Siemens")
"4Bs" на корпусе SOT-23BC859B(Datasheet "Siemens")
"4Cs" на корпусе SOT-23BC859C(Datasheet "Siemens")
"4J" на корпусе SOT-23FMMT38A(Datasheet "Zetex S.")
"449" на корпусе SOT-23FMMT449(Datasheet "Diodes Inc.")
"489" на корпусе SOT-23FMMT489(Datasheet "Diodes Inc.")
"491" на корпусе SOT-23FMMT491(Datasheet "Diodes Inc.")
"493" на корпусе SOT-23FMMT493(Datasheet "Diodes Inc.")
"5A" на корпусе SOT-23BC807-16(Datasheet "General Sem.")
"5B" на корпусе SOT-23BC807-25(Datasheet "General Sem.")
"5C" на корпусе SOT-23BC807-40(Datasheet "General Sem.")
"5E" на корпусе SOT-23BC808-16(Datasheet "General Sem.")
"5F" на корпусе SOT-23BC808-25(Datasheet "General Sem.")
"5G" на корпусе SOT-23BC808-40(Datasheet "General Sem.")
"5J" на корпусе SOT-23FMMT38B(Datasheet "Zetex S.")
"549" на корпусе SOT-23FMMT549(Datasheet "Fairchild")
"589" на корпусе SOT-23 FMMT589(Datasheet "Fairchild")
"591" на корпусе SOT-23FMMT591(Datasheet "Fairchild")
"593" на корпусе SOT-23FMMT593(Datasheet "Fairchild")
"6A-","6Ap","6At" на корпусе SOT-23BC817-16(Datasheet "NXP")
"6B-","6Bp","6Bt" на корпусе SOT-23BC817-25(Datasheet "NXP")
"6C-","6Cp","6Ct" на корпусе SOT-23BC817-40(Datasheet "NXP")
"6E-","6Et","6Et" на корпусе SOT-23BC818-16(Datasheet "NXP")
"6F-","6Ft","6Ft" на корпусе SOT-23BC818-25(Datasheet "NXP")
"6G-","6Gt","6Gt" на корпусе SOT-23BC818-40(Datasheet "NXP")
"7J" на корпусе SOT-23FMMT38C(Datasheet "Zetex S.")
"9EA" на корпусе SOT-23BC860A(Datasheet "Fairchild")
"9EB" на корпусе SOT-23BC860B(Datasheet "Fairchild")
"9EC" на корпусе SOT-23BC860C(Datasheet "Fairchild")
"AA" на корпусе SOT-523F2N7002T(Datasheet "Fairchild")
"AA" на корпусе SOT-23BCW60A(Datasheet "Diotec Sem.")
"AB" на корпусе SOT-23BCW60B(Datasheet "Diotec Sem.")
"AC" на корпусе SOT-23BCW60C(Datasheet "Diotec Sem.")
"AD" на корпусе SOT-23BCW60D(Datasheet "Diotec Sem.")
"AE" на корпусе SOT-89BCX52(Datasheet "NXP")
"AG" на корпусе SOT-23BCX70G(Datasheet "Central Sem.Corp.")
"AH" на корпусе SOT-23BCX70H(Datasheet "Central Sem.Corp.")
"AJ" на корпусе SOT-23BCX70J(Datasheet "Central Sem.Corp.")
"AK" на корпусе SOT-23BCX70K(Datasheet "Central Sem.Corp.")
"AL" на корпусе SOT-89BCX53-16(Datasheet "Zetex")
"AM" на корпусе SOT-89BCX52-16(Datasheet "Zetex")
"AS1" на корпусе SOT-89BST50(Datasheet "Philips")
"B2" на корпусе SOT-23BSV52(Datasheet "Diotec Sem.")
"BA" на корпусе SOT-23BCW61A(Datasheet "Fairchild")
"BA" на корпусе SOT-232SA1015LT1(Datasheet "Tip")
"BA" на корпусе SOT-232SA1015(Datasheet "BL Galaxy El.")
"BB" на корпусе SOT-23BCW61B(Datasheet "Fairchild")
"BC" на корпусе SOT-23BCW61C(Datasheet "Fairchild")
"BD" на корпусе SOT-23BCW61D(Datasheet "Fairchild")
"BE" на корпусе SOT-89 BCX55(Datasheet " BL Galaxy El.")
"BG" на корпусе SOT-89 BCX55-10(Datasheet " BL Galaxy El.")
"BH" на корпусе SOT-89 BCX56(Datasheet " BL Galaxy El.")
"BJ" на корпусе SOT-23BCX71J(Datasheet "Diotec Sem.")
"BK" на корпусе SOT-23BCX71K(Datasheet "Diotec Sem.")
"BH" на корпусе SOT-23BCX71H(Datasheet "Diotec Sem.")
"BG" на корпусе SOT-23BCX71G(Datasheet "Diotec Sem.")
"BR2" на корпусе SOT-89 BSR31(Datasheet "Zetex")
"C1" на корпусе SOT-23BCW29(Datasheet "Diotec Sem.")
"C2" на корпусе SOT-23BCW30(Datasheet "Diotec Sem.")
"C5" на корпусе SOT-23MMBA811C5(Datasheet "Samsung Sem.")
"C6" на корпусе SOT-23MMBA811C6(Datasheet "Samsung Sem.")
"C7" на корпусе SOT-23BCF29(Datasheet "Diotec Sem.")
"C8" на корпусе SOT-23BCF30(Datasheet "Diotec Sem.")
"CEs" на корпусе SOT-23BSS79B(Datasheet "Siemens")
"CEC" на корпусе SOT-89 BC869(Datasheet "Philips")
"CFs" на корпусе SOT-23BSS79C(Datasheet "Siemens")
"CHs" на корпусе SOT-23BSS80B(Datasheet "Infenion")
"CJs" на корпусе SOT-23BSS80C(Datasheet "Infenion")
"CMs" на корпусе SOT-23BSS82C(Datasheet "Infenion")
"CLs" на корпусе SOT-23BSS82B(Datasheet "Infenion")
"D1" на корпусе SOT-23BCW31(Datasheet "KEC")
"D2" на корпусе SOT-23BCW32(Datasheet "KEC")
"D3" на корпусе SOT-23BCW33(Datasheet "KEC")
D6" на корпусе SOT-23MMBC1622D6(Datasheet "Samsung Sem.")
"D7t","D7p" на корпусе SOT-23BCF32(Datasheet "NXP Sem.")
"D7" на корпусе SOT-23BCF32(Datasheet "Diotec Sem.")
"D8" на корпусе SOT-23BCF33(Datasheet "Diotec Sem.")
"DA" на корпусе SOT-23BCW67A(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"DB" на корпусе SOT-23BCW67B(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"DC" на корпусе SOT-23BCW67C(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"DF" на корпусе SOT-23BCW67F(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"DG" на корпусе SOT-23BCW67G(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"DH" на корпусе SOT-23BCW67H(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"E2p" на корпусе SOT-23BFS17A(Datasheet "Philips")
"EA" на корпусе SOT-23BCW65A(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"EB" на корпусе SOT-23BCW65B(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"EC" на корпусе SOT-23BCW65C(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"EF" на корпусе SOT-23BCW65F(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"EG" на корпусе SOT-23BCW65G(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"EH" на корпусе SOT-23BCW65H(Datasheet "Central Sem. Corp.")
"F1" на корпусе SOT-23MMBC1009F1(Datasheet "Samsung Sem.")
"F3" на корпусе SOT-23MMBC1009F3(Datasheet "Samsung Sem.")
"FA" на корпусе SOT-89 BFQ17(Datasheet "Philips")
"FDp","FDt","FDW" на корпусе SOT-23 BCV26(Datasheet "Philips(NXP)")
"FEp","FEt","FEW" на корпусе SOT-23 BCV46(Datasheet "Philips(NXP)")
"FFp","FFt","FFW" на корпусе SOT-23 BCV27(Datasheet "Philips(NXP)")
"FGp","FGt","FGW" на корпусе SOT-23 BCV47(Datasheet "Philips(NXP)")
"GFs" на корпусе SOT-23 BFR92P(Datasheet "Infenion")
"h2p","h2t","h2W" на корпусе SOT-23 BCV69(Datasheet "Philips(NXP)")
"h3p","h3t","h3W" на корпусе SOT-23 BCV70(Datasheet "Philips(NXP)")
"h4p","h4t" на корпусе SOT-23 BCV89(Datasheet "Philips(NXP)")
"H7p" на корпусе SOT-23 BCF70
"K1" на корпусе SOT-23 BCW71(Datasheet "Samsung Sem.")
"K2" на корпусе SOT-23 BCW72(Datasheet "Samsung Sem.")
"K3p" на корпусе SOT-23 BCW81(Datasheet "Philips(NXP)")
"K1p","K1t" на корпусе SOT-23 BCW71(Datasheet "Philips(NXP)")
"K2p","K2t" на корпусе SOT-23 BCW72(Datasheet "Philips(NXP)")
"K7p","K7t" на корпусе SOT-23 BCV71(Datasheet "Philips(NXP)")
"K8p","K8t" на корпусе SOT-23 BCV72(Datasheet "Philips(NXP)")
"K9p" на корпусе SOT-23 BCF81(Datasheet " Guangdong Kexin Ind.Co.Ltd")
"L1" на корпусе SOT-23 BSS65
"L2" на корпусе SOT-23 BSS69(Datasheet "Zetex Sem.")
"L3" на корпусе SOT-23 BSS70(Datasheet "Zetex Sem.")
"L4" на корпусе SOT-23 2SC1623L4(Datasheet "BL Galaxy El.")
"L5" на корпусе SOT-23 BSS65R
"L6" на корпусе SOT-23 BSS69R(Datasheet "Zetex Sem.")
"L7" на корпусе SOT-23 BSS70R(Datasheet "Zetex Sem.")
"M3" на корпусе SOT-23 MMBA812M3(Datasheet "Samsung Sem.")
"M4" на корпусе SOT-23 MMBA812M4(Datasheet "Samsung Sem.")
"M5" на корпусе SOT-23 MMBA812M5(Datasheet "Samsung Sem.")
"M6" на корпусе SOT-23 MMBA812M6(Datasheet "Samsung Sem.")
"M6P" на корпусе SOT-23 BSR58(Datasheet "Philips(NXP)")
"M7" на корпусе SOT-23 MMBA812M7(Datasheet "Samsung Sem.")
"P1" на корпусе SOT-23 BFR92(Datasheet "Vishay Telefunken")
"P2" на корпусе SOT-23 BFR92A(Datasheet "Vishay Telefunken")
"P4" на корпусе SOT-23 BFR92R(Datasheet "Vishay Telefunken")
"P5" на корпусе SOT-23 FMMT2369A(Datasheet "Zetex Sem.")
"Q2" на корпусе SOT-23 MMBC1321Q2(Datasheet "Motorola Sc.")
"Q3" на корпусе SOT-23 MMBC1321Q3(Datasheet "Motorola Sc.")
"Q4" на корпусе SOT-23 MMBC1321Q4(Datasheet "Motorola Sc.")
"Q5" на корпусе SOT-23 MMBC1321Q5(Datasheet "Motorola Sc.")
"R1p" на корпусе SOT-23 BFR93(Datasheet "Philips(NXP)")
"R2p" на корпусе SOT-23 BFR93A(Datasheet "Philips(NXP)")
"s1A" на корпусах SOT-23,SOT-363,SC-74SMBT3904(Datasheet "Infineon")
"s1D" на корпусе SOT-23 SMBTA42(Datasheet "Infineon")
"S2" на корпусе SOT-23 MMBA813S2(Datasheet "Motorola Sc.")
"s2A" на корпусе SOT-23 SMBT3906(Datasheet "Infineon")
"s2D" на корпусе SOT-23 SMBTA92(Datasheet "Siemens Sem.")
"s2F" на корпусе SOT-23 SMBT2907A(Datasheet "Infineon")
"S3" на корпусе SOT-23 MMBA813S3(Datasheet "Motorola Sc.")
"S4" на корпусе SOT-23 MMBA813S4(Datasheet "Motorola Sc.")
"T1"на корпусе SOT-23 BCX17(Datasheet "Philips(NXP)")
"T2"на корпусе SOT-23 BCX18(Datasheet "Philips(NXP)")
"T7"на корпусе SOT-23 BSR15(Datasheet "Diotec Sem.")
"T8"на корпусе SOT-23 BSR16(Datasheet "Diotec Sem.")
"U1p","U1t","U1W"на корпусе SOT-23 BCX19(Datasheet "Philips(NXP)")
"U2"на корпусе SOT-23 BCX20(Datasheet "Diotec Sem.")
"U7p","U7t","U7W"на корпусе SOT-23 BSR13(Datasheet "Philips(NXP)")
"U8p","U8t","U8W"на корпусе SOT-23 BSR14(Datasheet "Philips(NXP)")
"U92" на корпусе SOT-23 BSR17A(Datasheet "Philips")
"Z2V" на корпусе SOT-23 FMMTA64(Datasheet "Zetex Sem.")
"ZD" на корпусе SOT-23 MMBT4125(Datasheet "Samsung Sem.")

Обозначение - тип - транзистор

Обозначение - тип - транзистор

Cтраница 1

Обозначение типа транзистора приводится на его корпусе.  [1]

Начиная с 1964 г. была введена новая система обозначений типов транзисторов ( ГОСТ 10862 - 64, ГОСТ 10862 - 72), действовавшая до 1978 г. Эта система близка к системе обозначений, установленной ОСТ 11 336.038 - 77 и описанной ранее. Обозначения типов транзисторов согласно ГОСТ 10862 - 72, присвоенные подавляющему большинству типов транзисторов, вошедших в настоящий справочник, отличаются от современной системы обозначений следующими признаками.  [2]

Начиная с 1964 г. была введена новая система обозначений типов транзисторов ( ГОСТ 10862 - 64, ГОСТ 10862 - 72), действовавшая до 1978 г. Эта система близка к системе обозначений, установленной ОСТ 11 336.038 - 77 и описанной ранее.  [3]

Начиная с 1964 г. была введена новая система обозначений типов транзисторов ( ГОСТ 10862 - 64, ГОСТ 10862 - 72), действовавшая до 1978 г. Эта система близка к системе обозначений, установленной ОСТ 11 336.038 - 77 и описанной ранее. Обозначения типов транзисторов согласно ГОСТ 10862 - 72, присвоенные подавляющему большинству типов транзисторов, вошедших в настоящий справочник, отличаются от современной системы обозначений следующими признаками.  [4]

Обозначения типов транзисторов согласно ГОСТ 10862 - 72, присвоены подавляющему большинству типов транзисторов, вошедших в настоящий справочник.  [5]

Бескорпусные, с гибкими выводами, без кристаллодержателя, с защитным покрытием. Каждый транзистор упаковывается в индивидуальную тару. Обозначение типа транзистора приводится на сопроводительной таре.  [6]

Выпускаются в металлокерамических корпусах с полосковыми выводами. Транзисторы КТ919А, КТ919Б, КТ919В, КТ919Г имеют дополнительную пластмассовую оболочку. Условное обозначение типа дается на верхней части корпуса: транзисторов 2Т919А - буква А и зеленая точка, 2Т919Б - буква Б и черная точка, 2Т919В - буква В и белая точка. Обозначение типа дается на этикетке. Обозначение типа транзисторов КТ919А, КТ919Б, КТ919В, КТ919Г дается на верхней части корпуса.  [7]

Страницы:      1

Устройство и маркировка биполярного транзистора

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми приборами и с этой статьи начнем разбираться с транзистором. В этой части мы познакомимся с устройством и маркировкой биполярных транзисторов.

Полупроводниковые транзисторы бывают двух видов: биполярные и полевые.
В отличие от полевых транзисторов биполярные получили наиболее широкое применение в радиоэлектронике, а чтобы эти транзисторы как-то отличать друг от друга, биполярные принято называть просто — транзисторами.

1. Устройство и обозначение биполярного транзистора.

Схематично биполярный транзистор можно представить в виде пластины полупроводника с чередующимися областями разной электропроводности, которые образуют два p-n перехода. Причем обе крайние области обладают электропроводностью одного типа, а средняя область электропроводностью другого типа, и где каждая из областей имеет свой контактный вывод.

Если в крайних областях полупроводника преобладает дырочная электропроводность, а в средней области электронная, то такой полупроводниковый прибор называют транзистором структуры p-n-p.

А если в крайних областях преобладает электронная электропроводность, а в средней дырочная, то такой транзистор имеет структуру n-p-n.

А теперь возьмем схематичную часть транзистора и прикроем любую крайнюю область, например, область коллектора, и посмотрим на результат: у нас остались открытыми область базы и эмиттера, то есть получился полупроводник с одним p-n переходом или обычный полупроводниковый диод. О диодах можно почитать здесь.

Если же мы прикроем область эмиттера, то останутся открытыми области базы и коллектора — и также получается диод.

Отсюда возникает вывод, что биполярный транзистор можно представить в виде двух диодов с одной общей областью, включенных навстречу друг другу. При этом общая (средняя) область называется базой, а примыкающие к базе области коллектором и эмиттером. Это и есть три электрода транзистора.

Примыкающие к базе области делают неодинаковыми: одну из областей изготавливают так, чтобы из нее наиболее эффективно происходил ввод (инжекция) носителей заряда в базу, а другую область делают таким-образом, чтобы в нее эффективно осуществлялся вывод (экстракция) носителей заряда из базы.

Отсюда получается:

область транзистора, назначением которой является ввод (инжекция) носителей зарядов в базу называется эмиттером, и соответствующий p-n переход эмиттерным.

область транзистора, назначением которой является вывод (экстракция) носителей из базы, называется коллектором, и соответствующий p-n переход коллекторным.

То есть получается, что эмиттер вводит электрические заряды в базу, а коллектор их забирает.

Различие в обозначениях транзисторов разных структур на принципиальных схемах заключается лишь в направлении стрелки эмиттера: в p-n-p транзисторах она обращена в сторону базы, а в n-p-n транзисторах – от базы.

2. Технология изготовления биполярных транзисторов.

Технология изготовления транзисторов ни чем не отличается от технологии изготовления диодов. Еще в начальный период развития транзисторной техники биполярные транзисторы делали только из германия методом вплавления примесей, и такие транзисторы называют сплавными.

Берется кристалл германия и в него вплавляются кусочки индия.
Атомы индия диффузируют (проникают) в тело кристалла германия, образуя в нем две области p-типа – коллектор и эмиттер. Между этими областями остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника n-типа, которую именуют базой. А чтобы защитить кристалл от влияния света и механического воздействия его помещают в металлостеклянный, металлокерамический или пластмассовый корпус.

На картинке ниже показано схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора, собранного на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу диска – ее наружный проволочный вывод.

Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проводникам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Металлический колпак защищает прибор от влияния света и механических повреждений. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные германиевые транзисторы из серии МП37 — МП42.

В обозначении буква «М» говорит, что корпус транзистора холодносварной, буква «П» — это первая буква слова «плоскостной», а цифры означают порядковый заводской номер транзистора. Как правило, после заводского номера ставят буквы А, Б, В, Г и т.д., указывающие на разновидность транзистора в данной серии, например, МП42Б.

С появлением новых технологий научились обрабатывать кристаллы кремния, и уже на его основе были созданы кремниевые транзисторы, получившие наиболее широкое применение в радиотехнике и на сегодняшний день практически полностью вытеснившие германиевые приборы.

Кремниевые транзисторы могут работать при более высоких температурах (до 125ºС), имеют меньшие обратные токи коллектора и эмиттера, а также более высокие пробивные напряжения.

Основным методом изготовления современных транзисторов является планарная технология, а транзисторы, выполненные по этой технологии, называют планарными. У таких транзисторов p-n переходы эмиттер-база и коллектор-база находятся в одной плоскости. Суть метода заключается в диффузии (вплавлении) в пластину исходного кремния примеси, которая может находиться в газообразной, жидкой или твердой фазе.

Как правило, коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного кремния, на поверхность которой вплавляют близко друг от друга два шарика примесных элементов. В процессе нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластину кремния.

При этом один шарик образует в пластине тонкую базовую область, а другой эмиттерную. В результате в пластине исходного кремния образуются два p-n перехода, образующие транзистор структуры p-n-p. По такой технологии изготавливают наиболее распространенные кремниевые транзисторы.

Также для изготовления транзисторных структур широко используются комбинированные методы: сплавление и диффузия или сочетание различных вариантов диффузии (двусторонняя, двойная односторонняя). Возможный пример такого транзистора: базовая область может быть диффузионная, а коллектор и эмиттер – сплавные.

Использование той или иной технологии при создании полупроводниковых приборов диктуется различными соображениями, связанными с техническими и экономическими показателями, а также их надежностью.

3. Маркировка биполярных транзисторов.

На сегодняшний день маркировка транзисторов, согласно которой их различают и выпускают на производствах, состоит из четырех элементов.
Например: ГТ109А, ГТ328, 1Т310В, КТ203Б, КТ817А, 2Т903В.

Первый элемент — буква Г, К, А или цифра 1, 2, 3 – характеризует полупроводниковый материал и температурные условия работы транзистора.

1. Буква Г или цифра 1 присваивается германиевым транзисторам;
2. Буква К или цифра 2 присваивается кремниевым транзисторам;
3. Буква А или цифра 3 присваивается транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия.

Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзистор может работать при повышенных температурах: германий – выше 60ºС, а кремний – выше 85ºС.

Второй элемент – буква Т от начального слова «транзистор».

Третий элемент – трехзначное число от 101 до 999 – указывает порядковый заводской номер разработки и назначение транзистора. Эти параметры даны в справочнике по транзисторам.

Четвертый элемент – буква от А до К – указывает разновидность транзисторов данной серии.

Однако до сих пор еще можно встретить транзисторы, на которых стоит более ранняя система обозначения, например, П27, П213, П401, П416, МП39 и т.д. Такие транзисторы выпускались еще в 60 — 70-х годах до введения современной маркировки полупроводниковых приборов. Пусть эти транзисторы устарели, но они все еще пользуются популярностью и применяются в радиолюбительских схемах.

В рамках этой части статьи мы рассмотрели лишь общие методы изготовления транзисторных структур, чтобы начинающему радиолюбителю было легче понять внутреннее устройство транзистора.

На этом мы закончим, а в следующей части проведем несколько опытов и на их основе сделаем практические выводы о работе биполярного транзистора.
Удачи!

Литература:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Пасынков В.В., Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.

gaz.wiki - gaz.wiki

Navigation

  • Main page

Languages

  • Deutsch
  • Français
  • Nederlands
  • Русский
  • Italiano
  • Español
  • Polski
  • Português
  • Norsk
  • Suomen kieli
  • Magyar
  • Čeština
  • Türkçe
  • Dansk
  • Română
  • Svenska

Полупроводниковые приборы. Классификация и обозначения полупроводниковых приборов Презентация электроника полупроводниковые приборы и устройства


Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению (ρ=10-6 ÷ 1010 Ом м) занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению (ρ=10-6 ÷ 1010 Ом м) занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.


Для изготовления электронных приборов используют твердые полупроводники, имеющие кристаллическое строение. Для изготовления электронных приборов используют твердые полупроводники, имеющие кристаллическое строение. Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов.


Полупроводниковые диоды Это полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, работа которого основана на свойствах p-n - перехода. Основным свойством p-n – перехода является односторонняя проводимость – ток протекает только в одну сторону. Условно-графическое обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки, которая и указывает направление протекания тока через прибор. Конструктивно диод состоит из p-n-перехода, заключенного в корпус (за исключением микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от p-области – анод, от n-области – катод. Т.е. диод – это полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении – от анода к катоду. Зависимость тока через прибор от приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) прибора I=f(U).


Транзисторы Транзистор - это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, а также коммутации электрических цепей. Отличительной особенностью транзистора является способность усиливать напряжение и ток - действующие на входе транзистора напряжения и токи приводят к появлению на его выходе напряжений и токов значительно большей величины. Свое название транзистор получил от сокращения двух английских слов tran(sfer) (re)sistor - управляемый резистор. Транзистор позволяет регулировать ток в цепи от нуля до максимального значения.


Классификация транзисторов: Классификация транзисторов: - по принципу действия: полевые (униполярные), биполярные, комбинированные. - по значению рассеиваемой мощности: малой, средней и большой. - по значению предельной частоты: низко-, средне-, высоко- и сверхвысокочастотные. - по значению рабочего напряжения: низко- и высоковольтные. - по функциональному назначению: универсальные, усилительные, ключевые и др. - по конструктивному исполнению: бескорпусные и в корпусном исполнении, с жесткими и гибкими выводами.


В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах: В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах: 1) Активный режим - используется для усиления электрических сигналов в аналоговых устройствах. Сопротивление транзистора изменяется от нуля до максимального значения - говорят транзистор «приоткрывается» или «подзакрывается». 2) Режим насыщения - сопротивление транзистора стремится к нулю. При этом транзистор эквивалентен замкнутому контакту реле. 3) Режим отсечки - транзистор закрыт и обладает высоким сопротивлением, т.е. он эквивалентен разомкнутому контакту реле. Режимы насыщения и отсечки используются в цифровых, импульсных и коммутационных схемах.


Индикатор Электрóнный индикáтор - это электронное показывающее устройство, предназначенное для визуального контроля за событиями, процессами и сигналами. Электронные индикаторы устанавливается в различное бытовое и промышленное оборудование для информирования человека об уровне или значении различных параметров, например, напряжения, тока, температуры, заряде батареи и т.д. Часто электронным индикатором ошибочно называют механический индикатор с электронной шкалой.

Работа может использоваться для проведения уроков и докладов по предмету "Физика"

Наши готовые презентации по физике делают сложные темы урока простыми,интересными и легкоусвояемыми. Большинство опытов, изучаемых на уроках физики, невозможно провести в обычных школьных условиях, показать такие опыты можно с помощью презентаций по физике.В данном разделе сайта Вы можете скачать готовые презентации по физике для 7,8,9,10,11 класса, а также презентации-лекции и презентации-семинары по физике для студентов.

Интегральные датчики температуры на БТ 2 Большинство полупроводниковых датчиков температуры используют соотношение между напряжением база-эмиттер и током коллектора. Базовая схема измерения температуры Схемы ячеек датчиков температуры Ячейка Брокау Ячейка токового датчика температуры

Интегральные датчики температуры на БТ 3 Датчики температуры с токовым выходом TO-92Корпус от -25 до 105T A,°C 0,298I CC,мА от 4 до 30V CC,В Различные схемы включения токовых ДТ для определения: а среднего значения температуры в трех точках пространства, б точки с минимальной температурой из трех контролируемых, в разности температур в двух точках

Интегральные датчики температуры на БТ 4 Датчики температуры с выходом по напряжению Vcc, В2, Чувствительность, мВ/ С 10 Рабочий диапазон температур, С AD AD Vcc, В Чувствительность, мВ/ С 10 Рабочий диапазон температур, С Icc, мА0,12 LM45 LM135/235/335 Vcc, В2, Чувствительность, мВ/ К 10 Рабочий диапазон температур, С LM LM LM Простейшие схемы применения для измерения: а – минимальной из трех температур, б – среднего значения температуры для трех точек, в – разности температур Типовые схемы включения: а – без калибровки, б – с калибровкой

Интегральные датчики температуры на БТ 5 Схемы простого термостата Логометрический ДТ: а – структурная схема, б – схема преобразования температуры в код, не зависящий от напряжения питания Логометрические ДТ Системы измерения называются логометрическими, если конечный результат преобразования не зависит от температуры. Выходной сигнал логометрических датчиков зависит от напряжения питания. Vcc, В2,7...3,6 Чувствительность, мВ/ С 28 Рабочий диапазон температур, С Icc, мА0,5 КорпусSOIC-8, TO92 Удобно сопрягать датчик с 12-разрядным АЦП AD7896, который использует питающее напряжение в качестве опорного

Датчики температуры с цифровым выходом 6 Микросхемы MAX6576/MAX6577 это дешёвые, слаботочные температурные датчики с однопроводным выходом. Микросхема MAX6576 преобразует окружающую температуру в меандр с периодом пропорциональным абсолютной температуре (°K). Микросхема MAX6577 преобразует окружающую температуру в меандр с частотой пропорциональной абсолютной температуре. Микросхема MAX6576 обеспечивает точность ±3°C при +25°C, ±4.5°C при +85°C и ±5°C при +125°C. Микросхема MAX6577 обеспечивает точность ±3°C при +25°C, ±3.5°C при +85°C и ±4.5°C при +125°C. Наименование Интерфейс Точность (±°C) Диапазон питающего напряжения (В)Рабочий диапазон (°C)Корпус MAX6576 MAX6577 период - темп. частота - темп. 3 от 2.7 до 5.5 от –40 до /SOT2 3 Оба устройства отличаются однопроводным выходом, который минимизирует число выводов, необходимых для взаимодействия с микропроцессором. Диапазон периода/частоты выходного меандра может быть выбран подключением двух выводов выбора времени (TS0, TS1) к VDD (питание) или GND (общий). Микросхемы MAX6576/MAX6577 выпускаются в компактных 6-контактных SOT23 корпусах.

Датчики температуры с ШИМ 7 TMP03/TMP04 - полупроводниковая ИС, длительность прямоугольного сигнала на выходе которой прямо пропорциональна ее температуре. Встроенный преобразователь температуры вырабатывает прямопропорциональное температуре напряжение, которое сравнивается с опорным напряжением, и результат сравнения подается на цифровой модулятор. Масштабный формат кодирования выходного последовательного цифрового сигнала позволяет избежать ошибок, возникающих в других устройствах ввиду нестабильности частоты синхросигнала. Приборы имеют типовую погрешность измерения ±1.5°C в диапазоне от -25°C до +100°C и превосходную линейность характеристики преобразования. Цифровой выход TMP04 является ТТЛ/КМОП совместимым, что позволяет подключать его к большинству микроконтроллеров напрямую. Выход с открытым коллектором прибора TMP03 имеет максимальный втекающий ток 5 мА. TMP03 и TMP04 имеют рабочий диапазон напряжения питания от 4.5 до 7 В. Работая от 5 В источника питания при ненагруженном выходе приборы потребляют менее 1.3 мА. TMP03/TMP04 определены для работы в температурном диапазоне от -40°C до +100°C и выпускаются в ТО-92, SO-8 и TSSOP-8 корпусах. С пониженной точностью приборы способны измерять температуру до 150°C. Формат выходного сигнала ДТ

Датчики температуры с последовательным цифровым интерфейсом 8 Эта микросхема помимо температурного датчика на основе биполярного транзистора включает также сигма- дельта АЦП, интерфейс которого совместим с интерфейсами SPI и MICROWIRE. Тринадцатиразрядный АЦП обес­печивает разрешение °С в диапазоне температур от -55 до +150°С. Датчик допускает перевод в режим молчания с пониженным энергопотреблением (shutdown mode), при котором потребляемый ток уменьшается до 10 мкА. Датчик изготавливается в корпусе SO-8 и в миниатюрном 5-выводном micro SMD-кopпyсe. Датчики температуры AD7816/17/18 Датчики температуры DS18B20

Температурные компараторы 9 Прибор имеет выход с открытым коллектором, который переключается при достижении температурой заданного пользователем значения. ADT05 имеет гистерезис, равный приблизительно 4°С, что обеспечивает быстрый цикл включения/выключения. ADT05 разработан для работы с однополярным напряжением питания от + 2,7 до +7,0 В, что облегчает их применение как в батарейных устройствах, так и в индустриальных контрольных системах. Номинал резистора, задающего температуру срабатывания, определяется выражением: R SET = 39 МОМ°С/(T SET (°C) + 281,6°C) - 90,3 к Ом. ТМР01 – двухканальный контролер, который также вырабатывает выходное напряжение, пропорциональное абсолютной температуре (выход 5). Помимо этого он вырабатывает сигналы управления на одном или обоих выходах, когда температура оказывается за пределами заданного температурного диапазона. Верхняя и нижняя границы диапазона и гистерезис компараторов каждого из этих каналов задаются внешними сопротивлениями.

Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению (ρ=10-6 ÷ 1010 Омм) занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.Полупроводниковые материалы



Полупроводниковые диоды Это полупроводниковый прибор с одним p-n- переходом и двумя выводами, работа которого основана на свойствах p-n - перехода. Основным свойством p-n – перехода является односторонняя проводимость – ток протекает только в одну сторону. Условно - графическое обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки, которая и указывает направление протекания тока через прибор. Конструктивно диод состоит из p-n- перехода, заключенного в корпус (за исключением микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от p- области – анод, от n- области – катод. Т. е. диод – это полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении – от анода к катоду. Зависимость тока через прибор от приложенного напряжения называется вольт - амперной характеристикой (ВАХ) прибора I=f(U).

Транзисторы Транзистор - это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, а также коммутации электрических цепей. Отличительной особенностью транзистора является способность усиливать напряжение и ток - действующие на входе транзистора напряжения и токи приводят к появлению на его выходе напряжений и токов значительно большей величины. Свое название транзистор получил от сокращения двух английских слов tran(sfer) (re)sistor - управляемый резистор. Транзистор позволяет регулировать ток в цепи от нуля до максимального значения.

Классификация транзисторов: - по принципу действия: полевые (униполярные), биполярные, комбинированные. - по значению рассеиваемой мощности: малой, средней и большой. - по значению предельной частоты: низко -, средне -, высоко - и сверхвысокочастотные. - по значению рабочего напряжения: низко - и высоковольтные. - по функциональному назначению: универсальные, усилительные, ключевые и др. - по конструктивному исполнению: бескорпусные и в корпусном исполнении, с жесткими и гибкими выводами.

В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах: 1) Активный режим - используется для усиления электрических сигналов в аналоговых устройствах. Сопротивление транзистора изменяется от нуля до максимального значения - говорят транзистор « приоткрывается » или « под закрывается ». 2) Режим насыщения - сопротивление транзистора стремится к нулю. При этом транзистор эквивалентен замкнутому контакту реле. 3) Режим отсечки - транзистор закрыт и обладает высоким сопротивлением, т. е. он эквивалентен разомкнутому контакту реле. Режимы насыщения и отсечки используются в цифровых, импульсных и коммутационных схемах.

Индикатор Электр ó нный индик á тор это электронное показывающее устройство, предназначенное для визуального контроля за событиями, процессами и сигналами. Электронные индикаторы устанавливается в различное бытовое и промышленное оборудование для информирования человека об уровне или значении различных параметров, например, напряжения, тока, температуры, заряде батареи и т. д. Часто электронным индикатором ошибочно называют механический индикатор с электронной шкалой. электронное показывающее устройство механический индикатор

Введение При использовании полупроводниковых приборов в электронных устройствах для унификации их обозначения и стандартизации параметров используются системы условных обозначений. Эта система классифицирует полупроводниковые приборы по их назначению, основным физическим и электрическим параметрам, конструктивно- технологическим свойствам, виду полупроводниковых материалов. Система условных обозначений отечественных полупроводниковых приборов базируется на государственных и отраслевых стандартах. Первый ГОСТ на систему обозначений полупроводниковых приборов ГОСТ был введен в 1964 году. Затем по мере возникновения новых классификационных групп приборов был изменен на ГОСТ, а затем на отраслевой стандарт ОСТ и ОСТ соответственно в 1972, 1977, 1981 годах. При этой модификации основные элементы цифробуквенного кода системы условных обозначений сохранились. Эта система обозначений логически строена и позволяет наращивать по мере дальнейшего развития элементной базы. Основные термины, определения и буквенные обозначения основных и справочных параметров полупроводниковых приборов приведены в следующих гостах: – Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Тиристоры. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Условные обозначения и классификация отечественных полупроводниковых приборов Система обозначений современных полупроводниковых диодов, тиристоров и оптоэлектронных приборов установлена отраслевым стандартом ОСТ и базируется на ряде классификационных признаков этих приборов. В основу системы обозначений положен буквенно- цифровой код, который состоит из 5 элементов…

Первый элемент Первый элемент (буква или цифра) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Для приборов общегражданского применения используются буквы, являющиеся начальными буквами в названии полупроводника или полупроводникового соединения. Для приборов специального применения вместо этих букв используются цифры. Исходный материал Условные обозначения Германий или его соединения Г или 1 Кремний или его соединения К или 2 Соединения галлия (например, арсенид галлия) А или 3 Соединения индия (например, фосфид индия) И или 4

Второй элемент- подкласс полупроводниковых приборов. Обычно буква выбирается из названия прибора, как первая буква названия Подкласс приборов Условные обозначения Подкласс приборов Условные обозначения Выпрямительные, универсальные, импульсные диоды Д Стабилитроны С Транзисторы биполярные Т Выпрямительные столбы Ц Транзисторы полевые П Диоды Ганна Б Варикапы В Стабилизаторы тока К Тиристоры диодные Н Сверхвысокочастотные диоды А Тиристоры триодные У Излучающие ОЭ приборы Л Туннельные диоды И Оптопары О

Третий элемент. Третий элемент (цифра) в обозначении полупроводниковых приборов, определяет основные функциональные возможности прибора. У различных подклассов приборов наиболее характерные эксплутационные параметры (функциональные возможности) различны. Для транзисторов – это рабочая частота и рассеиваемая мощность, для выпрямительных диодов - максимальное значение прямого тока, для стабилитронов – напряжение стабилизации и рассеиваемая мощность, для тиристоров – значение тока в открытом состоянии.


Пятый элемент. Пятый элемент (буква) в буквенно-цифровом коде системы условных обозначений указывает разбраковку по отдельным параметрам приборов, изготовленных в единой технологии. Для обозначения используются заглавные буквы русского алфавита от А до Я, кроме З, О, Ч, Ы, Ш, Щ, Я, схожих по написанию с цифрами.

Условные обозначения и классификация зарубежных полупроводниковых приборов За рубежом существуют различные системы обозначений полупроводниковых приборов. Наиболее распространенной является система обозначений JEDEC, принятая объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором первая цифра соответствует числу p-n переходов: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тетрод (тиристор). За цифрой следует буква N и серийный номер, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). За номером могут стоять одна или несколько букв, указывающих на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным параметрам или характеристикам. Однако цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния или область применения. В Европе используется система, по которой обозначения полупроводниковым приборам присваиваются организацией Association International Pro Electron. По этой системе приборы для бытовой аппаратуры широкого применения обозначаются двумя буквами и тремя цифрами. Так, у приборов широкого применения после двух букв стоит трехзначный порядковый номер от 100 до 999. У приборов, применяемых в промышленной и специальной аппаратуре, третий знак – буква (буквы используются в обратном алфавитном порядке: Z, Y, X и т.д.), за которой следует порядковый номер от 10 до 99.


Первый элемент. Первый элемент (буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Используются 4 латинские буквы A, B, C и D, в соответствии с видом полупроводника или полупроводникового соединения. Исходный материал Ширина запрещенной зоны, эВ Условные обозначения Германий0,6…1 А Кремний1…1,3 В Арсенид галлияболее 1,3 С Антимонид индияменее 1,6 D

Второй элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Третий элемент (цифра или буква) обозначает в буквенно- цифровом коде полупроводниковые приборы, предназначенные для аппаратуры общегражданского применения (цифра) или для аппаратуры специального применения (буква). В качестве буквы в последнем случае используются заглавные латинские буквы, расходуемые в обратном порядке Z, Y, X и т.п. Четвертый элемент (2 цифры) означает порядковый номер технологической разработки и изменяется от 01 до 99. Например, ВТХ это кремниевый управляемый выпрямитель (тиристор) специального назначения с регистрационным номером 10 и напряжением 200 В.

Стандарт JIS-C-7012 Система стандартных обозначений, разработанная в Японии (стандарт JIS-C- 7012, принятый ассоциацией EIAJ-Electronic Industries Association of Japan) позволяет определить класс полупроводникового прибора (диод или транзистор), его назначение, тип проводимости полупроводника. Вид полупроводникового материала в японской системе не отражается. Условное обозначение полупроводниковых приборов по стандарту JIS-C-7012 состоит из пяти элементов. Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает тип полупроводникового прибора. Используются 3 цифры (0, 1, 2 и 3) в соответствии с типом прибора. Второй элемент. Второй элемент обозначается буквой S и указывает на то, что данный прибор является полупроводниковым. Буква S используется как начальная буква от слова Semiconductor. Третий элемент. Третий элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Ниже в таблице приведены буквы, используемые для обозначения подклассов Четвертый элемент. Четвертый элемент обозначает регистрационный номер технологической разработки и начинается с числа 11. Пятый элемент. Пятый элемент отражает модификацию разработки (А и В – первая и вторая модификация).

JEDEC Система обозначений JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), принята объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором: Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает число p-n переходов. Используются 4 цифры (1, 2, 3 и 4) в соответствии с типом прибора: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тиристор, 4 – оптопара. Второй элемент. Второй элемент состоит из буквы N и серийного номера, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). Цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния и область применения. Третий элемент. Третий элемент - одна или несколько букв, указывают на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным характеристикам. Фирма-изготовитель, приборы которой по своим параметрам подобны приборам, зарегестрированным EIA, может представлять свои приборы с обозначением, принятым по системе JEDEC. Пример: 2N2221A, 2N904.

Графические обозначения и стандарты В технической документации и специальной литературе применяются условные графические обозначения полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ «Обозначения условные, графические в схемах. Приборы полупроводниковые».











Условные обозначения электрических параметров и сравнительные справочные данные полупроводниковых приборов Для полупроводниковых приборов определены и стандартизованы значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики, которые приводятся в справочниках. К таким параметрам относятся: напряжение (например, Uпр – постоянное прямое напряжение диода), ток (например, Iст, max – максимально допустимый ток в стабилизации стабилитрона, мощность (например, Pвых – выходная мощность биполярного транзистора), сопротивление (например, rдиф – дифференциальное сопротивление диода), емкость (например, Cк – емкость коллекторного перехода), время и частота (например, tвос, обр - время обратного восстановления тиристора, диода), температура (например, Tmax - максимальная температура окружающей среды). Число значений основных электрических параметров исчисляется сотнями, причем для каждого подкласса полупроводниковых приборов эти параметры будут различными. В справочных изданиях приводятся значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики полупроводниковых приборов. Ниже в качестве примера приведены эти данные для типичных представителей различных типов приборов.

Примеры обозначения некоторых транзисторов: КТ604А - кремниевый биполярный, средней мощности, низкочастотный, номер разработки 04, группа А 2Т920 - кремниевый биполярный, большой мощности, высокочастотный, номер разработки 37, группа А 2ПС202А-2 - набор маломощных кремниевых полевых транзисторов средней частоты, номер разработки 02, группа А, бескорпусный, с гибкими выводами на кристаллодержателе. 2Д921А - кремниевый импульсный диод с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1нс, номер разработки 21, группа А 3И203Г - арсенидогаллиевый туннельный генераторный диод, номер разработки 3, группа Г АД103Б - арсенидогаллиевый излучающий диод инфракрасного диапазона, номер разработки 3, группа Б.

Основные ГОСТы: ГОСТ Приборы полупроводниковые. Термины и определения ОСТ, Приборы полупроводниковые. Система условных обозначений. ГОСТ 2, Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые ГОСТ Приборы полупроводниковые. Основные размеры ГОСТ Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ Приборы полупроводниковые инфракрасные излучающие. Основные размеры. ГОСТ Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Cлайд 1

Классификация и обозначения полупроводниковых приборов Выполнено: Тепликов И. Сенюков Е.

Cлайд 2

Введение При использовании полупроводниковых приборов в электронных устройствах для унификации их обозначения и стандартизации параметров используются системы условных обозначений. Эта система классифицирует полупроводниковые приборы по их назначению, основным физическим и электрическим параметрам, конструктивно-технологическим свойствам, виду полупроводниковых материалов. Система условных обозначений отечественных полупроводниковых приборов базируется на государственных и отраслевых стандартах. Первый ГОСТ на систему обозначений полупроводниковых приборов ГОСТ 10862-64 был введен в 1964 году. Затем по мере возникновения новых классификационных групп приборов был изменен на ГОСТ 10862-72, а затем на отраслевой стандарт ОСТ 11.336.038-77 и ОСТ 11.336.919-81 соответственно в 1972, 1977, 1981 годах. При этой модификации основные элементы цифробуквенного кода системы условных обозначений сохранились. Эта система обозначений логически строена и позволяет наращивать по мере дальнейшего развития элементной базы. Основные термины, определения и буквенные обозначения основных и справочных параметров полупроводниковых приборов приведены в следующих гостах: 25529-82 – Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; 19095-73 – Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; 20003-74 – Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; 20332-84 – Тиристоры. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Cлайд 3

Условные обозначения и классификация отечественных полупроводниковых приборов Система обозначений современных полупроводниковых диодов, тиристоров и оптоэлектронных приборов установлена отраслевым стандартом ОСТ 11 336.919-81 и базируется на ряде классификационных признаков этих приборов. В основу системы обозначений положен буквенно-цифровой код, который состоит из 5 элементов…

Cлайд 4

Первый элемент Первый элемент (буква или цифра) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Для приборов общегражданского применения используются буквы, являющиеся начальными буквами в названии полупроводника или полупроводникового соединения. Для приборов специального применения вместо этих букв используются цифры. Исходный материал Условные обозначения Германий или его соединения Г или 1 Кремний или его соединения К или 2 Соединения галлия (например, арсенид галлия) А или 3 Соединения индия (например, фосфид индия) И или 4

Cлайд 5

Второй элемент- подкласс полупроводниковых приборов. Обычно буква выбирается из названия прибора, как первая буква названия Подкласс приборов Условные обозначения Подкласс приборов Условные обозначения Выпрямительные, универсальные, импульсные диоды Д Стабилитроны С Транзисторы биполярные Т Выпрямительные столбы Ц Транзисторы полевые П Диоды Ганна Б Варикапы В Стабилизаторы тока К Тиристоры диодные Н Сверхвысокочастотные диоды А Тиристоры триодные У Излучающие ОЭ приборы Л Туннельные диоды И Оптопары О

Cлайд 6

Третий элемент. Третий элемент (цифра) в обозначении полупроводниковых приборов, определяет основные функциональные возможности прибора. У различных подклассов приборов наиболее характерные эксплутационные параметры (функциональные возможности) различны. Для транзисторов – это рабочая частота и рассеиваемая мощность, для выпрямительных диодов - максимальное значение прямого тока, для стабилитронов – напряжение стабилизации и рассеиваемая мощность, для тиристоров – значение тока в открытом состоянии.

Cлайд 7

Четвертый элемент. Четвертый элемент (2 либо 3 цифры) означает порядковый номер технологической разработки и изменяется от 01 до 999.

Cлайд 8

Пятый элемент. Пятый элемент (буква) в буквенно-цифровом коде системы условных обозначений указывает разбраковку по отдельным параметрам приборов, изготовленных в единой технологии. Для обозначения используются заглавные буквы русского алфавита от А до Я, кроме З, О, Ч, Ы, Ш, Щ, Я, схожих по написанию с цифрами.

Cлайд 9

Условные обозначения и классификация зарубежных полупроводниковых приборов За рубежом существуют различные системы обозначений полупроводниковых приборов. Наиболее распространенной является система обозначений JEDEC, принятая объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором первая цифра соответствует числу p-n переходов: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тетрод (тиристор). За цифрой следует буква N и серийный номер, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). За номером могут стоять одна или несколько букв, указывающих на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным параметрам или характеристикам. Однако цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния или область применения. В Европе используется система, по которой обозначения полупроводниковым приборам присваиваются организацией Association International Pro Electron. По этой системе приборы для бытовой аппаратуры широкого применения обозначаются двумя буквами и тремя цифрами. Так, у приборов широкого применения после двух букв стоит трехзначный порядковый номер от 100 до 999. У приборов, применяемых в промышленной и специальной аппаратуре, третий знак – буква (буквы используются в обратном алфавитном порядке: Z, Y, X и т.д.), за которой следует порядковый номер от 10 до 99.

Cлайд 10

Cлайд 11

Первый элемент. Первый элемент (буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Используются 4 латинские буквы A, B, C и D, в соответствии с видом полупроводника или полупроводникового соединения. Исходный материал Ширина запрещенной зоны, эВ Условные обозначения Германий 0,6…1 А Кремний 1…1,3 В Арсенид галлия более 1,3 С Антимонид индия менее 1,6 D

Cлайд 12

Второй элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Третий элемент (цифра или буква) обозначает в буквенно-цифровом коде полупроводниковые приборы, предназначенные для аппаратуры общегражданского применения (цифра) или для аппаратуры специального применения (буква). В качестве буквы в последнем случае используются заглавные латинские буквы, расходуемые в обратном порядке Z, Y, X и т.п. Четвертый элемент (2 цифры) означает порядковый номер технологической разработки и изменяется от 01 до 99. Например, ВТХ10-200 - это кремниевый управляемый выпрямитель (тиристор) специального назначения с регистрационным номером 10 и напряжением 200 В.

Cлайд 13

стандарт JIS-C-7012 Система стандартных обозначений, разработанная в Японии (стандарт JIS-C-7012, принятый ассоциацией EIAJ-Electronic Industries Association of Japan) позволяет определить класс полупроводникового прибора (диод или транзистор), его назначение, тип проводимости полупроводника. Вид полупроводникового материала в японской системе не отражается. Условное обозначение полупроводниковых приборов по стандарту JIS-C-7012 состоит из пяти элементов. Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает тип полупроводникового прибора. Используются 3 цифры (0, 1, 2 и 3) в соответствии с типом прибора. Второй элемент. Второй элемент обозначается буквой S и указывает на то, что данный прибор является полупроводниковым. Буква S используется как начальная буква от слова Semiconductor. Третий элемент. Третий элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Ниже в таблице приведены буквы, используемые для обозначения подклассов Четвертый элемент. Четвертый элемент обозначает регистрационный номер технологической разработки и начинается с числа 11. Пятый элемент. Пятый элемент отражает модификацию разработки (А и В – первая и вторая модификация).

Cлайд 14

JEDEC Система обозначений JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), принята объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором: Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает число p-n переходов. Используются 4 цифры (1, 2, 3 и 4) в соответствии с типом прибора: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тиристор, 4 – оптопара. Второй элемент. Второй элемент состоит из буквы N и серийного номера, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). Цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния и область применения. Третий элемент. Третий элемент - одна или несколько букв, указывают на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным характеристикам. Фирма-изготовитель, приборы которой по своим параметрам подобны приборам, зарегестрированным EIA, может представлять свои приборы с обозначением, принятым по системе JEDEC. Пример: 2N2221A, 2N904.

Cлайд 15

Графические обозначения и стандарты В технической документации и специальной литературе применяются условные графические обозначения полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ 2.730-73 «Обозначения условные, графические в схемах. Приборы полупроводниковые».

Cлайд 16

Cлайд 17

Cлайд 18

Cлайд 19

Cлайд 20

Cлайд 21

Cлайд 22

Cлайд 23

Cлайд 24

Cлайд 25

Cлайд 26

Cлайд 30

Триодный, запираемый в обратном направлении, выключаемый, с управлением по Катоду Аноду

Cлайд 31

Условные обозначения электрических параметров и сравнительные справочные данные полупроводниковых приборов Для полупроводниковых приборов определены и стандартизованы значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики, которые приводятся в справочниках. К таким параметрам относятся: напряжение (например, Uпр – постоянное прямое напряжение диода), ток (например, Iст, max – максимально допустимый ток в стабилизации стабилитрона, мощность (например, Pвых – выходная мощность биполярного транзистора), сопротивление (например, rдиф – дифференциальное сопротивление диода), емкость (например, Cк – емкость коллекторного перехода), время и частота (например, tвос, обр - время обратного восстановления тиристора, диода), температура (например, Tmax - максимальная температура окружающей среды). Число значений основных электрических параметров исчисляется сотнями, причем для каждого подкласса полупроводниковых приборов эти параметры будут различными. В справочных изданиях приводятся значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики полупроводниковых приборов. Ниже в качестве примера приведены эти данные для типичных представителей различных типов приборов.

Cлайд 32

Примеры обозначения некоторых транзисторов: КТ604А - кремниевый биполярный, средней мощности, низкочастотный, номер разработки 04, группа А 2Т920 - кремниевый биполярный, большой мощности, высокочастотный, номер разработки 37, группа А 2ПС202А-2 - набор маломощных кремниевых полевых транзисторов средней частоты, номер разработки 02, группа А, бескорпусный, с гибкими выводами на кристаллодержателе. 2Д921А - кремниевый импульсный диод с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1нс, номер разработки 21, группа А 3И203Г - арсенидогаллиевый туннельный генераторный диод, номер разработки 3, группа Г АД103Б - арсенидогаллиевый излучающий диод инфракрасного диапазона, номер разработки 3, группа Б.

Cлайд 33

Основные ГОСТы: ГОСТ 15133-77 Приборы полупроводниковые. Термины и определения ОСТ 11 336,919 -81 Приборы полупроводниковые. Система условных обозначений. ГОСТ 2,730-73 Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые ГОСТ 18472-82 Приборы полупроводниковые. Основные размеры ГОСТ 20003-74 Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ 19095 - 73 Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ 23448 - 79 Приборы полупроводниковые инфракрасные излучающие. Основные размеры. ГОСТ 25529-82 Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

полупроводниковые приборы Полупроводниковые приборы презентация


Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению (ρ=10-6 ÷ 1010 Ом м) занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению (ρ=10-6 ÷ 1010 Ом м) занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.


Для изготовления электронных приборов используют твердые полупроводники, имеющие кристаллическое строение. Для изготовления электронных приборов используют твердые полупроводники, имеющие кристаллическое строение. Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов.


Полупроводниковые диоды Это полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, работа которого основана на свойствах p-n - перехода. Основным свойством p-n – перехода является односторонняя проводимость – ток протекает только в одну сторону. Условно-графическое обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки, которая и указывает направление протекания тока через прибор. Конструктивно диод состоит из p-n-перехода, заключенного в корпус (за исключением микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от p-области – анод, от n-области – катод. Т.е. диод – это полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении – от анода к катоду. Зависимость тока через прибор от приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) прибора I=f(U).


Транзисторы Транзистор - это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, а также коммутации электрических цепей. Отличительной особенностью транзистора является способность усиливать напряжение и ток - действующие на входе транзистора напряжения и токи приводят к появлению на его выходе напряжений и токов значительно большей величины. Свое название транзистор получил от сокращения двух английских слов tran(sfer) (re)sistor - управляемый резистор. Транзистор позволяет регулировать ток в цепи от нуля до максимального значения.


Классификация транзисторов: Классификация транзисторов: - по принципу действия: полевые (униполярные), биполярные, комбинированные. - по значению рассеиваемой мощности: малой, средней и большой. - по значению предельной частоты: низко-, средне-, высоко- и сверхвысокочастотные. - по значению рабочего напряжения: низко- и высоковольтные. - по функциональному назначению: универсальные, усилительные, ключевые и др. - по конструктивному исполнению: бескорпусные и в корпусном исполнении, с жесткими и гибкими выводами.


В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах: В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах: 1) Активный режим - используется для усиления электрических сигналов в аналоговых устройствах. Сопротивление транзистора изменяется от нуля до максимального значения - говорят транзистор «приоткрывается» или «подзакрывается». 2) Режим насыщения - сопротивление транзистора стремится к нулю. При этом транзистор эквивалентен замкнутому контакту реле. 3) Режим отсечки - транзистор закрыт и обладает высоким сопротивлением, т.е. он эквивалентен разомкнутому контакту реле. Режимы насыщения и отсечки используются в цифровых, импульсных и коммутационных схемах.


Индикатор Электрóнный индикáтор - это электронное показывающее устройство, предназначенное для визуального контроля за событиями, процессами и сигналами. Электронные индикаторы устанавливается в различное бытовое и промышленное оборудование для информирования человека об уровне или значении различных параметров, например, напряжения, тока, температуры, заряде батареи и т.д. Часто электронным индикатором ошибочно называют механический индикатор с электронной шкалой.

Работа может использоваться для проведения уроков и докладов по предмету "Физика"

Наши готовые презентации по физике делают сложные темы урока простыми,интересными и легкоусвояемыми. Большинство опытов, изучаемых на уроках физики, невозможно провести в обычных школьных условиях, показать такие опыты можно с помощью презентаций по физике.В данном разделе сайта Вы можете скачать готовые презентации по физике для 7,8,9,10,11 класса, а также презентации-лекции и презентации-семинары по физике для студентов.

Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению (ρ=10-6 ÷ 1010 Омм) занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.Полупроводниковые материалы



Полупроводниковые диоды Это полупроводниковый прибор с одним p-n- переходом и двумя выводами, работа которого основана на свойствах p-n - перехода. Основным свойством p-n – перехода является односторонняя проводимость – ток протекает только в одну сторону. Условно - графическое обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки, которая и указывает направление протекания тока через прибор. Конструктивно диод состоит из p-n- перехода, заключенного в корпус (за исключением микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от p- области – анод, от n- области – катод. Т. е. диод – это полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении – от анода к катоду. Зависимость тока через прибор от приложенного напряжения называется вольт - амперной характеристикой (ВАХ) прибора I=f(U).

Транзисторы Транзистор - это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, а также коммутации электрических цепей. Отличительной особенностью транзистора является способность усиливать напряжение и ток - действующие на входе транзистора напряжения и токи приводят к появлению на его выходе напряжений и токов значительно большей величины. Свое название транзистор получил от сокращения двух английских слов tran(sfer) (re)sistor - управляемый резистор. Транзистор позволяет регулировать ток в цепи от нуля до максимального значения.

Классификация транзисторов: - по принципу действия: полевые (униполярные), биполярные, комбинированные. - по значению рассеиваемой мощности: малой, средней и большой. - по значению предельной частоты: низко -, средне -, высоко - и сверхвысокочастотные. - по значению рабочего напряжения: низко - и высоковольтные. - по функциональному назначению: универсальные, усилительные, ключевые и др. - по конструктивному исполнению: бескорпусные и в корпусном исполнении, с жесткими и гибкими выводами.

В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах: 1) Активный режим - используется для усиления электрических сигналов в аналоговых устройствах. Сопротивление транзистора изменяется от нуля до максимального значения - говорят транзистор « приоткрывается » или « под закрывается ». 2) Режим насыщения - сопротивление транзистора стремится к нулю. При этом транзистор эквивалентен замкнутому контакту реле. 3) Режим отсечки - транзистор закрыт и обладает высоким сопротивлением, т. е. он эквивалентен разомкнутому контакту реле. Режимы насыщения и отсечки используются в цифровых, импульсных и коммутационных схемах.

Индикатор Электр ó нный индик á тор это электронное показывающее устройство, предназначенное для визуального контроля за событиями, процессами и сигналами. Электронные индикаторы устанавливается в различное бытовое и промышленное оборудование для информирования человека об уровне или значении различных параметров, например, напряжения, тока, температуры, заряде батареи и т. д. Часто электронным индикатором ошибочно называют механический индикатор с электронной шкалой. электронное показывающее устройство механический индикатор

Интегральные датчики температуры на БТ 2 Большинство полупроводниковых датчиков температуры используют соотношение между напряжением база-эмиттер и током коллектора. Базовая схема измерения температуры Схемы ячеек датчиков температуры Ячейка Брокау Ячейка токового датчика температуры

Интегральные датчики температуры на БТ 3 Датчики температуры с токовым выходом TO-92Корпус от -25 до 105T A,°C 0,298I CC,мА от 4 до 30V CC,В Различные схемы включения токовых ДТ для определения: а среднего значения температуры в трех точках пространства, б точки с минимальной температурой из трех контролируемых, в разности температур в двух точках

Интегральные датчики температуры на БТ 4 Датчики температуры с выходом по напряжению Vcc, В2, Чувствительность, мВ/ С 10 Рабочий диапазон температур, С AD AD Vcc, В Чувствительность, мВ/ С 10 Рабочий диапазон температур, С Icc, мА0,12 LM45 LM135/235/335 Vcc, В2, Чувствительность, мВ/ К 10 Рабочий диапазон температур, С LM LM LM Простейшие схемы применения для измерения: а – минимальной из трех температур, б – среднего значения температуры для трех точек, в – разности температур Типовые схемы включения: а – без калибровки, б – с калибровкой

Интегральные датчики температуры на БТ 5 Схемы простого термостата Логометрический ДТ: а – структурная схема, б – схема преобразования температуры в код, не зависящий от напряжения питания Логометрические ДТ Системы измерения называются логометрическими, если конечный результат преобразования не зависит от температуры. Выходной сигнал логометрических датчиков зависит от напряжения питания. Vcc, В2,7...3,6 Чувствительность, мВ/ С 28 Рабочий диапазон температур, С Icc, мА0,5 КорпусSOIC-8, TO92 Удобно сопрягать датчик с 12-разрядным АЦП AD7896, который использует питающее напряжение в качестве опорного

Датчики температуры с цифровым выходом 6 Микросхемы MAX6576/MAX6577 это дешёвые, слаботочные температурные датчики с однопроводным выходом. Микросхема MAX6576 преобразует окружающую температуру в меандр с периодом пропорциональным абсолютной температуре (°K). Микросхема MAX6577 преобразует окружающую температуру в меандр с частотой пропорциональной абсолютной температуре. Микросхема MAX6576 обеспечивает точность ±3°C при +25°C, ±4.5°C при +85°C и ±5°C при +125°C. Микросхема MAX6577 обеспечивает точность ±3°C при +25°C, ±3.5°C при +85°C и ±4.5°C при +125°C. Наименование Интерфейс Точность (±°C) Диапазон питающего напряжения (В)Рабочий диапазон (°C)Корпус MAX6576 MAX6577 период - темп. частота - темп. 3 от 2.7 до 5.5 от –40 до /SOT2 3 Оба устройства отличаются однопроводным выходом, который минимизирует число выводов, необходимых для взаимодействия с микропроцессором. Диапазон периода/частоты выходного меандра может быть выбран подключением двух выводов выбора времени (TS0, TS1) к VDD (питание) или GND (общий). Микросхемы MAX6576/MAX6577 выпускаются в компактных 6-контактных SOT23 корпусах.

Датчики температуры с ШИМ 7 TMP03/TMP04 - полупроводниковая ИС, длительность прямоугольного сигнала на выходе которой прямо пропорциональна ее температуре. Встроенный преобразователь температуры вырабатывает прямопропорциональное температуре напряжение, которое сравнивается с опорным напряжением, и результат сравнения подается на цифровой модулятор. Масштабный формат кодирования выходного последовательного цифрового сигнала позволяет избежать ошибок, возникающих в других устройствах ввиду нестабильности частоты синхросигнала. Приборы имеют типовую погрешность измерения ±1.5°C в диапазоне от -25°C до +100°C и превосходную линейность характеристики преобразования. Цифровой выход TMP04 является ТТЛ/КМОП совместимым, что позволяет подключать его к большинству микроконтроллеров напрямую. Выход с открытым коллектором прибора TMP03 имеет максимальный втекающий ток 5 мА. TMP03 и TMP04 имеют рабочий диапазон напряжения питания от 4.5 до 7 В. Работая от 5 В источника питания при ненагруженном выходе приборы потребляют менее 1.3 мА. TMP03/TMP04 определены для работы в температурном диапазоне от -40°C до +100°C и выпускаются в ТО-92, SO-8 и TSSOP-8 корпусах. С пониженной точностью приборы способны измерять температуру до 150°C. Формат выходного сигнала ДТ

Датчики температуры с последовательным цифровым интерфейсом 8 Эта микросхема помимо температурного датчика на основе биполярного транзистора включает также сигма- дельта АЦП, интерфейс которого совместим с интерфейсами SPI и MICROWIRE. Тринадцатиразрядный АЦП обес­печивает разрешение °С в диапазоне температур от -55 до +150°С. Датчик допускает перевод в режим молчания с пониженным энергопотреблением (shutdown mode), при котором потребляемый ток уменьшается до 10 мкА. Датчик изготавливается в корпусе SO-8 и в миниатюрном 5-выводном micro SMD-кopпyсe. Датчики температуры AD7816/17/18 Датчики температуры DS18B20

Температурные компараторы 9 Прибор имеет выход с открытым коллектором, который переключается при достижении температурой заданного пользователем значения. ADT05 имеет гистерезис, равный приблизительно 4°С, что обеспечивает быстрый цикл включения/выключения. ADT05 разработан для работы с однополярным напряжением питания от + 2,7 до +7,0 В, что облегчает их применение как в батарейных устройствах, так и в индустриальных контрольных системах. Номинал резистора, задающего температуру срабатывания, определяется выражением: R SET = 39 МОМ°С/(T SET (°C) + 281,6°C) - 90,3 к Ом. ТМР01 – двухканальный контролер, который также вырабатывает выходное напряжение, пропорциональное абсолютной температуре (выход 5). Помимо этого он вырабатывает сигналы управления на одном или обоих выходах, когда температура оказывается за пределами заданного температурного диапазона. Верхняя и нижняя границы диапазона и гистерезис компараторов каждого из этих каналов задаются внешними сопротивлениями.

Введение При использовании полупроводниковых приборов в электронных устройствах для унификации их обозначения и стандартизации параметров используются системы условных обозначений. Эта система классифицирует полупроводниковые приборы по их назначению, основным физическим и электрическим параметрам, конструктивно- технологическим свойствам, виду полупроводниковых материалов. Система условных обозначений отечественных полупроводниковых приборов базируется на государственных и отраслевых стандартах. Первый ГОСТ на систему обозначений полупроводниковых приборов ГОСТ был введен в 1964 году. Затем по мере возникновения новых классификационных групп приборов был изменен на ГОСТ, а затем на отраслевой стандарт ОСТ и ОСТ соответственно в 1972, 1977, 1981 годах. При этой модификации основные элементы цифробуквенного кода системы условных обозначений сохранились. Эта система обозначений логически строена и позволяет наращивать по мере дальнейшего развития элементной базы. Основные термины, определения и буквенные обозначения основных и справочных параметров полупроводниковых приборов приведены в следующих гостах: – Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Тиристоры. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Условные обозначения и классификация отечественных полупроводниковых приборов Система обозначений современных полупроводниковых диодов, тиристоров и оптоэлектронных приборов установлена отраслевым стандартом ОСТ и базируется на ряде классификационных признаков этих приборов. В основу системы обозначений положен буквенно- цифровой код, который состоит из 5 элементов…

Первый элемент Первый элемент (буква или цифра) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Для приборов общегражданского применения используются буквы, являющиеся начальными буквами в названии полупроводника или полупроводникового соединения. Для приборов специального применения вместо этих букв используются цифры. Исходный материал Условные обозначения Германий или его соединения Г или 1 Кремний или его соединения К или 2 Соединения галлия (например, арсенид галлия) А или 3 Соединения индия (например, фосфид индия) И или 4

Второй элемент- подкласс полупроводниковых приборов. Обычно буква выбирается из названия прибора, как первая буква названия Подкласс приборов Условные обозначения Подкласс приборов Условные обозначения Выпрямительные, универсальные, импульсные диоды Д Стабилитроны С Транзисторы биполярные Т Выпрямительные столбы Ц Транзисторы полевые П Диоды Ганна Б Варикапы В Стабилизаторы тока К Тиристоры диодные Н Сверхвысокочастотные диоды А Тиристоры триодные У Излучающие ОЭ приборы Л Туннельные диоды И Оптопары О

Третий элемент. Третий элемент (цифра) в обозначении полупроводниковых приборов, определяет основные функциональные возможности прибора. У различных подклассов приборов наиболее характерные эксплутационные параметры (функциональные возможности) различны. Для транзисторов – это рабочая частота и рассеиваемая мощность, для выпрямительных диодов - максимальное значение прямого тока, для стабилитронов – напряжение стабилизации и рассеиваемая мощность, для тиристоров – значение тока в открытом состоянии.


Пятый элемент. Пятый элемент (буква) в буквенно-цифровом коде системы условных обозначений указывает разбраковку по отдельным параметрам приборов, изготовленных в единой технологии. Для обозначения используются заглавные буквы русского алфавита от А до Я, кроме З, О, Ч, Ы, Ш, Щ, Я, схожих по написанию с цифрами.

Условные обозначения и классификация зарубежных полупроводниковых приборов За рубежом существуют различные системы обозначений полупроводниковых приборов. Наиболее распространенной является система обозначений JEDEC, принятая объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором первая цифра соответствует числу p-n переходов: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тетрод (тиристор). За цифрой следует буква N и серийный номер, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). За номером могут стоять одна или несколько букв, указывающих на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным параметрам или характеристикам. Однако цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния или область применения. В Европе используется система, по которой обозначения полупроводниковым приборам присваиваются организацией Association International Pro Electron. По этой системе приборы для бытовой аппаратуры широкого применения обозначаются двумя буквами и тремя цифрами. Так, у приборов широкого применения после двух букв стоит трехзначный порядковый номер от 100 до 999. У приборов, применяемых в промышленной и специальной аппаратуре, третий знак – буква (буквы используются в обратном алфавитном порядке: Z, Y, X и т.д.), за которой следует порядковый номер от 10 до 99.


Первый элемент. Первый элемент (буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Используются 4 латинские буквы A, B, C и D, в соответствии с видом полупроводника или полупроводникового соединения. Исходный материал Ширина запрещенной зоны, эВ Условные обозначения Германий0,6…1 А Кремний1…1,3 В Арсенид галлияболее 1,3 С Антимонид индияменее 1,6 D

Второй элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Третий элемент (цифра или буква) обозначает в буквенно- цифровом коде полупроводниковые приборы, предназначенные для аппаратуры общегражданского применения (цифра) или для аппаратуры специального применения (буква). В качестве буквы в последнем случае используются заглавные латинские буквы, расходуемые в обратном порядке Z, Y, X и т.п. Четвертый элемент (2 цифры) означает порядковый номер технологической разработки и изменяется от 01 до 99. Например, ВТХ это кремниевый управляемый выпрямитель (тиристор) специального назначения с регистрационным номером 10 и напряжением 200 В.

Стандарт JIS-C-7012 Система стандартных обозначений, разработанная в Японии (стандарт JIS-C- 7012, принятый ассоциацией EIAJ-Electronic Industries Association of Japan) позволяет определить класс полупроводникового прибора (диод или транзистор), его назначение, тип проводимости полупроводника. Вид полупроводникового материала в японской системе не отражается. Условное обозначение полупроводниковых приборов по стандарту JIS-C-7012 состоит из пяти элементов. Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает тип полупроводникового прибора. Используются 3 цифры (0, 1, 2 и 3) в соответствии с типом прибора. Второй элемент. Второй элемент обозначается буквой S и указывает на то, что данный прибор является полупроводниковым. Буква S используется как начальная буква от слова Semiconductor. Третий элемент. Третий элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Ниже в таблице приведены буквы, используемые для обозначения подклассов Четвертый элемент. Четвертый элемент обозначает регистрационный номер технологической разработки и начинается с числа 11. Пятый элемент. Пятый элемент отражает модификацию разработки (А и В – первая и вторая модификация).

JEDEC Система обозначений JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), принята объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором: Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает число p-n переходов. Используются 4 цифры (1, 2, 3 и 4) в соответствии с типом прибора: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тиристор, 4 – оптопара. Второй элемент. Второй элемент состоит из буквы N и серийного номера, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). Цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния и область применения. Третий элемент. Третий элемент - одна или несколько букв, указывают на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным характеристикам. Фирма-изготовитель, приборы которой по своим параметрам подобны приборам, зарегестрированным EIA, может представлять свои приборы с обозначением, принятым по системе JEDEC. Пример: 2N2221A, 2N904.

Графические обозначения и стандарты В технической документации и специальной литературе применяются условные графические обозначения полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ «Обозначения условные, графические в схемах. Приборы полупроводниковые».











Условные обозначения электрических параметров и сравнительные справочные данные полупроводниковых приборов Для полупроводниковых приборов определены и стандартизованы значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики, которые приводятся в справочниках. К таким параметрам относятся: напряжение (например, Uпр – постоянное прямое напряжение диода), ток (например, Iст, max – максимально допустимый ток в стабилизации стабилитрона, мощность (например, Pвых – выходная мощность биполярного транзистора), сопротивление (например, rдиф – дифференциальное сопротивление диода), емкость (например, Cк – емкость коллекторного перехода), время и частота (например, tвос, обр - время обратного восстановления тиристора, диода), температура (например, Tmax - максимальная температура окружающей среды). Число значений основных электрических параметров исчисляется сотнями, причем для каждого подкласса полупроводниковых приборов эти параметры будут различными. В справочных изданиях приводятся значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики полупроводниковых приборов. Ниже в качестве примера приведены эти данные для типичных представителей различных типов приборов.

Примеры обозначения некоторых транзисторов: КТ604А - кремниевый биполярный, средней мощности, низкочастотный, номер разработки 04, группа А 2Т920 - кремниевый биполярный, большой мощности, высокочастотный, номер разработки 37, группа А 2ПС202А-2 - набор маломощных кремниевых полевых транзисторов средней частоты, номер разработки 02, группа А, бескорпусный, с гибкими выводами на кристаллодержателе. 2Д921А - кремниевый импульсный диод с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1нс, номер разработки 21, группа А 3И203Г - арсенидогаллиевый туннельный генераторный диод, номер разработки 3, группа Г АД103Б - арсенидогаллиевый излучающий диод инфракрасного диапазона, номер разработки 3, группа Б.

Основные ГОСТы: ГОСТ Приборы полупроводниковые. Термины и определения ОСТ, Приборы полупроводниковые. Система условных обозначений. ГОСТ 2, Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые ГОСТ Приборы полупроводниковые. Основные размеры ГОСТ Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ Приборы полупроводниковые инфракрасные излучающие. Основные размеры. ГОСТ Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Полупроводниковые приборы урок –исследование по физике. 9 класс

Берюмова Ольга Николаевна, учитель физики МОУ СОШ № 22 Курского муниципального района Ставропольского края


Цель: изучения принципа действия и строения полупроводниковых приборов .

  •  виды электропроводности;
  •  полупроводники их свойства и применение;
  • принципы работы полупроводниковых приборов

Полупроводниковые приборы.

  • « Полупроводниковые приборы » - это перспективная ветвь развития электротехники.

Диоды

Фотоэлектрические полупроводниковые приборы

Полупроводники

Триоды

Интегральные микросхемы

Транзисторы

Резисторы


Виды проводимости

Примесная

Электронная

Дырчатая

Не основные носители заряда


  • созда ётся путём добавления к тщательно очищенному полупроводнику весьма малого количества примеси.

  • В пластине полупроводника, на границе между двумя слоями с различного рода электропроводностями, образуется электронно-дырочный переход , называемый также р-п- переходом или запирающим слоем.

Биполярные транзисторы

  • Биполярный транзистор можно условно рассматривать как соединение полупроводниковых диодов.
  • * Термин «транзистор», образованный путем слияния двух английских слов transfer -передача и resistor - сопротивление, надо понимать как передающее сопротивление. .

  • В современных электронных вычислительных машинах количество пассивных (резисторов, конденсаторов) и активных (диодов, транзисторов) элементов достигает миллионов.

  • 1 . Средствами электротехники относительно быстро решаются важнейшие технические проблемы в народном хозяйстве.
  • 2. Полупроводниковые приборы вытеснили электронные лампы и ионные приборы
  • 3. Электрическая проводимость полупроводников с повышение температуры уменьшается.
  • 4. Чем лучше очистка полупроводника, тем выше его удельное сопротивление.
  • 5. На практике используется исключительно примесная электропроводность полупроводников,
  • 6. Размеры диода зависят от допустимой для данного типа диодов плотности тока.
  • 7. Чем больше нагревостойкость диода, тем меньше могут быть его габариты при том же КПД

  • 8 . В настоящее время широко применяют несколько видов полупроводниковых диодов: селеновые, германиевые, кремниевые, редко из арсенида галлия.

9. Применение электронных устройств приводит к непрерывному усложнению их схем и к увеличению количества используемых в них элементов.

  • 10 В современных электронных вычисли­тельных машинах количество пассивных (резисторов, конденсаторов) и активных (диодов, транзисторов) элементов достигает миллионов.
  • 11 Разработаны новые принципы создания электронных устройств на базе элементной интеграции.
  • 12 Электронные устройства на полупроводниковых интегральных микросхемах могут иметь плотность монтажа до 500 элементов в 1 см 3 .

  • 13. Интегральные микросхемы представляют собой усилительные устройства.
  • 14. Они обладают большим быстродействием и высокой надежностью (безотказностью в работе). Современные интегральные микро­схемы могут содержать более 1000 элементов.
  • 15. Большие интегральные микросхемы рассчитаны на очень небольшую мощность - десятые доли ватта .

Типы транзисторов - переходные транзисторы и полевые транзисторы

Транзистор стал важным компонентом современной электроники, и мы не можем представить мир без транзисторов. В этом руководстве мы узнаем о классификации и различных типах транзисторов. Мы узнаем о BJT (NPN и PNP), JFET (N-Channel и P-Channel), MOSFET (Enhancement and Depletion), а также о транзисторах на основе их приложений (слабый сигнал, быстрое переключение, мощность и т. Д.).

Введение

Транзистор - это полупроводниковое устройство, которое используется либо для усиления сигналов, либо в качестве переключателя с электрическим управлением.Транзистор представляет собой устройство с тремя выводами, и небольшой ток / напряжение на одном выводе (или выводе) будет управлять большим потоком тока между двумя другими выводами (выводами).

С давних пор электронные лампы заменяются транзисторами, потому что транзисторы имеют больше преимуществ перед электронными лампами. Транзисторы малы по размеру и требуют для работы небольшого количества энергии, а также имеют низкую рассеиваемую мощность. Транзистор является одним из важных активных компонентов (устройство, которое может производить выходной сигнал большей мощности, чем входной).

Транзистор является важным компонентом почти каждой электронной схемы, такой как усилители, переключатели, генераторы, регуляторы напряжения, источники питания и, что наиболее важно, микросхемы цифровой логики.

Со времени изобретения первого транзистора до наших дней транзисторы подразделяются на различные типы в зависимости от их конструкции или работы. Следующая древовидная диаграмма объясняет базовую классификацию различных типов транзисторов.

Древовидная диаграмма транзисторов

Классификацию транзисторов можно легко понять, просмотрев приведенную выше древовидную диаграмму.Транзисторы в основном делятся на два типа. Это биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP. Полевые транзисторы подразделяются на JFET и MOSFET.

Junction FET транзисторы подразделяются на JFET с N-каналом и JFET с P-каналом в зависимости от их конструкции. МОП-транзисторы подразделяются на режим истощения и режим улучшения. Опять же, транзисторы режима обеднения и улучшения дополнительно классифицируются на соответствующие N-канал и P-канал.

Типы транзисторов

Как упоминалось ранее, в более широком смысле, основные семейства транзисторов - это биполярные и полевые транзисторы. Независимо от того, к какому семейству они принадлежат, все транзисторы имеют правильное / специфическое расположение различных полупроводниковых материалов. Обычно используемые полупроводниковые материалы для изготовления транзисторов - это кремний, германий и арсенид галлия.

В основном транзисторы классифицируются в зависимости от их конструкции. У каждого типа транзисторов есть свои особенности, достоинства и недостатки.

Говоря физически и структурно, разница между BJT и FET заключается в том, что в BJT для работы требуются как основные, так и неосновные носители заряда, тогда как в случае полевых транзисторов требуются только основные носители заряда.

Исходя из своих свойств и характеристик, некоторые транзисторы в основном используются для целей переключения (MOSFET), а с другой стороны, некоторые транзисторы используются для целей усиления (BJT). Некоторые транзисторы предназначены как для усиления, так и для переключения.

Переходные транзисторы

Переходные транзисторы

обычно называют биполярными переходными транзисторами (BJT). Термин «биполярный» означает, что для проведения тока требуются и электроны, и дырки, а термин «переход» означает, что он содержит PN-переход (фактически, два перехода).

BJT имеют три терминала с именами эмиттер (E), база (B) и коллектор (C). Транзисторы BJT подразделяются на транзисторы NPN и PNP в зависимости от конструкции.

BJT - это, по сути, устройства с управлением по току.Если через базу BJT-транзистора протекает небольшой ток, это вызывает протекание большого тока от эмиттера к коллектору. Биполярные переходные транзисторы имеют низкий входной импеданс, что приводит к протеканию через транзистор большого тока.

Биполярные переходные транзисторы включаются только входным током, который подается на клемму базы. БЮТ могут работать в трех регионах. Это:

  • Область отсечки: Здесь транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ» i.е. ток, протекающий через транзистор, равен нулю. По сути, это открытый переключатель.
  • Активная область: здесь транзистор действует как усилитель.
  • Область насыщения: здесь транзистор находится в полностью «ВКЛЮЧЕННОМ» состоянии, а также работает как замкнутый переключатель.
NPN-транзистор

NPN - это один из двух типов биполярных переходных транзисторов (BJT). Транзистор NPN состоит из двух полупроводниковых материалов n-типа, разделенных тонким слоем полупроводника p-типа.Здесь основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями заряда являются дырки. Поток электронов от эмиттера к коллектору контролируется током в клемме базы.

Небольшой ток на выводе базы вызывает протекание большого тока от эмиттера к коллектору. В настоящее время наиболее часто используемым биполярным транзистором является транзистор NPN, поскольку подвижность электронов выше подвижности дырок. Стандартное уравнение для токов, протекающих в транзисторе:

I E = I B + I C

Символы и структура для транзисторов NPN приведены ниже.

PNP-транзистор

PNP - это еще один тип биполярных переходных транзисторов (BJT). Транзисторы PNP содержат два полупроводниковых материала p-типа и разделены тонким слоем полупроводника n-типа. Основными носителями заряда в транзисторах PNP являются дырки, а электроны - неосновные носители заряда. Стрелка на выводе эмиттера транзистора указывает протекание обычного тока. В транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору.

Транзистор PNP включен, когда клемма базы подтягивается НИЗКОМ по отношению к эмиттеру. Символ и структура транзистора PNP показаны ниже.

FET (Полевой транзистор)

Полевой транзистор (FET) - еще один основной тип транзисторов. По сути, у полевого транзистора также есть три терминала (как у BJT). Три терминала: ворота (G), слив (D) и источник (S). Полевые транзисторы подразделяются на полевые транзисторы с переходным эффектом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IG-FET) или полевые транзисторы с металлооксидным полупроводником (MOSFET).

Для соединений в цепи мы также рассматриваем четвертую клемму под названием Base или Substrate. Полевые транзисторы контролируют размер и форму канала между источником и стоком, который создается напряжением, приложенным к затвору.

Полевые транзисторы являются однополярными устройствами, поскольку для их работы требуется только большинство носителей заряда (в отличие от BJT, которые являются биполярными транзисторами).

JFET (Соединительный полевой транзистор)

Соединительный полевой транзистор (JFET) - это самый ранний и простой тип полевого транзистора.Полевые транзисторы JFET используются в качестве переключателей, усилителей и резисторов. Этот транзистор представляет собой устройство, управляемое напряжением. Ему не нужен ток смещения.

Напряжение, приложенное между затвором и истоком, управляет потоком электрического тока между истоком и стоком транзистора. Транзисторы JFET доступны как в N-канальном, так и в P-канальном исполнении.

Полевой транзистор с N-каналом

В полевом транзисторе с N-каналом протекание тока происходит за счет электронов. Когда между затвором и истоком подается напряжение, между истоком и стоком образуется канал для протекания тока.Этот канал называется N – Channel. В настоящее время JFET с N-каналом являются более предпочтительным типом, чем JFET с P-каналом. Обозначения для N-канального JFET-транзистора приведены ниже.

P – Channel JFET

В этом типе JFET ток протекает из-за дыр. Канал между истоком и стоком называется P-каналом. Обозначения для полевых транзисторов с P-каналом приведены ниже. Здесь стрелки указывают направление тока.

MOSFET

Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) является наиболее часто используемым и самым популярным типом среди всех транзисторов.Название «Оксид металла» указывает на то, что область затвора и канал разделены тонким слоем оксида металла (обычно SiO 2 ).

Следовательно, полевой МОП-транзистор также известен как полевой транзистор с изолированным затвором, поскольку область затвора полностью изолирована от области истока-стока. Существует дополнительный вывод, известный как подложка или тело, который является основным полупроводником (кремнием), в котором изготовлен полевой транзистор. Итак, полевой МОП-транзистор имеет четыре вывода: сток, исток, затвор и корпус или подложку.

MOSFET имеет много преимуществ перед BJT и JFET, в основном он предлагает высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс.Он используется в коммутационных и силовых цепях и является основным компонентом технологий проектирования интегральных схем.

MOSFET-транзисторы доступны в версиях с истощением и расширением. Кроме того, типы истощения и улучшения подразделяются на типы с N-каналом и P-каналом.

N-канальный MOSFET

MOSFET, имеющий N-канальную область между истоком и стоком, называется N-канальным MOSFET. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы материалами n-типа, расположенными в сильно легированном полупроводниковом материале p-типа (подложке).

Ток между истоком и стоком возникает из-за электронов. Напряжение затвора контролирует протекание тока в цепи. MOSFET с N-каналом используется чаще, чем MOSFET с P-каналом, потому что подвижность электронов выше, чем подвижность дырок.

Символы и структуры для N-канальных MOSFET-транзисторов приведены ниже (как в режиме улучшения, так и в режиме истощения).

MOSFET с P-каналом

MOSFET, имеющий область P-канала между истоком и стоком, называется MOSFET с P-каналом.Здесь выводы истока и стока сильно легированы материалом P-типа, а подложка легирована материалом N-типа. Ток между истоком и стоком обусловлен концентрацией дырок. Приложенное напряжение на затворе будет управлять потоком тока через область канала.

Символы и структуры для P-канальных MOSFET-транзисторов приведены ниже (как в режиме улучшения, так и в режиме истощения).

Транзисторы в зависимости от функции

Транзисторы также классифицируются в зависимости от выполняемых ими функций (операций или приложений).Ниже описаны различные типы транзисторов в зависимости от их функции.

Малосигнальные транзисторы

Основная функция малосигнальных транзисторов заключается в усилении слабых сигналов, но иногда эти транзисторы также используются для переключения. Малосигнальные транзисторы доступны на рынке в виде транзисторов NPN и PNP. Обычно мы можем увидеть какое-то значение, напечатанное на корпусе малосигнального транзистора, которое указывает на hFE транзистора.

В зависимости от этого значения hFE мы можем понять способность транзистора усиливать сигнал.Обычно доступные значения hFE находятся в диапазоне от 10 до 500. Значение тока коллектора этих транзисторов составляет от 80 до 600 мА. Этот тип транзисторов работает в диапазоне частот от 1 до 300 МГц. Само название транзистора указывает на то, что эти транзисторы усиливают слабые сигналы, в которых используются небольшие напряжения и токи, например, несколько милливольт и миллиампер тока.

Малосигнальные транзисторы используются почти во всех типах электронного оборудования, а также эти транзисторы используются в нескольких приложениях, некоторые из них являются переключателями ВКЛ или ВЫКЛ для общего использования, драйвером светодиодного диода, драйвером реле, функцией отключения звука, таймером схемы, инфракрасный диодный усилитель, цепи питания смещения и т. д.

Малые переключающие транзисторы

Малые переключающие транзисторы - это те транзисторы, которые в основном используются для переключения, а иногда и для усиления. Как и малосигнальные транзисторы, небольшие переключающие транзисторы также доступны в форме NPN и PNP, и эти типы транзисторов также имеют значения hFE.

Диапазон значений hFE для этих транзисторов составляет от 10 до 200. При значении hFE 200 транзисторы не являются хорошими усилителями, но они действуют как лучшие переключатели.Диапазон значений тока коллектора от 10 до 1000 мА. Эти транзисторы используются в основном в коммутационных устройствах.

 

Силовые транзисторы

Транзисторы, которые используются в мощных усилителях и источниках питания, называются силовыми транзисторами. Коллекторный вывод этого транзистора подключен к основанию металлического устройства, и эта структура действует как теплоотвод, который рассеивает избыточную мощность для приложений.

Эти типы транзисторов доступны в виде транзисторов NPN, PNP и Дарлингтона.Здесь значения тока коллектора находятся в диапазоне от 1 до 100 А. Диапазон рабочих частот от 1 до 100 МГц. Значения мощности этих транзисторов находятся в диапазоне от 10 до 300 Вт. Само название транзистора указывает на то, что силовые транзисторы используются в приложениях, где требуются высокая мощность, высокое напряжение и большой ток.

 

Высокочастотные транзисторы

Высокочастотные транзисторы используются для небольших сигналов, которые работают на высоких частотах, и они используются в приложениях для высокоскоростной коммутации.Высокочастотные транзисторы также называют РЧ-транзисторами.

Эти транзисторы имеют максимальные значения частоты около 2000 МГц. Значение тока коллектора (I C ) колеблется от 10 до 600 мА. Эти типы транзисторов также доступны в форме NPN и PNP. Они в основном используются в приложениях с высокочастотными сигналами, а также эти транзисторы должны быть включены или выключены только на высоких скоростях. Эти транзисторы используются в схемах генераторов и усилителей HF, VHF, UHF, CATV и MATV.

Фототранзистор

Фототранзисторы - это транзисторы, которые работают в зависимости от света, то есть эти транзисторы светочувствительны. Простой фототранзистор - это не что иное, как биполярный транзистор, который содержит светочувствительную область вместо клеммы базы.

Фототранзисторы имеют только 2 вывода вместо 3 (в BJT). Когда светочувствительная область темная, тогда в транзисторе не течет ток, то есть транзистор находится в состоянии ВЫКЛ.

Когда светочувствительная область подвергается воздействию света, на выводе базы генерируется небольшой ток, который вызывает протекание большого тока от коллектора к эмиттеру. Фототранзисторы доступны как в типах транзисторов BJT, так и на полевых транзисторах. Они называются фото-BJT и фото-FET.

В отличие от фото-BJT, фото-полевые транзисторы генерируют напряжение затвора с помощью света, который контролирует ток между выводами стока и истока. Фото-полевые транзисторы более чувствительны к свету, чем фото-полевые транзисторы.Символы фото-BJT и фото-полевых транзисторов показаны выше.

Однопереходные транзисторы (UJT)

Однопереходные транзисторы (UJT) используются только в качестве переключателей с электрическим управлением. Эти транзисторы не имеют усилительных характеристик из-за своей конструкции. Обычно это трехпроводные транзисторы, в которых два называются базовыми клеммами, а третий - эмиттером.

Теперь посмотрим на работу однопереходного транзистора.Если нет разницы потенциалов между эмиттером и любым из выводов базы (B1 или B2), то между B1 и B2 протекает небольшой ток.

Если на вывод эмиттера подается достаточное напряжение, то на выводе эмиттера генерируется большой ток, который добавляется к небольшому току между B1 и B2, что затем вызывает протекание большого тока в транзисторе.

Здесь ток эмиттера является основным источником тока для управления полным током в транзисторе.Ток между выводами B1 и B2 очень мал, и по этой причине эти транзисторы не подходят для целей усиления.

Глава 8: Транзисторы [Analog Devices Wiki]

В этой главе мы рассмотрим наши первые активные устройства.

8.1 Основные принципы

Активное устройство - это компонент любого типа, способный электрически управлять потоком тока (управлять одним электрическим сигналом другим электрическим сигналом).Чтобы схему можно было назвать электронной, она должна содержать хотя бы одно активное устройство. Все активные устройства контролируют прохождение тока через них. Один тип активного устройства использует напряжение для управления током, в то время как другой тип активных устройств использует другой ток в качестве управляющего сигнала. Устройства, использующие напряжение в качестве управляющего сигнала, неудивительно, называются устройствами, управляемыми напряжением. Устройства, работающие по принципу контроля одного тока другим током, известны как устройства с регулируемым током.Первым успешно продемонстрированным типом транзисторов стало устройство с регулируемым током.

В качестве примечания: происхождение термина «транзистор» - это сокращение от «варистор крутизны», поскольку предложенный Bell Telephone Laboratories. Иногда это ошибочно приписывают сокращению трансрезистентности.

Простой и общий вид такого устройства показан на рисунке 8.1.1. Имеет три терминала; назовем их пока X, Y и Z. Предположим также, что управляемый ток течет на клемму X и выходит обратно на клемму Y.Третий вывод Z - это контрольный вывод. Чтобы описать функцию этого блока, нам сначала нужно определить токи на клеммах IX , IY и IZ , и напряжения на клеммах VXY и VZY , как показано на рисунке. Поскольку ток протекает на клемму X, мы обычно предполагаем, что напряжение на клемме X больше, чем на клемме Y, а напряжение VXY является положительным числом. То же самое можно сказать и о напряжении на выводе Z относительно вывода Y, и напряжение VZY является положительным числом.

Рисунок 8.1.1 Общая модель

В случае устройства, управляемого током, предположим, что управляющий ток IZ, протекает на клемму Z и выводит обратно на клемму Y. Сохранение заряда говорит нам, что сумма токов, протекающих в коробку, должна равняться сумме текущие токи. Таким образом, IY = IX + IZ . Чтобы сделать устройство полезным, было бы желательно, чтобы управляющий ток IZ был очень мал по сравнению с гораздо большим управляемым током IX .Отношение IX к IZ является коэффициентом усиления устройства, и для обозначения этого коэффициента используется греческая буква β (бета). Отношение IX к IY , которое всегда меньше единицы, также является мерой усиления устройства и чаще всего обозначается греческой буквой α (альфа).

Для устройства, управляемого напряжением, предположим, как мы делали раньше, что ток течет на клемму X и выходит на клемму Y. Напряжение на клемме Z теперь управляет величиной тока на клеммах X и Y.Это напряжение теперь необходимо привязать к одной из двух других клемм, и мы будем использовать клемму Y для наших целей. Кроме того, поскольку в этом случае управляющим сигналом является напряжение, мы будем предполагать, что ток не течет на клемму Z (или не выходит из нее). Сравнивая это с устройством, управляемым током, мы можем сказать, что α = 1 и β бесконечно. Соотношение между выходным током и управляющим напряжением, выраженное в амперах / вольт, является размерной проводимостью, и для обозначения проводимости чаще всего используется буква g .Этот параметр транзистора называется крутизной, и обычно используется г .

Мы также можем описать дополнительные устройства, изменив направление токов на обратное, так что теперь управляемый ток течет из клеммы X в клемму Y, как показано на рисунке 8.1.2. Поскольку направление тока теперь меняется на противоположное, мы обычно предполагаем, что напряжение на Y больше, чем на клемме X, а напряжение VXY является отрицательным числом. То же самое можно сказать и о напряжении на выводе Z относительно вывода Y, а напряжение VZY является отрицательным числом.Для случая с управлением по току мы также меняем направление управляющего тока I Z , который теперь вытекает из клеммы Z.

Рисунок 8.1.2 Дополнительная модель

Подводя итог, мы описали четыре типа активных устройств: источник тока, управляемый положительным током, и его дополнительную отрицательную форму, а также источник тока, управляемый положительным напряжением, и его дополнительную отрицательную форму.

8.1.1 Характеристики простой модели

Теперь мы рассмотрим передаточные характеристики этих простых моделей транзисторов и то, как их можно модифицировать или расширять, чтобы сделать их более реалистичными.Сначала мы рассмотрим характеристики выходного тока в зависимости от выходного напряжения простого (идеального) источника тока, управляемого напряжением, при ступенчатом изменении напряжения на управляющем входе. Результаты для управляемого источника с крутизной 1 мА / В показаны на рисунке 8.1.3, поскольку В XY изменяется от 0 до 5 В, а управляющее напряжение В ZY ступенчато. с шагом 0,4 В от 0,1 В до 2,1 В . Идеальный источник тока с регулируемым током должен иметь практически те же характеристики, за исключением того, что каждая горизонтальная линия будет представлять другой управляющий ток (на клемме Z), а не другое управляющее напряжение.

Рисунок 8.1.3 Характеристики источника тока с идеальным управлением напряжением (или током)

Из этих характеристических кривых мы можем узнать следующее; во-первых, ток действительно не зависит от напряжения на клеммах X и Y. Во-вторых, ток I XY равен 1 мА на вольт, приложенный к клемме Z по отношению к клемме X (рисунок 8.1.1). Однако очевидна одна вещь, которая не может произойти в реальном устройстве, и это то, что I XY имеет значение, отличное от нуля, когда напряжение V XY равно нулю.Это означает, что устройство содержит источник энергии, и мы знаем, что это невозможно. В противном случае у нас было бы решение мирового энергетического кризиса. Более реалистичный набор характеристик больше похож на показанный на рисунке 8.1.4.

Кривые, подобные приведенным на рисунке 8.1.4, имеют больше физического смысла, но все же обладают некоторыми свойствами, которых не могут иметь реальные устройства. На графике видны резкие изломы кривых, где наклонная линия, проходящая через начало координат, пересекает горизонтальную линию при постоянном контролируемом значении тока.Этот переход никогда не может быть таким резким и должен каким-то образом плавно переходить от одной линии к другой.

Еще одним свойством этих простых кривых является идеально горизонтальный характер линий тока и напряжения. Реальное устройство покажет некоторое изменение, обычно увеличение из-за конечного реального сопротивления, с напряжением на X и Y.

Рисунок 8.1.4 Ток VCCS должен быть равен нулю, когда В XY = 0

Более полная сложная математическая модель реального физического транзистора показана на рисунке 8.1.5. Мы рассмотрим эту более полную модель в следующих разделах этой главы.

Рисунок 8.1.5 Сложная математическая модель устройства

8.2 Обозначения транзисторов

Этим базовым моделям активных устройств соответствуют четыре типа транзисторов. Их схематические символы показаны на рисунке 8.2.1. Управляемым током устройством n-типа является биполярный транзистор NPN (BJT). Устройство с управлением током p-типа - это PNP BJT.Устройство n-типа, управляемое напряжением, представляет собой NMOS FET (металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор). И, наконец, управляемое напряжением устройство p-типа - PMOS FET. Вместо того, чтобы давать клеммам устройства общие имена, такие как X, Y и Z, установленное соглашение для BJT - коллектор и эмиттер для клемм источника тока и база для клеммы управления током. Точно так же условное обозначение для устройства MOS - сток и источник для клемм источника тока и затвор для клеммы управления напряжением,

Рисунок 8.2.1 символы транзисторов

Примечание. Если читатель не занимается производством устройства, обычно менее важно понимать внутреннюю работу транзисторов. Описания, которые можно получить, углубляясь в внутренние свойства, не особенно подходят для схемотехники и могут быть трудными для полного понимания. Скорее для анализа и проектирования схем обычно достаточно понять внешние свойства транзисторов, рассматривая их более или менее как черный ящик. Добавление некоторого обсуждения тонкостей, которые возникают из-за физики, происходящей внутри черного ящика, конечно, необходимо для надежного проектирования схем.

8.3 Основные сведения о биполярных переходных транзисторах

Транзистор с биполярным переходом (BJT) представляет собой электронное устройство с тремя выводами, построенное из легированного полупроводникового материала, и может использоваться в приложениях для усиления или переключения. Биполярные транзисторы названы так потому, что в их работе участвуют как электроны, так и дырки. Поток заряда в BJT обусловлен двунаправленной диффузией носителей заряда через соединение между двумя областями с разной концентрацией заряда. По конструкции большая часть коллекторного тока БЮТ связана с потоком зарядов, вводимых от эмиттера с высокой концентрацией в базу, где они являются неосновными носителями, которые диффундируют к коллектору, и поэтому БЮТ классифицируются как устройства с неосновными носителями. в отличие от транзисторов с большинством носителей, таких как полевые транзисторы, в которых только основные носители участвуют в протекании тока из-за дрейфа.

Типичное поперечное сечение планарного NPN-транзистора показано на рисунке 8.3.1. NPN-транзистор можно рассматривать как два диода с PN-переходом с очень тонким общим анодом, P-слоем. При типичной работе переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор - в обратном направлении. В NPN-транзисторе, например, когда положительное напряжение прикладывается к переходу база-эмиттер, равновесие между термически генерируемыми носителями и отталкивающим электрическим полем обедненной области становится несбалансированным, позволяя термически возбужденным электронам инжектироваться в базовую область.Эти электроны блуждают (или «диффундируют») через очень тонкую базу из области высокой концентрации рядом с эмиттером в сторону области низкой концентрации возле коллектора. Электроны в базе называются неосновными носителями, потому что база легирована p-типом, что делает дырки основными носителями в базе.

Рисунок 8.3.1 Поперечное сечение планарного NPN-транзистора

Чтобы свести к минимуму процент носителей, которые рекомбинируют до достижения слоя истощения коллекторно-базового перехода, базовая область транзистора должна быть достаточно тонкой, чтобы носители могли диффундировать по ней за гораздо меньшее время, чем время жизни неосновных носителей полупроводника.В частности, толщина основания должна быть намного меньше диффузионной длины электронов. Коллектор-база-переход имеет обратное смещение, и поэтому инжекция электронов от коллектора к базе происходит незначительно, но электроны, которые диффундируют через базу к коллектору, уносятся в коллектор электрическим полем в обедненной области коллектор-база. соединение. Тонкая общая база и асимметричное легирование коллектор-эмиттер - это то, что отличает биполярный транзистор от двух отдельных диодов с противоположным смещением, установленных последовательно.

8.3.1 Контроль напряжения, тока и заряда

Ток коллектора-эмиттера можно рассматривать как управляемый током база-эмиттер (управление током) или напряжением база-эмиттер (управление напряжением). Эти представления связаны между собой соотношением тока и напряжения в переходе база-эмиттер, которое представляет собой обычную экспоненциальную кривую вольт-амперной характеристики PN-перехода (диода).

Физическое объяснение тока коллектора - это количество заряда неосновных носителей заряда в базовой области.

Подробные модели действия транзисторов, такие как модель Гаммеля-Пуна, явно объясняют распределение этого заряда, чтобы более точно объяснить поведение транзистора. Представление управления зарядом легко обрабатывает фототранзисторы, где неосновные носители в базовой области создаются за счет поглощения фотонов, и управляет динамикой выключения или временем восстановления, которое зависит от заряда в рекомбинации базовой области. Однако, поскольку базовый заряд не является сигналом, видимым на клеммах, при проектировании и анализе схем обычно используются режимы управления током и напряжением.

При проектировании аналоговых схем иногда используется представление управления током, поскольку оно приблизительно линейно. То есть ток коллектора примерно? F раз больше базового тока. Некоторые базовые схемы могут быть спроектированы, исходя из предположения, что напряжение эмиттер-база приблизительно постоянное, а ток коллектора в бета умножен на ток базы. Однако для точного и надежного проектирования надежных цепей BJT чаще используется модель управления напряжением (например, Ebers-Moll).Модель управления напряжением требует учета экспоненциальной функции. Следующее уравнение для тока коллектора I C показывает экспоненциальную зависимость от V BE .

Достаточно стандартный транзистор, работающий при токе около 100 мкА, может иметь В BE около 650 мВ при комнатной температуре, где q / kT составляет около 0,039 / мВ (или тепловое напряжение kT / q равно 25 мВ). Экспоненциальный множитель в уравнении будет порядка 10 11 .В этом случае мы можем безопасно опустить член -1 в уравнении без серьезной ошибки. Взяв натуральный логарифм, мы получим уравнение для V BE .

Когда эта экспонента линеаризуется так, что транзистор может быть смоделирован как крутизна, как в модели Эберса-Молла, проектирование таких схем, как усилители, снова становится в основном линейной проблемой, поэтому часто предпочтительнее рассматривать управление напряжением. Для транслинейных схем, в которых экспоненциальная кривая I- V является ключевой для работы, транзисторы обычно моделируются как управляемые по напряжению с крутизной, пропорциональной току коллектора.Как правило, проектирование схем на уровне транзисторов выполняется с использованием SPICE или аналогичного имитатора аналоговых схем, поэтому математическая сложность модели обычно не имеет большого значения для разработчика.

8.3.2 Транзистор альфа и бета

Доля электронов, способных пересечь базу и достигнуть коллектора, является мерой эффективности BJT. Асимметричное сильное легирование эмиттерной области и легкое легирование базовой области вызывает инжекцию гораздо большего количества электронов из эмиттера в базу, чем дырок, инжектируемых из базы в эмиттер.Общий эмиттер - ток усиление представлено как ß F или h fe и является приблизительно отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы в прямой активной области. Обычно оно больше 100 для малосигнальных транзисторов, но может быть меньше в транзисторах, предназначенных для мощных приложений. Другой важный параметр - коэффициент усиления по току общей базы, F . Коэффициент усиления по току с общей базой приблизительно равен коэффициенту усиления по току от эмиттера к коллектору в прямой активной области.Это отношение обычно имеет значение, близкое к единице; от 0,98 до 0,998. Альфа и бета более точно связаны следующими тождествами (транзистор NPN):

Биполярный транзистор состоит из трех областей полупроводника с различным легированием: области эмиттера, области базы и области коллектора. Этими областями являются, соответственно, тип p , тип n и тип p в PNP и тип n , тип p и тип n в транзисторе NPN.Каждая полупроводниковая область подключена к клемме, обозначенной соответствующим образом: эмиттер (E), база (B) и коллектор (C).

База физически расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена ​​из слегка легированного материала с высоким сопротивлением. Коллектор окружает эмиттерную и базовую области (рисунок 8.3.1), что делает практически невозможным выход электронов, инжектированных в базовую область из эмиттерной области, что делает результирующее значение очень близким к единице, и поэтому , придавая транзистору большую ß.Вид в разрезе BJT, рисунок 8.3.1, показывает, что переход коллектор-база имеет гораздо большую площадь, чем переход эмиттер-база.

Биполярный переходной транзистор, в отличие от полевого МОП-транзистора, который мы вскоре подробно обсудим, обычно не является симметричным устройством. Это означает, что перестановка коллектора и эмиттера заставляет транзистор выйти из прямого активного режима и начать работать в так называемом обратном активном режиме.

Поскольку внутренняя структура транзистора обычно оптимизирована для работы в прямом режиме, перестановка коллектора и эмиттера делает значения a и ß при работе в обратном направлении намного меньше, чем при работе в прямом направлении; часто а обратного режима ниже 0.5. Отсутствие симметрии в первую очередь связано с относительными степенями легирования эмиттера и коллектора. Эмиттер сильно легирован, в то время как коллектор слегка легирован, что позволяет приложить большое обратное напряжение смещения до того, как произойдет пробой перехода коллектор-база. Коллектор-база при нормальной работе имеет обратное смещение. Причина, по которой эмиттер сильно легирован, состоит в том, чтобы увеличить эффективность инжекции эмиттера: отношение носителей, введенных эмиттером, к тем, которые введены базой.Для высокого усиления по току большая часть носителей, вводимых в переход эмиттер-база, должна исходить от эмиттера.

Низкопроизводительные «боковые» биполярные транзисторы, которые иногда используются в процессах CMOS, иногда проектируются симметрично, то есть без разницы между прямым и обратным режимом работы, рисунок 8.3.2. Однако, поскольку ширина основания часто намного больше, чем у вертикальной конструкции на рисунке 8.3.1, ß и а не так высоки. Метод компоновки для повышения эффективности сбора состоит в том, чтобы полностью окружить эмиттерную область со всех четырех сторон областью коллектора в форме кольца или пончика.Конечно, эта структура больше не симметрична.

Рисунок 8.3.2 Боковое сечение NPN

Небольшие изменения напряжения, приложенного к клеммам база-эмиттер, приводят к значительному изменению тока, протекающего между эмиттером и коллектором. Этот эффект можно использовать для усиления входного напряжения или тока. BJT можно рассматривать как источники тока с управлением по напряжению, но их проще охарактеризовать как источники тока с регулируемым током или усилители тока из-за относительно низкого импеданса, наблюдаемого на базе.

Ранние транзисторы были сделаны из германия, но большинство современных BJT сделаны из кремния. Устройства специального назначения также изготавливаются из полупроводниковых соединений элементов III- V , таких как арсенид галлия, особенно для приложений с очень высокими частотами.

8.3.3 НПН

NPN - это один из двух типов биполярных транзисторов, в которых буквы «N» (отрицательный) и «P» (положительный) относятся к основным носителям заряда внутри различных областей транзистора.Производимые сегодня биполярные транзисторы с лучшими характеристиками - это NPN-транзисторы, потому что подвижность электронов выше подвижности дырок в полупроводниках, что обеспечивает большие токи и более быструю работу.

Транзисторы NPN состоят из слоя полупроводника с примесью фосфора («основа»), помещенного между двумя слоями с примесью азота. Небольшой ток, поступающий в базу в режиме общего эмиттера, усиливается на выходе коллектора. Другими словами, NPN-транзистор включен, когда его база поднята высоко относительно эмиттера.Стрелка в символе транзистора NPN находится на плече эмиттера и указывает направление обычного тока, когда устройство находится в прямом активном рабочем режиме.

Одно мнемоническое устройство для идентификации символа для NPN-транзистора: « n ot p ointing i n , или« n ot p ointing, n ointing »

8.3.4 PNP

Другой тип BJT - это PNP с буквами «P» и «N», обозначающими основные носители заряда внутри различных областей транзистора.Транзисторы PNP состоят из слоя полупроводника с примесью азота, расположенного между двумя слоями материала с примесью фосфора. Небольшой ток, покидающий базу в режиме общего эмиттера, усиливается на выходе коллектора. Другими словами, транзистор PNP включен, когда его база опущена относительно эмиттера.

Стрелка в символе транзистора PNP находится на плече эмиттера и указывает направление обычного тока, когда устройство находится в прямом активном режиме.

8.3.5 BJT Регионы работы

Биполярные транзисторы имеют пять различных областей работы, определяемых способом смещения переходов. Чтобы наглядно представить режимы работы, нарисуйте NPN-транзистор с коллектором вверху, базой в середине и эмиттером внизу. Теперь есть две разницы напряжения: между коллектором и базой и между базой и эмиттером. Обратите внимание на две точки: V CB = - V BC , а «соединение база-коллектор с обратным смещением» означает V BC <0 или V CB > 0.Проще говоря, это означает, что коллектор имеет более высокое напряжение, чем база (если зондировать). Механическим аналогом может быть труба и вентиль.

Клапан базовый, а две стороны трубы - коллектор и эмиттер. Теперь количество протекающей воды (тока) зависит от того, насколько открыт клапан (напряжение от базы к эмиттеру) и сколько воды у вас наверху трубы (напряжение от коллектора до базы). Если вы запишете смещения в терминах приложенных напряжений ( V CB , V BE ) вместо смещения перехода, режимы работы можно описать как:

  1. Прямое включение: база выше эмиттера, коллектор выше базы (в этом режиме ток коллектора пропорционален току базы на β F ).

  2. Насыщенность: База выше эмиттера, но коллектор не выше базы.

  3. Cut-Off: База ниже эмиттера, но коллектор выше базы. Это означает, что транзистор не пропускает обычный ток через коллектор к эмиттеру.

  4. Reverse Active: база ниже эмиттера, коллектор ниже базы: обратный условный ток проходит через транзистор.

Что касается смещения перехода: («соединение база-коллектор с обратным смещением» означает V BC <0 или V CB > 0)

  1. Вперед - активный (или просто активный): переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении.Большинство биполярных транзисторов спроектированы так, чтобы обеспечить максимальное усиление по току с общим эмиттером β F в прямом активном режиме. В этом случае ток коллектор-эмиттер приблизительно пропорционален току базы, но во много раз больше при небольших изменениях тока базы.

  2. Реверс - активен (или инверсный - активен или инвертирован): при изменении условий смещения прямой активной области биполярный транзистор переходит в обратно-активный режим.В этом режиме регионы эмиттера и коллектора меняются ролями. Поскольку большинство биполярных транзисторов предназначены для максимального увеличения коэффициента усиления по току в прямом активном режиме, β F в инвертированном режиме в несколько (2-3 для обычного германиевого транзистора) раз меньше. Этот транзисторный режим используется редко, обычно рассматривается только для условий отказоустойчивости и некоторых типов биполярной логики. Напряжение пробоя обратного смещения к базе может быть на порядок ниже в этой области.

  3. Насыщение: с обоими переходами, смещенными в прямом направлении, BJT находится в режиме насыщения и обеспечивает проведение сильного тока от эмиттера к коллектору.Этот режим соответствует логическому «включению» или замкнутому переключателю.

  4. Отсечка: В отсечке присутствуют условия смещения, противоположные насыщению (оба перехода смещены в обратном направлении). Ток очень слабый, что соответствует логическому «выключению» или разомкнутому переключателю.

  5. Лавина обрыв район

Хотя эти области хорошо определены для достаточно большого приложенного напряжения, они частично перекрываются при малых (менее нескольких сотен милливольт) смещениях.Например, в типичной конфигурации с заземленным эмиттером NPN BJT, используемого в качестве понижающего переключателя в цифровой логике, состояние «выключено» никогда не включает в себя переход с обратным смещением, поскольку базовое напряжение никогда не опускается ниже уровня земли; тем не менее прямое смещение достаточно близко к нулю, чтобы ток практически не протекал, поэтому этот крайний предел прямой активной области можно рассматривать как область отсечки.

8.4.1 Биполярный переходной транзистор большого сигнала Модель

Как мы только что узнали, транзистор с биполярным переходом (BJT) может работать в одной из трех областей:

  1. Область отсечки: транзистор выключен, и ток между коллектором и эмиттером не течет ( i.е. , сопротивление коллектор-эмиттер бесконечно).
  2. Активная область: Транзистор действует как источник тока с регулируемым током между коллектором и эмиттером, как в базовой модели.

  3. Область насыщения: когда напряжение между коллектором и эмиттером падает ниже определенного уровня (обычно, когда напряжение коллектора и базы равно нулю или меньше), ток базы увеличивается, и отношение I C к I B , или β намного меньше, чем в активной области.

В активной области транзистор регулирует ток коллектора на? умножить на базовый ток. Если базовый ток I B падает до 0, транзистор входит в область отсечки и закрывается. Когда напряжение коллектора становится меньше или равным базовому напряжению, базовый ток увеличивается, а β падает. В этом случае транзистор переходит в область насыщения. Чтобы не допустить попадания транзистора в область насыщения, общее практическое правило состоит в том, что напряжение на коллекторе должно быть более положительным, чем напряжение на базе.То есть переход коллектор-база всегда имеет обратное смещение.

Простая модель работы NPN и PNP BJT транзисторов в активной области показана на рисунке 8.4.1. Требуется знать коэффициент усиления по току β, чтобы спроектировать схему. В обеих этих моделях

I C = βI B , I E = (β + 1) I B и

Эмиттер отделен от базы диодом. Чтобы этот диод проводил ток, в случае устройства на основе кремния он должен быть смещен в прямом направлении на ~ 0.65В.

Рисунок 8.4.1 (a) Активная область NPN (b) Активная область PNP

Диод база-эмиттер: всегда помните о рисунке 8.4.1. Модель Эберса-Молла BJT рассматривает соотношение тока и напряжения в переходе база-эмиттер точно так же, как идеальный диод Шокли, ток которого отражается в коллекторе с усилением. Когда V B и V E не очевидны, помните о диоде база-эмиттер.

8.4.2 Ранний эффект (Базовая модуляция ширины)

Ранний эффект был впервые обнаружен и объяснен Джеймсом Эрли, когда он работал в Bell Labs. В нашем идеальном устройстве ток коллектора должен быть равен току базы, умноженному на постоянный коэффициент усиления β. Но, как мы видели выше, каждый p-n-переход имеет два обедненных слоя. Для перехода коллектор-база один истощающий слой простирается в коллектор, другой - в основание. База почти всегда более сильно легирована, чем коллектор, поэтому ее обедненный слой довольно неглубокий.Однако основание также очень тонкое, поэтому даже неглубокий обедненный слой занимает значительную часть ширины основания. С увеличением напряжения на коллекторе обедненные слои расширяются. В области коллектора это имеет небольшой эффект (пока он не попадает в другую сторону коллектора), но в области основания это сужает ширину основания. Поскольку коэффициент усиления биполярного транзистора очень сильно зависит от ширины базы, коэффициент усиления просто увеличивается при уменьшении эффективной ширины базы. Если вы проведете прямую линию, увеличивая наклон в передней активной области (от 0.От 4 до 15 В, например) в отрицательный квадрант и дайте ему пересечься с линией нулевого тока, вы получите раннее напряжение В A . В преувеличенном случае, показанном на рисунке 8.4.2, раннее напряжение будет -15 В (но обычно выражается как 15 В). В зависимости от ширины основания, предусмотренной в производственном процессе, она может быть больше или меньше, чем показанная, с соответственно меньшим или более крутым уклоном.

Рисунок 8.4.2 Раннее напряжение

8.5.1 Базовая конструкция и принцип работы

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник n-типа (MOSFET) состоит из истока и стока, двух высокопроводящих полупроводниковых областей n-типа, которые изолированы от подложки p-типа PN-диодами с обратным смещением. Затвор из поликристаллического кремния покрывает область между истоком и стоком, но отделен от полупроводника изолирующим слоем оксида. Базовая структура полевого МОП-транзистора n-типа и соответствующий символ схемы показаны на рисунке 8.5.1.

Рисунок 8.5.1 Поперечное сечение и условное обозначение схемы металл-оксид-полупроводник-полевой транзистор n-типа (MOSFET)

Как видно на рисунке, области истока и стока идентичны. Именно приложенные напряжения определяют, какая область n-типа обеспечивает электроны и становится источником, в то время как другая область n-типа собирает электроны и становится стоком. Напряжения, приложенные к электроду стока и затвора, а также к подложке посредством заднего контакта, относятся к потенциалу истока, как также показано на рисунке.

Вид сверху того же полевого МОП-транзистора показан на рисунке. 8.5.2, где указаны длина ворот L и ширина ворот W. Обратите внимание, что длина затвора не равна физическому размеру затвора, а скорее расстоянию между областями истока и стока под затвором. Перекрытие между затвором и областью истока и стока требуется, чтобы гарантировать, что инверсионный слой образует непрерывный проводящий путь между областью истока и стока. Обычно это перекрытие делается как можно меньше, чтобы свести к минимуму его паразитную емкость.

Рисунок 8.5.2 Вид сверху металл-оксид-полупроводник-полевой транзистор n-типа (MOSFET)

Поток электронов от истока к стоку контролируется напряжением, приложенным к затвору. Положительное напряжение, приложенное к затвору, притягивает электроны к границе раздела между диэлектриком затвора и полупроводником. Эти электроны образуют проводящий канал между истоком и стоком, называемый инверсионным слоем. Ток затвора не требуется для поддержания инверсионного слоя на границе раздела, поскольку оксид затвора блокирует любой поток носителей.В итоге ток между стоком и истоком регулируется напряжением, приложенным к затвору.

Типичные характеристики тока в зависимости от напряжения (I- В ) полевого МОП-транзистора показаны на рисунке ниже. Реализована квадратичная модель полевого МОП-транзистора.

8,6 МОП-транзистор, большой сигнал, модель

8.6.1 Режимы работы

Работа полевого МОП-транзистора может быть разделена на три различных режима в зависимости от напряжений на клеммах.В следующем обсуждении используется упрощенная алгебраическая модель, которая верна только для старых технологий. Характеристики современных полевых МОП-транзисторов требуют компьютерных моделей, которые имеют более сложное поведение.

Для расширения - режим , n-channel MOSFET, три рабочих режима:

Режим отсечки, подпорога или слабой инверсии
Когда:
Где V th - пороговое напряжение устройства.

Согласно базовой пороговой модели, транзистор выключен, и между стоком и истоком нет проводимости.В действительности, распределение энергии электронов Больцмана позволяет некоторым из более энергичных электронов в источнике проникать в канал и течь в сток, что приводит к подпороговому току, который является экспоненциальной функцией напряжения затвор-исток. В то время как ток между стоком и истоком в идеале должен быть равен нулю, когда транзистор используется в качестве выключателя, существует слабый ток инверсии, иногда называемый подпороговой утечкой. При слабой инверсии ток изменяется экспоненциально в зависимости от смещения затвор-исток В GS , что приблизительно равно:

Где:
I D0 = ток при В GS = В th

а коэффициент наклона n определяется выражением

С:

C D = емкость обедненного слоя

И

C OX = емкость оксидного слоя.

В устройстве с длинным каналом нет никакой зависимости тока от напряжения стока разом В DS » В T , но по мере уменьшения длины канала уменьшение индуцированного стоком барьера приводит к зависимости напряжения стока, которая зависит от сложным образом от геометрии устройства (например, легирование канала, легирование перехода и т. д.). Часто пороговое напряжение В th для этого режима определяется как напряжение затвора, при котором возникает выбранное значение тока I D0 , например, I D0 = 1 мкА, что может быть не таким же V th - значение, используемое в уравнениях для следующих режимов.

Некоторые аналоговые схемы микромощностей предназначены для использования преимущества подпороговой проводимости. Работая в области слабой инверсии, полевые МОП-транзисторы в этих схемах обеспечивают максимально возможное отношение крутизны к току, а именно:

Что почти то же самое, что и биполярный транзистор.

Подпороговая кривая I- V экспоненциально зависит от порогового напряжения, вводя сильную зависимость от любых производственных изменений, которые влияют на пороговое напряжение; например: изменения толщины оксида, глубины перехода или легирования тела, которые изменяют степень снижения барьера, вызванного стоком.Возникающая в результате чувствительность к вариациям изготовления усложняет оптимизацию утечки и производительности.

Триодный режим или линейная область (также известный как резистивный режим)

Когда

и

Транзистор включается, и создается канал, который позволяет току течь между стоком и истоком. МОП-транзистор работает как резистор, управляемый напряжением затвора относительно напряжений истока и стока.Ток от стока к истоку моделируется следующим образом:

Где:
μ n - эффективная подвижность носителей заряда,
W - ширина затвора,
L - длина затвора,
C ox - емкость оксида затвора на единицу площади.

Переход от экспоненциальной подпороговой области к триодной области не такой резкий, как предполагают уравнения.

Насыщенность или активный режим,

Когда

и

Переключатель включен, и был создан канал, который позволяет току течь между стоком и истоком.Поскольку напряжение стока выше, чем напряжение затвора, электроны распространяются, и проводимость осуществляется не через узкий канал, а через более широкое, двумерное или трехмерное распределение тока, простирающееся от границы раздела в глубину подложки. Начало этой области также известно как pinch- off, чтобы указать на отсутствие области канала около стока. Ток стока теперь слабо зависит от напряжения стока и контролируется в основном напряжением затвор-исток и моделируется очень приблизительно как:

Дополнительный фактор, включающий λ, параметр модуляции длины канала, моделирует зависимость тока от напряжения стока из-за эффекта Early или модуляции длины канала.Согласно этому уравнению, ключевым параметром конструкции крутизна полевого МОП-транзистора является:

Комбинация называется напряжением перегрузки. Другим ключевым параметром конструкции является выходное сопротивление полевого МОП-транзистора r O , которое определяется по формуле:

r out - это обратное значение g ds , где

V DS - это выражение в области насыщения.

Если ? принимается равным нулю, в результате получается бесконечное выходное сопротивление устройства, что приводит к нереалистичным предсказаниям схемы, особенно в аналоговых схемах.Поскольку длина канала становится очень короткой, эти уравнения становятся неточными. Возникают новые физические эффекты. Например, перенос носителей в активном режиме может быть ограничен насыщением скорости. Когда преобладает насыщение по скорости, ток стока насыщения более близок к линейному, чем к квадратичному в V GS . На еще меньших длинах носители транспортируются с почти нулевым рассеянием, известным как квазибаллистический транспорт. Кроме того, на выходной ток влияет снижение порогового напряжения, вызванное стоком.

8.7 Малосигнальные модели Hybrid-pi

Модель Hybrid-Pi - это популярная схемная модель, используемая для анализа поведения слабого сигнала биполярных переходных и полевых транзисторов. Модель может быть достаточно точной для низкочастотных цепей и может быть легко адаптирована для более высокочастотных цепей с добавлением соответствующих межэлектродных емкостей и других паразитных элементов.

8.7.1 Параметры биполярного перехода (BJT)

Модель hybrid-pi представляет собой приближение линеаризованной двухпортовой сети к BJT с использованием напряжения база-эмиттер слабого сигнала v быть и напряжения коллектор-эмиттер v ce в качестве независимых переменных и тока базы слабого сигнала i. b и ток коллектора i c в качестве зависимых переменных.Базовая низкочастотная гибридная пи-модель биполярного транзистора (NPN) показана на рисунке 8.7.1.

Рисунок 8.7.1 Модель BJT Hybrid-pi

Различные параметры следующие:

Крутизна, г м , в сименсах, определяется следующим уравнением:

где:

I C - ток покоя коллектора (также называемый током смещения коллектора или постоянным током коллектора) - тепловое напряжение, рассчитанное из постоянной Больцмана k , заряда электрона q и температуры транзистора в кельвинах T .При 300 K (приблизительно комнатная температура) V T составляет около 26 мВ .

где:
- текущий коэффициент усиления на низких частотах (также обозначается как h FE ).

Здесь I B - базовый ток точки покоя. Это параметр, специфичный для каждого транзистора, его можно найти в таблице данных; ß - это функция выбора тока коллектора.

Выходное сопротивление из-за раннего эффекта ( В А - раннее напряжение).

Связанные термины:

Величина, обратная выходному сопротивлению, называется выходной проводимостью.

Величина, обратная величине г м , называется внутренним сопротивлением r E

8.7.2 Параметры MOSFET

Базовая низкочастотная гибридная пи-модель для полевого МОП-транзистора (n-типа) показана на рисунке 8.7.2.

Рисунок 8.7.2 Модель MOSFET Hybrid-pi

Различные параметры следующие:

gm - крутизна в сименсах, рассчитанная по току стока I D . куда:

I D - это ток стока покоя (также называемый током смещения стока или постоянным током стока) В th = пороговое напряжение и В GS = напряжение затвор-исток.

Комбинация: часто называется напряжением перегрузки.

r o - выходное сопротивление из-за модуляции длины канала с использованием аппроксимации для параметра модуляции длины канала λ.

Здесь V E - это параметр, связанный с технологией (около 4 V / мкм для технологического узла 65 нм), а L - длина разнесения истока и стока.

Величина, обратная выходному сопротивлению, называется проводимостью стока.

8.8 Модель T

Модель hybrid-pi, безусловно, является самой популярной моделью слабого сигнала для транзисторов BJT и MOS. Альтернативой является Т-модель, которая полезна в определенных ситуациях. Модель T также имеет две версии:

Т-модели слабого сигнала для транзисторов PNP BJT и PMOS идентичны показанным здесь для транзисторов NPN и NMOS. Важно отметить, что нет никаких изменений полярностей (напряжения или тока) для моделей p-типа по сравнению с моделями n-типа.Опять же, эти модели слабого сигнала идентичны. Модель может быть достаточно точной для низкочастотных цепей и может быть легко адаптирована для более высокочастотных цепей с добавлением соответствующих межэлектродных емкостей и других паразитных элементов.

Базовая низкочастотная Т-модель для MOSFET и BJT показана на рисунке 8.8.1.

Рисунок 8.8.1 Модель MOSFET и BJT T

Некоторые важные уравнения МОП.

Некоторые важные уравнения БЮТ.

Лабораторная деятельность

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 рассмотрим, 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 Затем поверх диоксида кремния помещается изолированная металлическая пластина, действующая как пластина конденсатора.
    • Вывод затвора затем выводится из тонкой металлической пластины.
  • Затем формируется цепь постоянного тока путем подключения источника напряжения между этими двумя Области n-типа (отмечены красным)

Когда на затвор подается напряжение, 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:

Конструкция затвора 9119 , сток с более сложной структурой
MOSFET BJT
Определение Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор Биполярный полупроводниковый полевой транзистор 3 Конструкция биполярного переходного транзистора 9119
3 клеммы:
Эмиттер, база и коллектор
Принцип работы Для работы полевого МОП-транзистора необходимо напряжение на электроде затвора с оксидной изоляцией Для работы BJT , он зависит от тока на базовом выводе
Пригодность для использования Высокомощные приложения для управления током
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 в узких импульсах 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
  • 5V - 15V управления напряжением

Благодаря нашей системе Grove вы также сможете испытать plug and play с нашими кабелями Grove, 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 простое взаимодействие Arduino с MOSFET, обратите внимание на Grove - MOSFET!

Следите за нами и ставьте лайки:

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

(PDF) История изобретения транзистора и куда оно нас приведет

BRINKMAN et al.: ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА 1859

показывает, что другие инженеры думали в том же направлении.

К 1940 году Рассел Ол проделал большую работу по

с другими сотрудниками Bell Labs, пытаясь понять кристаллы кремния

. Оль узнал, что в зависимости от того, как вы приготовили

монокристаллов кремния, вы можете получить кремний

n- или p-типа. В те дни под n или p типом понималось

вне зависимости от того, был ли это выпрямитель положительный или отрицательный.Вот откуда

обозначения n или p. Это был вопрос, в каком направлении

произошло исправление; по этому критерию они определили эти термины

. Также интересно, что чуть позже Ohl

действительно смог сделать образец, в котором верхняя часть была

p-типа, а нижняя была n-типа, и он обнаружил, что

когда светил на нем фактически развилось напряжение

[1]. Когда Оль представил свои результаты своему руководству в Bell

Laboratories, они были достаточно скептически настроены по этому поводу, что

они фактически спросили его, могут ли они получить кусок.Затем они

отдали кусок Уолтеру Браттейну, чтобы он мог заново измерить его

. Руководство Оля хотело убедиться, что сказанное им

было правильным. Уолтер гордился тем, что смог помочь

Расселу проверить этот эффект.

Забавно, как люди выяснили характер примесей

, которые вызвали разницу между типом n

и типом p. Говорят, что когда Джек Скафф и Х. К. Туэрер

разрезали кремниевые пластины n-типа, они могли почувствовать запах фосфата, когда разрезали материал.Поэтому они

знали, что это должны быть примеси фосфора. Это имело большой смысл в

, потому что у фосфора есть дополнительный электрон. Это показывает

, как материалы были идентифицированы до Второй мировой войны. Фактически,

читая литературу из Университета Пердью, мы видим, что

человек имели всевозможные странные представления о том, что было важно для

включить в кремний для создания p- и n-типов. Некоторые люди

думали, что видят гелий.Позже люди поняли

, что произошло то, что они перетаскивали следы примесей

в кремний с гелием, и это был не гелий

всего. Сегодня мы смеемся над такой идеей. Но в то время это

просто было не так очевидно.

Это был статус твердотельной электроники в начале Второй мировой войны, и он действительно не сильно изменил во время войны

, за исключением технологических областей, на которые повлияла работа над радаром

.Требования к радарам вызвали очень сильное желание

точно настроить твердотельные выпрямители, и это привело к некоторым усилиям

по улучшению кремниевых и германиевых материалов.

Радар, конечно, очень сильно управлялся лабораторией Radiation

Массачусетского технологического института, а

был запущен Ли Дюбриджем. Ранний радар был основан на

относительно низкочастотной или длинноволновой. Было обнаружено

, что самолеты могут быть обнаружены обычным образом, но не

с достаточной точностью для визуального контакта, что было особенно важно при плохих погодных условиях над Ла-Маншем

, и быстро стало очевидно, что в

, чтобы получить желаемое разрешение, требовалась более высокая частота или

более коротковолновый радар.Проблема более коротких и

более коротких длин волн побудила разработчиков систем обратить внимание на

гигагерцовой области, и это побудило их искать твердотельные детекторы с меньшей емкостью

[2].

В то время было сделано много работы с твердотельными детекторами,

в основном методом проб и ошибок. Инженеры исследовали поверхность кристаллов

, чтобы найти лучшую точку для лучших детекторов.

Ученые из радиационных лабораторий попросили Университет Пердью

создать программу, в которой они должны были рассмотреть возможность улучшения как кристаллов кремния

, так и кристаллов германия.В то же время исследователи

из штата Пенсильвания также получили финансирование для исследования кремния. Университет Purdue

также попросили предоставить лучшее понимание работы с этими кристаллическими диодами

, и поэтому большая часть работы

была проделана в Университете Пердью. Фактически, некоторые работы в

Purdue University сыграли важную роль в работе Джона Бардина

, размышлявшей о состояниях поверхности и распространении сопротивления. Итак, в ретроспективе

различные исследователи из Университета Пердью внесли

ряд важных вкладов в понимание

этих двух полупроводниковых материалов во время и вскоре после

войны.

Группа инженеров и физиков, которую Келли поставила вместе в Bell Labs, была распущена во время войны. Шокли,

, который был частью группы, ушел в Военно-морскую исследовательскую лабораторию

и стал очень активно участвовать в военных действиях

. Люди, которые остались в Bell Labs, занялись различными проектами

, которые были связаны с радаром и другими военными усилиями

. Когда война закончилась, Радиационная лаборатория была расформирована

, и большая часть усилий, связанных с войной, сильно сократилась.В

Bell Labs область исследований была снова освобождена, чтобы мыслить

шире, и Мервин Келли вернулся к своим довоенным интересам

.

В Bell Labs часто рассказывали историю о Мервине Келли

, который был очень дальновидным менеджером. Мы должны признать, что

скептически относятся к таким историям, поскольку менеджеры любят иметь такую ​​репутацию

. Однако, просмотрев различные материалы для

этой статьи, мы поняли, что у этого человека было видение.После перезапуска группы

стало ясно, что он полон решимости создать твердотельную электронику

. Итак, к январю 1946 года Келли собрал

другую команду людей, на этот раз возглавляемую Биллом Шокли

и Стэнли Морганом. В команду входили Уолтер Браттейн, Джон

Бардин, Джон Пирсон, Берт Мур и Роберт Гибни.

Эта группа приняла очень важное решение в самом начале

, которое заключалось в том, что простейшими полупроводниками являются

кремний и германий, и что их усилия будут направлены

на эти два элемента [3].Сначала будут предприняты усилия, чтобы понять

их. Усилия не будут направлены на более сложные материалы

, такие как сульфид свинца и оксид меди. Итак, команда

сосредоточилась на кремнии и германии. Во-вторых, Шокли

возродил (на самом деле идея возникла у него независимо) идею устройства

с полевым эффектом.

Начали работу. Одним из самых первых и очень важных вкладов

Бардина было понимание полевых эффектов.

Идея о том, что подача напряжения на полупроводник

приведет к изменению его проводимости, должна была сработать в

лаборатории, но не сработала. Бардин показал с помощью очень простых расчетов

, что относительно низкая концентрация поверхностных состояний

будет экранировать любое напряжение внутри полупроводника

. Те, кто сегодня работает над полевыми транзисторами

, знают, насколько это верно. Мы практически потратили всю нашу

жизнь на улучшение границы раздела кремний-диоксид кремния и пытались устранить все дефекты, чтобы уменьшить этот эффект.То, что предложил Бардин

, было ключом к тому, чтобы заставить людей задуматься о правильных вещах

. Бардин и Браттейн немедленно начали исследовать

способов очистки поверхности, чтобы уменьшить влияние этих состояний поверхности и создать полезное устройство.

Транзисторы - мир современных электронов | ОРЕЛ

Добро пожаловать в мир современной электроники! У нас есть самопосадочные ракетные корабли, дроны, которые доставят посылки к вашему порогу за считанные минуты, и вездеходы, прочесывающие самые дальние уголки нашей галактики.Без знаменитого транзистора ни одно из этих современных чудес никогда не было бы возможным! Миллионы этих транзисторов втиснуты в микропроцессор, питающий ваш компьютер, но что, черт возьми, они там делают?

Давай узнаем.

Просто прославленный коммутатор?

Транзистор сравнивают с простым переключателем, но не обманывайтесь; это гораздо больше. Транзистор выполняет две важные задачи, в том числе:

Усиливающий ток

Транзистор может взять небольшой ток и превратить его в огромный! Подумайте о слуховых аппаратах; они содержат миниатюрный микрофон, который улавливает звук из повседневной среды, который затем поглощается транзистором и превращается в мощный звук, который может слышать больное человеческое ухо.Мой дедушка передает привет, Транзистор.

Ой, как далеко продвинулся слуховой аппарат, благодаря транзистору. (Источник изображения)

Ток переключения

Транзисторы

также работают как мощный переключатель, позволяя току течь только при соблюдении определенных условий. Когда току разрешено протекать, это создает состояние «включено» или 1. Когда ток не может протекать, транзистор находится в состоянии «выключено», или 0. Эта двоичная система единиц и нулей формирует строительные блоки нашего мира современной электроники.

Эта знаменитая сцена из «Матрицы» обретает новую жизнь, когда вы понимаете, как это происходит с помощью транзисторов! (Источник изображения)

Как заставить транзистор работать

Если сложить два диода, то получится транзистор! Транзисторы имеют три вывода, каждый из которых выполняет свои собственные специализированные функции. В демонстрационных целях мы сосредоточимся на транзисторе NPN. Мы объясним более подробно ниже.

  • База. База отвечает за контроль того, может ли ток течь через транзистор при подаче питания.Вы можете думать о нем как о привратнике.
  • Коллектор. Когда на базу подается питание, ток коллектора может течь по направлению к эмиттеру.
  • Эмиттер. Эмиттер принимает электрический ток, который может послать коллектор, для использования в других частях вашей цепи.

Простой алгоритм, показывающий, как база позволяет току течь от эмиттера к коллектору. (Источник изображения)

Небольшое количество электрического тока, которое получает база, открывает ток от коллектора, чтобы выпустить его (больший) ток.Сбрасывает весь накопленный ток на эмиттер, запитывая другие части вашей цепи.

Но если убрать источник тока с базы, то между коллектором и эмиттером не будет протекать ток. Этот процесс как управления током, так и его усиления между базой и эмиттером - вот что делает транзистор действительно единственным в своем роде компонентом.

Другой легированный компонент

Как и его младший брат диод, транзистор представляет собой еще один полупроводниковый компонент, сделанный из кремния.Что такое полупроводник? Это материал, который находится где-то посередине между проводником (материалом, через который любит течь электричество) и изолятором (материалом, которого избегает электричество). Похоже на нерешительность, правда?

Полупроводники бывают разных форм и размеров в промышленных формах, как эта интегральная схема. (Источник изображения)

Добавляя примеси в полупроводники, известные как легирование, мы можем добиться уникального поведения этих материалов.Например:

  • Создание кремния N-типа. Допирование кремния химическим элементом мышьяком, фосфором или сурьмой даст нашему кремнию дополнительные электроны, позволяя ему проводить электрический ток. Это создает кремний n-типа.
  • Создание кремния P-типа. Допирование кремния химическими элементами бором, галлием или алюминием лишает кремний свободных электронов, притягивая внешние электроны. Это создает кремний p-типа.
  • Создание транзисторов. Когда вы соединяете эти два типа кремния, рождаются транзисторы! Они объединены в «кремниевый сэндвич», который позволяет току течь интересными способами.

Теперь у нас есть сырые ингредиенты для транзистора, кремний n-типа и кремний p-типа, но как они вместе образуют этот компонент? Есть два способа построить транзистор:

Транзисторы NPN

Эти транзисторы создаются, когда вы соединяете три слоя кремния, включая два кремния n-типа и один кремний p-типа.N-типы служат коллектором и эмиттером, а p-тип - базой. Все это вместе формирует так называемый NPN-транзистор. В этих транзисторах электроны переходят от эмиттера к коллектору после получения разрешения от базы.

Транзисторы PNP

Эти транзисторы рождаются, когда вы объединяете вместе еще три слоя кремния, только в другой комбинации. В этом случае мы имеем два силикона p-типа и один кремний n-типа.Эта комбинация создает эффект, обратный NPN-транзистору, когда вместо того, чтобы посылать ток на эмиттер, коллектор отправляет положительно заряженные «дыры» на коллектор. Вы можете думать об этих дырах как о пустых пространствах, в которых нет электронов.

Простой способ визуализировать, как кремний собран вместе в транзисторе.

Типы транзисторов, которые вы встретите

Во время своего путешествия в мир электроники вы обязательно столкнетесь с двумя основными типами транзисторов - биполярным переходным транзистором (BJT) и полевым транзистором (FET).Давайте посмотрим на каждый:

Биполярный переходной транзистор (BJT)

Это транзистор, о котором мы говорили во всех наших примерах. Он поставляется в двух версиях, NPN и PNP, и имеет три клеммы, базу, эмиттер и коллектор. Вам знаком схематический символ ниже? Если диод пришел в голову, значит вы уже близко! Три клеммы соединительных транзисторов будут помечены стрелкой, показывающей, в каком направлении будет течь ток.

Транзисторы NPN и PNP, обратите внимание, как стрелка показывает поток тока для каждого из них.

В NPN-транзисторе все, что вам нужно, - это приложить к базе напряжение около 0,7 В, чтобы получить огромный скачок тока, протекающего через коллектор к эмиттеру. Это включит транзистор, создав двоичную единицу.

Полевой транзистор (FET)

Полевой транзистор появился на свет после BJT, и, хотя у него три вывода, они названы немного по-другому.У вас есть затвор , который похож на базу, исток , который аналогичен коллектору, и, наконец, сток , который похож на эмиттер. Этот тип транзистора также включает слои кремния n-типа и p-типа, но они покрыты слоями металлов и ионов кислорода, что дало этому транзистору уникальное название MOSFET (полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника). Это полный рот!

Два типа полевых транзисторов, n-канальный и p-канальный.(Источник изображения)

В транзисторах этого типа подключение положительного напряжения к затвору позволяет электронам проходить через очень тонкий канал между истоком и стоком. И хотя этот процесс визуально отличается, это тот же основной принцип: небольшое количество тока позволяет протекать большему источнику тока.

Эго и рождение транзистора

Это изобретение возникло в недрах лабораторий Белла в Нью-Джерси тремя физиками: Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли.Команда была собрана под руководством Шокли для разработки замены ненадежной вакуумной лампе, которая использовалась для усиления сигналов в телефонной системе США.

С этим трио дела идут плохо.

Трое выдающихся физиков работают над заменой вакуумной лампы. (Источник изображения)

Во-первых, и Бардин, и Браттейн ушли работать самостоятельно, создав то, что мы теперь знаем как первый транзистор с точечным контактом, 16 декабря 1947 года.Они намеренно исключили Шокли из всего процесса, и, возможно, по уважительной причине, поскольку он, как сообщается, был немного придурком.

Конечно, Шокли был расстроен тем, что его оставили в стороне, так что же он сделал? Он заперся в гостиничном номере на несколько дней с карандашом и бумагой, а затем изложил теорию известного теперь переходного транзистора, который был гораздо более технологичен, чем точечный транзистор.

Шокей - 1, Бардин и Браттейн - 0.

Не очень гламурный первый транзистор, созданный на пластине германия.(Источник изображения)

В конце концов, все трое этих джентльменов получили признание за изобретение транзистора. Шокли даже основал свою собственную компанию по производству полупроводников, Shockley Semiconductor Laboratory, и после серьезной ссоры с некоторыми из его сотрудников, Intel и Fairchild Semiconductor родились после компании Шокли.

Bell Labs и не только

С момента своего создания в Bell Labs транзистор имеет дикая и безумная история.Промышленные транзисторы использовались в качестве усилителей, и именно в 1952 году стали доступны первые транзисторные слуховые аппараты. Но это не совсем помогло производителям и потребителям, которые по-прежнему считали технологию электронных ламп единственным вариантом усиления.

Обратите внимание на разницу в размерах! Первый транзисторный слуховой аппарат (вверху) и ламповый слуховой аппарат (внизу). (Источник изображения)

Это восприятие вскоре изменилось, когда в радио появились транзисторы.Звуки можно было послать через микрофон, превратить в электрическую цепь и усилить с помощью транзистора, чтобы произвести довольно удивительные звуки в таком маленьком корпусе.

Настоящим гвоздем в гроб для электронных ламп стал карманный радиоприемник, разработанный Texas Instruments в 1954 году и получивший название Regency TR-1. Этому миниатюрному радиоприемнику требовалось несколько новых деталей, чтобы поместиться в таком маленьком корпусе, включая тщательно спроектированные динамики, конденсаторы и, конечно же, транзисторы.

Благо вся эта инженерия?

Texas Instruments доказала, что транзисторы могут быть массовыми и экономичными.И такие компании, как Emerson, General Electric и Raytheon, наконец, начали серьезно относиться к транзисторам.

Первое в мире карманное радио на транзисторе. (Источник изображения)

1954 ознаменовал замену кремния в качестве предпочтительного материала для производства транзисторов, который оказался более надежным и менее дорогим в производстве, чем транзисторы на основе германия. Достижения продолжались в течение 60-х годов, и в 1970-х годах появился первый полевой МОП-транзистор, основанный на успехе переходного транзистора Уильяма Шокли.

Что ждет транзисторы в будущем?

Что ж, это еще предстоит выяснить. В настоящее время ученые работают над первым в мире молекулярным транзистором, состоящим из одной молекулы бензола. Этот тип транзисторов не выделяет столько тепла, сколько наши современные кремниевые транзисторы.

Мы также пытаемся заменить кремний графеном, который может переносить электроны намного быстрее, чем кремний. Единственное зависание? Мы до сих пор не можем придумать, как надежно производить графен.Если мы сможем заставить его работать по разумной цене, графен сделает наши компьютерные процессоры в 1000 раз быстрее, чем кремний.

Роль транзисторов в вычислительной технике

Давайте вернемся в настоящее, чтобы понять, как транзисторы полностью изменили компьютеры в двух областях - логике и памяти.

Транзисторы и логика

Соединив множество транзисторов вместе, вы можете создать нечто, называемое логическим вентилем. Это позволяет вам сравнивать входящие токи и отправлять разные выходы в зависимости от вашей запрограммированной логики.

Эти логические элементы позволяют компьютеру принимать решения с помощью булевой алгебры. Если вы пробовали программировать, они должны быть вам знакомы, включая логические значения, такие как AND, OR, NOT и т. Д. Объединение всей этой логики вместе - вот что заставляет наше компьютерное программное обеспечение работать, предоставляя серию инструкций для наших компьютеров. .

Транзисторы и память Транзисторы

также используются для питания всей памяти в наших компьютерах. Подключив логические вентили по определенному шаблону, вы можете создать выходные соединения, которые обратятся к входным соединениям.Это создает своего рода схему, при которой транзисторы будут оставаться включенными даже после того, как их базовый ток будет снят, оставляя транзистор в так называемом стабильном состоянии: включено или выключено. Умножьте это на миллионы или миллиарды транзисторов со стабильным состоянием, и вскоре вы обнаружите, что постоянно включаются и отключаются транзисторы, которые могут хранить данные как в единицах, так и в виде нулей.

Они идут поменьше, но где они остановятся, никто не знает!

Появившись только около 70 лет назад, транзисторы пережили изрядную поездку, увеличившись с десятков до сотен, а теперь даже миллионов и миллиардов транзисторов в наших повседневных вычислительных устройствах! Эти полупроводниковые компоненты завершают наш взгляд на увлекательный мир активных компонентов, которые играют динамическую роль в развитии наших электронных разработок.

Можем ли мы продолжать использовать все больше и больше транзисторов в наших интегральных схемах, как гласит закон Мура? Мы начинаем достигать физических пределов кремния и электронов. Похоже, пора вложить деньги в исследования и разработки графена и фотонов. Мир современной электроники ждет!

Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE предлагает массу бесплатных библиотек транзисторов, готовых к использованию? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня, чтобы начать работу!

Понимание различий между N-канальными и P-канальными полевыми транзисторами (FET)

Транзисторы - важные полупроводниковые устройства в современных электронных схемах.Они могут выполнять две основные функции. Во-первых, как их предшественник для электронных ламп, триод, они могут усиливать электрический сигнал. Во-вторых, они могут действовать как коммутационные устройства в компьютерах для обработки и хранения информации. Полевые транзисторы - это полупроводниковые устройства, управляющие током через электрическое поле.

Транзисторы могут усиливать электрический сигнал и действовать как переключающие устройства. Компьютеры используют переключающую способность транзистора для арифметических и логических операций и хранения информации.Они используют двоичный код - числа, записанные с основанием 2 - для выражения чисел и функций. Серии двух состояний - 0 и 1 - представляют собой числа.

Транзисторы в цифровой схеме также работают в двух состояниях: «включен» и «выключен» - или проводящий и непроводящий. «Вкл» соответствует состоянию одного двоичного числа, а «выключено» - другому. Следовательно, набор элементов схемы, содержащих правильно переключенные транзисторы, может характеризовать число.

Дипольные слои, созданные в процессе диффузии в p-n-переходах полевого транзистора, создают электрические поля.Эти электрические поля контролируют путь проводимости выходной цепи. Этот механизм лежит в основе термина «полевой эффект».

Интерес к этим устройствам вызван главным образом тем, что входная цепь имеет характеристики одного диода с обратным смещением. Полевой транзистор требует минимального входного постоянного тока и имеет очень высокое входное сопротивление.

Типы полевых транзисторов

Существует три основных типа полевых транзисторов: переходной полевой транзистор (сокращенно JFET или просто FET), полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET) и полевой транзистор металл-полупроводник. (MESFET).

Другими сокращениями для металлооксидных полупроводников являются MOST (МОП-транзистор) и IGFET (полевой транзистор с изолированным затвором).

MESFET - это современная разработка, в которой в качестве основного полупроводникового материала используются быстродействующие характеристики арсенида галлия (GaAs).

Цифровые приложения используют полевые МОП-транзисторы в интегральных схемах, в то время как полевые транзисторы JFET более распространены в аналоговых приложениях.

Эта статья знакомит с полевым транзистором (JFET) и исследует принципы, на которых работают эти устройства.

Переходный полевой транзистор

Соединительный полевой транзистор представляет собой трехконтактное устройство, в котором напряжение, приложенное к одному выводу, управляет током между двумя другими - током выходной цепи.

Существует два типа JFET: n-канальный и p-канальный. Из-за того, что электроны движутся быстрее дырок, полевые транзисторы с каналом n-типа встречаются чаще, чем полевые транзисторы с каналом p-типа.

Уровень проводимости в биполярном переходном транзисторе (BJT) зависит от двух носителей заряда - электронов и дырок.JFET, однако, является униполярным устройством, поскольку его проводимость однозначно зависит от одного типа носителя - электронов (n-канал) или дырок (p-канал).

Другие важные характеристики JFET:

  • Простота изготовления.
  • Небольшой размер, подходящий для цифровых массивов LSI и VLSI.
  • Высокое входное сопротивление - обычно много МОм.
  • Менее шумный, чем BJT.
  • Нет напряжения смещения при нулевом токе стока.

Полевой транзистор с n-канальным переходом

На рисунке 1 показана схема n-канального JFET.Геометрия, показанная на этом рисунке, упрощает анализ принципов JFET.

Рис. 1. n-канальный полевой транзистор.

Обе стороны устройства имеют сильно легированные акцепторные примеси p-типа, формирующие затвор G. Обратите внимание на соединение между двумя участками p-типа и выводом затвора.

Область между двумя областями затвора - это канал, структура из материала n-типа. Этот узкий полупроводниковый канал обеспечивает проводящий путь между истоком и стоком.Большинство носителей входят в устройство через исток S и покидают его через сток D. Сторона истока может быть концом любого канала.

В основе работы этой структуры лежит изменение сопротивления между выводами S и D путем регулировки напряжения на затворе G.

На рисунке 2 показан символ цепи и условные обозначения для направления тока и полярности напряжения для n-канального полевого транзистора JFET.

Рисунок 2. Условные обозначения и обозначения схемы для n-канального полевого транзистора.

Стрелка на затворе указывает направление перехода от полевого транзистора p-типа к полевому транзистору n-типа.

Is = условный ток на входе S.

Id = условный ток на входе D.

Ig = обычный ток, входящий в G. Это направление потока тока затвора с прямым смещением затворного перехода.

Vds = приложенное напряжение сток-исток - положительное значение, если d больше положительного значения s.

Vdd = напряжение питания стока (внешний источник напряжения).

Vgg = напряжение питания затвора (внешний источник напряжения).

Vgs = приложенное напряжение затвор-исток - положительное значение, если g больше положительного значения s. Vgs используется с полярностью для обратного смещения p-n перехода (Vgs = - Vgg).

Для n-канального JFET Id и Vds положительны, а Is и Vgs отрицательны.

Работа N-канального JFET

Перед подачей какого-либо внешнего напряжения на клеммы полевого транзистора необходимо установить два p-n перехода в условиях отсутствия смещения, создавая область истощения носителей заряда или пространственного заряда на каждом переходе.Избыточные носители (электроны) были удалены или «истощены» из областей истощения носителей. Соответственно, в областях истощения носителей имеется мало свободных носителей, неспособных поддерживать проводимость (, рис. 1, ).

На рисунке 3 показано состояние, при котором Vgs = 0 В - с короткозамкнутым затвором и истоком - и Vds имеет низкое положительное значение.

Рисунок 3. Vgs = 0 В и Vds> 0 В.

Положительный вывод стока притягивает электроны канала, генерируя ток Id.

Традиционно ток течет в направлении, противоположном потоку электронов; следовательно, текущий Id входит в D.

Ток Is имеет ту же величину и направление, что и Id. Положительное направление Is было определено как вход в S. Следовательно, Is отрицательно при этом условии. Текущий Ig пренебрежимо мал, что является важным атрибутом JFET.

Импеданс канала ограничивает величину потока заряда в Рисунок 3 .

Обратите внимание, что области истощения носителей становятся шире по мере приближения к стороне D.Предполагая равномерно распределенное сопротивление, падение напряжения в канале увеличится с 0 В на S до Vds на D. Затем pn-переходы будут все больше смещаться в обратном направлении от S к D. По мере увеличения обратного смещения на переходах, поэтому делает толщину области неподвижных непокрытых зарядов.

Непокрытые заряды - это связанные заряды в области истощения носителей заряда - отрицательные ионы на стороне p-типа и положительные ионы на стороне n-типа. Они создают дипольный слой заряда на стыке.Силовые линии электрического поля, берущие начало на положительных ионах и заканчивающиеся на отрицательных ионах, являются источником падения напряжения на переходах. Термин «полевой эффект» описывает этот механизм, потому что управление током является результатом расширения с растущим обратным смещением поля, связанного с областью непокрытых зарядов.

На рисунке 4 показана характеристика сток-исток n-канального JFET, дающая зависимость Id от Vds с Vgs = 0.

Рисунок 4. Id в сравнении с Vds, Vgs = 0 В.

Когда Id = 0, канал открыт. При увеличении значения Vds до нескольких вольт ток возрастает линейно по закону Ома; Вот почему график растет почти как прямая линия - сопротивление постоянно, а JFET n-типа действует как простой полупроводниковый резистор.

Приращение

Vds расширяет области истощения, и проводящая часть канала начинает сжиматься, постепенно уменьшая эффективную ширину канала и увеличивая его сопротивление.

Из-за омического падения вдоль канала усадка не является равномерной, но более заметна на больших расстояниях от источника.

Увеличение Vds до уровня, при котором кажется, что две области истощения соприкоснутся, как показано на Рис. 5 , приводит к состоянию, называемому отсечением. В этом состоянии Vds = Vp - напряжение отсечки.

Рисунок 5. Vgs = 0 В, Vds = Vp.

После того, как Vds достигнет Vp, кривая на рис. 4 начнет выравниваться.Ток Id приближается к постоянному значению - уровню насыщения, который отображается как Idss (насыщенный ток стока при коротком замыкании). Сопротивление канала будет стремиться к бесконечному Ом в горизонтальной области кривой. В месте отсечки есть крошечный канал с током высокой плотности.

На рис. 5 канал находится как раз на пороге отсечки на конце стока. Увеличение Vds выше Vp удлиняет контакт двух областей истощения вдоль канала, но Idss остается постоянным.При этом условии JFET действует как источник тока.

Канал не может полностью закрыться при значении отсечки, уменьшая Id до нуля - вместо этого Id сохраняет уровень насыщения, показанный на Рисунок 4 . Если бы это было так, омическое падение, обеспечивающее обратное смещение вдоль p-n-перехода, отсутствовало бы - терялась область обеднения, которая вызывала отсечку.

Vgs с дополнительным обратным смещением

Напряжение затвор-исток (Vgs) управляет полевым транзистором.Установка клеммы затвора на постепенно более низкие уровни потенциала, чем у источника, дает семейство кривых Id в зависимости от Vds с Vgs в качестве параметра. На рисунке 6 показаны типичные кривые для n-канального JFET.

Рисунок 6. Характеристики n-канального JFET.

Приложение напряжения затвора Vgs в направлении, обеспечивающем дополнительное обратное смещение, устанавливает области истощения, подобные Vgs = 0, но на более низких уровнях Vds, вызывая отсечку - и уровень насыщения - при меньших значениях Vds.Затем Vgs помогает Vds произвести отсечение. При уменьшении значения Vds в канале отсечка происходит при меньшем токе стока.

При приложении небольшого положительного напряжения к затвору - в направлении прямого смещения - значение Vds, необходимое для создания отсечки, увеличивается с соответствующим увеличением тока стока, при котором возникает отсечка. Неудобно прикладывать высокие положительные напряжения, чтобы избежать нежелательных токов на выводе затвора.

Как и раньше, каждая характеристическая кривая имеет омическую область для малых значений Vds - Id, пропорциональную Vds - и область постоянного тока для больших значений Vds - где Id незначительно реагирует на Vds.Когда Vds превышает уровень отсечки, канал отсечки ограничивает ток величиной, существовавшей на момент отсечки.

Рисунок 6 также показывает, что напряжение отсечки падает параболически, а величина тока насыщения - для больших значений Vds - уменьшается по мере того, как Vgs становится более отрицательным.

Vgs = - Vp обеспечивает уровень насыщения с минимальным током Id, и мы можем сделать вывод, что транзистор выключен.

Обратите внимание, что когда Vds достигает более высоких значений, кривые внезапно повышаются до уровней, которые кажутся бесконечными.Этот подъем означает лавинный прорыв через p-n-переходы; только элементы выходной цепи ограничивают ток через канал при этом условии.

Максимальное напряжение, которое должно быть приложено между любыми двумя выводами JFET, является наименьшим напряжением, которое вызовет лавинный пробой на p-n переходе. Рисунок 6 показывает, что лавина возникает при более низких значениях Vds, поскольку затвор имеет более обратное смещение. Это происходит потому, что напряжение затвора обратного смещения (Vgs) складывается с напряжением стока (Vds), увеличивая фактическое напряжение на p-n переходе.

Полевой транзистор P-Channel Junction

JFET с p-каналом представляет собой инверсию n-канала, при этом материалы p- и n-типа структурированы, как показано на Рис. 7 .

Рис. 7. Полевой транзистор с р-каналом .

Рисунок 8 показывает условные обозначения схемы и полярности для p-канального JFET.

Рис. 8. Обозначение цепи и условные обозначения для p-канального JFET.

Полевой транзистор с каналом p-типа имеет противоположные направления тока и полярности напряжения по сравнению с полевым транзистором с каналом n-типа; Id и Vds отрицательны, а Is и Vgs положительны. Следовательно, увеличение положительного напряжения от затвора к источнику будет сужать канал.

Рисунок 8 сохраняет ссылки, используемые в Рисунок 2 для n-канального JFET, для направлений тока Id, Is и Ig, а также для полярностей напряжений Vds и Vgs. Стрелка соединения ворот указывает в противоположном направлении (показывая путь от p-типа к n-типу).

На рисунке 9 показаны типичные кривые для p-канального JFET.

Рисунок 9. Характеристики типичного полевого транзистора с р-каналом.

Рисунок 9 показывает положительные значения для Vgs и отрицательные значения для Vds - источник имеет более высокий потенциал, чем сток.

И снова кривые резко поднимаются до экстремальных уровней при высоких отрицательных значениях Vds, что указывает на сход лавины.

Примечание:

Два типа транзисторов - n-канальный и p-канальный - считаются взаимодополняющими.N-канальный JFET в схеме может быть заменен p-канальным транзистором аналогичного номинала, меняя полярность источника питания (Vdd) и всех чувствительных к полярности устройств, таких как электролитические конденсаторы и диоды.

О полевом транзисторе

Три электрических вывода JFET - это сток (D), исток (S) и затвор (G).

Большинство носителей текут от истока по каналу к стоку. Канал может быть кристаллом n- или p-типа.

Напряжение затвор-исток управляет электрическим полем и током стока (Id) в канале. Затворные переходы обычно имеют напряжение обратного смещения на них, что приводит к незначительным токам, протекающим на выводе затвора.

Рассматривая n-канальное устройство, если напряжение затвор-исток Vgs = 0 В и напряжение сток-исток Vds положительно, электроны дрейфуют через канал из-за электрического поля. Ток стока Id пропорционален сопротивлению канала при условии, что Vds невелик.

Ширина областей обеднения носителей заряда на p-n-переходах зависит от напряжения Vgs. Варианты Vgs изменяют размеры канала. Области истощения носителей действуют как клапан для управления величиной тока в канале и, следовательно, величиной тока Id.

Положительное напряжение стока вызывает обратное смещение p-n-переходов, в основном около конца стока канала. Когда Vds достигает напряжения отсечки (Vp), толщина канала уменьшается почти до нуля в точке, близкой к концу стока.Id не равно нулю, когда Vds = Vp, потому что это напряжение все еще существует между точкой отсечки и концом истока, и результирующее электрическое поле ускоряет носители через канал к концу стока.

Для значений Vds> Vp толщина обедненной области увеличивается между затвором и стоком с небольшим изменением между точкой отсечки и истоком. В результате в обедненной области появляется дополнительное напряжение с небольшим изменением электрического поля вдоль канала.Следствием этого является постоянное значение Id.

Ток, измеренный при Vds = Vp и Vgs = 0 В, является током стока при коротком замыкании насыщения (Idss).

JFET обычно работает с Vds> Vp и обратным смещением, приложенным к затвору. Когда Vds + Vgs> Vp, Id почти не зависит от Vds.

Лавинный пробой возникает на p-n переходе при высоких значениях Vds.

Входное сопротивление полевого транзистора JFET очень велико, но резко падает при лавинном пробое.

P-канальный JFET имеет канал p-типа и вентили n-типа. Он работает как n-канальный транзистор, но с обратной полярностью напряжения и тока.

История и развитие транзистора

Через дырочные транзисторы (сантиметровая рулетка)

транзистор - твердотельный полупроводниковый прибор. который может использоваться для усиления, переключения, напряжения стабилизация, модуляция сигнала и многие другие функции.Он действует как переменная клапан, который, в зависимости от входного тока (BJT) или входного напряжения (FET), позволяет точное количество тока, протекающего через него от источника напряжения схемы.

В По сути, транзистор имеет три вывода. Приложенный ток или напряжение через / через два терминала контролирует больший ток через другой терминал и общий терминал. В аналоговых схемах транзисторы используются в усилителях. Аналоговый схемы включают усилители звука, стабилизированные источники питания и радиочастоты усилители.В цифровых схемах транзисторы функционируют в основном как электрические переключатели. Цифровые схемы включают логические вентили, RAM (произвольный доступ память) и микропроцессоры.

Транзистор было также распространенным названием в шестидесятых годах для транзисторного радиоприемника , портативное радио, которое использовало транзисторы (а не электронные лампы) в качестве активных электронные компоненты. Это все еще одно из словарных определений транзистора .

Изобретение

Транзистор был изобретен в Bell Telephone Лаборатории в декабре 1947 г. (впервые продемонстрированы 23 декабря) Джон Бардин, Уолтер Хаузер Браттейн, и Уильям Брэдфорд Шокли, получившие Нобелевскую премию по физике в 1956 г.Как ни странно, они намеревались изготовить полевой транзистор (FET) предсказал Юлиус Эдгар Лилиенфельд еще в 1925 году, но в итоге обнаружили усиление тока в точечном контакте транзистор, который впоследствии превратился в биполярный переход транзистор (БЮТ).

Происхождение имени

Bell Телефон Лабораториям требовалось общее название для их нового изобретения: «Полупроводник. Триод »,« Твердый » Триод »,« Триод с поверхностными состояниями »[так в оригинале],« Кристальный триод »и« Иотатрон »- все это считается, но «транзистор», придуманный Джоном Р.Пирс, выиграл внутреннее голосование. Обоснование названия описано в следующем отрывке. из Технического меморандума компании (28 мая 1948 г.) [1], призывающего к голосованию:

" Транзистор . Это сокращенное сочетание слов «крутизна» или «передача» и «варистор». Устройство логически принадлежит к семейству варисторов и имеет крутизну или передаточное сопротивление устройство, имеющее усиление, так что эта комбинация носит описательный характер."

Важность

транзистор, который многие считают одним из величайших изобретений в современном мире. история, стоит в ряду с печатным станком и телефон. Это является ключевым активным компонентом практически всей современной электроники. Его важность в современном обществе основывается на его способности массового производства с использованием высокоавтоматизированных процесс (изготовление), который обеспечивает исчезающе низкую стоимость транзистора.

Хотя миллионы отдельных ( дискретных ) транзисторов все еще используются, огромное количество большинство из них изготавливаются в микросхемах вместе с диодами, резисторами, конденсаторами и индукторы для создания полных электронных функций, аналоговых или цифровых.Часто оба типа функций интегрированы в один и тот же чип. Стоимость проектирования а разработка сложного чипа - астрономическая задача, но если ее распространить на миллионы производственных единиц минимизируется стоимость индивидуальной микросхемы. Логический вентиль состоит из около 20 транзисторов, тогда как продвинутый процессор, по состоянию на начало 2005 года, может использовать целых 289 миллионов транзисторов.

слово «чип» сейчас используется довольно свободно: изначально оно относилось к фактической части полупроводника перед упаковкой.После того, как чип был упакован, он назывался "интегральная схема", или просто «IC», а иногда и «баг». Чип , интегральная схема и IC теперь используются взаимозаменяемо, а ошибка вышла из моды. Термин « твердотельный » используется для описания устройства, которое не контролирует поток заряда через вакуум (вакуумная трубка) или газ и в котором не используются движущиеся части (реле) для управления потоком заряда.В та же жила, цепь или элемент оборудования могут быть описаны как «твердотельные».

Низкая стоимость, гибкость и надежность транзистора сделали его практически универсальным устройство для немеханических задач. В то время как обычный предмет, скажем, холодильник, будет иметь подержанные электромеханические устройства для контроля, сегодня часто дешевле и эффективнее просто использовать стандартная интегральная схема (содержащая несколько миллионов транзисторов) и напишите компьютерная программа для переноски выполнить ту же задачу с помощью логики.Транзисторы заменили почти все электромеханические. устройств, используются в большинстве простых систем управления с обратной связью и появляются в огромных количествах. номера во всем, от светофоров до стиральных машин.

Из рук в руки При невысокой стоимости появилась тенденция к оцифровке информации . С использованием транзисторов компьютеры, предлагающие возможность быстро находить, сортировать и обрабатывать цифровую информацию, многое другое и больше усилий было приложено для перевода информации в цифровой формат.Практически все СМИ сегодня поставляется в цифровом виде, окончательно преобразуется и представляется в аналог форма с помощью компьютеров. Знакомые области, на которые повлияло стремление к оцифровке, - это телевидение, радио и газеты.

Типы

920ET8912

F 920ET8912

F

Транзистор символы разных типов

Широко говоря, транзисторы делятся на следующие категории:

  • полупроводниковые. материал: германий, кремний, арсенид галлия
  • Физические упаковка: металл в сквозном отверстии, пластик в сквозном отверстии, поверхностный монтаж, шариковая сетка массив
  • Тип: BJT, JFET, IGFET (MOSFET), "другое" типы »
  • Полярность: Канал NPN / N, PNP / P канал
  • Максимум номинальная мощность: низкая, средняя, ​​высокая
  • Максимум частотные характеристики: низкая, средняя, ​​высокая, радиочастота (RF), микроволновая печь
  • Применение: усилитель, переключатель, универсальный, аудио, высокое напряжение

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

полевой транзистор Семейства

полевых транзисторов делятся на два семейства: Junction FET (JFET) и FET с изолированным затвором ( IGFET ), также известный как оксид металла кремний (или полупроводник ) FET (MOSFET). В отличие от IGFET, JFET вывод затвора образует диод с каналом (полупроводниковый материал между истоком и стоком). Функционально это делает N-канальный JFET твердотельный эквивалент триода вакуумной лампы, который, аналогично, образует диод между его сеткой и катодом.Также оба устройства работают в «режиме истощения» они оба имеют высокий входной импеданс, и оба проводить ток под контролем входного напряжения.

полевых транзисторов дополнительно делятся на типы расширенного режима и обедненного режима . Режим относится к полярности напряжения затвора по отношению к источнику, когда прибор проводит. Принимая N канальных полевых транзисторов: в режиме истощения затвор отрицательный по отношению к источнику, в то время как в режиме улучшения вентиль положительный.Для обоих режимов, если напряжение затвора сделать более положительным, ток истока / стока увеличится. Для устройств с каналом P полярность обратная. Большинство IGFET являются типами режима улучшения, и почти все JFET-ы являются типами режима истощения.

Другое Типы

  • Однопереходные транзисторы могут использоваться как простые генераторы импульсов. Они составляют основную часть либо P или полупроводник типа N с омическими контактами на каждом конце (клеммы B1 и B2). Переход с противоположным типом полупроводника образуется в точке вдоль длина корпуса для третьего вывода (E).
  • Двойной затворные полевые транзисторы имеют один канал с двумя затворами в каскаде ; конфигурация который оптимизирован для высокочастотных усилителей , смесителей и генераторов.
  • Транзистор массивы используются для приложений общего назначения, генерация функций и низкоуровневые, малошумящие усилители . В их состав входят два и более транзисторов. на общей подложке для обеспечения точного согласования параметров и теплового отслеживания, характеристики, которые особенно важны для усилителей с длинными хвостами .
  • транзисторы Дарлингтона состоят из BJT средней мощности, соединенного с силовым BJT. Это обеспечивает высокий ток коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления по току двух транзисторов. Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования.
  • Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) используют среду силовой IGFET, аналогично подключенный к силовому транзистору BJT, чтобы обеспечить высокий входной импеданс. Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретных использовать.БТИЗ особенно подходят для тяжелых промышленных приложений. В Асеа Браун Бовери (ABB) 5SNA2400E170100 [2] показывает, насколько далеко продвинулась технология силовых полупроводников. Предназначена для трехфазных источников питания это потрясающее устройство содержит три NPN IGBT в футляр размером 38 на 140 на 190 мм. Каждый IGBT рассчитан на 1700 вольт и может ручка 2400 ампер.

Полупроводник материал

Первоначально, БЮТ были изготовлены из германия (Ge) и некоторых высоких Типы мощности все еще есть.Типы кремния (Si) в настоящее время преобладают, но в некоторых усовершенствованных микроволновых и высокопроизводительных версиях теперь используется состав . Полупроводниковый материал арсенид галлия (GaAs). Единый элемент полупроводниковый материал (Ge и Si) описывается как элементарный . Характеристики для наиболее распространенных полупроводниковых материалов, используемых для изготовления транзисторов, приведены в таблице ниже:

PNP P-канал
NPN N-канал
BJT
Полупроводник Характеристики материала
Полупроводник
материал
Соединение прямое напряжение

В при 25 ° C
Подвижность электронов
м / с при 25 ° C
Отверстие подвижность
м / с при 25 ° C
Макс.темп.
° C
Ge 0,27 0,39 0,19 70 к 100
Si 0,71 0,14 0,05 150 к 200
GaAs 1,03 0,85 0,05 150 к 200
Переход Al / Si 0,3 - - 150 к 200


Прямое напряжение перехода - это напряжение, необходимое для включения эмиттера / базы. соединение BJT проводит указанный ток.Значения, указанные в таблице, являются типично для тока 1 мА (те же значения применимы к полупроводниковым диодам). Чем ниже прямое напряжение перехода, тем лучше, так как это означает, что меньше мощности требуется для «прогона» транзистора. Для нормального уровня допирования переход вперед напряжение обычно на 0,4 В меньше ширины запрещенной зоны. Группа зазор - это разность напряжений между валентной энергетической зоной и зоной проводимости энергетический диапазон для данного материала.Прямое напряжение перехода для заданного ток уменьшается с температурой. Для типичного кремниевого перехода изменение составляет около - 2 мВ / ° C.

Электрон подвижность и Подвижность дырок Столбцы показывают среднюю скорость, с которой электроны и отверстия разряжаются через полупроводниковый материал с приложенным 1 вольт на метр по материалу. В общем, чем выше подвижность электронов, тем быстрее транзистор. Таблица показывает, что Ge в этом отношении является лучшим материалом, чем Si, так оно и есть.Но у Ge есть четыре основных недостатка по сравнению с кремнием и галлием. арсенид: его максимальная температура ограничена, он имеет относительно высокий ток утечки, он не выдерживает таких высоких напряжений и менее подходит для изготовления чипсы. Поскольку подвижность электронов выше подвижности дырок для всех полупроводников материалов, данный NPN BJT имеет тенденцию быть быстрее, чем эквивалентный тип PNP BJT. GaAs имеет самую высокую подвижность электронов из трех полупроводников. Это для по этой причине GaAs используется в высокочастотных приложениях.Относительно недавний Развитие полевого транзистора, транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), имеет гетероструктуру (переход между различными полупроводниковыми материалами) арсенида алюминия-галлия (AlGaAs) / галлия арсенид (GaAs), который имеет двойную подвижность электронов по сравнению с барьером GaAs / металл соединение. Из-за их высокой скорости и низкого уровня шума HEMT используются в спутниковых системах. приемники, работающие на частоте около 12 ГГц.

Макс температура перехода. Значения представляют собой поперечное сечение, полученное от различных производителей. листы данных.Эту температуру не следует превышать, иначе транзистор может перегореть. уничтожен.

Al / Si переход относится к высокоскоростному полупроводниковому / металлическому барьеру алюминий / кремний диод, широко известный как диод Шоттки. Это включены в таблицу, потому что большинство кремниевых силовых IGFET-транзисторов имеют паразитный обратный диод Шоттки, сформированный между истоком и стоком как часть изготовления процесс.

Упаковка

Поверхность Монтажный транзистор (типовые размеры L 3.0, W 2,6, H 1,1 мм, включая контакты)

Транзисторы поставляются во многих разных упаковках (см. изображения), обе через отверстие (или с выводами ) и для поверхностного монтажа , также известного как устройство для поверхностного монтажа ( SMD ). Часто у вас есть выбор корпуса для конкретного транзисторного чипа. Сетка для мячей array ( BGA ) - передовой корпус для поверхностного монтажа (в настоящее время только для больших транзисторных матриц и цифровых функций).Имеет припойные «шарики» на нижней стороне, которые прилегают к контактным площадкам на печатной плате хоста ( PCB ) путем нагрева всей платы, обычно инфракрасным излучением . Будучи скрытым, соединение затем проверяется на качество с помощью рентгеновского снимка . Потому что они меньше и имеют более короткие межсоединения, SMD имеют лучшую частоту характеристики, но более низкая номинальная мощность. Пакеты транзисторов обычно изготавливаются из стекла, металла, керамики или пластика.Для усиленного охлаждения силовые транзисторы имеют большие корпуса, которые можно прикрепить к радиаторам, но с другой стороны, некоторые Транзисторы СВЧ поверхностного монтажа напоминают пылинки. Также в помощь охлаждение, у большинства типов мощности коллектор / сток внутренне соединены с металлическая банка / металлическая пластина (в «непроводящих» силовых пакетах непроводящие материал корпуса прилеплен к металлической пластине для сопряжения радиатора).

Галерея

A ошеломляющий ассортимент транзисторов уже доступен, и производители постоянно ввести улучшенные типы.Ниже приведены несколько примеров из основных семейств. Если не указано иное, все типы изготавливаются из кремниевых полупроводников. Дополнительный пары показаны как канал NPN / PNP или N / P . Просто щелкните левой кнопкой мыши на ссылка [3] для доступа к технический паспорт ( в некоторых технических паспортах указанная категория транзисторов может вводить в заблуждение ):

  • 2N3904 [4] / 2N3906 [5], BC182 [6] / BC212 [7] и BC546 [8] / BC556 [9].БЮТ, универсальный, маломощный, дополнительных пар. Они имеют пластиковые корпуса и стоят несколько центов США, что делает их популярными среди любителей.
  • BFP183 [10] Низкое энергопотребление, микроволновая печь, 8 ГГц, NPN BJT. Приемы высокочастотного проектирования обязательны если вы хотите создавать усилители, микшеры и генераторы с молниеносной скоростью Infineon BJT. Это устройство стоит около 1,0 доллара США. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ : . Это устройство может содержать бериллия. оксид , который очень токсичен: НИКОГДА не разрезать и не сжигать.
  • LM394 [11] ' пара суперматч' Два отдельных маломощных, малошумных NPN BJT на одной подложке.
  • 2N2219A [12] / 2N2905A [13] BJT, общий назначение, средняя мощность, дополнительная пара. В металлических корпусах они рассчитаны на около одного ватта.
  • 2N3055 [14] / MJ2955 [15] В течение многих лет, почтенный NPN 2N3055 был стандартной рабочей лошадкой силы.Его дополнение, PNP MJ2955 прибыл позже. Эти прочные, 1 МГц, 15 А, 60 В, 115 Вт BJT подходит для усилителей мощности звука, источников питания и управления. С металлом или пластиковые ящики, которые продаются в розницу примерно за 1 доллар США
  • 2SC3281 / 2SA1302 Оптимизирован для выходных каскадов усилителей HiFi до 100 Вт, низкий уровень искажений Toshiba полностью дополнительные БЮТ в пластиковом корпусе почитаются дизайнерами-аудиофилами, которые опасаются испорченных подделок [16].
  • BU508 [17] NPN, 1500 V, мощность BJT. Предназначен для телевидения (ТВ) горизонтальный отклонение, его способность к высокому напряжению также делает его полезным для систем зажигания.
  • MJ11012 [18] / MJ11015 [19] 30 А, 120 V, 200 Вт, высокомощные биполярные транзисторы Дарлингтона с дополнительной парой для аудиоусилителей, управление и переключение мощности (сильноточный обратный диод между эмиттером и коллектором).
  • 2N5457 [20] / 2N5460 [21] JFET (истощение режим), общего назначения, малой мощности, дополнительная пара.
  • BSP296 [22] / BSP171 [23] IGFET (режим улучшения), средняя мощность, почти комплементарная пара (средний ток обратный диод Шоттки между истоком / стоком). Сверхчувствительный вентиль Infineon IGFET идеально подходят для преобразования логических уровней в более высокие напряжения. Они также подходит для управления силовыми транзисторами в усилителях.
  • IRF3710 [24] / IRF5210 [25] IGFET (режим улучшения), высокая мощность, почти комплементарная пара (большой обратный ток диод Шоттки между истоком / стоком).С очень низким сопротивлением в открытом состоянии 23/60 миллиом и чувствительные вентили (10 В для полного включения), International Rectifier ' с «Тяжеловесы» на 40 А, 100 В, 200 Вт создают эффективные усилители и переключатели мощности, особенно для автомобилей.

Преимущества транзисторов над электронными лампами

До разработка транзисторных электронных ламп (или в Великобритании термоэмиссионных клапанов или всего клапанов ) были основными активными компонентами в электронном оборудовании.Ключевые преимущества, позволившие заменить транзисторы их предшественники с вакуумными трубками в большинстве приложений:

  • Меньше размер (несмотря на продолжающуюся миниатюризацию электронных ламп)
  • Высокий автоматизированное производство
  • Нижний себестоимость (в серийном производстве)
  • Меньшая возможные рабочие напряжения
  • Сработать «немедленно» (большинству электронных ламп требуется от 10 до 60 секунд для «разогрева»)
  • Нижняя рассеиваемая мощность (нет мощности нагревателя, очень низкое напряжение насыщения)
  • выше надежность и большая выносливость (но вакуумные лампы более устойчивы к ядерным электромагнитные импульсы ( NEMP ) и электростатический разряд (ESD))
  • Много более длительный срок службы (катоды вакуумных трубок в конечном итоге израсходуются)
  • Дополнительный доступные устройства (позволяющие схемы с дополнительной симметрией: дополнительные вакуумные лампы отсутствуют)
  • Способность для управления большими токами (доступны силовые транзисторы для управления сотнями ампер: электронные лампы для контроля даже одного ампера большие и дорогостоящие)
  • Немикрофонный (вибрация может влиять на характеристики вакуумной трубки)


" Природа ненавидит вакуумную лампу "Джон Р.Пирс, Bell Telephone Лаборатории, около 1948 г.

Использование в усилителях звука

От от мобильных телефонов до телевизоров, огромное количество продуктов включает усилители мощности звука. Первые типы дискретных транзисторов изо всех сил пытались выработать несколько сотен милливатт, но мощность и качество звука постепенно увеличивались по мере того, как улучшались транзисторы. доступны и усовершенствована архитектура усилителя ( несимметричный трансформатор с двухтактный трансформатор подключен к двухтактный конденсатор подключен к двухтактная прямая муфта ).

В все, кроме самых эзотерических приложений, усилители мощности звука на микросхеме полностью вытесненные дискретные типы. Изначально эти фишки были темпераментными и они тоже мог доставить всего несколько сотен милливатт. Но сегодня примерно за 10 долларов США вы можно сделать неплохой 50-ваттный усилитель мощности звука с несколькими пассивными компонентами. и, например, микросхема LM3886 [26].

Hi-Fi усилители

Некоторые высококачественные аудиоусилители (HiFi) по-прежнему используют электронные лампы со своими энтузиастами, утверждая, что их звук лучше.

В В частности, некоторые утверждают, что большее количество электронов в вакуумной лампе ведет себя с большей статистической точностью, хотя при этом игнорируется тот факт, что вакуум лампы обычно имеют клемму управления с высоким сопротивлением (сетку), и этот дискретный транзистор (в отличие от, скажем, операционного усилителя) схемы также могут быть спроектированы для использования больших токов (для сравнения, даже 1 миллиампер тока несет около 6240 миллион миллионов электронов в секунду).

Прочие обнаружить характерную "теплоту" звука. "Теплота" на самом деле искажение вызвано электронными лампами, но некоторые аудиофилы находят это приятным. Это «мягкая насыщенность» и возникает, когда вакуумные лампы перегружены, что приводит к плохому разработанные усилители на электронных лампах, чтобы звучать лучше, чем плохо спроектированный транзистор усилители. Ламповые усилители также менее подвержены ограничению скорости нарастания напряжения, что было проблема с ранними полупроводниками и до сих пор наблюдается в недорогих транзисторах. усилители звука.

вверху умозрительное мнение не дает корреляции между характеристиками или измерениями и воспринимаемое качество звука. Смотрите Tubes vs. Транзисторы - есть ли разница на слух? и транзисторы против ламп - краткая характеристика Сравнение.

Гитара усилители

вакуумные лампы также предпочтительны в гитарных усилителях которые рассчитаны на перегрузку, потому что имеют разные нелинейные передаточная характеристика, чем у транзисторов, и создает другую, более приятную спектр гармонических искажений или «пух».Цифровая обработка сигналов (DSP) можно использовать для достижения аналогичных эффектов в цифровой области.

Это можно смешивать транзисторы и электронные лампы в одной схеме.

Простой Транзисторные усилители используют вырождение эмиттера для достижения отрицательной обратной связи, что дает относительно предсказуемый коэффициент усиления по сравнению с коэффициентом усиления самого транзистора, который широко варьируется.

Использование в компьютерах

Высокое напряжение транзисторы, используемые в импульсном блоке питания.Устанавливается на алюминиевый радиатор для улучшения охлаждение.

"второе поколение" компьютеров конца 1950-х и 1960-х годов состояло из плат, заполненных отдельные транзисторы и магнитопроводы. Впоследствии транзисторы, другие компоненты (конденсаторы, но не дорогостоящие катушки индуктивности или трансформаторы) и необходимые проводка была объединена в единый компонент массового производства: интегральную схему. В современной цифровой электронике одиночные транзисторы очень редки, хотя и остаются распространены в силовых и аналоговых приложениях.В последнее время были предприняты попытки интеграция аналоговых схем также с появлением «программируемого аналога» схемы, системы на кристалле и Цифровая обработка сигналов. DSP - это метод, который может (среди прочего) использоваться с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями. для моделирования аналоговых схем. Линейные интегральные схемы рано получили плохую репутацию на из-за сложности создания (качественных) транзисторов PNP, но намного лучше сегодня.

Транзисторы также используются для регулирования мощности и в компьютерных БП, особенно в коммутируемой мощности запасы.

Как транзисторы работают

Есть два основных типа транзисторов, биполярный переход транзистор (BJT) и полевой транзистор (FET), которые работают по-другому. Биполярные транзисторы названы так потому, что основные канал проводимости использует как электроны, так и дырки для переноса основных электрический ток. В BJT основной ток должен проходить через очень тонкий изолирующий слой. называется зоной истощения, а ширину этого слоя можно электрически изменять с очень высокой скоростью, чтобы контролировать основной ток.Полевые транзисторы (также называемые униполярными транзисторами) использовать только один из двух типов носителей (электроны или дырки, в зависимости от по подтипу полевого транзистора). В полевых транзисторах основной ток возникает в узкой проводке. канал с изолирующей зоной истощения сбоку, а ширина этой изолирующей зона может быть изменена путем изменения приложенного напряжения, чтобы контролировать ширину проводящего канала и, следовательно, управляют основным током. Посмотреть статьи на каждом типе устройства для получения дополнительной информации.

Как полупроводники работают

в рабочем состоянии, транзисторы и электронные лампы имеют схожие функции; они оба контролируют поток тока.

В чтобы понять, как работает полупроводник, рассмотрим стеклянную емкость, наполненную чистой водой. Если пара проводящих щупов погружены в воду и имеют постоянное напряжение (ниже точки электролиза, т.е. точка пробоя воды) между ними, ток не будет течь, потому что в воде нет носителей заряда.Таким образом, чистая вода - изолятор. Растворить щепотка поваренной соли в воде и начинается проводимость, потому что мобильные носители (ионы) были выпущены. Увеличение концентрации соли увеличивает проводимость, но не очень сильно. Сухой комок соли непроводящий, потому что носители заряда неподвижны.

An абсолютно чистый кристалл кремния также является изолятором, но когда примесь, например мышьяк добавлен (так называемый допинг) в количествах, достаточных для того, чтобы полностью не нарушать регулярность кристаллической решетки, он отдает свободные электроны и обеспечивает проводимость.Этот потому что атомы мышьяка имеют пять электронов на своих внешних оболочках, в то время как кремний атомов всего четыре. Проведение возможно, потому что мобильный оператор заряда был введен, в данном случае создавая кремний n-типа ("n" для отрицательного. электрон имеет отрицательный заряд).

В качестве альтернативы, кремний можно легировать бором, чтобы получить кремний p-типа, который также проводит. Поскольку бор имеет только три электрона во внешней оболочке, другой своего рода носитель заряда, называемый «дыркой», образуется в кристаллической решетке кремния.

В вакуумная трубка, с другой стороны, излучаются носители заряда (электроны) термоэлектронной эмиссией от катода, нагреваемого проволочной нитью. Следовательно, вакуумные лампы не могут генерировать дырки (носители положительного заряда).

Примечание что носители заряда одинаковой полярности отталкиваются друг от друга, так что в отсутствие при любой силе они равномерно распределяются по полупроводниковому материалу. Однако в биполярном транзисторе (или переходном диоде) без питания носители заряда имеют тенденцию мигрировать к переходу P / N, будучи привлечены их противоположным зарядом перевозчики на другой стороне перекрестка.

Увеличение уровень легирования увеличивает проводимость полупроводника, при условии, что кристаллическая решетка в целом остается нетронутой. В биполярном транзисторе эмиттер имеет более высокий уровень легирования, чем базовый. Соотношение уровней легирования эмиттер / база является одним из основных факторов, определяющих коэффициент усиления по току переходного транзистора.

уровень допирования крайне низкий: порядка частей на сто миллионов, и это ключ к работе полупроводников.В металлах популяция носителей чрезвычайно высока; один носитель заряда на атом. В металлах, чтобы преобразовать значительный объем материала превращается в изолятор, носители заряда должны быть унесенным подачей напряжения. В металлах это значение напряжения астрономическое; более чем достаточно, чтобы разрушить металл, прежде чем он превратится в изолятор. Но в слаболегированных полупроводниках только один мобильный носитель заряда на миллион или более атомов. Уровень напряжения, необходимого для удаления такого небольшого количества носителей заряда значительного объема материала легко достигается.Другими словами, электричество в металлах несжимаемо, как жидкость, а в полупроводниках ведет себя как сжимаемый газ. Легированные полупроводники можно быстро превратить в изоляторы, а металлы - нет.

выше объясняет проводимость в полупроводнике носителями заряда, либо электронами или дырки, но суть действия биполярного транзистора заключается в том, что электроны / дырки по-видимому, совершить запрещенный прыжок через зону истощения изоляционного материала в обратносмещенном переход база / коллектор под контролем напряжения база / эмиттер.Хотя транзистор может показаться двумя соединенными между собой диодами, биполярный транзистор не может просто соединить два диода с дискретным переходом вместе. Производить действие биполярного транзистора, они должны быть изготовлены на одном кристалле, и физически разделяют общую и чрезвычайно тонкую базовую область.

Электрооборудование характеристики

Примечание что в следующем примере я использую соглашение, согласно которому ток течет "от" положительное «к» отрицательному.На самом деле движущийся носитель заряда, электрон, заряжен отрицательно и движется в противоположном направлении.

Когда анализируя, как ток будет течь по цепи, биполярный транзистор может быть по сути, это три диода, два из которых всегда проводят, а один из которые будут проводить в зависимости от тока, протекающего через два других. В NPN-транзистор, например, база будет проводить к коллектору или эмиттер без какого-либо сопротивления, кроме фиксированного прямого падения напряжения, поэтому пока напряжение на базе выше, чем на эмиттере или коллекторе.В кроме того, если ток течет через переход база-эмиттер, намного больше ток может течь от коллектора к эмиттеру. Множественные что допустимый ток эмиттер-коллектор больше, чем ток база-эмиттер называется усилением или h FE . h FE значение 100 типично для небольшие биполярные транзисторы.

В Типичная конфигурация, через базу-эмиттер протекает очень небольшой ток сигнала переход для управления током эмиттер-коллектор.Однако биполярные транзисторы приблизительно симметричны (без допинга), и вы можете использовать базу-коллектор ток для управления током эмиттер-коллектор. Обычно выигрыш в этом режиме намного меньше (т.е. 2 вместо 100), и это значение не контролируется производителями, поэтому они могут сильно отличаться.

Свет чувствительность

Биполярный транзисторы можно включать не только электричеством, но и светом. Устройства разработаны для этого называются фототранзисторами, но это могут быть стандартные транзисторы в прозрачном корпусе.

История

Все транзисторы полагаются на способность определенных материалов, известных как полупроводники, изменять их проводимость под контролем электрического поля. В биполярных транзисторах Полупроводник сформирован в структуры, называемые p-n переходами , которые позволяют электричество течет через них только в одном направлении - то есть они проводник при напряжении применяется в одном направлении, а изолятор при его нанесении в другом направлении.

1900-е годы

Полупроводники использовались в области электроники за некоторое время до изобретения транзистор. На рубеже 20-го века они были довольно распространены в качестве детекторов в радиоприемниках, используются в устройстве, называемом «кошачий ус». Эти детекторы были несколько хлопотными, однако оператору приходилось перемещать небольшая вольфрамовая нить (усы) вокруг поверхности кристалла, пока он внезапно не начал работать. Затем, по в течение нескольких часов или дней кристалл медленно переставал работать, и процесс придется повторить.В то время их работа была полностью загадочный. После внедрения более надежной и усиленной вакуумной лампы основанные на радио, системы кошачьих усов быстро исчезли. «Кошачий ус» это примитивный пример диода особого типа, популярного и сегодня, под названием диод Шоттки.

Весь мир Вторая мировая война

Во время Второй мировой войны, радарное исследование быстро выдвинул частоты радиоприемников внутри них в область, где традиционные ламповые радиоприемники перестали работать.По прихоти Рассел Ол Bell Laboratories решили попробовать усы кошки. После охоты на одного в магазине подержанных радиоприемников на Манхэттене, он обнаружил, что это работает намного лучше, чем системы на основе ламп.

Ол исследовал, почему усы кошки функционируют так хорошо. Он провел большую часть 1939 г. пытаясь вырастить более чистые версии кристаллов. Вскоре он обнаружил, что с более высоким качества кристаллов "странность" исчезла, но также и их способность работать как радиоприемник.Однажды он все же нашел один из своих чистейших кристаллов. работал хорошо, и что интересно, на нем была хорошо заметная трещина около середины. Однако, когда он ходил по комнате, пытаясь проверить это, детектор загадочным образом работать, а затем снова остановиться. После некоторого исследования он обнаружил, что поведение контролировалось по свету в комнате - больше света, больше проводимости. Он пригласил несколько другие люди, чтобы увидеть этот кристалл, и Браттейн сразу понял, что какое-то соединение в трещине.

Далее исследование прояснило оставшуюся загадку. Кристалл треснул, потому что либо сторона содержала очень немного разные количества примесей, которые Ол не мог удалить - около 0,2%. На одной стороне кристалла были примеси, которые добавляли дополнительных электроны (носители электрического тока) и сделали его проводником. Другой были примеси, которые хотели связываться с этими электронами, что делало его изолятором. Когда их поместили рядом, электроны могли вытолкнуться из сторона с дополнительными электронами (скоро будет известна как эмиттер ) и заменена поставляются новые (скажем, от батареи), где они будет течь в изолирующую часть и собираться нитью накала (коллектор ).Однако при изменении напряжения электроны попадают в коллектор. быстро заполнит «дыры», и проводимость прекратится почти мгновенно. Это соединение двух кристаллов (или частей одного кристалла) дало твердотельный диод, и концепция вскоре стала известна как полупроводник. «Анод» и «Катод» - это термины, используемые для обозначения двух выводов диода. Механизм действия когда диод выключен, это связано с разделением носителей заряда вокруг соединение.Это называется «областью истощения».

Разработка

На вооружении со знанием того, как работают эти новые диоды, началась серьезная работа по изучению как построить их по запросу. Команды в Университете Пердью, Bell Labs, Массачусетский технологический институт, и Чикагский университет все объединили усилия, чтобы построить лучшие кристаллы. Производство германия в течение года были усовершенствованы до такой степени, что диоды военного класса использовались в большинство радаров.

ключом к развитию транзистора было дальнейшее понимание процесс подвижности электронов в полупроводнике.Было осознано, что если есть был каким-то образом контролировать поток электронов от эмиттера к коллектору, можно было построить усилитель. Например, если вы разместили контакты по обе стороны в кристалле одного типа ток не будет протекать через него. Однако если третий контакт может затем «впрыснуть» электроны или дырки в материал, ток будет течь.

Фактически сделать это оказалось очень сложно. Если бы кристалл был разумным размер, количество поставляемых электронов (или дырок) должно быть очень большим - что делает его менее полезным в качестве усилителя, потому что для этого потребуется большой ток для начала.Тем не менее, вся идея кристаллического диода заключалась в том, что сам кристалл мог обеспечивать электроны на очень маленьком расстоянии. В Казалось, что ключ заключался в том, чтобы разместить входные и выходные контакты очень близко друг к другу. на поверхности кристалла.

Браттейн начал работу над созданием такого устройства, и дразнящие намеки на усиление продолжал появляться по мере того, как команда работала над проблемой. Однажды система работать, а в следующий раз не будет. В одном случае заработала нерабочая система. при помещении в воду.В конце концов они разработали новую ветвь квантовой механики, известную как как физика поверхности для учета за поведение.

По сути, электроны в любой части кристалла будут мигрировать из-за близлежащего обвинения. Электроны в эмиттерах или «дырках» в коллекторах будут сгруппированы. на поверхности кристалла, где они могли бы найти свой противоположный заряд, "плавающий" вокруг "в воздухе (или в воде). Тем не менее, их можно оттолкнуть от поверхности из любого другого места за небольшую плату.Так что вместо о необходимости большого количества электронов, очень небольшого количества в нужном месте сделает свое дело.

Их понимание решило проблему необходимости очень маленькой области контроля для некоторых степень. Вместо двух отдельных полупроводников, соединенных общей, но крошечный регион, одна большая поверхность могла бы служить. Эмиттер и коллектор оба должны быть расположены очень близко друг к другу на одной стороне, с контрольным проводом на другой. Когда к контрольному проводу был приложен ток, электроны или дырки будет выталкиваться прямо через весь полупроводниковый блок и собирать на дальней поверхности.Пока эмиттер и коллектор были очень близко друг к другу, это должно позволить достаточно электронов или дырок между ними, чтобы позволить проводимости Начало.

Первая транзистор

Они сделал много попыток построить такую ​​систему с помощью различных инструментов, но в целом потерпел неудачу. Установки, в которых контакты были достаточно близки, неизменно были такими же хрупкими, как и оригинальные детекторы кошачьих усов были и будут работать недолго, если вообще будут.

В конце концов у них был практический прорыв.На край приклеили кусочек золотой фольги. пластиковый клин, а затем фольга была разрезана бритвой на кончике треугольника. Результатом стали два очень близко расположенных золотых контакта. Когда пластик был прижимается к поверхности кристалла, и напряжение прикладывается к другой стороне (на базе кристалла ) ток пошел от одного контакта к другому, поскольку базовое напряжение отталкивало электроны от базы к другая сторона возле контактов.Был изобретен точечный транзистор, примитивный вариант BJT.

Пока устройство было сконструировано неделей ранее, в примечаниях Браттейна описывается первый демонстрация руководству Bell Labs во второй половине дня 23 декабря, 1947, часто обозначается как дата рождения транзистора. На точечно-контактном германиевом транзисторе PNP работает в качестве усилителя речи с коэффициентом усиления 18 в этом испытании.

Проблемы с хрупкостью и примесями

Shockley был расстроен тем, что устройство было приписано Браттейну и Бардину, которые, по его мнению, построил его «за спиной», чтобы забрать славу.Дело стало хуже, когда Белл Юристы Labs обнаружили, что некоторые из работ Шокли о транзисторе были неверными. достаточно близко к патентам более раннего патента, и они сочли, что его имя не указывается в заявке на патент.

Шокли был в ярости и решил продемонстрировать, кто был руководителем операции. Всего несколько месяцев спустя он однажды изобрел совершенно новый тип транзистора. сидя в своем гостиничном номере в ожидании выступления.Эта новая форма, слой транзистор, был значительно прочнее хрупкой контактной системы, и будет использоваться для подавляющего большинства всех транзисторов до 1960-х годов.

с проблемы хрупкости решены, оставшейся проблемой была чистота. Изготовление германия требуемой чистоты оказалось серьезной проблемой и ограничило количество транзисторов, которые действительно работали из заданной партии материала. Один тогда маленький компания Texas Instruments решила что решением этой проблемы было использование кремния, а не германия, который должно быть легче работать.Они были правы, и германий исчез из большинство транзисторов к концу 1960-х гг.

Сейчас все было на месте, и в течение нескольких лет продукты на основе транзисторов, большинство в частности, на рынке появлялись радиоприемники. Произошло значительное улучшение урожайности когда химик посоветовал компаниям, производящим полупроводники, использовать дистиллированные вода, а не вода из-под крана: ионы кальция были причиной проблемы. «Зонная плавка», также известная как как «зональная очистка», метод, использующий движущуюся полосу расплавленного материала через кристалл, делает все это возможным.

Ранний приложения для потребителей и любителей

Напротив по широко распространенному мнению, портативное радио не было первым транзистором "основного направления". применение. Даже в 1940-х годах бытовые радиостанции были довольно сложный; с несколькими электронными лампами они блестяще использовали гениальная супергетеродинная архитектура. Чтобы оправдать ожидания публики, потребовалось бы транзисторное радио использовать аналогичную схему, но ранние транзисторы не могли работать как усилители и генераторы на радиочастотах, даже относительно низкий диапазон AM-вещания от 540 до 1700 "килоциклов".Также миниатюра пассивные компоненты, такие как промежуточная частота трансформаторы и многогнездные настроечные конденсаторы, были недоступны.

Вместо этого, Первым крупным потребительским приложением был слуховой аппарат, который требовал только усиление звука и продавались в розницу на рынке, где миниатюризация была важна но низкая стоимость не принципиальна. Raytheon, который также разработал прочные миниатюрные электронные лампы для военных, представили первые транзисторные слуховой аппарат.

Texas Instruments ' Regency ТР-1 [27], первый транзисторный радиоприемник. для широкой публики не продавалась до 1954 года. Но продажи транзисторных радиоприемников только в 1958 году с запуском модели Sony TR-55 .

Калькуляция PNP CK722 [28] за 12 долларов США появился на рынке в начале 1953 года. практически единственный транзистор, доступный любителям почти десять лет и с его помощью были построены бесчисленные проекты домашнего пивоварения.Розничные версии потерпели неудачу контроль качества (QC) и не подходили для нового слухового аппарата Raytheon. У них был низкий коэффициент усиления по току, высокий ток утечки, особенно при повышенной температуре, а характеристики у разных части. К тому же они были немного хрупкими и легко «взорвались». Это сделало проектирование Практические схемы с CK722 сложны. Несмотря на эти недостатки, у многих любителей пятидесятых все еще есть теплое место в их сердцах для этого раннего германиевого транзистора.

Миниатюризация

С внедрение транзисторов, электронное оборудование сократилось. Еще один прыжок в миниатюризация пришла, когда полные схемы были интегрированы на крошечный кремний чипсы.

Изобретение металлооксидных кремниевых (МОП) транзисторов от Radio Corporation Америки (RCA) в 1960 году, привело к развитию микросхем PMOS и NMOS, которые интегрировали больше функций, потребляли меньше энергии и были дешевле, но были медленнее, чем типы BJT.Затем в 1967 году они произвели дополнительного оксида металла кремния . Чипы CMOS, которые были быстрее, чем предыдущие семейства MOS и потребляли еще меньше энергии. Благодаря их высокому уровню интеграции, низкая стоимость и мизерное энергопотребление MOS-чипы породили новое поколение продукты с батарейным питанием, такие как карманные калькуляторы и цифровые часы.

Авансы в упаковке также есть усадочные компоненты: в настоящее время Ball Grid Array ( BGA ) корпус самый компактный.Этому предшествовала стандартная поверхность монтажные устройства (SMD) для микросхем, транзисторов, диодов, трансформаторов, катушек индуктивности, конденсаторы и резисторы.

По сравнению к огромным расходам на запуск предметов в космос на борту жидкостных ракеты, стоимость отдельных электронных компонентов была незначительной. Более важный Преимущества заключались в надежности и небольшом размере. Вот почему National Управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) может оправдать оплату эквивалент 4000 U.S. в сегодняшних значениях для ранней четырехъядерной двухвходовой NAND ворота. Теперь эквивалентный чип, но с значительно улучшенными характеристиками, мог бы стоит несколько центов США, в то время как предельные затраты на интеграцию дополнительных NAND вход в микросхему очень крупномасштабной интеграции (СБИС) будет практически нулевым.

См. также

Внешний ссылки и ссылки

  • США Патент 2524035 - J. Bardeen et. al.
  • США Патент 2569347 - W.Shockley
  • Вехи AudioUK . Фотография первого работающего транзистора
  • Transistorized . Исторический и техническая информация от Общественного вещания Веб-сайт службы поддержки (PBS)
  • The Transistor Legacy Then и сейчас . От Lucent Technologies (Телефон звонка Лаборатории) (AT&T)
  • В этом месяце в истории физики: 17 ноября - 23 декабря 1947 года: изобретение первого транзистора .Из американский физический Общество (APS)
  • 50 лет Транзистора . От науки Пятница, декабрь 12, 1997
  • Музей CK722 . Сайт посвящен к «классическому» германиевому транзистору для любителей
  • Виртуальный транзистор Боба Музей и история . Сокровищница истории транзисторов
  • с 1954 по 2004 год, золотой TR-1 Юбилей г. Углубленное освещение радио Regency.
  • Джерри База данных перекрестных ссылок на транзисторы Рассела .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *