Как выглядит транзистор на плате. Транзисторы: виды, устройство, принцип работы и применение в электронике

В  этой статье рассказывается об важно элементе радиоэлектронике — транзисторах. Про принцип действия диодов и их характеристики читайте по ссылке — http://www.radioingener.ru/diody-i-ix-primenenie/

Что такое транзистор.

Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer — преобразователь и resistor — сопротивление.

В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Первые из них, чтобы как — то отличить их от вторых, часто называют обычными транзисторами.

Биполярный (обычный) транзистор

Биполярные транзисторы используются наиболее широко. Именно с них мы пожалуй и начнем.  В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 1), которые образуют два р — n перехода.

Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя — электропроводностью другого типа. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то такой прибор называют транзистором структуры p — n — р. У транзистора структуры n — p — n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними — область с дырочной электропроводностью (рис. 1, б).

Рис. 1 Схематическое устройство и графическое обозначение на схемах транзисторов структуры p — n — p и n — p — n.

Устройство и структура.

Если мысленно прикрыть любую из крайних областей транзисторов, изображенных схематически на (рис.1). Что получилось? Оставшиеся две области есть не что иное, как плоскостной диод. Если прикрыть другую крайнюю область, то тоже получится диод. Значит, транзистор можно представить себе как два плоскостных диода с одной общей областью, включенных навстречу друг другу.

Общую (среднюю) область транзистора называют базой, одну крайнюю область — эмиттером, вторую крайнюю область — коллектором.

Это три электрода транзистора. Во время работы эмиттер вводит (эмитирует) в базу дырки (в структуре p — n — р) или электроны (в структуре n — p — n), коллектор собирает эти электрические заряды, вводимые в базу эмиттером.

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

Электронно — дырочные переходы в транзисторе могут быть получены так же, как в плоскостных диодах. Например, чтобы изготовить транзистор структуры p — n — р, берут тонкую пластину германия с электронной электропроводностью и наплавляют на ее поверхность кусочки индия. Атомы индия диффундируют (проникают) в тело пластины, образуя в ней две области типа р — эмиттер и коллектор, а между ними остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника типа n — база. Транзисторы, изготовляемые по такой технологии, называют сплавными.

Запомни наименования р — n переходов транзистора: между коллектором и базой — коллекторный, между эмиттером и базой — эмиттерный.

Схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора показаны на (рис. 2).

Изготовление транзисторов.

Прибор собран на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу — ее наружный проволочный вывод. Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проволочкам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Цельнометаллический колпак защищает прибор от механических повреждений и влияния света. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные транзисторы серий МП39, МП40, МП41, МП42 и их разновидности. Буква (М) в обозначении говорит о том, что корпус прибора холодносварной, буква (П)- первоначальная буква слов «плоскостной», а цифры — порядковые заводские номера приборов. В конце обозначения могут быть буквы А, Б, В (например, МП39Б), указывающие разницу в параметрах данной серии. Существуют другие способы изготовления, например, диффузионно — сплавной (рис. 3). Коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного полупроводника. На поверхность пластины наплавляют очень близко один от другого два маленьких шарика примесных элементов. Во время нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластинку полупроводника. При этом один шарик (на рис. 3 — правый) образует в коллекторе тонкую базовую область, а второй (на рис. 3 — левый) эмиттерную область.

Рис. 2 — Устройство и конструкция сплавного слева и диффузионно — сплавного справа транзистора структуры p — n — p.

В результате в пластине исходного полупроводника получаются два р — n перехода, образующие транзистор структуры р — n — р. По такой технологии изготовляют, в частности, наиболее массовые маломощные высокочастотные транзисторы серий П401-П403, П422, П423, ГТ308. В настоящее время действует система обозначения, по которой выпускаемые серийно приборы имеют обозначения, состоящие из четырех элементов, например: ГТ109А, КТ315В, ГТ403И.

• Первый элемент этой системы обозначения — буква Г, К или А (или цифра 1, 2 и 3) — характеризует полупроводниковый материал и температурные условия работы прибора. Буква Г (или цифра 1) присваивается германиевым транзисторам, буква К (или цифра 2) — кремниевым, буква А (или цифра 3) — транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия. Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзистор может работать при повышенных температурах (германиевый — выше 4- 60°С, кремниевый — выше +85°С).
• Второй элемент — буква Т — начальная буква слова «транзистор».
• Третий элемент — трехзначное число от 101 до 999 — указывает порядковый номер разработки и назначение прибора. Это число присваивается транзистору по признакам, приведенным в таблице.
• Четвертый элемент обозначения — буква, указывающая разновидность прибора данной серии.

Вот некоторые примеры расшифровки обозначений по этой системе :

ГТ109А — германиевый маломощный низкочастотный транзистор, разновидность А;

ГТ404Г — германиевый средней мощности низкочастотный транзистор, разновидность Г;

КТЗ15В — кремниевый маломощный высокочастотный транзистор, разновидность В.

Применение транзисторов

Наряду с такой системой продолжает действовать и прежняя система обозначения, например П27, П401, П213, МП39 и т.д. Объясняется это тем, что такие или подобные транзисторы были разработаны до введения современной маркировки полупроводниковых приборов. Внешний вид некоторых биполярных транзисторов, наиболее широко используемых радиолюбителями, показан на (рис. 4). Маломощный низкочастотный транзистор ГТ109 (структуры р — n — р) имеет в диаметре всего 3, 4 мм. Транзисторы этой серии предназначены для миниатюрных радиовещательных приемников. Их используют также в слуховых аппаратах, в электронных медицинских приборах т.д.

Диаметр транзисторов ГТ309 (р — n — р) 7,4 мм. Такие транзисторы применяют в различных малогабаритных электронных устройствах для усиления и генерирования колебаний высокой частоты.

Транзисторы КТЗ15 (n — p — n) выпускают в пластмассовых корпусах. Эти маломощные приборы предназначены для усиления и генерирования колебаний высокой частоты. Транзисторы МП39 — МП42 (р — n — р) — самые массовые среди маломощных низкочастотных транзисторов. Точно так выглядят и аналогичные им, но структуры n — p — n, транзисторы МП35 — МП38. Диаметр корпуса любого из этих транзисторов 11,5 мм. Наиболее широко их используют в усилителях звуковой частоты.

Так выглядят и маломощные высокочастотные р — n — р транзисторы серий П401 — П403, П416, П423, используемые для усиления высокочастотных сигналов как в промышленных, так и любительских радиовещательных приемниках. Транзистор ГТ402 (р — n — р) — представитель низкочастотных транзисторов средней мощности. Такую же конструкцию имеет его «близнец» ГТ404, но он структуры (n — p — n). Их, обычно используют в паре, в каскадах усиления мощности колебаний звуковой частоты.

Транзистор П213 (германиевый структуры р — n — р) — один из мощных низкочастотных транзисторов, широко используемых в оконечных каскадах усилителей звуковой частоты. Диаметр этого, а также аналогичных ему транзисторов П214 — П216 и некоторых других, 24 мм. Такие транзисторы крепят на шасси или панелях при помощи фланцев. Во время работы они нагреваются, поэтому их обычно ставят на специальные теплоотводящие радиаторы, увеличивающие поверхности охлаждения.

КТ904 — сверхвысокочастотный кремниевый n — p — n транзистор большой мощности. Корпус металлокерамический с жесткими выводами и винтом М5, с помощью которого транзистор крепят на теплопроводящем радиаторе. Функцию радиатора может выполнять массивная металлическая пластина или металлическое шасси радиотехнического устройства. Высота транзистора вместе с выводами и крепежным винтом чуть больше 20 мм. Транзисторы этой серии предназначаются для генераторов и усилителей мощности радиоаппаратуры, работающей на частотах выше 100 МГц, например диапазона УКВ.

Рис. 4 Внешний вид некоторых транзисторов.

Советую просмотреть обучающий фильм:

Схемы включения и основные параметры биполярных транзисторов

Итак, биполярный транзистор, независимо от его структуры, является трехэлектродным прибором. Его электроды — эмиттер, коллектор и база. Для использования транзистора в качестве усилителя напряжения, тока или мощности входной сигнал, который надо усилить, можно подавать на два каких — либо электрода и с двух электродов снимать усиленный сигнал. При этом один из электродов обязательно будет общим. Он — то и определяет название способа включения транзистора: по схеме общего эмиттера (ОЭ), по схеме общего коллектора (ОК), по схеме общей базы (ОБ).

• Включение p-n-р транзистора по схеме ОЭ показано на (рис. 5, а). Напряжение источника питания на коллекторе V подается через резистор Rк, являющийся нагрузкой, на эмиттер — через общий «заземленный» проводник, обозначаемый на схемах специальным знаком. Входной сигнал через конденсатор связи Ссв. подается к выводам базы и эмиттера, т.е. к участку база — эмиттер, а усиленный сигнал снимается с выводов эмиттера и коллектора. Эмиттер, следовательно, при таком включении является общим для входной и выходной цепей. Транзистор, по схеме с ОЭ, в зависимости от его усилительных свойств может дать 10 — 200 — кратное усиление сигнала по напряжению и 20 — 100 — кратное усиление сигнала по току. Такой способ включения по схеме с ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью. Существенным недостатком усилительного каскада, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопротивление — всего 500-1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых включают по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р — n переход транзистора включен в прямом, т.е. пропускном, направлении. А сопротивление пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно большое (2-20 кОм) и зависит от сопротивления нагрузки Rк и усилительных свойств.

• Включение прибора схеме ОК показано на (рис. 5, б). Входной сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный резистор Rэ, который является частью коллекторной цепи. С этого же резистора, выполняющего функцию нагрузки транзистора, снимается и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для входной и выходной цепей, поэтому и название способа включения транзистора — ОК. Каскад с полупроводником, включенным по такой схеме, по напряжению дает усиление меньше единицы. Усиление же по току получается примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление такого каскада может составлять 10 — 500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. По существу, каскад не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, включаемые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что выходное напряжение на эмиттере практически полностью повторяет входное напряжение. Почему каскад не усиливает напряжение? Давайте мысленно соединим резистором цепь базы с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резистора Rэ, как показано на (рис. 5, б) штриховыми линиями. Этот резистор — эквивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала Rвх., например микрофона или звукоснимателя. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор Rвх. с базой. Когда на вход усилителя подается напряжение сигнала, на резисторе Rэ, являющемся нагрузкой транзистора, выделяется напряжение усиленного сигнала, которое через резистор Rвх. оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиления получается такое же, как и при включении транзистора по схеме с ОЭ.
• Теперь о включении транзистора по схеме с ОБ (рис. 5, в). В этом случае база через конденсатор Сб по переменному току заземлена, т. е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор Ссв. подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает усиление по току меньше единицы, а по напряжению — такое же, как транзистор, включенный по схеме с ОЭ (10 — 200). Из — за очень малого входного сопротивления, БК превышающего нескольких десятковом (30-100) Ом, включение транзистора по схеме ОБ используют главным образом в генераторах электрических колебаний, в сверхгенеративных каскадах, применяемых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями.

Чаще всего как я уже говорил применяются схемы с включением транзистора с ОЭ, реже с ОК. Но это только способы включения. А режим работы транзистора как усилителя определяется напряжениями на его электродах, токами в его цепях и, конечно, параметрами самого транзистора. Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким электрическим параметрам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Вас же, с практической точки зрения, в первую очередь должны интересовать три основных параметра: обратный ток коллектора Iкбо, статический коэффициент передачи тока h313 (читают так: аш два один э) и граничная частота коэффициента передачи тока Fгр.

• Обратный ток коллектора Iкбо — это неуправляемый ток через коллекторный р — n переход, создающийся неосновными носителями тока транзистора. Он характеризует качество транзистора: чем численное значение параметра Iкбо меньше, тем выше качество. У маломощных низкочастотных транзисторов, например, серий МП39 — МП42, Iкбо не должен превышать 30 мкА, а у маломощных высокочастотных 5 мкА. Транзисторы с большими значениями Iкбо в работе неустойчивы.
• Статический коэффициент передачи тока h31э характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Буква «Э» в этом выражении указывает на то, что при измерении полупроводник включают по схеме ОЭ. Коэффициент h31э характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор — эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффициента h31э, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный прибор.
• Граничная частота коэффициента передачи тока Fгр, выраженная в килогерцах или мегагерцах, позволяет судить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная частота Fгр транзистора МП39, например, 500 кГц, а транзисторов П401 — П403 — больше 30 МГц. Практически транзисторы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффициент h31э уменьшается.

При конструировании радиотехнических устройств надо учитывать и такие параметры, как максимально допустимое напряжение коллектор — эмиттер Uкэ max, максимально допустимый ток коллектора Iк.max а также максимально допустимую рассеиваемую мощность коллектора Рк.max — мощность, превращающуюся в тепло.

Полевой транзистор

В этом полупроводниковом приборе управление рабочим током осуществляется не током во входной (базовой) цепи, как в биполярном транзисторе, а воздействием на носители тока электрического поля. Отсюда и название «полевой». Схематическое устройство и конструкция полевого транзистора с р — n переходом показаны на (рис. 6). Основой такого транзистора служит пластина кремния с электропроводностью типа n, в которой имеется тонкая область с электропроводностью типа р. Пластину прибора называют затвором, а область типа р в ней — каналом. С одной стороны канал заканчивается истоком, с другой стоком — тоже областью типа р, но с повышенной концентрацией дырок. Между затвором и каналом создается р — n переход. От затвора, истока и стока сделаны контактные выводы. Если к истоку подключить положительный, а к стоку — отрицательный полюсы батареи питания (на рис. 6 — батарея GB), то в канале появится ток, создающийся движением дырок от истока к стоку. Этот ток, называемый током стока Iс, зависит не только от напряжения этой батареи, но и от напряжения, действующего между источником и затвором (на рис. 6 — элемент G).

И вот почему. Когда на затворе относительно истока действует положительное закрывающее напряжение, обедненная область р — n перехода расширяется (на рис. 6 показано штриховыми линиями). От этого канал сужается, его сопротивление увеличивается, из — за чего ток стока уменьшается. С уменьшением положительного напряжения на затворе обедненная область р — n перехода, наоборот, сужается, канал расширяется, и ток снова увеличивается. Если на затвор вместе с положительным напряжением смещения подавать низкочастотный или высокочастотный сигнал, в цепи стока возникнет пульсирующий ток, а на нагрузке, включенной в эту цепь, — напряжение усиленного сигнала. Так, в упрощенном виде устроены и работают полевые транзисторы с каналом типа р, например — КП102, КП103 (буквы К и П означают «кремниевый полевой»). Принципиально так же устроен и работает полевой транзистор с каналом типа n. Затвор транзистора такой структуры обладает дырочной электропроводностью, поэтому на него относительно истока должно подаваться отрицательное напряжение смещения, а на сток (тоже относительно истока) — положительное напряжение источника питания. На условном графическом изображении полевого транзистора с каналом типа n стрелка на линии затвора направлена в сторону истока, а не от истока, как в обозначении транзистора с каналом типа р. Полевой транзистор — тоже трехэлектродный прибор. Поэтому его, как и биполярный транзистор, включать в усилительный каскад можно тремя способами: по схеме общего стока (ОС), по схеме общего истока (ОИ) и по схеме общего затвора (ОЗ). В радиолюбительской практике применяют в основном только первые два способа включения, позволяющие с наибольшей эффективностью использовать полевые транзисторы.

Усилительный каскад на полевом транзисторе обладает очень большим, исчисляемым мегаомами, входным сопротивлением.

Это позволяет подавать на его вход высокочастотные и низкочастотные сигналы от источников с большим внутренним сопротивлением, например от пьезокерамическрго звукоснимателя, не опасаясь искажения или ухудшения усиления входного сигнала.

В этом главное преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными. Усилительные свойства полевого транзистора характеризуют крутизной характеристики S — отношением изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора, включенного по схеме ОИ. Численное значение параметра S выражают в миллиамперах на вольт; для различных транзисторов оно может составлять от 0,1 — 0,2 до 10 — 15 мА/В и больше. Чем больше крутизна, тем большее усиление сигнала может дать транзистор.

Рис. 6 Конструкция и графическое изображение полевого транзистора с каналом типа (p).

Другой параметр полевого транзистора — напряжение отсечки Uзи.отс. — Это обратное напряжение на р — n переходе затвор — канал, при котором ток через этот переход уменьшается до нуля. У различных транзисторов напряжение отсечки может составлять от 0,5 до 10 В. О полевых транзисторах и их уникальных свойствах можно говорить еще много, я попытался рассказать о наиболее существенных.

Кодовая и цветовая маркировка транзисторов

Все картинки кликабельны. Вы можете нажать и сохранить их себе на ПК, чтобы в дальнейшем пользоваться. Или просто сохраните данную страницу нажав в браузере добавить в закладки.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5 — КТ315, КТ361

И так сказать на закуску классификацию корпусов, чтобы при заказе или обозначении на схеме иметь представление о внешнем виде транзистора

Как проверить транзистор мультиметром | Для дома, для семьи

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Сегодня хочу рассказать, как проверить исправность транзистора обычным мультиметром. Хотя для этого существуют специальные пробники, и даже в самом мультиметре имеется гнездо для проверки транзисторов, но, на мой взгляд, все они не совсем практичны. Вот чтобы подобрать пару транзисторов с одинаковым коэффициентом усиления (h31э) пробники вещь даже очень нужная. А для определения исправности достаточно будет и обыкновенного мультика.

Мы знаем, что транзистор имеет два p-n перехода, причем каждый переход можно представить в виде диода (полупроводника). Поэтому можно утверждать, что транзистор — это два диода включенных встречно, а точка их соединения будет являться «базой».

Отсюда получается, что один диод образован выводами, например, базы и коллектора, а другой диод выводами базы и эмиттера. Тогда нам будет достаточно проверить прямое и обратное сопротивление этих диодов, и если они исправны, значит, и транзистор работоспособен. Все очень просто.

Начнем с транзисторов структуры (проводимость) p-n-p. На принципиальных схемах структура транзисторов обозначается стрелкой эмиттерного перехода. Если стрелка направлена к базе, значит это структура p-n-p, а если от базы, значит это транзистор структуры n-p-n. Смотрите рисунок выше.

Так вот, чтобы открыть p-n-p транзистор, на вывод базы подается отрицательное напряжение (минус). Мультиметр переводим в режим измерения сопротивлений на предел «2000», можно в режиме «прозвонка» — не критично.

Минусовым щупом (черного цвета) садимся на вывод базы, а плюсовым (красного цвета) поочередно касаемся выводов коллектора и эмиттера — так называемые коллекторный и эмиттерный переходы. Если переходы целы, то их прямое сопротивление будет находиться в пределах 500 – 1200 Ом.

Теперь проверяем обратное сопротивление коллекторного и эмиттерного переходов.
Плюсовым щупом садимся на вывод базы, а минусовым касаемся выводов коллектора и эмиттера. На этот раз мультиметр должен показать большое сопротивление на обоих p-n переходах.

В данном случае на индикаторе высветилась «1», означающая, что для предела измерения «2000» величина сопротивления велика, и составляет более 2000 Ом. А это говорит о том, что коллекторный и эмиттерный переходы целы, а значит, наш транзистор исправен.

Таким способом можно проверять исправность транзистора и на печатной плате, не выпаивая его из схемы.

Конечно, встречаются схемы, где p-n переходы транзистора сильно зашунтированы низкоомными резисторами. Но это редкость. Если при измерении будет видно, что прямое и обратное сопротивление коллекторного или эмиттерного переходов слишком мало, тогда придется выпаять вывод базы.

Исправность транзисторов структуры n-p-n проверяется так же, только уже к базе подключается плюсовой щуп мультиметра.

Мы рассмотрели, как проверить исправный транзистор. А как понять, что транзистор неисправный?
Здесь тоже все просто. Если прямое и обратное сопротивление одного из p-n переходов бесконечно велико, т.е. на пределе измерения «2000» и выше мультиметр показывает «1», значит, этот переход находится в обрыве, и транзистор однозначно неисправен.

Вторая распространенная неисправность транзистора – это когда прямое и обратное сопротивления одного из p-n переходов равны нулю или около того. Это говорит о том, что переход пробит, и транзистор не годен.

И тут уважаемый читатель Вы меня спросите: — А где у этого транзистора находится база, коллектор и эмиттер. Я его вообще в первый раз вижу. И будете правы. А ведь действительно, где они? Как их определить? Значит, будем искать.

В первую очередь, нужно определить вывод базы.
Плюсовым щупом мультиметра садимся, например, на левый вывод транзистора, а минусовым касаемся среднего и правого выводов. При этом смотрим, какую величину сопротивления показывает мультиметр.

Между левым и средним выводами величина сопротивления составила «1», а между левым и правым мультиметр показал 816 Ом. На данном этапе это нам ничего не говорит. Идем дальше.
Плюсовым щупом садимся на средний вывод, а минусовым касаемся левого и правого.

Здесь результат измерения получился почти таким же, как и на рисунке выше. Между средним и левым величина сопротивления составила «1», а между средним и правым получилось 807 Ом. Тут опять ничего не ясно, поэтому идем дальше.

Теперь садимся плюсовым щупом на правый вывод, а минусовым касаемся среднего и левого выводов транзистора.

На рисунке видно, что величина сопротивления между правым-средним и правым-левым выводами одинаковая и составила бесконечность. То есть получается, что мы нашли и измерили обратное сопротивление обоих p-n переходов транзистора. В принципе, уже можно смело утверждать, что вывод базы найден. Он оказался правым. Но нам еще надо определить, где у транзистора коллектор и эмиттер. Для этого измеряем прямое сопротивление переходов. Минусовым щупом садимся на вывод базы, а плюсовым касаемся среднего и левого выводов.

Величина сопротивления на левой ножке транзистора составила 816 Ом – это эмиттер, а на средней 807 Ом – это коллектор.

Запомните! Величина сопротивления коллекторного перехода всегда будет меньше по отношению к эмиттерному. Т.е. вывод коллектора будет там, где сопротивление p-n перехода меньше, а эмиттера, где сопротивление p-n перехода больше.

Отсюда делаем вывод:

1. Транзистор структуры p-n-p;
2. Вывод базы находится с правой стороны;
3. Вывод коллектора в середине;
4. Вывод эмиттера – слева.

А если у Вас остались вопросы, то можно дополнительно посмотреть мой видеоролик о проверке обычных транзисторов мультиметром.

Ну и напоследок надо сказать, что транзисторы бывают малой, средней мощности и мощные. Так вот, у транзисторов средней мощности и мощных, вывод коллектора напрямую связан с корпусом и находится в середине между базой и эмиттером. Такие транзисторы устанавливаются на специальные радиаторы, предназначенные для отвода тепла от корпуса транзистора.

Зная расположение коллектора, базу и эмиттер определить будет легко.
Удачи!

Как работает транзистор [ПРОСТО И КРАТКО]

Транзистор – прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры. Полупроводниковые транзисторы пришли на смену морально устаревшим ламповым, которые устанавливались в старые телевизоры. Для изготовления полупроводниковых моделей ранее использовался германий, но сферы его применения ограничены из-за чувствительности к температурным колебаниям. На смену германию пришел кремний, т.к. кремниевые детали стоят дешевле германиевых и более устойчивы к скачкам температуры. Транзисторы небольшой мощности изготавливают в прямоугольных корпусах из полимерных материалов или в металлических цилиндрических. В этой статье мы постараемся простыми словами изложить, что такое транзистор, как он устроен и что делает. Транзисторы Устройство транзисторов Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора – биполярный. В устройство транзистора этого типа входит монокристалл, разделенный на 3 зоны: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э), каждая из которых имеет свой вывод. Б – база, очень тонкий внутренний слой; Э – эмиттер, предназначается для переноса заряженных частиц в базу; К – коллектор, составляющая, которая имеет тип проводимости, одинаковый с эмиттером, предназначена для сбора зарядов, поступивших с эмиттера. Типы проводимости: n-типа — носителями зарядов являются электроны. p-типа — носители зарядов – положительно заряженные «дырки». Требуемый тип проводимости достигается путем легирования различных частей кремниевого монокристалла. Легирование – это добавление в состав материала различных примесей для улучшения физических и химических свойств этого материала. Транзисторы по типу проводимости раздаются на два типа: n-p-n и p-n-p. Принцип работы транзистора Транзистор работает в режимах «Открыто» и «Закрыто». Рассмотрим, как работает транзистор биполярного типа на уровне «чайников», и на каких физических процессах основано его функционирование. В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей. Простое изложение принципа работы биполярного транзистора: Подключение к зажимам одноименного напряжения к эмиттеру и базе (p подсоединяется к «+», а n – к «-») приводит к появлению тока между эмиттером и базой. В базе образуются носители зарядов. Чем выше напряжение, тем больше количество носителей зарядов появляется в базе. Ток, подаваемый на базу, называется управляющим. Если к коллектору подключить обратное напряжение (n-коллектор подключается к плюсу, p-коллектор – к минусу), то между эмиттером и коллектором появится разница потенциалов, и между ними потечет ток. Чем больше носителей заряда скапливается в базе, тем сильнее будет ток между коллектором и эмиттером. При увеличении управляющего напряжения на базе растет ток «эмиттер-коллектор». Причем несущественный рост напряжения приводит к значительному усилению тока «эмиттер-коллектор». Этот принцип используется при производстве усилителей. Если к эмиттеру и базе подключают напряжение, противоположное по знаку, ток прекращается, и транзистор переходит в закрытое состояние. Кратко принцип работы полупроводникового транзистора можно изложить так: при подключении к зажимам эмиттера и базы напряжения одноименного заряда прибор переходит в открытое состояние, при подключении к этим выводам обратных зарядов транзистор закрывается. Как работает транзистор — видео Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по теме Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Как проверить транзистор?

Проверка транзистора цифровым мультиметром

Занимаясь ремонтом и конструированием электроники, частенько приходится проверять транзистор на исправность.

Рассмотрим методику проверки биполярных транзисторов обычным цифровым мультиметром, который есть практически у каждого начинающего радиолюбителя.

Несмотря на то, что методика проверки биполярного транзистора достаточно проста, начинающие радиолюбители порой могут столкнуться с некоторыми трудностями.

Об особенностях тестирования биполярных транзисторов будет рассказано чуть позднее, а пока рассмотрим самую простую технологию проверки обычным цифровым мультиметром.

Для начала нужно понять, что биполярный транзистор можно условно представить в виде двух диодов, так как он состоит из двух p-n переходов. А диод, как известно, это ничто иное, как обычный p-n переход.

Вот условная схема биполярного транзистора, которая поможет понять принцип проверки. На рисунке p-n переходы транзистора изображены в виде полупроводниковых диодов.

Устройство биполярного транзистора p-n-p структуры с помощью диодов изображается следующим образом.

Как известно, биполярные транзисторы бывают двух типов проводимости: n-p-n и p-n-p. Этот факт нужно учитывать при проверке. Поэтому покажем условный эквивалент транзистора структуры n-p-n составленный из диодов. Этот рисунок нам понадобиться при последующей проверке.

Транзистор со структурой n-p-n в виде двух диодов.

Суть метода сводиться к проверке целостности этих самых p-n переходов, которые условно изображены на рисунке в виде диодов. А, как известно, диод пропускает ток только в одном направлении. Если подключить плюс (+) к выводу анода диода, а минус (-) к катоду, то p-n переход откроется, и диод начнёт пропускать ток. Если проделать всё наоборот, подключить плюс (+) к катоду диода, а минус (-) к аноду, то p-n переход будет закрыт и диод не будет пропускать ток.

Если вдруг при проверке выясниться, что p-n переход пропускает ток в обоих направлениях, то значит он «пробит». Если же p-n переход не пропускает ток ни в одном из направлений, то значит переход в «обрыве». Естественно, что при пробое или обрыве хотя бы одного из p-n переходов транзистор работать не будет.

Обращаем внимание, что условная схема из диодов необходима лишь для более наглядного представления о методике проверки транзистора. В реальности транзистор имеет более изощрённое устройство.

Функционал практически любого мультиметра поддерживает проверку диода. На панели мультиметра режим проверки диода изображается в виде условного изображения, который выглядит вот так.

Думаю, уже понятно, что проверять транзистор мы будем как раз с помощью этой функции.

Небольшое пояснение. У цифрового мультиметра есть несколько гнёзд для подключения измерительных щупов. Три, а то и больше. При проверке транзистора необходимо минусовой щуп (чёрный) подключить к гнезду COM (от англ. слова common – «общий»), а плюсовой щуп (красный) в гнездо с обозначением буквы омега Ω, буквы V и, возможно, других букв. Всё зависит от функционала прибора.

Почему я так подробно рассказываю о том, как подключать измерительные щупы к мультиметру? Да потому, что щупы можно элементарно перепутать и подключить чёрный щуп, который условно считается «минусовым» к гнезду, к которому нужно подключить красный, «плюсовой» щуп. В итоге это вызовет неразбериху, и, как следствие, ошибки. Будьте внимательней!

Теперь, когда сухая теория изложена, перейдём к практике.

Какой мультиметр будем использовать?

В качестве мультиметра использовался многофункциональный мультитестер Victor VC9805+, хотя для измерений подойдёт любой цифровой тестер, вроде всем знакомых DT-83x или MAS-83x. Такие мультиметры можно купить не только на радиорынках, магазинах радиодеталей, но и в магазинах автозапчастей. Подходящий мультиметр можно купить в интернете, например, на Алиэкспресс.

Вначале проведём проверку кремниевого биполярного транзистора отечественного производства КТ503. Он имеет структуру n-p-n. Вот его цоколёвка.

Для тех, кто не знает, что означает это непонятное слово цоколёвка, поясняю. Цоколёвка — это расположение функциональных выводов на корпусе радиоэлемента. Для транзистора функциональными выводами соответственно будут коллектор (К или англ.- С), эмиттер (Э или англ.- Е), база (Б или англ.- В).

Сначала подключаем красный (+) щуп к базе транзистора КТ503, а чёрный (-) щуп к выводу коллектора. Так мы проверяем работу p-n перехода в прямом включении (т. е. когда переход проводит ток). На дисплее появляется величина пробивного напряжения. В данном случае оно равно 687 милливольтам (687 мВ).

Далее не отсоединяя красного щупа от вывода базы, подключаем чёрный («минусовой») щуп к выводу эмиттера транзистора.

Как видим, p-n переход между базой и эмиттером тоже проводит ток. На дисплее опять показывается величина пробивного напряжения равная 691 мВ. Таким образом, мы проверили переходы Б-К и Б-Э при прямом включении.

Чтобы удостовериться в исправности p-n переходов транзистора КТ503 проверим их и в, так называемом, обратном включении. В этом режиме p-n переход ток не проводит, и на дисплее не должно отображаться ничего, кроме «1». Если на дисплее единица «1», то это означает, что сопротивление перехода велико, и он не пропускает ток.

Чтобы проверить p-n переходы Б-К и Б-Э в обратном включении, поменяем полярность подключения щупов к выводам транзистора КТ503. Минусовой («чёрный») щуп подключаем к базе, а плюсовой («красный») сначала подключаем к выводу коллектора…

…А затем, не отключая минусового щупа от вывода базы, к эмиттеру.

Как видим из фотографий, в обоих случаях на дисплее отобразилась единичка «1», что, как уже говорилось, указывает на то, что p-n переход не пропускает ток. Так мы проверили переходы Б-К и Б-Э в обратном включении.

Если вы внимательно следили за изложением, то заметили, что мы провели проверку транзистора согласно ранее изложенной методике. Как видим, транзистор КТ503 оказался исправен.

Пробой P-N перхода транзистора.

В случае если какой либо из переходов (Б-К или Б-Э) пробиты, то при их проверке на дисплее мультиметра обнаружиться, что они в обоих направлениях, как в прямом включении, так и в обратном, показывают не пробивное напряжение p-n перехода, а сопротивление. Это сопротивление либо равно нулю «0» (будет пищать буззер), либо будет очень мало.

Обрыв P-N перехода транзистора.

При обрыве, p-n переход не пропускает ток ни в прямом, ни в обратном направлении – на дисплее в обоих случаях будет «1». При таком дефекте p-n переход как бы превращается в изолятор.

Проверка биполярных транзисторов структуры p-n-p проводится аналогично. Но при этом необходимо сменить полярность подключения измерительных щупов к выводам транзистора. Вспомним рисунок условного изображения транзистора p-n-p в виде двух диодов. Если забыли, то гляньте ещё раз и вы увидите, что катоды диодов соединены вместе.

В качестве образца для наших экспериментов возьмём отечественный кремниевый транзистор КТ3107 структуры p-n-p. Вот его цоколёвка.

В картинках проверка транзистора будет выглядеть так. Проверяем переход Б-К при прямом включении.

Как видим, переход исправен. Мультиметр показал пробивное напряжение перехода – 722 мВ.

То же самое проделываем и для перехода Б-Э.

Как видим, он также исправен. На дисплее – 724 мВ.

Теперь проверим исправность переходов в обратном направлении – на наличие «пробоя» перехода.

Переход Б-К при обратном включении…

Переход Б-Э при обратном включении.

В обоих случаях на дисплее прибора – единичка «1». Транзистор исправен.

Подведём итог и распишем краткий алгоритм проверки транзистора цифровым мультиметром:

• Определение цоколёвки транзистора и его структуры;

• Проверка переходов Б-К и Б-Э в прямом включении с помощью функции проверки диода;

• Проверка переходов Б-К и Б-Э в обратном включении (на наличие «пробоя») с помощью функции проверки диода;

При проверке необходимо помнить о том, что кроме обычных биполярных транзисторов существуют различные модификации этих полупроводниковых компонентов. К таковым можно отнести составные транзисторы (транзисторы Дарлингтона), «цифровые» транзисторы, строчные транзисторы (так называемые «строчники») и т.д.

Все они имеют свои особенности, как, например, встроенные защитные диоды и резисторы. Наличие этих элементов в структуре транзистора порой усложняют их проверку с помощью данной методики. Поэтому прежде чем проверить неизвестный вам транзистор желательно ознакомиться с документацией на него (даташитом). О том, как найти даташит на конкретный электронный компонент или микросхему, я рассказывал здесь.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Как работают транзисторы? — Объясните, что материал

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 29 июня 2019 года.

Ваш мозг содержит около 100 миллиардов клеток, называемых нейронами — крошечные переключатели, которые позволяют вам думать и помнить вещи. Компьютеры содержат миллиарды миниатюрных «мозговых клеток», а также. Они называются транзисторами и они сделаны из кремния, химического элемента, обычно встречающегося в песке. Транзисторы произвели революцию в электронике, так как они были первыми изобретенный более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильям Шокли.Но что они — и как они работают?

Фото: насекомое с тремя ногами? Нет, типичный транзистор на электронной плате. Хотя простые схемы содержат отдельные транзисторы, подобные этим, сложные схемы внутри компьютеров также содержат микросхемы, каждая из которых может иметь тысячи, миллионы или сотни миллионов транзисторов, упакованных внутри.

Что на самом деле делает транзистор?

Фото: компактные слуховые аппараты были одними из первых применений для транзисторов, и это датируется концом 1950-х или 1960-х годов.Около размера колоды игральных карт, она была разработана для ношения в кармане или на кармане пиджака. С другой стороны корпуса есть микрофон, который улавливает окружающие звуки. Вы можете четко видеть четыре маленьких обратных транзистора внутри, усиливая эти звуки и затем подавляя их в маленький громкоговоритель, который сидит у вас на ухе.

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

• Когда он работает как усилитель, требуется в крошечном электрическом токе на одном конце ( входной ток) и производит гораздо больший электрический ток (выход тока) на другом. Другими словами, это своего рода текущий усилитель. Что входит в действительно полезно в таких вещах, как слуховые аппараты, одна из первых вещей люди использовали транзисторы для. Слуховой аппарат имеет крошечный микрофон который улавливает звуки из окружающего вас мира и превращает их в флуктуирующие электрические токи.Они подаются в транзистор, который повышает их и питает крошечный громкоговоритель, так что вы слышите гораздо более громкую версию звуков вокруг вас. Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, однажды объяснил студенту транзисторные усилители в более юмористическим способом: «Если вы возьмете тюков сена и привязать его к хвост мула, а затем ударить спичку и поджечь тюков сена, и если затем сравнить энергию, затраченную вскоре после этого мул с энергией, затраченной вами на поджигание матча, Вы поймете понятие усиления.»
Транзисторы
• также могут работать как переключатели. крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может сделать намного больше ток течет через другую его часть. Другими словами, маленький Ток переключается на большее. По сути, так работают все компьютерные чипы. Для Например, чип памяти содержит сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов, каждый из которых может быть включен или выключен индивидуально. Так как каждый Транзистор может находиться в двух разных состояниях, он может хранить два разных числа, ноль и один.С миллиардами транзисторов чип может хранить миллиарды нулей и единиц, и почти столько же обычных чисел и букв (или символов, как мы их называем). Подробнее об этом чуть позже.

Самое замечательное в машинах старого стиля было то, что вы могли взять их отдельно, чтобы выяснить, как они работали. Это никогда не было слишком сложно, с немного толкать и тыкать, чтобы узнать, какой бит сделал, что и как один вещь привела к другому. Но электроника совсем другая. Это все об использовании электронов для управления электричеством.Электрон — это минут частица внутри атома. Он такой маленький, весит чуть меньше 0,000000000000000000000000000001 кг! Работают самые современные транзисторы контролируя движения отдельных электронов, чтобы вы могли представьте, насколько они маленькие. В современном компьютерном чипе, размер ноготь, вы, вероятно, найдете между 500 миллионов и два миллиарда отдельных транзисторов. Там нет никакого шанса разобрать транзистор, чтобы выяснить, как это работает, поэтому мы должны понять это с помощью теории и воображения.Прежде всего, это помогает, если мы знаем, из чего сделан транзистор.

Как сделан транзистор?

Фото: вафля кремниевая. Фото любезно предоставлено НАСА Исследовательский центр Гленна (NASA-GRC).

Транзисторы

изготовлены из кремния, химического элемента, обнаруженного в песке, который обычно не проводит электричество (оно не позволяет электронам легко течь через него). Кремний является полупроводником, что означает, что это ни на самом деле проводник (что-то вроде металла, который пропускает электричество), ни изолятор (что-то вроде пластика, который останавливает электричество).Если мы обрабатываем кремний с примесями (процесс, известный как легирование), мы можем заставить его вести себя по-другому путь. Если мы добавим кремний в химические элементы мышьяк, фосфор, или сурьма, кремний получает некоторые дополнительные «свободные» электроны — те, которые может нести электрический ток — поэтому электроны будут вытекать об этом более естественно. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, кремний трактуется так называется н-тип (отрицательный тип). Мы также можем легировать кремний другими примесями, такими как бор, галлий и алюминий.У обработанного таким способом кремния меньше таких «свободные» электроны, поэтому электроны в близлежащих материалах будут стремиться попасть в него. Мы называем этот тип кремния p-типа (положительный тип).

Быстро, мимоходом, важно отметить, что ни кремний n-типа, ни кремний p-типа на самом деле не имеют заряда в себе : оба являются электрически нейтральными. Это правда, что кремний n-типа имеет дополнительные «свободные» электроны, которые увеличивают его проводимость, в то время как кремний p-типа имеет меньше таких свободных электронов, что помогает увеличить его проводимость в противоположном направлении.В каждом случае дополнительная проводимость возникает из-за добавления нейтральных (незаряженных) атомов примесей к кремнию, который изначально был нейтральным — и мы не можем создавать электрические заряды из воздуха! Мне нужно более подробное объяснение, чтобы представить идею под названием теория полос, которая немного выходит за рамки этой статьи. Все, что нам нужно помнить, это то, что «дополнительные электроны» означают дополнительные свободных электронов, которые могут свободно перемещаться и помогать переносить электрический ток.

Силиконовые бутерброды

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

Предположим, что мы соединяем кусочек кремния n-типа с кусочком p-типа силикон и положить электрические контакты с обеих сторон. Захватывающе и полезно вещи начинают происходить на стыке двух материалы. Если мы включим на ток, мы можем заставить электроны течь через соединение от сторона n-типа в сторону p-типа и наружу через цепь.это происходит потому, что отсутствие электронов на стороне р-типа соединение тянет электроны со стороны n-типа и наоборот. Но если мы меняем ток, электроны вообще не будут течь. Что мы имеем Сделанное здесь называется диодом (или выпрямителем). Это электронное компонент, который позволяет току течь через него только в одном направлении. Это полезно, если вы хотите превратить переменный (двухсторонний) электрический ток в постоянный (односторонний) ток. Диоды также могут быть сделаны, чтобы они испускали свет, когда электричество течет через них.Вы могли видеть это светодиоды (светодиоды) на карманных калькуляторах и электронных отображается на Hi-Fi стерео оборудовании.

Как работает переходной транзистор

Теперь предположим, что вместо нашего слоя мы используем три слоя кремния из двух. Мы можем либо сделать сэндвич p-n-p (с ломтиком n-типа кремний как заполнение между двумя кусочками р-типа) или н-п-н сэндвич (с р-типом между двумя плитами n-типа). Если мы присоединить электрические контакты ко всем трем слоям сэндвича, мы можем сделать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать его, либо выкл — другими словами, транзистор.Давайте посмотрим, как это работает в случае n-p-n транзистор.

Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим имена трем электрические контакты. Мы позвоним двум контактам, соединенным с двумя кусочки кремния n-типа излучатель и коллектор, и контакт соединенный с кремнием р-типа мы будем называть основанием. Когда нет ток течет в транзисторе, мы знаем, что кремний р-типа не хватает электроны (показаны здесь маленькими знаками плюс, представляющими положительный заряды) и два куска кремния n-типа имеют дополнительные электроны (показано маленькими минусами, обозначающими отрицательные заряды).

Еще один способ взглянуть на это — сказать, что хотя n-тип имеет избыток электронов, р-тип имеет дыры, где электроны должно быть. Обычно отверстия в основании действуют как барьер, предотвращая любые значительный ток от эмиттера до коллектора транзистор находится в выключенном состоянии.

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

Давай подключите транзистор к некоторой мощности.Предположим, мы прилагаем небольшой положительное напряжение на базу, сделать эмиттер отрицательно заряженным, и сделать коллектор положительно заряженным. Электроны вытягиваются из излучатель в базу, а затем из базы в коллектор. И транзистор переходит в состояние «включено»:

Небольшой ток, который мы включаем в основании, создает большой ток поток между эмиттером и коллектором. Поворачивая небольшой вход ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель.Но он также действует как переключатель одновременно. Когда нет тока в база, мало или нет тока течет между коллектором и эмиттер. Включите базовый ток и большой ток течет. Итак, база Ток включает и выключает весь транзистор. Технически это Тип транзистора называется биполярным, потому что два разных вида (или «полярности») электрического заряда (отрицательные электроны и положительные отверстия) участвуют в создании потока тока.

Мы также можем понять транзистор, думая о нем как о паре диодов.С база положительна, а излучатель отрицателен, соединение база-эмиттер похоже на прямое смещение диод, с электронами, движущимися в одном направлении через переход (слева направо в диаграмма) и отверстия, идущие в противоположном направлении (справа налево). База-коллектор переход похож на диод с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора тянет большая часть электронов проходит через и во внешнюю цепь (хотя некоторые электроны рекомбинируют с дырками в основании).

Как работает полевой транзистор (FET)

Все транзисторы работают, управляя движением электронов, но не все из них делают это одинаково.Как переходной транзистор, полевой транзистор (полевой транзистор) имеет три разные клеммы, но они иметь имена источник (аналог эмиттера), сток (аналогично коллектор) и ворота (аналогично основанию). В FET, слои Кремний n-типа и p-типа расположены немного по-разному и покрыты слоями металла и оксида. Это дает нам устройство под названием MOSFET (металл-оксид-полупроводниковое поле Эффект Транзистора).

Хотя в источнике и стоке n-типа есть дополнительные электроны, они не могут течь от одного к другому из-за отверстий в ворота p-типа между ними.Тем не менее, если мы добавим положительный напряжение на затвор, там создается электрическое поле, которое позволяет электроны текут в тонком канале от истока к стоку. это «эффект поля» пропускает ток и включает транзистор:

Ради полноты можно отметить, что МОП-транзистор является однополярным транзистор, потому что только один вид («полярность») электрического заряда участвует в том, чтобы заставить его работать.

Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

На практике вам не нужно ничего знать об этом электроны и дырки, если вы не собираетесь разрабатывать компьютерные чипы для жизни! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя небольшой ток включить больший.Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает магазинам компьютеров информация и принимать решения?

Мы можем соединить несколько транзисторных переключателей, чтобы сделать что-то называется логическим вентилем, который сравнивает несколько входные токи и дает другой выход в результате. Логические ворота позволяют компьютерам делать очень простые решения с использованием математической техники, называемой булевой алгеброй. Ваш мозг принимает решения таким же образом. Например, используя «входы» (что вы знаете) о погоде и что у вас есть в ваш коридор, вы можете принять решение, как это: «Если идет дождь, и я есть зонтик, я пойду к магазины».Это пример булевой алгебры, использующей то, что называется AND «оператор» (слово «оператор» — всего лишь математический жаргон сделать вещи более сложными, чем они есть на самом деле). Ты можешь сделать аналогичные решения с другими операторами. «Если ветрено ИЛИ идет снег, тогда я надену пальто «есть пример использования оператора OR. Или как насчет «Если идет дождь И я есть зонтик ИЛИ у меня есть пальто, тогда можно выходить на улицу «. Используя AND, ИЛИ и другие операторы называются NOR, XOR, NOT и NAND, компьютеры могут складывать или сравнивать двоичные числа.Эта идея лежит в основе компьютерных программ: логическая серия инструкций, которые заставляют компьютеры делать вещи.

Обычно, транзистор перехода выключен, когда нет базы тока и переключается на «вкл», когда течет базовый ток. Это значит принимает электрический ток для включения или выключения транзистора. Но транзисторы, подобные этому, могут быть подключены к логическим элементам, поэтому их выход соединения возвращаются на свои входы. Транзистор затем остается включенным, даже если базовый ток удален.Каждый раз новый основание течет ток, транзистор «включается» или выключается. Остается в одном из эти стабильные состояния (вкл или выкл) до другого тока приходит и переворачивает его в другую сторону. Такая договоренность известен как триггер, и это превращает транзистор в простой запоминающее устройство, которое хранит ноль (когда он выключен) или единицу (когда это на). Триггеры являются основной технологией компьютерных чипов памяти.

Кто изобрел транзистор?

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

транзисторов были изобретены в Bell Laboratories в Нью-Джерси в 1947 году три блестящих американских физика: Джон Бардин (1908–1991), Уолтер Браттен (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).

Команда, возглавляемая Шокли, пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США, но что они на самом деле изобрели оказалось гораздо более широко распространенным Приложения. Бардин и Браттен сделали первый практичный транзистор (известный как точечный контактный транзистор) во вторник, 16 декабря 1947 года. Хотя Шокли сыграл большую роль в проекте, он был взбешен и взволнован тем, что его оставили. Вскоре во время остаться в отеле на конференции по физике, он в одиночку выяснил, теория переходного транзистора — гораздо лучшее устройство, чем Точечный контактный транзистор.

В то время как Бардин бросил Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжал наслаждаться еще большим успехом в изучении сверхпроводников в Иллинойском университете), Браттен остался на некоторое время, прежде чем уйти в отставку, чтобы стать учителем. Шокли основал свою собственную компанию по производству транзисторов и помог вдохновить современное явление, это «Силиконовая долина» (процветающая область вокруг Пало-Альто, Калифорния, где корпорации электроники имеют собрались). Двое из его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, ушли основал Intel, крупнейшего в мире производителя микросхем.

Бардин, Браттен и Шокли были ненадолго воссоединены несколько лет спустя, когда они поделились мировой наукой награда 1956 Нобелевская премия по физике, за их открытие. Их история захватывающая история о интеллектуальный блеск, борющийся с мелкой ревностью, и это хорошо стоит прочтения больше о. Вы можете найти некоторые отличные рассказы об этом среди книг и веб-сайты, перечисленные ниже.

,

Что такое транзистор?

Транзисторы

— это устройства, которые контролируют движение электронов и, следовательно, электричество. Они работают как водопроводный кран — они не только запускают и останавливают поток тока, но и контролируют величину тока. С помощью электричества транзисторы могут одновременно переключать или усиливать электронные сигналы, позволяя вам точно контролировать ток, проходящий через печатную плату.

Транзисторы, изготовленные в Bell Labs, изначально были изготовлены из германия.Ученые там знали, что чистый германий является хорошим изолятором. Но добавление примесей (процесс, называемый , легирование ) превратило германий в слабый проводник, или , полупроводник . Полупроводники представляют собой материалы, которые имеют свойства между изоляторами и проводниками, позволяющие в различной степени обеспечивать электропроводность.

Время изобретения транзисторов не было случайностью. Для правильной работы транзисторам требуются чистые полупроводниковые материалы.Так уж сложилось, что сразу после Второй мировой войны усовершенствования в усовершенствовании германия, а также достижения в области легирования сделали германий пригодным для применения в полупроводниках.

В зависимости от элемента, используемого для легирования, полученный германиевый слой имел либо отрицательный тип (N-тип), либо положительный тип (P-тип). В слое N-типа легирующий элемент добавил электроны в германий, облегчая выход электронов. И наоборот, в слое P-типа специфические легирующие элементы заставляли германий терять электроны, поэтому электроны из соседних материалов стекались к нему.

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

Полноценные транзисторы были следующим шагом. Чтобы создать транзисторы, инженеры наслоили легированный германий, чтобы сделать два слоя спина к спине, в конфигурации P-N-P или N-P-N. Точка контакта была названа переходной, поэтому называется переходной .

При электрическом токе, приложенном к центральному слою (называемому основанием), электроны будут перемещаться со стороны N-типа на сторону P-типа. Первоначальная небольшая струйка действует как переключатель, который позволяет протекать гораздо большему току. В электрической цепи это означает, что транзисторы действуют как коммутатор и усилитель.

В наши дни вместо германия в коммерческой электронике используются полупроводники на основе кремния, которые являются более надежными и более доступными, чем транзисторы на основе германия.Но как только технология завоевала популярность, германиевые транзисторы стали широко использоваться более 20 лет.

,

[Обсуждение истории] Мои точки зрения, вопросы и объяснения [СПОЙЛЕР!] :: Общие обсуждения транзисторов Ну, это выглядит как интересный разговор. Не возражаете, если я добавлю свои два цента и сам задам несколько вопросов?

Я бы сказал, что ваша оценка самого Транзистора правильная, и, похоже, также описывает общую историю игры. И Морж, вы создали отличное резюме.

Лично я чувствую, что игра никогда не решает должным образом, является ли Cloudbank полностью виртуальным или нет.На самом деле это может быть физическое место, которое настолько сильно пропитано технологиями, что порой кажется виртуальным, приобретая характеристики, очень похожие на компьютерные. Рассмотрим случай с бэкдорами. Похоже, что это прямая симуляция, предполагающая, что можно создавать очень захватывающие виртуальные миры. Выходя из этого, иногда г-н Никто не будет замечать, что вы возвращаетесь «в реальный мир», что предполагает некоторую физическую легитимность, но это также не исключает полностью виртуального Cloudbank.

Я думаю, что многие игроки все еще как-то возятся с тем, что делала «Камерата». Мне нравится упрощать это следующим образом:

Camerata были группой, которая хотела взять под контроль Cloudbank.

Хотя они преследовали альтруистическую цель — преобразовать город в то, что было бы лучше для всех, они все же ставили свои взгляды и идеалы выше всех остальных и думали, что знают, чего хотят люди лучше, чем сами люди. Кроме того, они тоже понимали, что делают, и поэтому им нужно было накормить людей на Транзистор.Таким образом, они могли найти других людей, которые также знали, что нужно городу, понимали то, чего не делала Камерата. И «Камерата» все еще могла сохранять абсолютный контроль, образно и буквально владея этими людьми в Транзисторе, вместо того, чтобы рисковать впустить их в свою группу.

Что касается г-на Никого (должен признать, Синий — привлекательное прозвище для него), лично я не вижу причин полагать, что его чувства были чем-то иным, кроме искреннего. Он хотел защитить Красного, и когда он сделал это, получив вместо нее транзистор, по сути, вызвав сбой в работе Транзистора, он по-королевски испортил планы Камерты, планы, о которых он, похоже, ничего не знал.Без транзистора процесс выскользнул из-под контроля камеры, и на этом все. Несчастная серия совпадений.

Должен признать, я так и не понял, почему некоторые люди считают «самоубийство» Реда двусмысленным или запутанным. Я твердо придерживаюсь мнения, что «смерть» Блю должна быть примером нормального функционирования Транзистора: нанести удар Транзистору, Транзистор засасывает вашу душу. И как таковая, в конце игры Рэд решила присоединиться к людям, которых она знала (в первую очередь, Синие), в Транзисторе, а не заниматься пустыми упражнениями по восстановлению Cloudbank без них.Отсюда и сцена в конце титров, которая, как я подозреваю, должна быть текущей, а не воспоминания из остальных титров.

«Страна» интересная и расплывчатая, и я думаю, что стоит проанализировать, как она представлена ​​нам в ходе истории. Сначала кажется, что мы должны принять это за чистую монету, так как люди говорят о том, чтобы покинуть город ради сельской местности. Затем, с разговором с Ашером, это представляется как эвфемизм смерти.Однако к концу игры, с местом боя с Ройсом и сценой встречи Красного с Синим снова в конце титров, плюс игра за экраном, кажется, что Страна похожа на загробную жизнь, или, возможно, больше похоже на «другую жизнь». Также могло случиться так, что Транзистор уловил мысли и намерения людей, которых он поглотил, решив действовать вразумительно и бежать со своей метафорой.

Пока мы находимся в том, что борьба с Ройсом произошла в Колыбели, интересная идея, которая не пришла мне в голову.Это, очевидно, не в мире Cloudbank, и наличие этих массивов душ, а также тот факт, что вы можете вообще уехать, наводит на мысль, что это не полностью часть сельского места, куда вы отправляетесь, когда поглощены транзистором. Где бы это ни было. Поэтому я стал называть это конкретное поле битвы Лимбо.

На самом деле, это поднимает хороший вопрос. Является ли сельская местность Красным и Голубым в действительности прямо внутри Транзистора? (Лично я склоняюсь к да.) И это Страна? (Лично я не могу решить, что думать.)

Теперь у меня есть небольшая теория о режиме рекурсии. Я не собираюсь говорить, что искренне верю в это, потому что я не верю, и не так уж много подтверждающих доказательств. Но я немного подумал о том, почему вариант запуска игры снова называется «Рекурсия». Соблазнительно отмахнуться от этого еще более жаркого прогаммирующего жаргона, используемого для общих функций видеоигр, но что, если это не так? Для тех из вас, кто не понимает концепцию, вот моя попытка объяснить это: в программировании Рекурсия — это когда программа или функция вызывает себя или содержит себя.Как концепция, она существует и вне программирования, например, если вы делаете фотографию, фотографию, фотографию … И это может создать бесконечную цепочку.

В любом случае, давайте предположим, что место, где встречаются красный и синий, — это мир внутри транзистора, и, вероятно, там, где также оказались другие души, объединенные транзистором. Давайте также предположим, что борьба с Ройсом происходит внутри Транзистора, что предполагает, что транзистор может материализоваться в своих собственных мирах.И, наконец, для простоты назовем это место Страной. Так.
Что, если Красные и Синие не проводят свое время в одиночестве в Транзисторе, в Стране? что если они найдут некоторые другие души? Что если они объединятся в сообщество, найдут город и начнут вырастать население? Вообразите, колонизируя Страну. Может быть, они могли бы назвать это Cloudbank, в память о старом городе? И затем, в конце концов, они уходят, поколения проходят мимо, город превращается в огромный город, его история забыта.И тогда рождается девушка по имени Ред. И однажды транзистор решает сделать одну из этих копий внутри себя. И человек по имени Грант получает идею. И тогда происходит сюжетная линия игры. А затем Красный и Синий и другие души втягиваются в этот Транзистор, в другую версию Страны, чтобы неосознанно начать восстановление того же города.
Итак, Cloudbank всегда был внутри Транзистора. Вот откуда появился Транзистор, он был небосводом их мира, создавая копии внутри себя.Копии внутри копий. Это была бы бесконечная рекурсия, без ясного начала или конца. По крайней мере, мне нравится эта идея, хотя я не могу заставить себя полностью поверить, что именно это имели в виду разработчики.

Морж, лично я немного сомневаюсь в том, можно ли описать этот Процесс, рассматривая людей как «вирус», это кажется ненужным осложнением. Я подозреваю, что цель Процесса, когда никто не руководит ими, состоит в том, чтобы стереть все. Так что это именно то, что они делают, стирают ВСЕ, как людей, так и здания.Теперь возникает вопрос: почему вообще остались какие-либо здания или сооружения, которые, казалось бы, были белыми и прямоугольными? Лично мне нравится думать, что это отражает то, как реальные компьютеры стирают данные. В большинстве случаев, когда вы стираете файл, вы фактически не удаляете его, компьютер просто удаляет фрагменты, говоря, что информация важна, поэтому вы можете писать поверх нее новые вещи, и становится возможным заменить ее. Данные в основном все еще там, и иногда могут быть восстановлены.Таким же образом, многие структуры в Cloudbank остаются после завершения Процесса, просто в форме, которую можно легко заменить или построить заново. Отсюда и то, как Красному вообще было что идти в сильно обработанных областях; дело не в том, что процесс разрушал или строил вещи, это было просто готовить вещи, которые можно было бы построить или заменить. Что, конечно, не произойдет, если люди не скажут Процессу строить вещи. Таким образом, большинство этажей и стен остаются.

Я думаю, что есть некоторые важные вопросы о процессе. Во-первых, насколько они буквальны? Был ли процесс всегда таким, какой он есть, просто кучка роботов по техническому обслуживанию и строительству взбесилась? Или они существовали как образный процесс, призраки городских перемен, пока Ройс не нашел способ сфокусировать их и придать им физическую форму? Выражают ли они что-нибудь фундаментальное в городе или они больше похожи на иностранных захватчиков, цифровых пришельцев, вызванных из расчетов? Я не могу думать о том, что в игре прямо сейчас так или иначе намекает, возможно, кто-то еще заметил что-то, что я пропускаю.

Я испытываю желание согласиться с тем, что вполне вероятно, что Ройс построил транзистор со знаниями, полученными из его попыток понять Процесс. Что интересно в приобретении Ройсом Транзистора, тем не менее, то, что в какой-то момент в Fairview он делает комментарий, что он «нашел его здесь, географически». Это может означать, что именно здесь у него возникла идея создания Транзистора, но, похоже, это предполагает какое-то реальное физическое открытие. Насколько я понимаю, загадка остается.

… было что-то связное?

Что такое транзистор? | Живая наука

Транзисторы

представляют собой крошечные переключатели, которые могут включаться электрическими сигналами. Они являются основными строительными блоками микрочипов и приблизительно определяют разницу между электрическими и электронными устройствами. Они пронизывают многие аспекты нашей повседневной жизни, начиная от коробок с молоком и заканчивая ноутбуками, демонстрируя, насколько они полезны.

Как работает транзистор?

Традиционный механический выключатель либо включает, либо отключает подачу электричества путем физического соединения (или отсоединения) двух концов провода.В транзисторе сигнал говорит устройству проводить или изолировать, тем самым включая или отключая поток электричества. Это свойство действовать как изолятор в некоторых обстоятельствах и как проводник в других, уникально для особого класса материалов, известных как «полупроводники».

Прежде чем мы углубимся в секрет того, как это поведение работает и как оно используется, давайте немного разберемся, почему эта способность срабатывания так важна.

Утилита триггерного переключателя

Первыми триггерными переключателями были реле.Реле использует электромагнит для переключения магнитного переключателя. Здесь мы видим два стиля реле: один, где сигнал включает переключатель; другой, где сигнал выключает выключатель:

Реле

(Изображение предоставлено: Robert Coolman)

Чтобы понять, как переключатели, управляемые сигналом, позволяют выполнять вычисления, сначала представьте батарею с двумя переключателями и лампой. Мы можем подключить их двумя способами. В серии необходимо включить оба переключателя , чтобы включить свет. Это называется поведением «логическое И»:

Переключатель «логическое И» (Изображение предоставлено: Robert Coolman)

Параллельно необходимо включить один или оба переключателя , чтобы включить свет.Это называется «логическим ИЛИ»:

«Булево ИЛИ» (Изображение предоставлено: Robert Coolman)

Что если мы хотим, чтобы свет включал на , если включен, либо , но выключен , если оба включаются или включены? Такое поведение называется «Boolean XOR» для «exclusive OR». В отличие от И и ИЛИ, невозможно для достижения XOR поведения с помощью переключателей вкл / выкл … то есть, если у нас нет каких-либо средств для запуска переключателя с сигналом от другого переключателя.Вот схема реле, которая выполняет поведение XOR:

Переключатель «Boolean XOR» (Изображение предоставлено: Robert Coolman)

Понимая, что поведение XOR — это то, что позволяет нам «переносить 10» при выполнении сложения, становится понятно, почему срабатывает сигнал переключатели так важны для вычислений. Подобные схемы могут быть построены для всех видов вычислений, включая сложение, вычитание, умножение, деление, преобразование между двоичным (основание 2) и десятичным (основание 10) и так далее. Единственным ограничением нашей вычислительной мощности является количество переключателей, управляемых сигналом, которые мы можем использовать.Все калькуляторы и компьютеры достигают своей мистической силы с помощью этого метода.

Посредством циклических сигналов в обратном направлении определенные виды памяти также становятся возможными с помощью переключателей, запускаемых по сигналу. Хотя этот метод хранения информации отошел на второй план от магнитных и оптических носителей, он все еще важен для некоторых современных компьютерных операций, таких как кеширование.

Релейные компьютеры

Хотя реле использовались с момента открытия электромагнита в 1824 году — в частности, благодаря изобретению телеграфа в 1837 году — они не будут использоваться для вычислений до 20-го века.Известные ретрансляторы включали Z1-Z3 (1938–1941) и Гарвардские марки I и II (1944 и 1947). Проблема с реле заключается в том, что их электромагниты потребляют много энергии, и вся эта впустую энергия превращается в тепло. Для этого релейным компьютерам требуется обширное охлаждение. Кроме того, реле имеют движущиеся части, поэтому они могут сломаться.

Вакуумные трубки

Преемником реле стала вакуумная лампа. Вместо того чтобы полагаться на магнитный выключатель, эти трубки основывались на «термоэлектронном эффекте» и напоминали тусклые лампочки.Вакуумные трубки создавались параллельно с лампочками в течение всего 19-го века и впервые использовались в усилительной цепи в 1906 году. Несмотря на отсутствие движущихся частей, их нити работали только задолго до выгорания, а их конструкция из запечатанного стекла была склонна к другим средство отказа.

Понять, как усиливается вакуумная трубка, так же просто, как понять, что динамик — это не более чем кусок ткани, который перемещается взад и вперед в зависимости от того, включены ли провода позади него или нет.Мы можем использовать сигнал с низким энергопотреблением для работы с очень большим громкоговорителем, если подадим сигнал в переключатель, запускаемый сигналом. Поскольку вакуумные трубки работают намного быстрее, чем реле, они могут идти в ногу с частотой включения / выключения, используемой в человеческой речи и музыке.

Первым программируемым компьютером, в котором использовались вакуумные лампы, был Colossus 1943 года, созданный для взлома кодов во время Второй мировой войны. В нем было более 17 000 пробирок. Позже, ENIAC 1946 года стал первым электронным компьютером, способным решать большой класс численных задач, также имеющий около 17 000 трубок.В среднем, пробка выходила из строя каждые два дня, и ее поиск и замена заняли 15 минут.

Наконец-то транзисторы!

Транзисторы (portmanteaux из « trans mitter» и «res istor ») основаны на причуде квантовой механики, известной как «электронная дыра». Дыра — это отсутствие электрона в месте, где он может существовать в полупроводниковом материале. Путем подачи электрического сигнала на транзистор создаются электрические поля, которые заставляют дырки и электроны менять местами.Это позволяет областям транзистора, которые обычно изолируют, проводить (или наоборот). Все транзисторы полагаются на это свойство, но разные типы транзисторов используют его различными способами.

Первый «точечный контакт» транзистор появился в 1947 году благодаря работам Джона Бардина, Уолтера Братейна и Уильяма Шокли. Имейте в виду, что электрон был открыт только в 1878 году, а первая квантовая гипотеза Макса Планка была сделана только в 1900 году. Кроме того, высококачественные полупроводниковые материалы стали доступны только в 1940-х годах.

Точечные контактные транзисторы были вскоре заменены на транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). Как BJT, так и FET полагаются на практику, известную как «допинг». Легирование кремния бором создает материал, который имеет множество электронных дырок, известных как кремний «P-типа». Аналогично, легирование кремния фосфором создает материал с большим количеством электронов, известный как кремний «N-типа». BJT сделан из трех чередующихся слоев кремниевых типов, таким образом, имеет конфигурацию «PNP» или «NPN».Полевой транзистор создается путем травления двух лунок кремния одного типа в канал другого, поэтому имеет конфигурацию «n-канал» или «p-канал». PNP-транзисторы и n-канальные транзисторы функционируют аналогично реле и трубкам «сигнал-поворот»; Аналогично, NPN-транзисторы и р-канальные транзисторы функционируют аналогично реле и трубкам «выключение сигнала».

Транзисторы были гораздо более изучены, чем вакуумные трубки; настолько, что ни одна технология еще не может превзойти их; они все еще используются сегодня.

Интегральные схемы и закон Мура

Первый транзисторный компьютер был построен в 1953 году Университетом Манчестера с использованием 200 точечных контактных транзисторов, во многом в стиле более ранних релейных и вакуумных ламповых компьютеров. Такой стиль подключения отдельных транзисторов вскоре вышел из-под контроля благодаря тому, что BJT и полевые транзисторы могут быть изготовлены в виде интегральных микросхем (ИС). Это означает, что отдельный блок кристаллического кремния может быть обработан специальными способами для наращивания нескольких транзисторов с уже установленной проводкой.

Первая микросхема была построена в 1971 году. С этого года транзисторы стали меньше и меньше, так что их количество в микросхеме удваивается примерно каждые два года, и эта тенденция называется «законом Мура». В промежутке между тем и сейчас компьютеры проникли практически в современную жизнь. Микросхемы, изготовленные в 2013 году (в частности, центральные процессоры для компьютеров), содержат около 2 миллиардов транзисторов, каждый из которых имеет размер 22 нм. Закон Мура, наконец, придет к концу, когда транзисторы не станут меньше.Предполагается, что эта точка будет достигнута, как только транзисторы достигнут размера приблизительно 5 нм к 2020 году.

,