Для чего служит транзистор: простым языком для чайников, схемы

Транзистор, общие понятия, основные правила.

Общее понятие

Транзистор – это один из основных «активных» компонентов. Он представляет собой устройство, которое может усиливать входной сигнал по мощности. Увеличение мощности сигнала происходит за счет внешнего источника питания. Отметим, что увеличение амплитуды сигнала не является в данном случае определяющим. Так, например, повышающий трансформатор – «пассивный» компонент, такой же, как резистор или конденсатор, обеспечивает усиление по напряжению, но не может усилить сигнал по мощности. Устройства, которые обладают свойством усиления по мощности, характеризуются способностью к генерации, обусловленной передачей выходного сигнала обратно на вход.

Изобретателей транзистора когда‑то заинтересовала именно способность устройства усиливать сигнал по мощности. Для начала они соорудили с помощью транзистора усилитель звуковых частот для громкоговорителя и убедились, что на выходе сигнал больше, чем на входе.

Транзистор является неотъемлемой частью всякой электронной схемы, начиная от простейшего усилителя или генератора до сложнейшей цифровой вычислительной машины. Интегральные схемы (ИС), которые в основном заменили схемы, собранные из дискретных транзисторов, представляют собой совокупности транзисторов или других компонентов, построенные на едином кристалле полупроводникового материала.

Обязательно следует разобраться в том, как работает транзистор, даже если вам придется пользоваться в основном интегральными схемами. Дело в том, что, для того чтобы собрать электронное устройство из интегральных схем и подключить его к внешним цепям, необходимо знать входные и выходные характеристики каждой используемой ИС. Кроме того, транзистор служит основой построения межсоединений, как внутренних (между ИС), так и внешних.

Основные правила, описывающие биполярный транзистор

Напряжение на выводе транзистора, взятое по отношению к потенциалу земли, обозначается буквенным индексом (К, Б или Э): например,

U _к ‑ это напряжение на коллекторе. Напряжение между выводами обозначается двойным индексом, например, U_БЭ ‑ это напряжение между базой и эмиттером. Если индекс образован двумя одинаковыми буквами, то это – напряжение источника питания: U _KK ‑ это напряжение питания (обычно положительное) коллектора, U_ЭЭ – напряжение питания (обычно отрицательное) эмиттера.

Транзистор – это электронный прибор, имеющий три вывода.

Условные обозначения транзистора

Различают биполярные транзисторы

n‑р‑n ‑ и p‑n‑p ‑типа. Транзисторы n‑р‑n ‑типа, подчиняются следующим правилам (для транзисторов р‑n‑р ‑ типа, правила сохраняются, но следует учесть, что полярности напряжений должны быть изменены на противоположные):

Правило1. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.

Правило2. Цепи база‑эмиттер и база‑коллектор работают как диоды. Обычно диод база‑эмиттер открыт, а диод база‑коллектор смещен в обратном направлении, т.  е. приложенное напряжение препятствует протеканию тока через, него.

Выводы транзистора с точки зрения омметра.

Правило3. Каждый транзистор характеризуется максимальными значениями I_K, I_Б и U_КЭ. За превышение этих значений приходится расплачиваться новым транзистором. Следует помнить и о предельных значениях других параметров, например рассеиваемой мощности (I_КЭU_КЭ), температуры, U_БЭ и др.

Правило4. Если правила 1–3 соблюдены, то ток I_К прямо пропорционален току I_Б и можно записать следующее соотношение:

I_K = h_21ЭI_Б = βI_Б

где

h _21Э ‑ коэффициент усиления по току (обозначаемый также β), обычно составляет около 100 (легко определяется, например,тестером ESR meter DIY MG328). Токи I_K и I_Э втекают в эмиттер. Замечание: коллекторный ток не связан с прямой проводимостью диода база‑коллектор; этот диод смещен в обратном направлении. Будем просто считать, что «транзистор так работает».

Правило4 определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Запомните: параметр

h_21Э  нельзя назвать «удобным»; для различных транзисторов одного и того же типа его величина может изменяться от 50 до 250. Он зависит также от тока коллектора, напряжения между коллектором и эмиттером, и температуры. Схему можно считать плохой, если на ее характеристики влияет величина параметра h_21Э.

Из правила 2 следует, что напряжение между базой и эмиттером нельзя увеличивать неограниченно, так как если потенциал базы будет превышать потенциал эмиттера более чем на 0,6–0,8 В (прямое напряжение диода), то возникнет очень большой ток.

Следовательно, в работающем транзисторе напряжения на базе и эмиттере связаны следующим соотношением: U_Б = U_Э + 0,6 В (U_Б = U_Э + U_БЭ). Еще раз уточним, что полярности напряжений указаны для транзисторов n‑р‑n ‑типа, их следует изменить на противоположные для транзисторов р‑n‑р ‑ типа.

Следует обратить внимание, что ток коллектора не связан с проводимостью диода. Дело в том, что обычно к диоду коллектор‑база приложено обратное напряжение. Более того, ток коллектора очень мало зависит от напряжения на коллекторе (этот диод подобен небольшому источнику тока), в то время как прямой ток, а следовательно, и проводимость диода резко увеличиваются при увеличении приложенного напряжения.

Смотрите больше:

Транзистор: принцип работы

Транзистор относится к категории полупроводниковых приборов. В электротехнике он используется как генератор и усилитель электрических колебаний. Основой прибора является кристалл, расположенный в корпусе. Для изготовления кристалла используется специальный полупроводниковый материал, по своим свойствам находящийся в промежуточном положении между изолятором и проводником. Транзистор применяется в радио- и электронных схемах. Данные приборы могут быть биполярными и полевыми. Каждый из них обладает собственными параметрами и характеристиками.

Особенности биполярных транзисторов

Электрический ток в биполярных транзисторах образуется электрическими зарядами, имеющими положительную и отрицательную полярность. Дырки переносят положительную полярность, а электроны – отрицательную. Для данного вида устройств используются германиевые или кремниевые кристаллы, обладающие индивидуальными особенностями, которые учитываются при создании электронных схем.

Основой кристалла служат сверхчистые материалы. К ним добавляются специальные примеси в точной дозировке. Именно они оказывают влияние на возникновение в кристалле электронной или дырочной проводимости. Они обозначаются соответственно, как n- или р-проводимость. Происходит формирование базы, являющейся одним из электродов. Специальные примеси, введенные в кристаллическую поверхность, изменяют проводимость базы на противоположное значение. В результате, образуются зоны n-р-n или р-n-р, к которым подключаются выводы. Таким образом, происходит создание транзистора.

Источник носителей заряда называется эмиттером, а собиратель носителей является коллектором. Между ними располагается зона, исполняющая роль базы. Выводы прибора называются в соответствии с подключенными электродами. При поступлении на эмиттер входного сигнала в виде небольшого электрического напряжения, в цепи между ним и коллектором будет протекать ток. Форма этого тока совпадает с входным сигналом, однако его значение существенно увеличивается. Именно в этом заключаются усиливающие свойства транзистора.

Работа полевого транзистора

В полевых транзисторах направленное движение электронов или дырок образуется под воздействием электрического поля, которое создается на третьем электроде приложенным напряжением. Из одного электрода выходят носители, поэтому он называется истоком. Второй электрод, на который поступают заряды, носит название стока. Третий электрод, управляющий движением частиц, называется затвором.

Токопроводящий участок, ограниченный стоком и истоком, именуется каналом, поэтому данные устройства еще известны как канальные. Сопротивление канала изменяется под действием напряжения, образующегося на затворе. Этот фактор оказывает воздействие на протекающий по каналу электрический ток.

Тип носителей заряда влияет на характеристики полевых транзисторов. В n-канале происходит направленное движение электронов, а в р-канале перемещаются дырки. Таким образом, ток появляется под действием носителей лишь с каким-то одним знаком. В этом состоит основное отличие полевых и биполярных транзисторов.

Транзистор | Инжиниринг | Fandom

Файл:Transistors. agr.jpg

Ассорти из транзисторов

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

Содержание

• 1 Введение
• 2 Важность
• 3 История
• 4 типа
  • 4.1 Биполярный транзистор
  • 4.2 Полевой транзистор
  • 4.3 Другие типы транзисторов
  • 4.4 Полупроводниковый материал
  • 4.5 Упаковка
• 5 Использование
  • 5.1 Переключатели
  • 5.2 Усилители
  • 5.3 Компьютеры
• 6 Преимущества транзисторов перед электронными лампами
• 7 Галерея
• 8 Производители транзисторов
• 9 См. также
• 10 Каталожные номера
  • 10.1 Патенты
  • 10.2 Книги
  • 10.3 Прочее
• 11 Внешние ссылки

Введение []

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

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

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

Важность[]

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

Хотя миллионы отдельных (известных как дискретных ) транзисторов все еще используются, подавляющее большинство транзисторов изготавливается в виде интегральных схем (также называемых микросхемами или просто микросхемами ) вместе с диодами, резисторами, конденсаторами и другими электронными устройствами. компонентов для создания полных электронных схем. Логический вентиль состоит примерно из двадцати транзисторов, тогда как усовершенствованный микропроцессор по состоянию на 2006 год может использовать до 1,7 миллиарда транзисторов (MOSFET) [1].

Низкая стоимость, гибкость и надежность транзистора сделали его универсальным устройством для немеханических задач, таких как цифровые вычисления. Транзисторные схемы также заменили электромеханические устройства для управления приборами и механизмами. Часто дешевле и эффективнее использовать стандартный микроконтроллер и написать компьютерную программу для выполнения функции управления, чем разрабатывать эквивалентную функцию механического управления.

Из-за низкой стоимости транзисторов и, следовательно, цифровых компьютеров существует тенденция к оцифровке информации. С цифровыми компьютерами, предлагающими возможность быстро находить, сортировать и обрабатывать цифровую информацию, все больше и больше усилий было направлено на то, чтобы сделать информацию цифровой. В результате сегодня многие медиаданные передаются в цифровой форме, а компьютеры преобразуют их и представляют в аналоговой форме. Области, на которые повлияла цифровая революция, включают телевидение, радио и газеты.

История[]

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

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

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

Шаблон:Цитата

Пирс вспоминал название несколько иначе:

Шаблон:Цитата

Компания Bell запустила производство транзистора на заводе Western Electric в Аллентауне, штат Пенсильвания. Они также передали лицензию ряду других компаний, производящих электронику, в том числе Texas Instruments, которая произвела ограниченный тираж транзисторных радиоприемников в качестве инструмента продаж.

Другой компании идея понравилась, и она тоже решила получить лицензию, представив собственное радио под торговой маркой Sony. Ранние транзисторы были «нестабильными» и подходили только для маломощных низкочастотных приложений, но по мере развития конструкции транзисторов эти проблемы постепенно преодолевались. В течение следующих двух десятилетий транзисторы постепенно заменили более ранние электронные лампы в большинстве приложений, а позже сделали возможным множество новых устройств, таких как интегральные схемы и персональные компьютеры.

Шокли, Бардин и Браттейн были удостоены Нобелевской премии по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». Бардин впоследствии получил вторую Нобелевскую премию по физике, став одним из двух человек, получивших более одной Нобелевской премии по одной и той же дисциплине за свою работу по исследованию сверхпроводимости.

В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре (1912–) и Генрих Уокер (ок. 1912–1981), работавшие в Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse в Париже, Франция, подали заявку на патент на усилитель на основе неосновной несущей. процесс впрыска, который они назвали «транзистроном». Поскольку Bell Labs не делала публичных заявлений о транзисторе до 19 июня.48, трансистрон считался самостоятельно разработанным. Матаре впервые наблюдал эффекты крутизны при производстве германиевых дуодиодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны. Трансистроны серийно производились для французской телефонной компании и военных, а в 1953 году на Дюссельдорфской радиоярмарке был продемонстрирован твердотельный радиоприемник с четырьмя трансистронами.

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

Types[]

Template:Float begin |- выровнять = «по центру» | Файл:BJT-символ PNP.svg || ПНП || Файл:JFET P-Channel Labelled.svg || P-канал |- выровнять = «по центру» | Файл:BJT-символ NPN. svg || НПН || Файл:JFET N-Channel Labelled.svg || N-канал |- выровнять = «по центру» | БЮТ || || JFET || Шаблон:Плавающий конец

Транзисторы классифицируются по:

• Полупроводниковый материал: германий, кремний, арсенид галлия, карбид кремния
• Структура: BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, «другие типы»
• Полярность: NPN, PNP, N-канальный, P-канальный
• Максимальная номинальная мощность: низкая, средняя, ​​высокая
• Максимальная рабочая частота: низкая, средняя, ​​высокая, радиочастота (РЧ), микроволновая (Максимальная эффективная частота транзистора обозначается термином , сокращение от «частота перехода». Частота перехода — это частота, при которой транзистор дает единичное усиление).
• Применение: переключатель, общего назначения, аудио, высоковольтный, супер-бета, согласованная пара
• Физическая упаковка: сквозное металлическое отверстие, сквозное пластиковое отверстие, поверхностный монтаж, массив шариковой сетки

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

Биполярный транзистор[]

Биполярный транзистор (BJT) был первым серийно выпускаемым типом транзистора. Биполярные транзисторы названы так потому, что в них используются как основные, так и неосновные носители. Три терминала называются

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

Полевой транзистор[]

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

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

Полевые транзисторы делятся на два семейства: 9Полевой транзистор (JFET) с переходом 0005 и полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET). IGFET более известен как металл-оксид-полупроводник FET (MOSFET) из-за его первоначальной конструкции, состоящей из слоя металла (затвор), слоя оксида (изоляция) и слоя полупроводника. В отличие от IGFET, затвор JFET образует PN-диод с каналом, расположенным между истоком и стоком. Функционально это делает N-канальный JFET твердотельным эквивалентом лампового триода, который аналогичным образом образует диод между сеткой и катодом. Также оба устройства работают в режиме режим истощения , они оба имеют высокий входной импеданс, и они оба проводят ток под контролем входного напряжения.

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

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

Другие типы транзисторов[]

• Однопереходные транзисторы можно использовать в качестве простых генераторов импульсов. Они состоят из основного корпуса из полупроводника P-типа или N-типа с омическими контактами на каждом конце (клеммы Base1 и Base2 ). Переход с противоположным типом полупроводника формируется в точке по длине корпуса для третьего вывода ( Излучатель ).
• Полевые транзисторы с двумя затворами имеют один канал с двумя затворами в каскоде; конфигурация, оптимизированная для усилители высокой частоты , смесители и генераторы.
• Массивы транзисторов используются для приложений общего назначения, генерация функций и низкоуровневые, малошумящие усилители . Они включают два или более транзистора на общей подложке для обеспечения точного согласования параметров и теплового отслеживания, характеристик, которые особенно важны для усилителей с длинной хвостовой парой .
Транзисторы Дарлингтона
• содержат BJT средней мощности, соединенный с мощным BJT. Это обеспечивает высокий коэффициент усиления по току, равный произведению коэффициентов усиления по току двух транзисторов. Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования.
• В биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) используется IGFET средней мощности, аналогично подключенный к мощному BJT, для обеспечения высокого входного сопротивления. Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования. БТИЗ особенно подходят для тяжелых промышленных применений. Asea Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100 [2] показывает, насколько далеко продвинулась технология силовых полупроводников. Это устройство, предназначенное для трехфазных источников питания, содержит три NPN IGBT в корпусе размером 38 на 140 на 19 дюймов.0 мм и весом 1,5 кг. Каждый IGBT рассчитан на 1700 вольт и может выдерживать 2400 ампер.
• Одноэлектронные транзисторы (SET) состоят из затворного острова между двумя туннельными переходами. Туннельный ток управляется напряжением, подаваемым на затвор через конденсатор. [3][4]
• Полный список типов транзисторов T-Transistor.com

Полупроводниковый материал[]

Первые биполярные транзисторы были сделаны из германия (Ge), а некоторые мощные типы все еще изготавливаются из него. В настоящее время преобладают кремниевые (Si) типы, но некоторые усовершенствованные микроволновые и высокопроизводительные версии теперь используют составной полупроводник материал арсенид галлия (GaAs) и полупроводниковый сплав кремний германий (SiGe). Одноэлементный полупроводниковый материал (Ge и Si) описывается как элемент .

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

Характеристики полупроводниковых материалов

Материал полупроводника	Развязка вперед напряжение В при 25 °C	Подвижность электронов м/с при 25 °C	Подвижность отверстий м/с при 25 °C	Макс. температура соединения °С
Ге	0,27	0,39	0,19	от 70 до 100
Си	0,71	0,14	0,05	от 150 до 200
GaAs	1,03	0,85	0,05	от 150 до 200
соединение Al-Si	0,3	—	—	от 150 до 200

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

Столбцы подвижность электронов и подвижность дырок показывают среднюю скорость, с которой электроны и дырки диффундируют через полупроводниковый материал при электрическом поле 1 вольт на метр, приложенном к материалу. В общем, чем выше подвижность электронов, тем быстрее транзистор. Таблица показывает, что Ge в этом отношении является лучшим материалом, чем Si. Однако Ge имеет четыре основных недостатка по сравнению с кремнием и арсенидом галлия: его максимальная температура ограничена, он имеет относительно высокий ток утечки, не выдерживает высоких напряжений и менее пригоден для изготовления интегральных схем. Поскольку подвижность электронов выше, чем подвижность дырок для всех полупроводниковых материалов, данный биполярный NPN-транзистор имеет тенденцию быть быстрее, чем эквивалентный тип PNP-транзистора. GaAs имеет самую быструю подвижность электронов из трех полупроводников. Именно по этой причине GaAs используется в высокочастотных приложениях. Относительно недавняя разработка FET, 9Транзистор 0005 с высокой подвижностью электронов (HEMT) имеет гетероструктуру (соединение между различными полупроводниковыми материалами) из арсенида алюминия-галлия (AlGaAs)-арсенида галлия (GaAs), которая имеет удвоенную подвижность электронов по сравнению с барьерным переходом GaAs-металл. Благодаря высокой скорости и низкому уровню шума HEMT используются в спутниковых приемниках, работающих на частотах около 12 ГГц.

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

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

Упаковка[]

Файл:Transistor-photo.JPG

Транзисторы со сквозным отверстием (рулетка отмечена в сантиметрах)

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

Корпуса транзисторов изготавливаются из стекла, металла, керамики или пластмассы. Пакет часто диктует номинальную мощность и частотные характеристики. Мощные транзисторы имеют большие корпуса, которые можно прикрепить к радиаторам для улучшения охлаждения. Кроме того, у большинства мощных транзисторов коллектор или сток физически соединены с металлической банкой/металлической пластиной. С другой стороны, некоторые устройства для поверхностного монтажа 9Транзисторы 0005 микроволновки размером с песчинку.

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

Usage[]

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

Файл:BJT Switch.png

Транзистор BJT, используемый в качестве электронного переключателя

Файл:BJT Amplifier.png

Схема усилителя

Переключатели[]

Транзисторы обычно используются в качестве электронных переключателей, как для приложений высокой мощности, включая питание| импульсные источники питания]] и приложения с низким энергопотреблением, такие как логические вентили.

Усилители[]

Огромное количество продуктов, от мобильных телефонов до телевизоров, включает усилители для воспроизведения звука, радиопередачи и обработки сигналов. Первые усилители звука на дискретных транзисторах едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и качество звука постепенно увеличивались по мере того, как становились доступнее более совершенные транзисторы и развивалась архитектура усилителя.

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

Компьютеры[]

В «первом поколении» электронных компьютеров использовались вакуумные лампы, которые выделяли большое количество тепла, были громоздкими и ненадежными. Разработка транзистора была ключом к миниатюризации и надежности компьютеров. «Второе поколение» компьютеров, до конца 19 в.В 50-х и 1960-х годах использовались платы, заполненные отдельными транзисторами и магнитными ядрами памяти. Впоследствии транзисторы, другие компоненты и необходимые для них соединения были объединены в единый серийно выпускаемый компонент: интегральную схему. Транзисторы, встроенные в интегральные схемы, заменили большинство дискретных транзисторов в современных цифровых компьютерах.

Преимущества транзисторов над электронными лампами[]

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

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

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

Галерея[]

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

• 2N3904/2N3906, BC182/BC212 и BC546/BC556: вездесущие, BJT, универсальные, маломощные, дополнительные пары. Они имеют пластиковые корпуса и стоят примерно десять центов США в небольших количествах, что делает их популярными среди любителей.

• AF107: Германий, 0,5 Вт, 250 МГц PNP BJT.

• BFP183: Маломощный микроволновый биполярный транзистор NPN с частотой 8 ГГц.

• LM394: «суперподходящая пара» с двумя NPN BJT на одной подложке.

• 2N2219A/2N2905A: BJT, общего назначения, средней мощности, дополнительная пара. В металлических корпусах они рассчитаны примерно на один ватт.

• 2N3055/MJ2955: В течение многих лет почтенный NPN 2N3055 был «стандартным» силовым транзистором. Его дополнение, PNP MJ2955, появилось позже. Эти биполярные транзисторы с частотой 1 МГц, 15 А, 60 В, 115 Вт используются в усилителях мощности звука, источниках питания и элементах управления.

• 2SC3281/2SA1302: Изготовленные Toshiba, эти биполярные транзисторы имеют характеристики с низким уровнем искажений и используются в мощных аудиоусилителях. Их широко подделывали [5].

• BU508: NPN, питание 1500 В BJT. Разработанный для телевизионного горизонтального отклонения, его способность к высокому напряжению также делает его пригодным для использования в системах зажигания.

• MJ11012/MJ11015: 30 А, 120 В, 200 Вт, дополнительная пара биполярных транзисторов Дарлингтона высокой мощности. Используется в усилителях звука, управлении и переключении питания.

• 2N5457/2N5460: JFET (режим истощения), общего назначения, малой мощности, дополнительная пара.

• BSP296/BSP171: IGFET (расширенный режим), средней мощности, почти комплементарная пара. Используется для преобразования логического уровня и управления силовыми транзисторами в усилителях.

• IRF3710/IRF5210: IGFET (расширенный режим), 40 А, 100 В, 200 Вт, рядом с комплементарной парой. Для мощных усилителей и силовых выключателей, особенно в автомобилях.

Производители транзисторов[]

• APT
• Фэирчайлд Полупроводник
• Инфинеон Технологии
• ИРФ
• Корпорация IXYS
• ОН Полупроводник
• Панасоник Полупроводники
• Powerex
• Ром
• Транзисторы Санио
• Семикрон
• STMicroelectronics
• Тошиба Полупроводник
• Zetex Semiconductors

См. также[]

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

Ссылки[]

Патенты[]

• Шаблон: Патент США – Джулиус Эдгар Лилиенфельд 1930
• Шаблон: патент США — J. Bardeen et. др.
• Шаблон: Патент США — W. Shockley

Книги[]

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

Другое[]

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

Внешние ссылки[]

Template:Wikibooks

• Вехи AudioUK . Фотография первого рабочего транзистора
• Транзисторный . Историческая и техническая информация от Службы общественного вещания
• Виртуальный музей IEEE, Давайте станем меньше: сокращающийся мир микроэлектроники . Все об истории транзисторов и интегральных схем.
• Транзисторное наследие тогда и сейчас . От Lucent Technologies (Bell Telephone Laboratories/AT&T)
• Этот месяц в истории физики: с 17 ноября по 23 декабря 1947: Изобретение первого транзистора . От Американского физического общества
• 50 лет транзистору . Из журнала Science, пятница, 12 декабря 1997 г.
• Музей CK722 . Сайт, посвященный «классическому» германиевому транзистору для любителей
.
• Виртуальный музей транзисторов Боба и история . Сокровищница истории транзисторов
• 1954–2004 гг., Золотой юбилей TR-1 . Подробное освещение радио Regency.
• Мемориал Bell Systems на транзисторах.
• База данных перекрестных ссылок Джерри Рассела по транзисторам .
• Фотографии пакетов TO и SOT
• Как работают транзисторы
• Transistor Flow Control — журнал Scientific American (октябрь 2005 г.)

На этой странице используется лицензированный Creative Commons контент из Википедии (просмотр авторов).

Что такое аудиотранзистор? (с картинками)

`;

Г. В. Пулос

Дата последнего изменения: 11 января 2023 г.

Транзисторы – это электронные устройства, которые выполняют функции переключения или усиления электрических сигналов. Проще говоря, аудиотранзистор — это любой транзистор, предназначенный для работы с аудиосигналами. Как правило, аудиотранзистор представляет собой транзистор усилительного типа, используемый для усиления слабых аудиосигналов, например, в радиоприемниках, до уровней, используемых другими электронными устройствами, такими как фильтры, эквалайзеры, другие усилители и динамики.

Транзистор помогает усиливать сигналы.

Стандартные аудиотранзисторы обычно представляют собой транзисторы с биполярным переходом типа NPN. Они сделаны из трех кусков германия или кремния, обработанных положительно или отрицательно заряженным материалом. В аудио транзисторе типа NPN две части отрицательные, а одна положительная.

Транзисторы обычно идентифицируются печатным кодом, который часто включает одну или две буквы, за которыми следует ряд цифр.

Затем три части транзистора сплавляются вместе в линию, при этом положительно заряженная часть помещается между двумя отрицательно заряженными частями, создавая две точки соединения. Затем к каждой из трех секций полупроводникового материала присоединяется проволочный вывод. Наконец, когда весь транзистор покрыт защитным покрытием, которое также помогает рассеивать тепло, транзистор готов.

Один отрицательный элемент полупроводника является коллектором транзистора и частью, принимающей входящий звуковой сигнал. Положительная часть является базой транзистора, и к ней будет прикладываться напряжение, усиливающее входящий сигнал. Наконец, оставшаяся отрицательно заряженная часть является эмиттером транзистора, и именно отсюда усиленный звуковой сигнал будет проходить от транзистора к остальной части схемы.

В усилителях транзистор получает звуковой сигнал через свой коллектор, а на его базу подается отдельный сигнал. Выходной сигнал на эмиттере транзистора будет идентичен сигналу коллектора, за исключением того, что его мощность увеличится на величину, пропорциональную сигналу, приложенному к базе. Кроме того, изменение сигнала, подаваемого на базу, будет изменять усиление звукового сигнала, выходящего из транзистора.

Транзисторы могут различаться по ряду параметров. В зависимости от конструкции они могут иметь разный потенциал усиления и точность сигнала. Аудиотранзисторы, как правило, дискретны, то есть изолированы, и имеют превосходные качества сигнала.

Существует несколько различных типов аудиотранзисторов, каждый из которых выполняет определенную функцию по обработке аудиосигнала.