Какие бывают транзисторы: Основные виды современных транзисторов — Club155.ru

Содержание

Что такое транзисторы. Обучающее видео

Что такое транзисторы. Обучающее видео

Привет!

В своих обучающих роликах мы уже прошли пассивные компоненты и немного затронули активную часть электроники. Прошлый выпуск был о диодах — советуем посмотреть, если вы еще не видели. А сегодняшний выпуск будет о короле всей микропроцессорной техники, совершившем революцию в приборостроении — транзисторе. Предлагаем присоединиться к изучению.

Транзистор — наверное, самый важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.

Работа транзистора похожа на работу водопроводного крана. Только вместо воды – электрический ток. Возможны три состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт), состояние покоя (транзистор закрыт) и полуоткрытое состояние — в нем транзистор работает в усилительном режиме. Приоткрывая или призакрывая кран, мы регулируем мощность потока воды. Другими словами: это электронная кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения.

Бывают как большие, таки и очень маленькие транзисторы. Например, центральные процессоры компьютеров или телефонов внутри состоят из взаимодействующих между собой транзисторов размером с десяток нанометров. Популярный в мобильных устройствах процессор Snapdragon 835 скрывает в себе 3 миллиарда транзисторов размерами в 10 нм каждый! (для сравнения — размеры бактерий в среднем составляют 50-500 нм).

Существуют биполярные и полевые транзисторы. Разберем, в чем между ними разница.

Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы имеют три контакта:

  • Коллектор — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять
  • База — через неё подаётся небольшой ток, чтобы разблокировать большой, то есть открыть «кран»
  • Эмиттер — через него проходит ток с коллектора и базы, когда транзистор «открыт»

Чтобы транзистор пропускал через себя ток, ему на базу ПОСТОЯННО должен подаваться небольшой сигнал. Как только сигнал прекратится, транзистор закроется.

Основная характеристика биполярного транзистора — показатель усиления hfe, или gain. Он показывает, во сколько раз пропускаемый через транзистор ток может быть больше, чем маленький ток, идущий через базу.

Например, Если hfe = 100, и к базе проходит ток 1 мА, то транзистор пропустит через себя максимум в сто раз больший ток — 100 мА. Если в этом случае на участке с большим током находится компонент, который потребляет, например 8 мА, ему будет предоставлено 8 мА, а у транзистора останется «запас». Если же имеется компонент, который потребляет 20 мА, ему будут предоставлены только ограниченные 10 мА. На этом принципе можно сделать стабилизацию тока в схеме.

Также транзисторы имеют максимально допустимые напряжения и токи на контактах. Превышение этих величин грозит чрезмерным нагревом и разрушением транзистора.

NPN и PNP типы

Описанный ранее транзистор — это так называемый NPN-транзистор. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. То есть внутри транзистора получаются два P-N перехода, такие же, как в диодах. NPN-транзистор пропускает через себя ток, когда ему на базу подаются положительные заряды.

PNP-транзисторы отличаются «перевёрнутым» поведением: ток свободно протекает, если базу подключить к минусу питания, то есть заземлить. Когда через базу идёт ток, сам транзистор закрывается.

На схемах такие транзисторы отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N.

P-N переход внутри транзистора — это диод, который обладает свойственным падением напряжения, около 0.5 Вольта. То есть после транзистора напряжение будет немного меньше, чем до него. Этого недостатка лишены полевые транзисторы.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (транзисторы с изолированным затвором).

Полевые транзисторы тоже обладают тремя контактами:

  • Сток (drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять
  • Затвор (gate) — на него подаётся напряжение, чтобы разрешить течение тока; затвор заземляется, чтобы заблокировать ток.
  • Исток (source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»

От биполярных транзисторов они отличаются двумя особенностями: управление «краном» осуществляется исключительно при помощи напряжения: ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.

Так происходит, потому что затвор вместе со стоком образует конденсатор. После того, как мы подали на затвор сигнал и конденсатор зарядился, ему больше не нужно постоянное поддержание сигнала. Если отключить сигнал и просто оставить такой полевой транзистор как есть, он может быть открытым сам по себе еще очень долгое время.

Полевым транзистор называется, потому что тот самый внутренний конденсатор создает электрическое поле, позволяющее электронам свободно проходить через непроводящую в обычном состоянии пластинку. Решающее значение здесь имеет, до какого напряжения зарядится конденсатор. Чем сильнее будет поле, тем легче электронам будет пройти по нему. Если же поле будет слишком слабым — электроны вообще не смогут пролететь через транзистор.

В этом минус полевого транзистора: необходимое напряжение для его открытия практически в десять раз больше, чем у биполярного. А плюс в том, что на пути электронов нет никакого перехода, поэтому отсутствует падение напряжения и можно добиться очень маленького сопротивления внутри транзистора. Это позволяет оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах.

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены. P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

IGBT

Существуют еще IGBT транзисторы — это совмещенные в одном корпусе маломощный полевой транзистор, и мощный биполярный. Такая конструкция сглаживает минусы обеих типов и используется в основном в промышленных установках для работы с очень большими мощностями.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Одной из типичных задач транзистора является включение и выключение определённого компонента схемы. Например, мощные моторы или сверхъяркие лампочки могут потреблять десятки ампер и больше. При подключении таких нагрузок напрямую через маломощную кнопку, она быстро выйдет из строя. Но если использовать транзисторы, можно легко управлять любой нагрузкой.

Соберем на макетной плате самую простую схему с использованием транзистора в режиме ключа. Включим через него светодиодную ленту. Берем стандартный NPN-транзистор. К его второй ножке — базе — подключаем маломощную кнопку. На кнопку с плюса питания подадим сигнал через резистор, который будет ограничивать силу тока базы. Первую ножку транзистора — эмиттер — подсоединим к минусу, поскольку именно минус питания будет пропускаться через транзистор. Третья ножка транзистора — коллектор — подключится к минусовому контакту светодиодной ленты.

Два контакта вставляем в линию питания, на них мы подадим 12 В с лабораторного блока. К светодиодной ленте плюс питания подключаем напрямую, а минус берем с выхода транзистора.

Готово. При нажатии на кнопку транзистор открывается и лента светится. При отпускании — лента гаснет. Таким способом через маленькую кнопку можно включить даже очень мощные устройства, главное подобрать нужный по характеристикам транзистор.

Если вам пришла в голову ошеломительная идея, как улучшить какое-то свое устройство – пожалуйста, у нас в магазине вы можете подобрать множество транзисторов под свою задачу! Все компоненты, которые мы использовали, можно купить в магазине.

2021-08-3016:07

Все о транзисторах для начинающих

Первым делом давайте вспомним, какой проводимости бывают биполярные транзисторы. Кто читал предыдущие статьи, думаю помнят, что транзисторы бывают NPN проводимости:. Рассмотрим вот такой рисунок:. Здесь мы видим трубу, по которой течет вода снизу вверх под высоким давлением.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Электроника от простого к сложному. Урок 2. Транзисторы. (PCBWay)

ЧТО ТАКОЕ ТРАНЗИСТОР


Условно биполярный транзистор можно нарисовать в виде пластины полупроводника с меняющимися областями разной проводимости, состоящие из двух p-n переходов. Причем крайние области пластины обладают проводимостью одного типа, а средняя область противоположного типа, каждая из областей имеет свой персональный вывод. В зависимости от чередования этих областей транзисторы бывают p-n-p и n-p-n проводимости, соответственно. А если взять и прикрыть одну любую часть транзисто, то у нас получится полупроводник с одним p-n переходом или диод.

Часть транзистора, назначением которой является инжекция носителей зарядов в базу называется эмиттером, и соответствующий p-n переход эмиттерным, а та часть элемента, назначение которой заключается в выводе или экстракции носителей заряда из базы, получила название коллектор, и p-n переход коллекторный. Общую зону назвали базой. Различие в обозначениях разных структур состоит лишь в направлении стрелки эмиттера: в p-n-p она направлена в сторону базы, а в n-p-n наоборот, от базы.

Я постарался в этом видео показать разницу в работе двух видов биполярных транзисторов. Я использовал доступные радиодетали, такие как светодиод и резистор для защиты , для демонстрации работы. В кпримера я использовал транзисторы типа 2n и bc Регулировал напряжение с помощью переменного резистора потенциометра. В начальный период развития полупроводниковой электроники их изготавливали только из германия по технологии вплавления примесей, поэтому их назвали сплавными.

Например, в основе кристалл германия и в него вплавляю маленькие кусочки индия. Атомы индия проникаю в тело германиевого кристалла, создают в нем две области — коллектор и эмиттер. Между ними остается очень тонкая в несколько микрон прослойка полупроводника противоположного типа — база.

А чтобы спрятать кристалл от света его прячут в корпус. На рисунке показано, что к металлическому диску приварен кристаллодержатель, являющийся выводом базы, а снизу диска имеется ее наружный проволочный вывод. С развитием электроники приступили к обработке кристаллов кремния, и изобрели кремниевые приборы, практически полностью отправившие на пенсию германиевые транзисторы.

Они способны работать с более высокими температурах, в них ниже значение обратного тока и более высокое напряжение пробоя. Основным методом изготовления является планарная технологи. У таких транзисторов p-n переходы располагаются в одной плоскости. Принцип метода основывается на диффузии или вплавлении в пластину кремния примеси, которая может быть в газообразной, жидкой или твердой составляющей.

При нагрева до строго фиксированной температуры осуществляется диффузия примесных элементов в кремний. В данном случае один из шариков создает тонкую базовую область, а другой эмиттерную. В результате в кремнии образуются два p-n перехода. По этой технологии производят в заводских условиях наиболее распространенные типы кремниевых транзисторов. Кроме того для изготовления транзисторных структур широко применяются комбинированные методы: сплавление и диффузия или различные варианты диффузии, например, двусторонняя или двойная односторонняя.

Проведем практический эксперимент, для этого нам потребуется любой транзистор и лампочка накаливания из старого фонарика и чуть-чуть монтажного провода для того, чтоб мы могли собрать эту схему. Лампочка светится потому, что на коллекторный переход поступает прямое напряжение смещения, которое отпирает коллекторный переход и через него течет коллекторный ток Iк. Номинал его зависит от сопротивления нити лампы и внутреннего сопротивления батарейки или блока питания.

Так как в области N основными носителями заряда являются электроны, они проходя потенциальный барьер p-n переход, попадают в дырочную область p-типа и становятся неосновными носителями заряда, где начинают поглощаться основными носителями дырками. Таким же и дырки из коллектора, стремятся попасть в область базы и поглощаются основными носителями заряда электронами.

Так как база к минусу источника питания, то на нее будет поступать множество электронов, компенсируя потери из области базы. А коллектора, соединенный с плюсом через нить лампы, способен принять такое же число, поэтому будет восстанавливаться концентрация дырок. Проводимость p-n перехода существенно возрастет и через коллекторный переход начнет идти ток коллектора Iк. И чем он будет выше, тем сильнее будет гореть лампочка накаливания. Аналогичные процесс протекают и в цепь эмиттерного перехода.

На рисунке показан вариант подключения схемы для второго опыта. Проведем очередной практический опыт и подключим базу транзистора к плюсу БП.

Лампочка не загорается, так как p-n переход транзистора мы подсоединили в обратном направлении и сопротивление перехода резко возросло и через него следует лишь очень маленький обратный ток коллектора Iкбо не способный зажечь нить лампочки.

Осуществим, еще один интересный эксперимент подключим лампочку в соответствии с рисунком. Лампочка не светится, давайте разберемся почему. Если приложено напряжение к эмиттеру и коллектору, то при любой полярности источника питания один из переходов будет в прямом, а другой в обратном включении и поэтому ток течь не будет и лампочка не горит.

Из структурной схемы очень хорошо видно, что эмиттерный переход смещен в прямом направлении и открыт и ожидает прием свободных электронов. Коллекторный переход, наоборот, подсоединен в обратном направлении и мешает попадать электронам в базу. Между коллектором и базой образуется потенциальный барьер, который будет оказывать току большое сопротивление и лампа гореть не будет.

Добавим к нашей схеме всего одну перемычку, которой соединим эмиттер и базу, но лампочка все равно не горит. Тут, в принципе, все понятно при замыкании базы и эмиттера перемычкой коллекторный переход превращается в диод, на который поступает обратное напряжение смещение.

Установим вместо перемычки сопротивление Rб номиналом — Ом, и еще один источник питания на 1,5 вольта. Минус его соединим через Rб с базой, а плюс с эмиттером. И свершилось чудо, лампочка засветилась. Лампа засветилась потому, что мы подсоединили дополнительный источник питания между базой и эмиттером, и тем самым подали на эмиттерный переход прямое напряжение, что привело к его открытию и через него потек прямой ток, который отпирает коллекторный переход транзистора.

Транзистор открывается и через него течет коллекторный ток Iк, во много раз превышающий ток эмиттер-база. И поэтому этому току лампочка засветилась. Если же мы изменим полярность дополнительного источника питания и на базу подадим плюс, то эмиттерный переход закроется, а за ним и коллекторный.

Через транзистор потечет обратный Iкбо и лампочка перестанет гореть. Основная функция резистора Rб ограничивать ток в базовой цепи. Если на базу поступит все 1,5 вольта, то через переход пойдет слишком большой ток, в результате которого произойдет тепловой пробой перехода и транзистор может сгореть. Для германиевых транзисторов отпирающее напряжение должно быть около 0,2 вольта, а для кремниевых 0,7 вольта. Обратимся к структурной схеме: При подаче дополнительного напряжения на базу открывается эмиттерный переход и свободные дырки из эмиттера взаимопоглощаются с электронами базы, создавая прямой базовый ток Iб.

Но не все дырки, попадая в базу, рекомбинируются с электронами. Так как, область базы достаточно узкая, поэтому лишь незначительная часть дырок поглощается электронами базы. Основной объем дырок эмиттера проскакивает базу и попадает под более высокий уровень отрицательного напряжения в коллекторе, и вместе с дырками коллектора текут к его отрицательному выводу, где и взаимопоглощается электронами от основного источника питания GB. Сопротивление коллекторной цепи эмиттер-база-коллектор резко падает и в ней начинает течь прямой ток коллектора Iк во много раз превышающий ток базы Iб цепи эмиттер-база.

Чем выше уровень отпирающего напряжения на базе, тем выше количество дырок попадает из эмиттера в базу, тем выше значение тока в коллекторе. И, наоборот, чем ниже отпирающее напряжение на базе, тем ниже ток в коллекторной цепи. В этих экспериментах начинающего радиолюбителя по принципам работы транзистора, он находится в одном из двух состояний: открыт или закрыт. Переключение его из одного состояния в другое осуществляется под действием отпирающего напряжения на базе Uб. Этот режим работы транзистора в электроники получил название ключевым.

Он используют в приборах и устройствах автоматики. При работе применяются малые токи в базовой цепи, управляющие большими токами в коллекторе. В этом заключается и отличие режима усиления от режима переключения, который лишь открывает или закрывает транзистор в зависимости от напряжения на базе.

Каждый полупроводниковый прибор — транзистор, имеет свое уникальное обозначение или маркировку, по которой можно его индитифицировать из кучи других радиокомпонентов. Транзистор это очень распространенный активный радиокомпонент, который попадается почти во всех схемах, и очень часто, особенно во время эксперементальных курсов по изучению азов электроники, он выходит из строя.

Поэтому без навыка проверки транзисторов, вам в электронику лучше не соваться. Вот и давайте разбираться, как проверить транзистор. Работа транзистора Полупроводниковые транзисторы делятся на биполярные и полевые. Первые гораздо более распространены в электронике. Поэтому начнем разбираться с работой биполярного транзистора именно с него.


Для начинающих. Транзистор

Транзисторы — это радиоэлектронные компоненты из полупроводникового материала, которые предназначены для преобразований, усилений и генерации электрических колебаний. Но всё же, как работает транзистор? Говоря простым языком с помощью транзистора можно управлять током. Транзисторами называются любые устройства, которое способно имитировать главные его свойства, а именно — изменять сигнал между двумя разными типами состояний при изменениях сигнала на управляющем электроде. Транзисторы бывают двух типов: полевые; биполярные.

О транзисторах для начинающих. Транзисторы. Когда говорят о транзисторах, то обычно имеют в виду биполярные транзисторы. Биполярные.

Как работает PNP транзистор

Тема в разделе » Схемотехника, компоненты, модули «, создана пользователем konbag , 27 дек Войти или зарегистрироваться. Искать только в заголовках Сообщения пользователя: Имена участников разделяйте запятой. Новее чем: Искать только в этой теме Искать только в этом разделе Отображать результаты в виде тем. Быстрый поиск. Не работает схема на транзисторе 2N Тема в разделе » Схемотехника, компоненты, модули «, создана пользователем konbag , 27 дек Метки: 2n нужна помощь. Добрый день! Купил первую часть деталей к книге Платта «Электроника для начинающих».

Работа транзистора

Транзисторы для начинающих. Месяц назад мы подробно обсудили входную цепи транзистора, база-эмиттер. Сегодня, конечно, мы будем изучать цепь коллектор-эмиттер. И, наконец, вы узнаете, как транзистор усиливает напряжение. Кроме того, в этом эпизоде, я делаю введение в очень сложные вопросы.

Приветствую вас дорогие друзья!

Несколько простых схем на КТ315

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Виды транзисторов и их применение.

Транзистор

Собрал очень простую схемку, светодиодной мигалки. Помню собирали такие еще в советских кружках. Дубликаты не найдены. Все комментарии Автора. КАК это всплывает в горячее? Мало того, что токоограничивающие резюки не стоят, мало того, что на устаревшей элементной базе, мало того, что PNP схематика, так ко всему нет даже описания как это работает и даже нет принципиальной схемы, которая родилась еще до моего дедушки.

Как работает PNP транзистор? В статье объясняется принцип работы транзистора PNP проводимости, а также различия от транзистора NPN.

Биполярный транзистор

Принцип полупроводникового управления электрическим током был известен ещё в начале ХХ века. Несмотря на то, что инженеры, работающие в областях радиоэлектроники, знали как работает транзистор, они продолжали конструировать устройства на основе вакуумных ламп. Причиной такого недоверия к полупроводниковым триодам было несовершенство первых точечных транзисторов. Семейство германиевых транзисторов не отличались стабильностью характеристик и сильно зависели от температурных режимов.

Как работает биполярный транзистор

Главная О сайте BEAM-робототехника BEAM-роботы Искусственная жизнь BEAM-философия Технологии и устройство Робототехника для начинающих Как сделать первого робота Несколько увлекательных экспериментов с первым самодельным роботом Основы Электроника для начинающих Электронные компонеты Резистор Конденсатор Диод Транзистор Светодиод Фототранзистор Основы электроники Алгебра логики Логическое сложение Логическое умножение Логическое отрицание Законы алгебры логики Логические элементы Логические микросхемы Схемы роботов Разработка схем роботов Математические методы Основы схемотехники Схема робота, ищущего свет Схема робота, избегающего препятствия Технологии Платформы Макетирование Монтаж BEAM-роботов Как сделать робота Как сделать простейшего робота в домашних условиях Как сделать простого робота на одной микросхеме Как создать робота с логической схемой Создание робота для поиска света с элементами логики Робот своими руками, избегающий препятствия Самодельный рисующий робот. Основы Транзистор. Биполярный транзистор. Как работает транзистор.

На фото справа вы видите первый работающий транзистор, который был создан в году тремя учёными — Уолтером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли.

Немного о транзисторах…

Сам транзистор — полупроводниковый прибор, в основном кристалл транзистора делают из кремния или германия. Транзисторы бывают двух видов — однополярные и двухполярные, соответственно полевые и биполярные. По проводимости тоже бывают двух видов — транзисторы прямой проводимости п — н — п и транзисторы обратной проводимости н — п — н. Н -П — от латыни негатив и позитив. На схемах легко можно отличить какой проводимости транзистор использован — если стрелка эмиттера входит в транзистор, значит он прямой проводимости, если же выходит из транзистора, значит транзистор имеет обратную проводимость тока. Для работы транзистора на базу подают маленький ток, впоследствии которого транзистор открывается и может пропустить более большой ток через эмиттер — коллектор, то есть подавая сравнительно маленький ток на базу мы можем управлять более большим токам. Иными словами, прилагая лёгкое усилие поворачивая водопроводный кран, мы управляем мощным потоком воды.

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация.


10 Классификация биполярных и полевых транзисторов

ТРАНЗИСТОРЫ

РАЗДЕЛ  5.

Классификация транзисторов по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, ввиду исходного полупроводникового материала находят отражение в системе условных обозначений их типов. В соответствии с возникновением новых классификационных групп транзисторов совершенствуется и система их условных обозначений, которая на протяжении последних 15 лет трижды претерпевала изменения.

Система обозначений современных типов транзисторов установлена отраслевым стандартом  ОСТ 11336.038-77, введен в действие с 1978 г. Базируется на ряде классификационных признаков.

В основу системы обозначений положен семизначный буквенно-цифровой код.

1-й элемент

Буквадля транзисторов широкого применения.

Цифра – для приборов, используемых в устройствах специального назначения.

Рекомендуемые файлы

Обозначает исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен транзистор.

Для германия и его соединений _______________________________ Г или 1

Для кремния и его соединений ________________________________К или 2

Для соединений галлия (арсенид галлия) для создания

полевых транзисторов _______________________________________А или 3

Для соединений индия (для производства транзисторов

пока не используется) _______________________________________ И или 4

2-й элемент – буква, определяющая подкласс транзистора:

для биполярных транзисторов ________________________________ Т

для полевых транзисторов ___________________________________  П

Для обозначения наиболее характерных эксплуатационных признаков транзисторов (их функциональных возможностей) используются следующие символы (цифры).

3-й элемент обозначает:

Для биполярных транзисторов:

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью не более

1 Вт и граничной частотой коэффициента передачи тока

(далее – граничной частотой) не более 30 МГц __________________________ 1

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью не более

1 Вт и граничной частотой более 30 МГц, но не более 300 МГц _____________ 2

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью не более

1 Вт и граничной частотой более 300 МГц ______________________________  4

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью более

1 Вт и граничной частотой не более 30 МГц _____________________________ 7

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью более 1 Вт

граничной частотой более 30 МГц, но не более 300 МГц ___________________ 8

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью более

1Вт и граничной частотой более 300 МГц _______________________________ 9

Для полевых транзисторов:

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью не более

1 Вт и максимальной рабочей частотой не более 30 МГц ___________________ 1

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью не более

1 Вт и максимальной рабочей частотой более 30 МГц,

но не более 300 МГц _________________________________________________ 2

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью не более

1 Вт и максимальной рабочей частотой более 300 МГц ____________________  4

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью более

1 Вт и максимальной рабочей частотой не более 30 МГц ___________________ 7

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью более

1 Вт и максимальной рабочей частотой более 30 МГц,

но не более 300 МГц _________________________________________________ 8

Для транзисторов с рассеиваемой мощностью более

1 Вт и максимальной рабочей частотой более 300 МГц ____________________ 9

4-й, 5-й, 6-й элементы – трехзначное число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа транзисторов (каждый технологический тип может включать в себя один или несколько типов, различающихся по своим параметрам). Для обозначения порядкового номера разработки используются числа 101 до 999.

6-й элемент обозначает – буква, условно определяющая классификацию по параметрам транзисторов, изготовленных по единой технологии (классификационная литера). Используются буквы русского алфавита от А до Я, кроме З, О, Ч.

Дополнительные элементы:

Буква С после 2-го элемента — для обозначения наборов в общем корпусе однотипных транзисторов (транзисторные сборки) не соединенных электрически.

Цифра, написанная через дефис после 7-го элемента — для обозначения  безкорпусных транзисторов соответствует следующим модификациям конструктивного исполнения:

С гибкими выводами без кристаллодержателя (подложки) ___________________ 1 

С гибкими выводами на кристаллодержателе (подложке) ____________________ 2

С жесткими выводами без кристаллодержателя (подложки) __________________ 3

С жесткими выводами на кристаллодержателе (подложке) ___________________ 4

С контактными площадками без кристаллодержателя (подложки) и без

выводов (кристалл) ____________________________________________________ 5

С контактными площадками на кристаллодержателе (подложке) и без

выводов (кристалл на подложке)_________________________________________ 6

Пример:

КТ2115А – 2  —  для устройств широкого применения кремниевый биполярный маломощный (Рмах 1 Вт) высокочастотный (30 МГц < f гр. 300 МГц) номер разработки 115, группа А, безкорпусный с гибкими выводами на кристаллодержателе.

2П7235Г —  для устройств специального назначения кремниевый полевой в корпусе, мощный (Рмах > 1 Вт), низкочастотный (f мах 30 МГц), номер разработки 235, группа Г.

ГТ4102Е —  для устройств широкого применения германиевый, биполярный в корпусе, маломощный (Рмах 1 Вт), СВЧ (300 МГц f гр.), номер разработки 102, группа Е.

Экскурс в историю

У биполярных транзисторов, разработанных до 1964г. и выпускаемых до настоящего времени, условные обозначения состоят из 3-х элементов:

1-й элемент:

Буква П —  характеризует класс биполярных транзисторов (от «полупроводники»).

Буквы МП —  для транзисторов в корпусе, который герметизируется способом холодной сварки.

2-й элемент:

Одно, двух и трехзначное число определяет порядковый номер разработки и указывает: на подкласс транзистора по исходному полупроводниковому материалу, значениям допустимой рассеиваемой мощности и граничной (или предельной) частоты.

Германиевые маломощные низкочастотные транзисторы ________________от 1 до 99

Кремниевые маломощные низкочастотные транзисторы _____________ от 101 до 199

Германиевые мощные низкочастотные транзисторы ________________  от 201 до 299

Кремниевые мощные низкочастотные транзисторы _________________ от 301 до 399

Германиевые высокочастотные и СВЧ маломощные транзисторы _____ от 401 до 499

Кремниевые высокочастотные и СВЧ маломощные транзисторы ______ от 501 до 599

Германиевые высокочастотные и СВЧ мощные транзисторы _________ от 601 до 699

Кремниевые высокочастотные и СВЧ мощные транзисторы __________ от 701 до 799

3-й элемент:

Буква определяет классификацию по параметрам транзисторов, изготовленных по единой технологии.

Пример: 

П29А – германиевый, маломощный, низкочастотный транзистор.

МП102 – кремниевый, маломощный, низкочастотный транзистор в холодносварном корпусе.

Начиная с 1964г. была введена новая система обозначений типов транзисторов (ГОСТ 10862-64 и ГОСТ 10862-72). Действовала до 1978г.

1-й элемент:

(исходный полупроводниковый материал)

Соединения германия_______________________________________________ Г или 1

Соединения кремния _______________________________________________ К или 2

Соединения арсенида галлия (для полевых транзисторов) ________________ А или 3

Соединения индия (пока в производстве транзисторов не используется) ____ И или 4

2-й элемент (подкласс транзисторов): 

Биполярный _______________________________________________________ Т

Полевой __________________________________________________________  П

3-й элемент:

Девять цифр (1 — 9). Характеризуют подклассы биполярных и полевых транзисторов по значениям рассеиваемой мощности и граничной (или для полевых транзисторов мах рабочей) частоты.

Транзисторы маломощные (РМАХ 0,3 Вт), низкочастотные (f 3 МГц)__________ 1

Транзисторы маломощные (Р 0,3 Вт), средней частоты (3 МГц < f ≤ 30 МГц) ___2

Транзисторы маломощные, высокочастотные (f > 30 МГц), СВЧ________________  3

Транзисторы средней мощности (0,3 Вт< РМАХ 1,5 Вт)_______________________ 4

Транзисторы средней мощности, средней частоты (3 МГц < f ≤ 30 МГц)_________ 5

Транзисторы средней мощности, высокочастотные, СВЧ_______________________ 6

Транзисторы большой мощности (РМАХ > 1,5 Вт), низкочастотные (f 3 МГц)____ 7

Транзисторы большой мощности средней частоты ____________________________ 8

Транзисторы большой мощности, высокочастотные и СВЧ _____________________ 9

4-й и 5-й элементы – порядковый номер разработки. Двузначное число от 01 до 99 (позднее и трехзначное число).

6-й элемент – квалификационная литера (буква от А до Я, кроме букв, по написанию совпадающих с числами О, Ч, З).

Дополнительные элементы обозначений

Для транзисторных сборок (после 2-го элемента обозначения) __________________ С

Для безкорпусных приборов цифры – модификация конструктивного

исполнения ____________________________________________________1, 2, 3, 4, 5, 6

Пример:

ГТ101А – для устройств широкого применения германиевый биполярный маломощный низкочастотный, в корпусе, номер разработки 01, группа А.

2Т399А

– кремниевый, для устройств широкого применения, биполярный, маломощный, СВЧ, в корпусе, номер разработки 99, группа А.

2Т399А-2 – кремниевый, для устройств широкого применения, биполярный, маломощный, СВЧ, безкорпусный с гибкими выводами на кристаллодержателе.

В системе условных обозначений типов транзисторов отображена очень важная информация: род исходного полупроводникового материала, рассеиваемая мощность, граничная частота, конструктивное исполнение, классификация по основному функциональному назначению.

Биполярные транзисторы в соответствии с основными областями применения подразделяются на 13 групп:

1. усилительные низкочастотные (f гр. < 30 МГц) с нормированным коэффициентом шума.

2. усилительные низкочастотные с ненормированным коэффициентом шума.

3. усилительные высокочастотные (30 МГц < f гр. ≤ 300 МГц) с нормированным коэффициентом шума.

4. усилительные высокочастотные с ненормированным коэффициентом шума.

5. СВЧ усилительные (300 МГц < f гр.) с нормированным коэффициентом шума.

6. СВЧ усилительные с ненормированным коэффициентом шума.

7. усилительные мощные высоковольтные.

8. высокочастотные генераторные.

9. СВЧ генераторные.

10.  переключательные маломощные.

11.  переключательные мощные высоковольтные.

12.  импульсные мощные высоковольтные.

13.  универсальные.

Полевые транзисторы по своему назначению делятся на три группы: усилительные, генераторные, переключательные.

По виду затвора и способу управления проводимостью канала полевые транзисторы делятся на четыре группы:

1. с затвором на основе p-n перехода.

2. с изолированным затвором (МДП — транзисторы), работающие в режиме обеднения.

3.  с изолированным затвором, работающие в режиме обогащения.

4. с двумя изолированными затворами, работающие в режим

Как устроен транзистор?

Автор: Камиль Г.

Как устроен Транзистор (физический аспект)

Купить транзисторы вы можете на Aliexpress оптом

Доброго времени суток. В своем блоге я перешел к рассмотрению транзистора по одной причине. В дальнейшем мы часто будем затрагивать радиоэлектронику, включая пайку схем. И знать как устроен транзистор, я считаю — это необходимо. Тем более в наше время транзисторы везде, во всех электронных приборах. На работе транзистора основаны процессоры, микросхемы и многое другое.

P.S. Также в скором будущем мы будем делать свой полноценный процессор, а точнее Битовый Сумматор, который без знания работы транзистора не представляет интереса.

Начнем…

Вот так выглядят транзистор

Состав транзистора — это кремниевые, реже германиевые пластины. Также производят из нитрида галлия(высокое качество, дорого в производстве). Полный список Вы можете найти в интернете.

Основной принцип работы транзистора прост: в одном случае транзистор пропускает ток, когда на Базу подается напряжение, в другом не пропускает, когда База остается нетронутой.

Схематичное представление транзистора

Сейчас все разберем по порядку. Транзисторы бывают полевыми (от слова поле) и Биполярными (Би — значит «2»). На рисунке выше изображен Биполярный транзистор. (Полярный разберем чуть позднее, но смысл у него тот же).

Биполярные транзисторы бывают n-p-n и p-n-p переходы (n — negative[электронный], p — positive [дырочный]). Для определенности рассмотрим n-p-n переход.

1. Из Базиса (области «p») электроны диффундируют (Диффузия) в области «n» слева и справа. Т.е. дырки в электронную, а электроны в дырочную. На границе между переходами образуется поле, создаваемое зарядами «+» и «-«. Таким образом, процесс диффузии останавливается и создается баланс между электронами и дырками.

2. Если к n и n частям подвести ток, то каким бы не было направление тока, он течь не будет(точнее будет, так как ничего идеального нет, но он будет ничтожно мал). Рассмотрим почему:

При подключении к ЭДС таким образом, как на рисунке (рассмотрим левую часть) ток начнет течь от «+» к «-«, т.е. дырки в левой «n» зоне начнут заполняться электронами, следовательно, в левой части «p» зоны появятся положительные ионы, которые создадут запирающее напряжение, и поэтому ток не пойдет. Т.е. наш ток от батареи пытается течь по часовой стрелки, а транзистор против часовой.

Конечно, если подать достаточно большое напряжение, то произойдет пробой, в результате чего ток потечет, но транзистор станет непригодным. Чтобы этого не произошло, надо читать инструкцию к транзистору, в котором написано максимальное работоспособное напряжение.

Аналогичная ситуация, если подсоединить батарею наоборот. Только тогда ток, создаваемый ЭДС потечет против ч.стрелки, а в транзисторе поле будет направлено в др сторону.

3. Теперь подключим к третьей ножке (Базе) ток.

В таком случае между n — p переходом исчезнет барьер и потечет ток, отсюда следует, что и у p — n перехода уйдет сдерживающее поле, тогда и по большой цепи, и по малой потекут электроны.

Полевой транзистор

Быстренька пройдемся по полевому транзистору.

1. У полевого транзистора также 3 части: Исток(откуда идут электроны), Сток(куда текут электроны), Затвор(пластина с электронными дырками).

Когда затвор не замкнут в цепи, то электроны могу спокойно течь против тока и никто им не мешает. (против, потому что ток течет от «+» к «-«, а электроны от «-» к «+»)

2. Если замкнуть затвор

На пластине затвора образуются избытки электронов. (Пластины обрамлены диэлектриком) Отсюда на нижней пластине — излишки положительных ионов, что препятствует протеканию тока. И только некоторым электронам это удается. Аналогично с биполярными транзисторами (БТ).

Надеюсь, я понятным языком объяснил, как устроены и как работают транзисторов. Как и всегда вы можете писать свои предложения и вопросы в комментариях.

П.С. Почему электроны, частицы несущие заряд, при протекании тока, идут от «-» к «+», а ток течет от «+» к «-» ?

Отв: Благодаря Лейденским ученым, Вольту и др. мы узнали о существовании тока, и когда его открыли, то предписали, что он течет от + к — (условно). Но электрон открыли гораздо позднее (1897г). А к моменту открытия тока, о частице несущей заряд не было известно.

Биполярный транзистор – основной прибор для усиления электрических сигналов

В развитии как отечественной, так и мировой электротехники и электроники ключевую роль сыграло такое полупроводниковое устройств, как биполярный транзистор.

Биполярный транзистор – прибор, имеющий в своем составе два взаимосвязанных p-n перехода и созданный на основе полупроводниковых материалов. Данный тип транзистора имеет от трех клемм. Усилительные характеристики, которыми обладает биполярный транзистор, объясняются на основе знаний об обогащении и обеднении пластинок полупроводника зарядами (проводятся процедуры инжекции и экстракции соответственно), а также законов электромагнетизма.

Сегодня существует два основных типа биполярных транзисторов, которые выделяются в зависимости от того, каким образом происходит чередование областей различного вида проводимости в используемом образце полупроводника: типы n-p-n и p-n-p. Преимуществ одного типа над другим выделить невозможно, т.к. различие между данными типами транзисторов заключается только в том, какая полярность внешнего источника питания подключается к той или иной клемме прибора.

Транзистор – биполярный прибор, состоящий из трех основных элементов: коллектора, эмиттера и базы. К каждому из элементов подключается, как правило, одна клемма.

Биполярные транзисторы часто классифицируют по рассеиваемой мощности, снимаемой с коллектора. По данному параметру приборы подразделяют на транзисторы малой мощности (около 0,3 Вт), средней (от 0,3 до полутора Вт) и большой (более 1,5 Вт). Иной принцип классификации транзисторов – по рабочему диапазону частот. При таком принципе разделения приборов выделяют устройства низких частот (до пяти МГц), средних частот (от 5 МГц до 35 МГц), высокочастотные (от 35 МГц до 350 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше 350 МГц) транзисторы.

Каждый биполярный транзистор получает маркировку в соответствии с принятыми государственными стандартами. Как правило, обозначение состоит из шести или семи символов (цифр или букв). В маркировке обязательно указывается тип материала, вид самого прибора, частотные характеристики и мощность устройства. Также по маркировке можно определить тип и порядковый номер разработки прибора. Таким образом, обозначение транзистора – это паспорт прибора, который раскрывает все ключевые характеристики устройства.

Выделяют четыре основных режима работы биполярного транзистора:

  • активный режим, при котором открывается переход на эмиттере и закрывается переход на коллекторе;
  • отсечка, при которой оба перехода (и эмиттер, и коллектор) закрываются и не пропускают ток в прямом направлении;
  • насыщение – режим, противоположный отсечке, при котором открываются переходы на коллекторе и эмиттере;
  • инверсия (инверсный режим) – фаза, когда коллекторный переход открывается, а эмиттер смещается в обратном направлении (не пропускает «прямой» ток).

В зависимости от того, какой из электродов (клемм) транзистора становится общим в каскадах усиления и для входного, и для выходного тока, выделяют три основных типа включения устройства в цепь: биполярный транзистор с общим эмиттером, коллектором или базой. В зависимости от того, какой тип включения устройства используется в том или ином каскаде, можно использовать различные преимущества транзистора.

В заключение отметим, что сегодня биполярные транзисторы получили широкое распространение в электротехнике и аналоговой электронике. Данные устройства используются в различных каскадах усиления, без них не было бы возможности создать операционный усилитель – устройство, которое позволило создать переход от аналоговой к цифровой схемотехнике. Поэтому биполярный транзистор можно считать одним из фундаментальных полупроводниковых устройств, положивших основу развитию современной электротехнике.

Что такое транзистор? | Живая наука

Транзисторы — это крошечные переключатели, которые могут активироваться электрическими сигналами. Они являются основными строительными блоками микрочипов и примерно определяют разницу между электрическими и электронными устройствами. Они проникают во многие аспекты нашей повседневной жизни, от пакетов из-под молока до ноутбуков, демонстрируя, насколько они полезны.

Как работает транзистор?

Традиционный механический переключатель включает или отключает подачу электроэнергии путем физического соединения (или отключения) двух концов провода.В транзисторе сигнал говорит устройству либо проводить, либо изолировать, тем самым разрешая или запрещая поток электричества. Это свойство действовать как изолятор в одних обстоятельствах и как проводник в других является уникальным для особого класса материалов, известных как «полупроводники».

Прежде чем мы углубимся в секрет того, как работает это поведение и как его использовать, давайте немного поймем, почему эта триггерная способность так важна.

Использование сигнального переключателя

Первыми сигнальными переключателями были реле.Реле использует электромагнит для переключения магнитного переключателя. Здесь мы видим два типа реле: в одном сигнал включает переключатель; другой, где сигнал выключает переключатель:

Реле (Изображение предоставлено Робертом Кулманом)

Чтобы понять, как переключатели, запускаемые сигналом, позволяют выполнять вычисления, сначала представьте себе батарею с двумя переключателями и светом. Есть два способа подключить их. В последовательном соединении оба переключателя должны быть включены, чтобы свет загорелся. Это называется поведением «логическое И»:

Переключатель «логическое И» (Изображение предоставлено Робертом Кулманом)

Параллельно один или оба переключателя должны быть включены, чтобы свет включился.Это называется поведением «логическое ИЛИ»:

Переключатель «логическое ИЛИ» (Изображение предоставлено Робертом Кулманом)

Что, если мы хотим, чтобы свет включал на , если либо включен, но выключен , если оба переключателя или вкл? Такое поведение называется «логическое XOR» для «исключающего ИЛИ». В отличие от AND и OR, невозможно добиться поведения XOR с помощью переключателей включения/выключения… то есть, если у нас нет каких-либо средств запуска переключателя сигналом от другого переключателя.Вот релейная схема, которая выполняет поведение XOR:

Переключатель «логического XOR» (Изображение предоставлено Робертом Кулманом)

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

За счет обратной петли сигналов некоторые виды памяти также становятся возможными благодаря переключателям, запускаемым сигналом. Хотя этот метод хранения информации уступил место магнитным и оптическим носителям, он по-прежнему важен для некоторых современных компьютерных операций, таких как кэширование.

Релейные компьютеры

Хотя реле использовались с момента открытия электромагнита в 1824 году, особенно после изобретения телеграфа в 1837 году, они не использовались для вычислений до 20-го века.Известные релейные компьютеры включали Z1–Z3 (1938–1941) и Harvard Marks I и II (1944 и 1947). Проблема с реле заключается в том, что их электромагниты потребляют много энергии, и вся эта потраченная впустую энергия превращается в тепло. Для этого релейные компьютеры нуждаются в интенсивном охлаждении. Кроме того, реле имеют движущиеся части, поэтому они подвержены поломке.

Вакуумные лампы

Преемником реле стала вакуумная лампа. Вместо того, чтобы полагаться на магнитный переключатель, эти трубки полагались на «термоэлектронный эффект» и напоминали тусклые лампочки.Вакуумные лампы разрабатывались параллельно с лампочками на протяжении 19 века и впервые были использованы в усилительной схеме в 1906 году. Хотя в них не было движущихся частей, их нити накала работали только до перегорания, а их герметичная стеклянная конструкция была подвержена другим повреждениям. средство неудачи.

Понять, как усиливает звук вакуумная лампа, так же просто, как понять, что динамик — это не более чем кусок ткани, который двигается вперед и назад в зависимости от того, включены или выключены провода за ним.Мы можем использовать маломощный сигнал для работы с очень большим динамиком, если подадим сигнал на переключатель, запускаемый сигналом. Поскольку электронные лампы работают намного быстрее, чем реле, они могут соответствовать частотам включения и выключения, используемым в человеческой речи и музыке.

Первым программируемым компьютером, использующим электронные лампы, был Colossus 1943 года, созданный для взлома кодов во время Второй мировой войны. В нем было более 17 000 трубок. Позже ENIAC 1946 года стал первым электронным компьютером, способным решать большой класс численных задач, также имеющим около 17 000 ламп.В среднем одна трубка выходила из строя каждые два дня, и на ее поиск и замену уходило 15 минут.

Наконец-то транзисторы!

Транзисторы (сочетания « trans mitter» и «res istor ») основаны на причуде квантовой механики, известной как «электронная дырка». Дырка — это отсутствие электрона в месте, где он мог бы существовать в полупроводниковом материале. При подаче электрического сигнала на транзистор создаются электрические поля, которые заставляют дырки и электроны поменяться местами.Это позволяет областям транзистора, которые обычно изолируют, проводить (или наоборот). Все транзисторы полагаются на это свойство, но разные типы транзисторов используют его по-разному.

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

Точечные транзисторы вскоре были заменены транзисторами с «биполярным переходом» (BJT) и транзисторами с «полевым эффектом» (FET). И BJT, и FET полагаются на практику, известную как «допинг». Легирование кремния бором создает материал с большим количеством электронных дырок, известный как кремний «P-типа». Точно так же легирование кремния фосфором создает материал с большим количеством электронов, известный как кремний «N-типа». BJT состоит из трех чередующихся слоев кремния, поэтому имеет конфигурацию «PNP» или «NPN».Полевой транзистор изготавливается путем вытравливания двух лунок одного типа кремния в канал другого, поэтому он имеет либо «n-канальную», либо «р-канальную» конфигурацию. PNP-транзисторы и n-канальные транзисторы функционируют аналогично реле и лампам «сигнал включает включение»; Точно так же NPN-транзисторы и p-канальные транзисторы функционируют аналогично реле и лампам «сигнал выключает».

Транзисторы были гораздо более изучены, чем электронные лампы; настолько, что ни одна технология еще не превзошла их; они все еще используются сегодня.

Интегральные схемы и закон Мура

Первый транзисторный компьютер был построен в 1953 году Манчестерским университетом с использованием 200 транзисторов с точечным контактом, что во многом напоминает более ранние релейные и ламповые компьютеры. Этот стиль подключения отдельных транзисторов вскоре вышел из практики благодаря тому факту, что биполярные и полевые транзисторы можно изготавливать в интегральных схемах (ИС). Это означает, что один блок кристаллического кремния можно обрабатывать особым образом, чтобы вырастить несколько транзисторов с уже установленной проводкой.

Первая ИС была сконструирована в 1971 году. С этого года транзисторы становились все меньше и меньше, так что количество транзисторов, вмещаемых в ИС, удваивалось примерно каждые два года. Эта тенденция получила название «Закон Мура». В промежутке между тем и сегодня компьютеры практически проникли в современную жизнь. ИС, произведенные в 2013 году (в частности, центральные процессоры для компьютеров), содержат примерно 2 миллиарда транзисторов размером 22 нанометра каждый. Закон Мура, наконец, перестанет действовать, когда транзисторы нельзя будет уменьшить.Предполагается, что эта точка будет достигнута, когда размер транзисторов достигнет примерно 5 нм примерно в 2020 году.

Что такое транзистор? — Определение, функции и использование — Видео и стенограмма урока

Типы транзисторов

В зависимости от того, где на полупроводнике расположены три вывода транзистора, у нас может быть либо транзистор npn, либо транзистор pnp. В символе транзистора стрелка между эмиттером и базой указывает направление протекания тока.

обозначения транзисторов npn и pnp

Последовательность легированных областей в транзисторе pnp :

  • коллектор р-области
  • n-регион база
  • эмиттер p-региона

Последовательность легированных областей в транзисторе npn :

  • коллектор n-области
  • р-регион база
  • эмиттер n-региона
Блок-схемы транзисторов npn и pnp

Состав транзисторов

Мы можем думать о транзисторе как о двух диодах, направленных либо друг к другу, либо в разные стороны.

транзисторы npn и pnp с использованием диодов

Прежде чем мы углубимся в их значение, давайте на минутку познакомимся с терминологией, используемой для описания диодов.

  • Электроны — Отрицательно заряженные носители тока
  • Отверстия — Положительно заряженные носители тока
  • Ток — Результат потока заряженных носителей — как дырок, так и электронов
  • Легирование — Добавление примесей в полупроводник для формирования областей, богатых электронами или дырками — в полупроводник добавляются либо доноры электронов (например, фосфор), либо акцепторы электронов (например, бор).
  • n-область — Отрицательно заряженная область полупроводника, в которую добавляются атомы-доноры электронов, так что имеется дополнительный электрон, который может свободно улетать на каждый атом-донор
  • р-область — Положительно заряженная область полупроводника, в которую добавлены электронные акцепторные атомы, так что на каждый акцепторный атом создается дополнительное пространство или дырка
  • pn-переход — область, где p- и n-области встречаются, позволяя электронам и дыркам диффундировать через
Вверху: p-n переход диода; Внизу: символ диода
  • Смещение — Процесс добавления внешнего источника напряжения, чтобы диод вел себя определенным образом
  • С прямым смещением — Подключение источника напряжения таким образом, что его положительный вывод соединяется с p-областью, а отрицательный вывод — с n-областью диода; напряжение больше на конце по сравнению с заостренным концом диода символ
  • С обратным смещением — Подключение источника напряжения таким образом, что его положительный вывод соединяется с n-областью, а отрицательный вывод — с p-областью диода; напряжение выше на заостренном конце по сравнению с задним концом диода символ

Поскольку число электронов и дырок в p-n-переходах разное, они пытаются диффундировать по градиенту концентрации из одной области в другую.Эта диффузия продолжается до тех пор, пока с обеих сторон не будет равного количества каждого вида, состояние, называемое равновесием.

Режимы работы транзисторов

Что делает транзисторы действительно полезными, так это то, что мы можем тщательно откалибровать их так, чтобы электроны и дырки двигались так, как нам нужно. Существует четыре различных режима работы транзистора:

  • Насыщение — И переход эмиттер-база, и переход коллектор-база смещены в прямом направлении.Транзистор становится коротким замыканием.
  • Отсечка — И переход эмиттер-база, и переход коллектор-база смещены в обратном направлении. Транзистор становится разомкнутой цепью.
  • Активный в прямом направлении — Переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база — в обратном направлении.
  • Обратно-активный — Переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, а переход коллектор-база смещен в прямом направлении.

В прямом и обратном режимах ток, протекающий от эмиттера к коллектору, пропорционален току, протекающему в базу.

Использование транзисторов

Транзисторы являются основой современной электроники. Например, усовершенствованная интегральная схема может иметь миллионы таких элементов, чтобы увеличить вычислительную мощность компьютера. В цифровых логических схемах транзистор используется для переключения между стадиями ВКЛ/ВЫКЛ, в зависимости от того, находится ли транзистор в режиме полного насыщения или в режиме отсечки соответственно.

Мощный транзистор в усилителе звука

Транзисторы также используются для усиления слабых сигналов, включая ток, напряжение и мощность, путем смещения их в режим прямого действия и наложения слабых синусоидальных сигналов на сигналы постоянного тока (DC).Существуют однотранзисторные усилители, а также многокаскадные транзисторы, в схеме которых используется несколько транзисторов.

Краткий обзор урока

Транзисторы являются мощными устройствами благодаря их способности управлять током, протекающим по цепи, который генерируется потоком электронов и дырок. Есть два типа: npn (отрицательный положительный отрицательный) и pnp (положительный отрицательный положительный). С помощью внешних источников напряжения между тремя клеммами — эмиттер , излучающий ток; коллектор , собирающий ток; и база , которая является промежуточной областью — транзисторы могут иметь прямое или обратное смещение в четырех режимах работы:

  • Насыщение — И переход эмиттер-база, и переход коллектор-база смещены в прямом направлении для создать короткое замыкание.
  • Отсечка — И переход эмиттер-база, и переход коллектор-база смещены в обратном направлении для создания разомкнутой цепи.
  • Активный в прямом направлении — Переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база — в обратном направлении.
  • Обратно-активный — Переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, а переход коллектор-база смещен в прямом направлении.

Транзисторы являются неотъемлемой частью современной электроники, и их можно найти миллионы в интегральных схемах процессоров.Они в основном используются для усиления сигнала путем наложения слабых сигналов на сигналы постоянного тока, а также в коммутационных приложениях путем создания коротких замыканий.

Что такое характеристики транзистора? (с картинками)

Транзисторы — это компоненты электронных устройств, которые контролируют и усиливают поток электричества в устройстве и считаются одним из самых важных изобретений в развитии современной электроники. Важные характеристики транзистора, влияющие на его работу, включают коэффициент усиления, структуру и полярность транзистора, а также конструкционные материалы.Характеристики транзистора могут сильно различаться в зависимости от назначения транзистора.

Транзисторы полезны, потому что они могут использовать небольшое количество электричества в качестве сигнала для управления потоком гораздо большего количества.Способность транзистора делать это называется коэффициентом усиления транзистора, который измеряется как отношение выходного сигнала транзистора к входному сигналу, необходимому для создания этого выходного сигнала. Чем выше выход по отношению к входу, тем выше коэффициент усиления. Это отношение может быть измерено с точки зрения мощности электричества, напряжения или тока. Усиление уменьшается по мере увеличения рабочей частоты.

Характеристики транзистора зависят от состава транзистора.Общие материалы включают полупроводники кремний, германий и арсенид галлия (GaAs). Арсенид галлия часто используется для транзисторов, работающих на высоких частотах, потому что его электронная подвижность, скорость, с которой электроны движутся через полупроводниковый материал, выше. Он также может безопасно работать при более высоких температурах в кремниевых или германиевых транзисторах. Кремний имеет более низкую подвижность электронов, чем другие материалы для транзисторов, но широко используется, потому что кремний недорог и может работать при более высоких температурах, чем германий.

Одной из наиболее важных характеристик транзистора является конструкция транзистора.Биполярный переходной транзистор (BJT) имеет три вывода, называемые базой, коллектором и эмиттером, при этом база находится между коллектором и эмиттером. Небольшие количества электричества перемещаются от базы к эмиттеру, а небольшое изменение напряжения вызывает гораздо большие изменения в потоке электричества между слоями эмиттера и коллектора. Биполярные транзисторы называются биполярными, поскольку в качестве носителей заряда они используют как отрицательно заряженные электроны, так и положительно заряженные электронные дырки.

В полевом транзисторе (FET) используется только один тип носителей заряда.Каждый полевой транзистор имеет три полупроводниковых слоя, называемых затвором, стоком и истоком, которые аналогичны базе, коллектору и эмиттеру биполярных транзисторов соответственно. Большинство полевых транзисторов также имеют четвертый вывод, называемый корпусом, объемом, основанием или подложкой. Использует ли полевой транзистор электроны или электронные дырки для переноса зарядов, зависит от состава различных слоев полупроводника.

Каждый полупроводниковый вывод в транзисторе может иметь положительную или отрицательную полярность, в зависимости от того, какими веществами был легирован основной полупроводниковый материал транзистора.При легировании N-типа добавляются небольшие примеси мышьяка или фосфора. Каждый атом легирующей примеси имеет пять электронов на внешней оболочке. Внешняя оболочка каждого атома кремния имеет только четыре электрона, поэтому каждый атом мышьяка или фосфора обеспечивает избыточный электрон, который может двигаться через полупроводник, придавая ему отрицательный заряд. При легировании P-типа вместо этого используется галлий или бор, оба из которых имеют три электрона на внешней оболочке. Это дает четвертому электрону внешней оболочки атомов кремния не с чем связываться, создавая соответствующие носители положительного заряда, называемые электронными дырками, в которые могут двигаться электроны.

Транзисторы также классифицируются по полярности компонентов. В NPN-транзисторах средний вывод — база в биполярных транзисторах и затвор в полевых транзисторах — имеет положительную полярность, а два слоя по обе стороны от него — отрицательную.В PNP-транзисторе все наоборот.

Что такое транзистор — javatpoint

Транзистор — это своего рода полупроводниковое устройство, которое, сокращение от сопротивления передачи, регулирует или контролирует электрический сигнал, такой как ток или напряжение.23 декабря 1947 года он был разработан тремя американскими физиками Уильямом Шокли, Уолтером Браттейном и Джоном Бардином. Как правило, это переключающее устройство или миниатюрное устройство, используемое для передачи слабого сигнала из цепи с коротким сопротивлением в цепь с высоким сопротивлением. Это компонент, который состоит из полупроводников. На рисунке ниже показан пример транзистора.

В большинстве электронных устройств транзистор является одним из ключевых компонентов и генерирует двоичные биты 0 и 1, которые используются компьютером для установления связи, а также для работы с булевой логикой.В истории науки одним из важнейших изобретений считается транзистор, формирующий логические элементы при размещении в различных конфигурациях. Эти вентили объединяются в полные сумматоры или в массивы, известные как полусумматоры. Два PN-диода включены в транзистор, который включен встречно-параллельно.

Транзистор состоит из трех выводов: входного, выходного и управляющего переключения. Название трех выводов, содержащихся в транзисторе, — это эмиттер, база и коллектор.

Названия этих выводов указаны на основе общего вывода транзистора. Он широко встраивается в интегральные схемы или встречается в печатных платах в виде дискретных частей. Для современных электронных устройств это важный структурный блок. Легирование — химический процесс, используемый для создания транзисторов, при котором дополнительный положительный заряд (P-тип) или дополнительный отрицательный заряд (N-тип) приобретается полупроводниковым материалом. Для этого используются две конфигурации PNP или NPN со средним материалом, который служит основой или регулятором потока.Через весь компонент большое количество электричества протекает при небольшом изменении напряжения или тока в среднем базовом слое, который можно использовать в качестве усилителя.

Детали транзистора

Транзистор состоит из выводов или трех слоев полупроводниковых материалов, которые позволяют проводить ток и устанавливать соединение с внешней цепью. С помощью других пар клемм ток регулируется напряжением. Транзистор имеет три вывода, которые выглядят следующим образом:

  • База: Основная функция базовой клеммы — активировать транзистор, который образует две цепи; выходная цепь коллекторная и входная с эмиттерной.Для его изготовления используются тонкие слои, которые представляют собой среднюю часть транзистора. Низкое сопротивление цепи обеспечивается цепью эмиттер-база, смещенной в прямом направлении. Более высокое сопротивление цепи обеспечивает переход коллектор-база, расположенный в противоположном смещении.
  • Коллектор: Это левая часть диода и положительный вывод транзистора. Удаление большинства зарядов от соединения с базой является основной функцией коллектора.
  • Эмиттер: Эмиттерный диод — это правая часть диода, который работает для большого сектора основного носителя траста. Это отрицательный вывод транзистора, который служит основным носителем заряда для базы.

Символы транзисторов

Транзистор NPN и транзистор PNP представляют собой два типа транзисторов. Точно так же транзистор, который имеет два слоя материала P-типа и один слой материала N-типа, называется транзистором PNP.На приведенном ниже рисунке представлены символы транзисторов NPN и PNP. Символ стрелки описывает протекание тока эмиттера при прямом смещении, которое реализуется на переходе эмиттер-база. Путь тока является основным отличием транзисторов PNP и NPN.

В соединении NPN условный ток вытекает из эмиттера, как указано с помощью отходящей стрелки на рисунке. Точно так же в соединении PNP обычный ток течет в эмиттер; это видно на рисунке, который представлен стрелкой внутрь.

Типы транзисторов

Транзисторы в основном бывают двух типов в зависимости от того, как они используются в схеме, а именно:

Биполярный переходной транзистор (BJT)

Биполярные переходные транзисторы

— это типы транзисторов, которые состоят из выводов, базы, эмиттера и коллектора. Он считается токоуправляемым устройством. Гораздо большим током, протекающим между выводами коллектора и эмиттера, можно управлять с помощью небольшого тока, поступающего в базовую область транзистора.Кроме того, BJT (транзистор с биполярным переходом) имеет два других основных типа: транзистор PNP и транзистор NPN, которые обсуждаются ниже:

  • PNP-транзистор: Другой тип транзисторов с биполярным переходом, который состоит из двух полупроводниковых материалов p-типа, где материал n-типа введен или помещен между ними. А для разделения этих материалов используется тонкий полупроводниковый слой n-типа. Два последовательно соединенных кварцевых диода содержат PNP-транзистор. Кроме того, в такой конфигурации устройство управляет протеканием тока.Левая сторона диодов в этом транзисторе известна как диод эмиттер-база, а правая сторона диодов известна как диод коллектор-база.
    В PNP-транзисторах электроны являются неосновными носителями заряда, а дырки — основными носителями заряда. Функция символа стрелки в этом транзисторе состоит в том, чтобы указать обычный ток. В этом транзисторе ток течет от вывода эмиттера к выводу коллектора. Ниже приведено изображение, которое представляет транзистор PNP с символом.
  • Транзистор NPN: Один из других типов транзисторов с биполярным переходом (BJT), который широко используется в схемах и состоит из тонкого слоя полупроводника p-типа между двумя материалами n-типа. Основная функция транзистора NPN заключается в преобразовании слабых сигналов в сильные. В NPN-транзисторе ток перемещается в транзисторах, когда электроны переходят из области эмиттера в область коллектора. По сравнению с подвижностью дырок подвижность электронов выше у NPN-транзисторов; следовательно, они широко используются в настоящее время.На рисунке ниже NPN-транзистор обозначен символом.

Полевой транзистор

Три вывода, затвор, исток и сток, используются для создания полевых транзисторов (FET). Такие транзисторы считаются устройствами, управляемыми напряжением. Терминал затвора управляет током между истоком и стоком. P-канальный полевой транзистор или N-канальный полевой транзистор в этом транзисторе используются для проводимости.

Величина импеданса цепи обратно пропорциональна току согласно закону Ома.Это означает, что ток очень низкий, если импеданс высок. Таким образом, от источника питания схемы полевые транзисторы потребляют очень мало тока. На изображении ниже изображен полевой транзистор.

Таким образом, исходные силовые элементы схемы, которые подключены к транзисторам, не возмущаются транзисторами. По сравнению с биполярными транзисторами полевые транзисторы не обеспечивают высокого усиления, которое является основным ограничением полевых транзисторов.

Полевые транзисторы

имеют преимущества, такие как меньшая нагрузка, простота изготовления и дешевизна.Однако биполярные транзисторы лучше с точки зрения большего усиления. JFET и MOSFET являются основными типами полевых транзисторов (FET). Хотя MOSFET и JFET очень близки друг к другу, MOSFET имеют более высокие значения входного импеданса по сравнению с JFET. FET включает в себя некоторые функции, которые обсуждаются ниже:

  • Этот транзистор имеет высокое входное сопротивление, через которое будет протекать входной ток из-за обратного смещения.
  • В полевом транзисторе носители заряда отвечают за передачу либо электронов, либо дырок, что делает его униполярным.
  • Иногда этот транзистор называют устройством, управляемым напряжением; это происходит, когда входное напряжение затвора управляет напряжением o/p полевого транзистора.
  • По сравнению с биполярными транзисторами, полевые транзисторы имеют меньший уровень шума, так как в дорожке проводимости отсутствуют переходы.
  • Коэффициент усиления представляет собой соотношение изменения входного напряжения и изменения выходного тока; следовательно, это можно сделать с помощью крутизны.

Некоторая разница между FET и BJT

  • Биполярный транзистор — биполярное устройство, тогда как полевой транзистор — униполярное устройство.
  • BJT — это устройство, управляемое током, а FET — устройство, управляемое напряжением.
  • По сравнению с биполярными транзисторами полевые транзисторы имеют меньший уровень шума.
  • Термическая стабильность FET высокая, а BJT низкая.
  • Характеристика усиления BJT может быть выполнена через усиление по напряжению, тогда как в FET с помощью крутизны.

Рабочий транзистор

Обычно транзисторы изготавливаются из кремния, поскольку он имеет больший ток, высокое номинальное напряжение и меньшую температурную чувствительность.Базовый ток определяется секцией эмиттер-база, находящейся в прямом смещении, которая движется через базовую область. Базовый ток имеет очень маленькую величину. Базовый ток отвечает за создание дырки в базовой области или за перенос электронов в коллекторную область.

По сравнению с эмиттером транзисторы имеют меньшее количество электронов, так как база транзистора слабо легирована и очень тонкая. Несколько электронов эмиттера перемещаются в область коллектора. Следовательно, можно сказать, что за счет изменения области базы достигается большой ток коллектора.

История транзистора

Важнейшим компонентом электронного устройства является транзистор, который управляет электрическим сигналом, таким как ток или напряжение. Хотя вакуумная лампа была разработана эксцентричным американским изобретателем Ли Де Форестом в 1906 году, она потребляла много электроэнергии и была громоздкой. Кроме того, транзистор был подходящим решением для работы с электроникой, поскольку он потребляет гораздо меньше энергии и имеет небольшие размеры по сравнению с электронными лампами.

Во время войны команда сделала радары возможными, используя некоторые достижения в исследованиях полупроводников.

23 декабря 1947 года транзистор был разработан тремя американскими физиками Уильямом Шокли, Уолтером Браттейном и Джоном Бардином и успешно продемонстрирован в Bell Laboratories в Мюррей-Хилл, штат Нью-Джерси. Однако, по сравнению с двумя другими, Уильям Шокли сыграл важную или совсем другую роль в процессе разработки транзистора. Более десяти лет Шокли работал над проектом такого типа. Хотя у него была возможность успешно разработать теорию, он мог быть не в состоянии построить работающую модель после восьми лет практики.

Чтобы заняться проектированием и разработкой, были вызваны Бардин и Браттейн. И создали «точечный» транзистор. Но биполярный транзистор был разработан Шокли, который заменил транзистор с точечным контактом, и он превосходил его. Таким образом, Шокли сыграл большую роль в изобретении транзистора. докторскую степень по квантовой физике.В 1936 году он начал работать над основами транзистора, теории физики твердого тела.Тонкая проволока была включена в детекторы сигналов, содержащиеся в ранних радиоприемниках, которые сталкивались с кристаллом галенита. Эта тонкая проволока была известна как кошачий ус. Однако эти ранние радиоприемники не могли работать последовательно. Но он был основой для «точечного» транзистора, по которому работал детектор кристалла.

В первом транзисторе Браттейн и Бардин использовали вместо галенита германий. Однако они использовали похожие кошачьи усы. Биполярный транзистор, разработанный Шокли, устранил проблемные точечные контакты

.

В 1954 году компания Texas Instruments из Далласа впервые начала коммерческое производство переходных транзисторов для портативных радиоприемников.В том же 1954 году IBM объявила, что планирует заменить электронные лампы на транзисторы в своих компьютерах, и представила свой первый компьютер с 2000 транзисторами. Производство транзисторов также было начато японской компанией Sony, которая доминировала на рынке. Вместо электронных ламп Sony начала производить телевизоры с использованием транзисторов в 1960-х годах. И транзисторы заменили электронные лампы, и почти технология электронных ламп устарела.По состоянию на 2016 год самый мощный компьютерный процессор может содержать более семи миллиардов транзисторов.

Преимущества и недостатки транзисторов

В таблице ниже приведены преимущества и недостатки транзистора.

ПРЕИМУЩЕСТВА НЕДОСТАТКИ
  • Выходной импеданс транзистора является самым низким для усилителя BJT с общим коллектором, а его входной импеданс является самым высоким.
  • Он потребляет очень низкое напряжение и используется в качестве источника тока с регулируемым током.
  • Имеет более длительный срок службы и может выдерживать механическую вибрацию.
  • Стоимость его не сильно высока, да и размер небольшой.
  • В транзисторе нагрев катода не потребляет мощность.
  • Точку выхода из строя транзистора трудно отследить из-за его малых размеров. Кроме того, их нелегко отпаять и заменить новыми.
  • Технология изготовления транзисторов очень сложна.
  • Из-за второй поломки или термальной ВПП его можно легко повредить.
  • Более того, реверсивная блокирующая способность очень мала.

Транзисторы с биполярным соединением: что они из себя представляют и что делают

Сказать, что многие легкие и недорогие электронные устройства, которыми мы ежедневно пользуемся, воспринимаются как нечто само собой разумеющееся, значит не сказать ничего. Однако многое из того, что мы используем и чем наслаждаемся, было бы невозможно без разработки и внедрения транзистора с биполярным переходом (BJT). Изобретенные в 1947 году Уильямом Шокли, BJT были неотъемлемыми компонентами современных вычислительных технологий, от компьютерной памяти до микропроцессоров и многого другого.

Давайте углубимся в то, что такое BJT, для чего они используются и как они изменили мир электроники.

Что такое биполярный транзистор?

В отличие от униполярных транзисторов, которые используют только один тип носителей заряда, транзистор BJT использует как электроны, так и отсутствие электронов, известное как электронная дырка, для переноса заряда. Дыры в проводящем материале остаются, когда электрон переходит из своего текущего состояния в более высокое. Эти дырки могут двигаться сквозь материал подобно электронам и вести себя как положительно заряженные частицы.Когда небольшой ток подается на один из выводов биполярного транзистора, это позволяет транзистору эффективно управлять гораздо большим током между эмиттером и коллектором, что, в свою очередь, позволяет усилить или переключить ток. Проще говоря, подумайте о биполярном транзисторе как о регуляторе тока.

Несмотря на то, что биполярные транзисторы содержат три вывода (база, эмиттер и коллектор), для описания этого типа транзистора используется термин «биполярный», поскольку в нем используются два разных типа полупроводникового материала (один положительно заряженный, а другой конечно, то есть отрицательно заряженный, но об этом позже).В то время как биполярные транзисторы обычно содержат кремний (который заменил германий в качестве предпочтительного материала транзистора в 1960-х годах из-за его превосходной термической стабильности) в качестве основного материала, примеси могут быть добавлены с помощью процесса, известного как «легирование», чтобы получить различные слои транзистора. вести себя как требуется.

Основные области применения BJT

Хотя оригинальной технологии уже почти 70 лет, биполярные транзисторы по-прежнему широко используются для усиления и коммутации сигналов.В цифровых схемах они используются для усиления радиочастот и переключения больших токов.

При работе с высокоскоростной цифровой логикой биполярные транзисторы часто сочетаются с полевыми транзисторами на основе оксидов металлов и полупроводников (известными как MOSFET-транзисторы). Эти транзисторы жизненно важны для использования радиочастот и являются неотъемлемыми компонентами микросхем высокого класса.

Возможно, для тех, кто имеет склонность к теоретической физике и исследованию космоса, более интересным будет то, что биполярные транзисторы в сочетании с полевыми МОП-транзисторами позволяют использовать транзисторы Шокли в ускорителях частиц.Эти ускорители открывают тайны Вселенной в относительно чистом производстве энергии, обеспечиваемой ядерными реакторами, и через множество спутников на орбите вокруг Земли и за ее пределами.

Вернувшись на Землю, транзисторы с биполярным переходом составляют основу многих коммерчески доступных электронных усилителей и датчиков температуры, используемых во многих различных отраслях. Эти типы транзисторов также используются для сжатия сигналов, чтобы их могли обрабатывать схемы без биполярных транзисторов.

Кроме того, BJT являются наиболее часто используемым типом транзисторов, используемых в следующих схемах:

Логические схемы

Логические схемы используются для выполнения логических операций в вычислениях.Существует два основных типа логических схем: комбинационные схемы и схемы состояний.

Схемы усилителя

Как следует из названия, схемы усилителя используются для усиления сигнала, чтобы выходной сигнал был больше, чем входной сигнал, наряду с аналогичной формой волны

Цепи колебаний

Схема этого типа создает период или колебательный сигнал, который используется для преобразования постоянного тока в переменный.

Схемы мультивибраторов

Этот тип схемы используется в устройствах с двумя состояниями, таких как таймеры.Они генерируют импульсные сигналы и используют пассивные элементы, такие как резисторы и конденсаторы, для определения состояния выхода.

Цепи формирования волны

Этот тип схемы используется для изменения формы сигнала, чтобы гарантировать, что напряжение не превышает заданного значения. Это не влияет на остальную часть сигнала.

Схемы обнаружения и демодуляции

Эти типы схем используются для извлечения исходного сигнала из модулированного сигнала.Они восстанавливают информацию или сообщение, которое было оставлено на несущей радиоволне в передатчике. Выходной сигнал может быть в виде аналогового звука, изображений или двоичных данных.

Типы биполярных транзисторов

Биполярные переходные транзисторы сконструированы с использованием «слоев». Эти уровни могут быть в конфигурации NPN или PNP. В слое NPN (отрицательный-положительный-отрицательный) транзистор «включается», когда ток протекает через базовый вывод.В качестве альтернативы, если BJT состоит из слоев PNP (положительный-отрицательный-положительный), транзистор будет включаться только тогда, когда через базу не протекает ток.

Как упоминалось выше, биполярные транзисторы также могут усиливать ток. В многоуровневой конфигурации NPN вы можете усилить ток, подав небольшой ток на положительно заряженную клемму (в данном случае на базовую клемму). Электроны, притянутые к полярности базовой клеммы, будут перемещаться от эмиттера к коллектору, который усиливает ток между двумя слоями N-типа.

BJT: тогда и сейчас

Понимание того, как работают эти транзисторы, необходимо, если вы интересуетесь современной электроникой и хотите сделать карьеру в этой области. Во многих отношениях мир технологий постоянно развивается. Когда все меняется с молниеносной скоростью, приятно осознавать, что компоненты, которые 70 лет назад предвещали век вычислительной техники и компьютеров, остаются жизненно важными компонентами и по сей день.

Если вы хотите узнать больше о транзисторах с биполярным переходом, вы можете рассмотреть возможность получения сертификата об обучении техника-электромеханика.Эта онлайн-программа может подготовить вас к захватывающей карьере в области электромеханических систем.

 

Что такое транзисторы и как они работают?

Скромный транзистор — чрезвычайно важная часть компьютеров и принципов их работы. На самом деле каждый компьютер имеет буквально миллиарды транзисторов — процессор Intel Core четвертого поколения имеет колоссальные 1,7 миллиарда транзисторов — только на процессоре. Но как работают эти транзисторы? Как ни странно, вы можете сами собрать компьютер и все равно не понимать, как работают транзисторы.

Конечно, именно поэтому мы составили это руководство.

Проще говоря, транзисторы для процессора — это то же самое, что нейроны для нашего мозга — крошечные переключатели, которые позволяют людям думать и запоминать события. Транзистор сделан из кремния, химического элемента, находящегося в песке, и он был изобретен более 50 лет назад.

Основы

Пол Дауни | Flickr: http://bit.ly/2iYqIHw

Основы работы транзистора на самом деле довольно просты.В подавляющем большинстве случаев транзистор выполняет одно из двух действий — он либо усиливает сигнал, либо действует как переключатель.

Когда транзистор работает как усилитель, он потребляет слабый электрический ток и значительно увеличивает этот ток. Это довольно важная функция, особенно в мире аудио — без усилителей сигнала вы, например, не смогли бы услышать сигнал, улавливаемый микрофонами.

Однако, как уже упоминалось, транзисторы также работают как переключатели, т. е. они потребляют небольшой электрический ток, и этот ток вызывает на выходе другой, больший ток.Это тип транзистора, который чаще всего встречается в компьютерах — поскольку транзисторы могут находиться в одном из двух состояний, они могут включаться и выключаться по отдельности и, таким образом, могут функционировать как 1 или 0. С миллиардами транзисторов на процессор, эти 1 и 0 в сумме дают большие объемы данных. Вот почему новые компьютеры могут обрабатывать больше данных за раз — потому что транзисторы становятся все меньше и меньше, поэтому на чипе может поместиться больше их.

Кремний и бутерброды

Транзисторы, как уже упоминалось, сделаны из кремния, который естественным образом не проводит электричество.Однако, если мы манипулируем кремнием с помощью химических элементов, таких как мышьяк или фосфор, кремний имеет несколько дополнительных электронных компонентов, а это означает, что он может гораздо легче проводить электрический ток. Из-за того, что электроны имеют отрицательный заряд, кремний с такой обработкой называют n-типом.

Если вы обработаете кремний другими элементами, такими как бор, близлежащие электроны будут втекать в него, а не от него — это называется р-типом.

Эти два типа кремния объединены в слои, что позволяет работать различным типам электрических компонентов.Например, если слои n-типа и p-типа состоят из слоев, электроны будут течь в одну сторону, а вылетать — в другую. Это называется диод.

Конечно, вы можете использовать три слоя вместо двух — по сути, делать силиконовые бутерброды. В зависимости от того, как наслоен этот кремний, мы можем либо создать что-то, что будет усиливать ток, либо создать переключатель. Звучат ли эти слова знакомо — да, эти кремниевые бутерброды — это транзисторы.

Закрытие

Транзисторы могут использоваться в самых разных областях и являются основой для развития технологий.Они также будут становиться все меньше и меньше, поэтому процессоры будут становиться все более и более мощными.

Почему закон Мура не работает?

Уже как минимум десять лет ходит много разговоров об отмене закона Мура и о том, какие последствия это будет иметь для современного общества.

С момента изобретения компьютерного транзистора в 1947 году количество транзисторов, встроенных в кремниевые микросхемы, питающие современный мир, неуклонно росла по плотности, что привело к экспоненциальному росту вычислительной мощности за последние 70 лет.

Транзистор — это физический объект, и, будучи чисто физическим, он подчиняется законам физики, как и любой другой физический объект. Это означает, что существует физический предел того, насколько маленьким может быть транзистор.

Когда Гордон Мур сделал свой знаменитый прогноз о темпах роста вычислительной мощности, никто не думал о транзисторах в нанометровом масштабе.

Но по мере того, как мы вступаем в третье десятилетие 21-го века, наша зависимость от упаковки большего количества транзисторов в то же количество кремния выходит за пределы того, что физически возможно, что заставляет многих беспокоиться о том, что темпы инноваций, которые мы Мы привыкли к тому, что в самом ближайшем будущем может прийти конец.

История транзистора

Копия первого транзистора, выставленного в Белом доме в 2000 году | Источник: Архивы Белого дома

Транзистор — это полупроводник, который обычно имеет не менее трех выводов, которые можно подключить к электрической цепи. Как правило, одна из клемм отвечает за управление протеканием тока через две другие клеммы, что обеспечивает быстрое переключение в цифровой схеме.

До появления транзистора такое быстрое переключение цепей осуществлялось с помощью термоэмиссионного клапана, широко известного как старая вакуумная лампа.

Эти ламповые триоды были значительно больше транзистора и требовали значительно большей мощности для работы. Они не являются «твердотельными» компонентами, в отличие от транзисторов, а это означает, что они могут выйти из строя при нормальной работе, потому что они зависят от движения электронов, протекающих внутри трубки, для проведения электронного тока.

Это означало, что электроника на электронных лампах большая, горячая и дорогая в эксплуатации, поскольку требует регулярного обслуживания для замены ламп, вышедших из строя по той или иной причине, что может привести к остановке всей электронной машины.

Транзистор был «изобретен» в Bell Labs компании AT&T Джоном Бардином и Уолтером Хаузером Браттейном под руководством Уильяма Шокли. Хотя концепция транзистора существовала примерно за 20 лет до этого, работающая модель транзистора не была построена до тех пор, пока работа не была выполнена в Bell Labs. Шокли усовершенствовал конструкцию 1947 года с помощью транзистора с биполярным переходом в 1948 году, и именно эта реализация впервые пошла в массовое производство в 1950-х годах.

Следующий крупный скачок произошел с пассивацией поверхности кремния, что позволило кремнию заменить германий в качестве полупроводникового материала для транзисторов, а позже и для интегральных схем.

В ноябре 1959 года Мохамед Аталла и Давон Канг из Bell Labs изобрели полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), который потреблял значительно меньше энергии и был гораздо более масштабируемым, чем биполярные транзисторы Шокли.

МОП-транзисторы по-прежнему являются доминирующими транзисторами, используемыми сегодня, и, как единое целое, являются наиболее производимыми устройствами в истории человечества. Поскольку МОП-транзисторы можно было делать все меньше, все больше и больше транзисторов можно было изготавливать в виде интегральных схем, что позволяло выполнять все более сложные логические операции.

К 1973 году Уильям С. Хиттингер, исполнительный вице-президент по исследованиям и разработкам RCA, хвастался, что поместил «более 10 000 электронных компонентов на кремниевый «чип» толщиной всего в несколько миллиметров». Сегодняшняя плотность транзисторов намного превышает эти ранние достижения на порядки.

Гордон Мур непреднамеренно изобретает закон Мура

Гордон Мур в своем кабинете в здании Роберта Нойса в Санта-Кларе, Калифорния, 2013 год | Источник: Wikimedia Commons

Имя Гордона Мура не является нарицательным, но его творения есть почти в каждом доме и офисе в промышленно развитых странах.Хотя он впоследствии стал президентом корпорации Intel и, в конечном итоге, ее почетным председателем, Мур не пользовался таким уважением, когда в 1965 году описал то, что мы сейчас называем законом Мура. компании Beckman Instruments, которую тогда возглавлял сам Шокли. Когда несколько сотрудников Шокли, даже некоторые из его протеже, разочаровались в руководстве Шокли, они по собственной инициативе создали в 1957 году Fairchild Semiconductor, одну из самых влиятельных компаний в истории.

Как директор по исследованиям и разработкам Fairchild Semiconductor, Мур был естественным человеком, который спрашивал о текущем состоянии отрасли, и поэтому в 1965 году журнал Electronics попросил Мура предсказать, где полупроводниковая промышленность будет через десять лет. Глядя на уровень инноваций в Fairchild, Мур просто экстраполировал время вперед.

За несколько лет, прошедших с тех пор, как Fairchild начала производить полупроводники, стоимость производства компонентов снизилась, а размер самих компонентов уменьшился примерно наполовину каждый год.Это позволило Fairchild производить столько же интегральных схем каждый год, но с вдвое большим количеством транзисторов, чем годом ранее.

«Я не ожидал большой точности в этой оценке, — писал Мур в 1995 году. немного в долгосрочной перспективе».

«Я думаю, что это действительно выдающееся достижение для отрасли. Оставаться на таком экспоненциальном уровне в течение 35 лет, в то время как плотность увеличилась на несколько тысяч, действительно трудно предсказать с какой-либо уверенностью», — добавил Мур.

Прогноз Мура оставался более или менее стабильным в течение примерно десяти лет, после чего Мур пересмотрел свои оценки, удваивая плотность транзисторов каждые два года. «Мне никогда не удавалось детально рассмотреть следующие пару поколений [полупроводников]. Удивительно, однако, что поколения продолжают сменяться одно за другим, удерживая нас на одном и том же склоне», — писал Мур. «Текущий прогноз таков, что это тоже не остановится в ближайшее время». Это могло быть правдой в 1995 году, но вскоре закон Мура начал раздвигать границы физики и столкнулся с экзистенциальной проблемой.

Почему закон Мура не работает?

Источник: Intel

Проблема с законом Мура в 2022 году заключается в том, что размер транзистора теперь настолько мал, что мы просто не можем сделать больше, чтобы уменьшить его. Затвор транзистора, часть транзистора, через которую электроны текут в виде электрического тока, в настоящее время приближается к ширине всего 2 нанометров, согласно производственному плану Тайваньской компании по производству полупроводников на 2024 год.

Атом кремния имеет ширину 0,2 нанометра, что длина затвора 2 нанометра соответствует примерно 10 атомам кремния в поперечнике.В таких масштабах управлять потоком электронов становится все труднее, поскольку все виды квантовых эффектов проявляются внутри самого транзистора. В более крупных транзисторах деформация кристалла в масштабе атомов не влияет на общий поток тока, но когда у вас есть только расстояние около 10 атомов для работы, любые изменения в базовой атомной структуре будут влиять на этот ток. через транзистор. В конечном счете, транзистор приближается к точке, когда он настолько мал, насколько мы можем его сделать, чтобы он все еще функционировал.То, как мы создавали и совершенствовали кремниевые чипы, приближается к своей последней итерации.

Есть еще одна потенциальная ловушка для закона Мура, и это простая экономика. Стоимость уменьшения размеров транзисторов не снижается так, как это было в 1960-х годах. В лучшем случае он немного уменьшается от поколения к поколению, но недостаток масштаба начинает отягощать производство. Когда спрос на полупроводниковые микросхемы только начал расти, инженерные мощности для производства микросхем были дорогими, но, по крайней мере, они были доступны.При стремительном росте спроса на все, от смартфонов до спутников и Интернета вещей, просто не хватает возможностей для удовлетворения этого спроса, что увеличивает цены на каждом этапе цепочки поставок.

Серверная в дата-центре Facebook | Источник: Facebook/Meta

Более того, когда количество транзисторов удваивается, увеличивается и количество выделяемого ими тепла. Стоимость охлаждения больших серверных помещений становится все более и более неприемлемой для многих предприятий, которые являются крупнейшими покупателями самых передовых процессорных микросхем.Поскольку предприятия пытаются продлить срок службы и производительность своего текущего оборудования, чтобы сэкономить деньги, производители микросхем, ответственные за выполнение закона Мура, получают меньше доходов, которые можно направить на исследования и разработки, которые сами по себе становятся более дорогими.

Без этого дополнительного дохода становится намного сложнее преодолеть все физические препятствия на пути к еще большему уменьшению размера транзисторов. Таким образом, даже если физические проблемы не положат конец закону Мура, это почти наверняка произойдет из-за отсутствия спроса на транзисторы меньшего размера.

Итак, что мы с этим делаем?

На данный момент это вопрос на триллион долларов. Мы провели последние 70 лет, переживая беспрецедентный технологический прогресс, так что быстрый технический прогресс воспринимается как данность почти каждым промышленно развитым обществом на данный момент.

Как вы вдруг остановите это? На что это вообще похоже? Что бы значило иметь один и тот же iPhone в течение 30 лет? Очевидно, мы могли бы просто справиться с этим как общество.В нашей ДНК нет ничего, что обязывало бы нас покупать новый iPhone каждые два-три года и совершенно новый компьютер каждые пять лет. Мы просто привыкли к такому темпу прогресса, и если этот темп изменится, мы тоже приспособимся к нему.

В конце концов, компьютеры у человечества появились меньше века назад, или около 1/250 000 времени нашего существования на этой планете как вида. Мы обязательно найдем способ вынести такие бедствия.

В качестве альтернативы мы можем с волнением и предвкушением посмотреть на окончание закона Мура.В конце концов, невзгоды — мать изобретательности. Мы потратили последние 70 лет, пытаясь понять, как уменьшить размер транзистора, и теперь этот путь инноваций подходит к концу.

Это абсолютно не единственный путь вперед, и если мы больше не будем направлять все наши усилия на сокращение транзисторов, мы сможем направить эту энергию в другие области и открыть новые прорывы, по сравнению с которыми изобретение транзистора может показаться банальным. Мы не узнаем, пока не изучим эти новые пути инноваций, и конец закона Мура может стать сигналом, который нам нужен, что пора начать искать новый двигатель прогресса.

Закон Мура мертв! Да здравствует закон Мура!

Источник: jeuxvideo.com

В конце концов, закон Мура никогда не был «законом», а скорее самоосуществляющимся стремлением. Мы ожидали, что плотность транзисторов будет удваиваться каждый год, а затем каждые два года, и поэтому мы искали, как мы могли бы выполнить эту задачу.

Что бы ни случилось дальше, будь то квантовые вычисления, машинное обучение и искусственный интеллект или даже что-то, для чего у нас еще даже нет названия, мы найдем новое стремление продвигать эту инновацию вперед.

В конце концов, наше увлечение законом Мура никогда не было связано с плотностью транзисторов. Большинство людей, которые слышали о законе Мура, не могли даже начать объяснять, что вообще означает плотность транзисторов, не говоря уже о том, как взаимосвязанные транзисторы образуют логические схемы или как работает смартфон в их кармане (или даже карманный калькулятор 1970-х годов, если уж на то пошло).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.