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

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

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

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

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

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

 

Разновидности транзисторов:

Биполярные – транзисторы в которых носителями зарядов могут быть как электроны, так и «дырки». Ток может течь, как в сторону эмиттера, так и в сторону коллектора. Для управления потоком применяются определённые токи управления.

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

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

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

 

Подтипы:

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

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

 

Для чего используются транзисторы?

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

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

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

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

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

.

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

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

8.Полупроводниковые транзисторы. Классификация. Биполярные транзисторы. Основные параметры

Все полупроводниковые транзисторы делятся на две группы: биполярные и униполярные (полевые) транзисторы. Основное отличие заключается в том, что биполярные транзисторы управляются током, а полевые – напряжением (электрическим полем).

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами. Биполярные транзисторы различаются по структуре. Существуют биполярные транзисторы типа “p-n-p” и “n-p-n”. Транзисторы имеют три вывода: эмиттер (Э), базу (Б) и кол­лектор (К). В биполярных транзисторах типа “n-p-n” подключается к коллектору, а в транзисторах “p-n-p” – к эмиттеру.

Транзисторы также подразделяются по мощности, частоте и дру­гим признакам.

Принцип действия биполярного транзистора основан на исполь­зовании физических процессов, происходящих при переносе основных носителей электрических зарядов из эмиттерной области в коллектор­ную через базу.

Важнейшими параметрами, характеризующими качество транзистора, являются дифференциальный коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор — a и дифференциальный коэффициент передачи тока из базы в коллектор — b.

Основными параметрами, характеризующими транзистор как активный нелинейный четырехполюсник являются:

• коэффициент усиления по току ,

• коэффициент усиления по напряжению ,

• коэффициент усиления по мощности ,

• входное сопротивление ,

• выходное сопротивление .

Обычно транзисторы включаются в электрическую схему таким образом, чтобы один из его электродов был входным, второй выходным, а третий общий для входа и выхода

Биполярные транзисторы классифицируются по двум парамет­рам: по мощности и по частотным свойствам. По мощности они подраз­деляются на маломощные, средней мощности и мощные; по частотным свойствам — на низкочастотные, средней частоты, вы­сокой частоты и сверхвысокой частоты.

Маркировка биполярных транзисторов предусматривает шесть символов.

Классификация транзисторов

Мощность	Частота
	НЧ	СЧ	ВЧ
Малой мощности	КТ1…	КТ2…	КТ3…
Средней мощности	КТ4…	КТ5…	КТ6…
Мощные	КТ7…	КТ8…	КТ9…

Например: КТ315А – транзистор, биполярный, высокочастотный, малой мощности, широкого применения, группа А.

2Т935А – транзистор, биполярный, высокочастотный, специального применения, большой мощности, группа А.

9. Схемы включения транзистора с оэ, с ок, с об. Сравнительная характеристика

Существует три основные схемы включения транзисторов. При этом один из электродов транзистора является общей точкой входа и выхода каскада. Надо помнить, что под входом (выходом) понимают точки, между которыми действует входное (выходное) переменное напряжение. Основные схемы включения называются схемами с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

Схема с общим эмиттером (ОЭ). Такая схема изображена на рисунке 1. Во всех книжках написано, что эта схема является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.

Рис. 1 — Схема включения транзистора с общим эмиттером

Услительные свойства транзистора характеризует один из главных его параметров — статический коэффициент передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току ?. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, его определяют в режиме без нагрузки (R

к = 0). Численно он равен:

при U_к-э = const

Этот коэффициент бывает равен десяткам или сотням, но реальный коэффициент k_i всегда меньше, чем ?, т. к. при включении нагрузки ток коллектора уменьшается.

Коэффициент усиления каскада по напряжению k_u равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является перемнное напряжение u_б-э, а выходным — перемнное напряжение на резисторе, или что то же самое, напряжение коллектор-эмиттер. Напряжение база-эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное достигает едениц и десятков вольт (при достаточном сопротивлении нагрузки и напряжении источника E

2). Отсюда вытекает, что коэффициент усиления каскада по мощности равен сотням, тысячам, а иногда десяткам тысяч.

Важной характеристикой является входное сопротивление R_вх, которое определяется по закону Ома:

и составляет обычно от сотен Ом до едениц килоом. Входное сопротивление транзистора при включении по схеме ОЭ, как видно, получается сравнительно небольшим, что является существенным недостатком. Важно также отметить, что каскад по схеме ОЭ переворачивает фазу напряжения на 180°

К достоинствам схемы ОЭ можно отнести удобство питания ее от одного источника, поскольку на базу и коллектор подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам относят худшие частотные и температурные свойства (например,в сравнении со схемой ОБ). С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается. К тому же, каскад по схеме ОЭ при усилении вносит значительные искажения.

Схема с общей базой (ОБ). Схема ОБ изображена на рисунке 2.

Рис. 2 — Схема включения транзистора с общей базой

Такая схема включения не дает значительного усиления, но обладает хорошими частотными и температурными свойствами. Применяется она не так часто, как схема ОЭ.

Коэффициент усиления по току схемы ОБ всегда немного меньше еденицы:

т. к. ток коллектора всегда лишь немного меньше тока эмиттера.

Статический коэффициент передачи тока для схемы ОБ обозначается ? и определяется:

при u_к-б = const

Этот коэффициент всегда меньше 1 и чем он ближе к 1, тем лучше транзистор. Коэффициент усиления по напряжению получается таким же, как и в схеме ОЭ. Входное сопротивление схемы ОБ в десятки раз ниже, чем в схеме ОЭ.

Для схемы ОБ фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует, то есть фаза напряжения при усилении не переворачивается. Кроме того, при усилении схема ОБ вносит гораздо меньшие искажения, нежели схема ОЭ.

Схема с общим коллектором (ОК). Схема включения с общим коллектором показана на рисунке 3. Такая схема чаще называется эмиттерным повторителем.

Рис. 3 — Схема включения транзистора с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь. Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме ОЭ. Коэффициент усиления по напряжению приближается к единице, но всегда меньше ее. В итоге коэффициент усиления по мощности примерно равен k_i, т. е. нескольким десяткам.

В схеме ОК фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Входное сопротивление схемы ОК довольно высокое (десятки килоом), а выходное — сравнительно небольшое. Это является немаловажным достоинством схемы.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ

Привет всем читателям «Радиосхем«, меня зовут Дима и сегодня я расскажу простыми словами о полупроводниках и их свойствах, а также о транзисторах и диодах. Итак, приступим, для начала вспомните, какие вы элементы электроники встречали? И их принцип работы? Если вы  начали сразу изучать диоды и транзисторы, то у вас возникнет много вопросов. Поэтому лучше начать с закона Ома, а потом приступить к более простым конструкциям. Транзисторы и диоды – не очень простые элементы, обладающие свойством полупроводника.

Вы знаете как работает простой проводник — ничего сложного. Электроны с большой скоростью проходят через атом, сталкиваясь с ними. При этом возникает сопротивление, вы уже встречали это слово, конечно встречали. Вот лучший друг сопротивления называется резистор. Резистор – это пассивный элемент, обладающей бОльшим сопротивлением, чем обычный  проводник. Ладно, идём дальше, нам надо узнать что же представляет из себя полупроводник? У полупроводника в атомной связи есть лишние электроны, их называют свободными электронами, и есть дырки. Дырки – это пустые места, в которых должны находиться электроны. На рисунке 1, изображено внутреннее строение межатомных связей полупроводника.

Рисунок 1. Внутреннее строение межатомных связей полупроводника.

Теперь разберёмся — как полупроводник пропускает ток. Представим, что мы подключили полупроводник к гальваническому элементу, например к обычной батарее. Ток начинает  двигаться от плюса к минусу. При тепловых явлениях электроны проходящие через полупроводник начинают выхватывать из межатомных связей электроны. Происходят дырки, а свободные электроны сопровождаются проходящими электронами гальванического элемента. Те же электроны, которые попадут на дырку, как бы впрыгнут в неё, восстановив межатомную связь. Проще говоря в полупроводнике при поступлении на него тока нарушаются межатомные связи, электроны вылетают и становятся свободным, другие заполняют дырки, встретив на их пути. И этот процесс происходит бесконечно. На рисунке 2 показано движение электронов.

Рисунок 2. Движение и направление электронов и дырок.

Полупроводниковые диоды

Итак, мы разобрались что из себя представляет полупроводник и какой у него принцип работы. Теперь приступим к диодам, не самым простейшим радиоэлектронным элементам. Выше уже говорил про p-n переход. Теперь подробней: p — это positive (позитив, положительный), n — negative (негатив, отрицательный). Давайте разберёмся как движутся электроны в диоде. Представим, если мы подключим гальванический элемент, например батареи так, чтоб была полярность. Ах да — мы же не разобрались в полярности. Мы уже знаем структуру диода: p-n переход, p — положительный является анодом, n — отрицательный является катодом. На корпусе диода есть тоненькая белая полоска — она чаще всего является катодом, её присоединяют к минусу, а другой вывод является анодом, который присоединяется к плюсу. Теперь разберёмся с движение электронов. Мы присоединили полярно выводы диода, теперь возникает ток. Электроны положительной области начинают двигаться к минусу батареи, а электроны отрицательной области начинают двигаться к плюсу, они встречаются друг с другом, электроны как бы впрыгивают в дырки, в результате и те и другие прекратили своё существование. Эта электропроводность называется электроно-дырочной электропроводностью, электроны движутся с небольшим сопротивлением, показано на рисунке 3 (А). Этот ток называется прямым током Iпр, а что же будет если поменять полярность так, чтобы анод был соединён с минусом, а катод с плюсом. Что же будет происходить? Положительная область, короче дырки начнут двигаться к минусу батареи, а свободные электроны к плюсу, в результате возникнет большая область, она заштрихована на рисунке 3 (Б). Этот ток называется обратным, обладающим очень большим сопротивлением, превышающим несколько сотен Ом, килоом и даже мегаом.

Итак, разобрались с p-n переходом, давайте теперь поговорим о предназначении диода. Диоды используются для детекторных приёмников, чтобы из переменного тока создавать пульсирующий постоянный. А что такое вообще переменный ток? Давайте вспоминать. Переменный ток — это ток который способен менять своё направление в течении каждого полупериода, единицы времени. Как же диод сможет сделать из переменного тока пульсирующий? А вот как: вы же помните, что диод пропускает ток только в одну сторону.

Рисунок 3. Движение электронов обратного и прямого тока в диоде.

Когда ток начинает двигаться от плюса к минусу, проходит прямой ток, спокойно без большого сопротивления, но когда ток начинает двигаться от минуса к плюсу, то возникает обратный ток, который диод не пропускает. Вы наверняка видели график переменного напряжения, такая волнистая линия — сунусоида. Если прикрыть нижнюю линию, то получиться пульсирующий ток. Значит диод как бы отсёк нижнею часть. Ток будет двигаться только в одну сторону — это от плюса к минусу. Разобрались? Тогда теперь приступим к транзисторам.

Биополярные и полевые транзисторы

Итак, мы подошли к биополярным и полевым транзисторам. Мы изучим только биополярные транзисторы, а  полевые пока не будем трогать — отложим для следующего занятия. Биополярные транзисторы ещё иногда называют простыми. В общем мы уже изучили полупроводники и их свойства, а также диод и p-n переход. Теперь подошли к более сложной структуре. Структуре? Думаете что же это, мы уже изучили структуру диода. Напомним, что структура – это несколько полупроводников обладающим либо дырочной проводимостью, либо электронной проводимостью, вот эта структура знакома как p-n переход. У простого (биполярного) транзистора есть две структуры. Это p-n-p структура и  n-p-n структура. А вы же не изучили выводы. Ну конечно, в простом транзисторе как и в полевом три вывода. Только у обычного транзистора другие название выводов и другой принцип работы. Ладно, давайте рассмотрим p-n-p структуру. Первый вывод это база, обладающая управляющим током, второй вывод — эмиттер, взаимодействует с базой, и третий вывод — коллектор, с него снимается повышенный ток. Теперь определим где какой вывод и к какой области он относиться. Первый вывод база, она принадлежит к электронной области, то есть «n», дальше эмиттер — принадлежит к положительному выводу который слева от базы, и коллектор принадлежит к положительному выводу, который справа от базы.

Итак, разберёмся с принципом работы транзистора. Если ток направить на эмиттер и на базу, то получиться p-n переход, там произойдёт избыток электронов, в результате коллектор соберёт этот сильный поток электронов и ток будет усиленный. Я забыл сказать — транзистор как и диод может находиться в двух состояниях: закрытом и открытом. Всё, мы разобрались с транзисторами и диодами, рисунок двух структур p-n-p и n-p-n показан ниже.

Рисунок 4. Две структуры транзистора: p-n-p и n-p-n. 

На этом статья закончена, если что-то не понятно — обращайтесь, расскажу и отвечу. Всем пока. С вами был Дмитрий Цывцын.

   Форум по теории электроники

   Форум по обсуждению материала ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ

Полупроводниковый транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Полупроводниковый транзистор

Cтраница 1

Полупроводниковый транзистор представляет собой электронный прибор, состоящий из двух электронно-дырочных переходов.  [1]

Плоскостные полупроводниковые транзисторы выполнены в специальных герметизированных корпусах и подсоединяются в общую схему путем пайки гибких выводов электродов.  [2]

Появление полупроводникового транзистора относится к периоду, когда радиоламповая электроника переживала свое бурное развитие. Для создания транзисторов нужны были совершенно новые методы производства и пути разработки, потому в первое время они были очень дорогими.  [3]

В полупроводниковых транзисторах типов МП-40А и МП-41А с открытым кристаллом с повышением концентрации аммиака сопротивление транзистора падает. На базе этих транзисторов можно создать измерители и аварийные реле.  [5]

При совершенствовании полупроводниковых транзисторов были уменьшены их размеры, материалы ( например, фосфид индия и арсенид галлия) и разработаны принципиально новые технологии, дав начало огромной отрасли — электронной индустрии, уровнем развития которой во многом определяется сила любого современного государства. Разумеется, самой значительной областью применения транзисторов остается электронно-вычислительная, или компьютерная, техника.  [6]

Существует два типа полупроводниковых транзисторов: ( р-п — ] 9) — типа и ( п — ] 9 — п) — типа, которые различаются последовательностью чередования в монокристалле полупроводников областей с п — или ] типом проводимости.  [7]

Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового транзистора ( см. рис. 2.4, б) имеет два участка.  [8]

Как и в полупроводниковом транзисторе, фототриод имеет коллектор, эмиттер и базу. База обычно служит приемной площадкой излучения. Работает фототриод по принципу обычного полупроводникового триода, в котором роль управляющего тока выполняет попадающее на базу излучение.  [10]

Следует заметить, что принцип действия полупроводниковых транзисторов независимо от их типа один и тот же. Различие состоит лишь в выборе полярности присоединяемых к ним источников питания. Средняя область ( слой) транзистора независимо от типа является его базой Б или основанием, а крайние — эмиттером Э и коллектором К.  [11]

Прибор УРДМ-1 представляет собой малогабаритный частотомер на полупроводниковых транзисторах. На лицевой панели прибора предусмотрено световое табло сигнализатора, работающего в комплексе с резонансной акустической камерой или электронными пороговыми схемами.  [12]

Усиление по напряжению и по мощности, обеспечиваемое полупроводниковыми транзисторами, определяется не только его собственными характеристиками, но зависит также и от параметров схем включения, в частности, от соотношения сопротивлений эмиттера и нагрузки. В отличие от а 1 коэффициенты усиления по напряжению или по мощности полупроводниковых транзисторов характеризуются одинаковым порядком величины и могут составлять десятки тысяч, что обеспечивает эффективное их применение для усиления и генерации электрических колебаний в широком диапазоне.  [13]

Магнитно-транзисторные элементы выполняются магнитных сердечниках с ППГ и полупроводниковых транзисторах.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Транзисторы

Транзистором называется преобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий не менее трех выводов, пригодный для усиления мощности. Наиболее распространенные транзисторы имеют два p-n перехода. В них используются носители заряда обеих полярностей. Такие транзисторы называются биполярными.

Основным элементом транзистора является кристалл германия или кремния, в котором созданы три области различных проводимостей. Две крайние области всегда обладают проводимостью одинакового типа, противоположного проводимости средней области. Если крайние области обладают электронной проводимостью, а средняя соответственно дырочной, то такой транзистор называется транзистором типа n-p-n. Когда проводимости расположены на оборот — p-n-p типа. Физические процессы, протекающие в транзисторах обоих типов, аналогичны. Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область называется эмиттером, другая — коллектором. К каждой из областей припаяны выводы, при помощи которых прибор включается в схему. В транзисторе имеются два p-n перехода — эмиттерный (между эмиттером и базой) и коллекторный (между базой и коллектором). Расстояние между ними очень мало — порядка нескольких микрометров.

Полевым транзистором называется трехэлектродный полупроводниковый прибор, в котором ток создают основные носители заряда под действием продольного электрического поля, а управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Все полевые транзисторы по своим конструктивным особенностям можно разделить на две группы: полевые транзисторы с p-n переходами (канальные, или униполярные, транзисторы) и полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП или МОП — транзисторы). Тонкий слой полупроводника типа n (или p), ограниченный с двух сторон электронно — дырочными переходами, называется каналом. Включение канала в электрическую цепь обеспечивается с помощью двух электродов, один из которых называется истоком, а второй — стоком. Вывод, подсоединенный к областям p-типа, является управляющим электродом и называется затвором. Выводы исток, сток, затвор соответствуют эмиттеру, коллектору и базе обычного биполярного транзистора.

4.     ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ | Электротехника

Свойства p-n-перехода можно использовать для создания усилителя электрических колебаний. Электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный для усиления мощности электрических сигналов и имеющий три или более выводов, называют транзистором.

Термин «транзистор» происходит от комбинации английских слов transfer of resistor, что в переводе означает «преобразователь сопротивления».

Действие транзистора основано на управлении движением носителей зарядов в полупроводниковом кристалле.

По принципу действия транзисторы делят на два основных класса: биполярные и полевые (униполярные). В биполярных транзисторах физические процессы определяются движением носителей заряда обоих знаков – основных и неосновных. В полевых (униполярных) транзисторах, используется движение носителей одного знака (основных носителей).

Транзисторы различают:

по мощности:

1) малой мощности	Pдоп < 0,3 В т;
2) средней мощности	0,3 < Pдоп < 1,5 Вт;
3) транзисторы большой мощности	Pдоп > 1,5 Вт;

по граничной частоте пропускания

1) низкочастотные	fгр < 3 МГц
2) средней частоты	3 < fгр < 30 МГц
3) высокой частоты	30 < fгр < 300 МГц
4) СВЧ транзисторы	fгр > 300 МГц

Маркировка транзисторов состоит из шести символов:

· первый символ (буква) обозначает материал;

· второй символ (буква П или Т) обозначает: П – полевой, Т – биполярный;

· третий символ (цифра) характеризует транзисторы по частоте и по мощности:

1 – малой мощности, низкой частоты;

2 – малой мощности, средней частоты;

3 – малой мощности, высокой частоты;

4 – средней мощности, низкой частоты;

5 – средней мощности, средней частоты;

6 – средней мощности, высокой частоты;

7 – большой мощности, низкой частоты;

8 – большой мощности, средней частоты;

9 – большой мощности, высокой частоты;

· четвертый и пятый символы (цифры) обозначают номер разработки;

· шестой символ (буква) обозначает параметры, не являющиеся классификационными.

Классификация транзисторов, Биполярные транзисторы (Полупроводниковые триоды) Схемы включения , вольт-амперные характеристики кратко

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про классификация транзисторов, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое классификация транзисторов,биполярные транзисторы, биполярный транзистор, полупроводниковые триоды,вольт-амперные характеристики транзисторов,вах транзисторов,транзистор,биполярный транзистор , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

полупроводниковые триоды , называемые транзистор ами, служат для тех же целей, что и ламповые триоды, т. е. для усиления и генерирования колебаний, но они по сравнению с электронными лампами обладают рядом преимуществ: очень большим сроком службы, малыми размерами, большой механической прочностью, отсутствием расхода энергии на накал, незначительным собственным потреблением энергии.
Полупроводниковый триод представляет собой пластинку из кремния или германия, состоящую из трех областей. Две крайние области всегда обладают одинаковым типом проводимости, а средняя — противоположной проводимостью.

Виды( Классификация) транзисторов

Биполярные, полевые, JGBT

биполярные транзисторы
биполярный транзистор представляет собой полупроводниковую трехслойную n-p-n или p-n-p структуру и предназначен для усиления мощности электрических сигналов.
Схема технологической структуры биполярного транзистора и его условные обозначения показаны на рис. 1.

Рис. 1 Схемы технологических структур биполярных транзисторов и их условные обозначения.

Внутренняя структура транзистора

Схемы включения транзистора
Указанные три слоя имеют следующие названия: эмиттер (Э), база (Б), коллектор (К). Для усиления электрической мощности используют три варианта включения биполярного транзистора: с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

Рис 2 Схемы включения транзистора

Режимы работы транзистора
1 . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Активный (усилительный)
2. Режим насыщения
3. Режим отсечки

статические вольт-амперные характеристики БПТ

Рис 3

Усилительные свойства транзистора

схема включения транзистора с общим эмиттером

Доказательство: пусть

Транзистор управляется током базы

Схема замещения биполярного транзистора

Рис 4

Связь между входными и выходными токами и напряжениями в транзисторе, представленном в виде эквивалентного четырехполюсника, выражается системой уравнений электрического состояния:

h – параметры транзистора

входное сопротивление транзистора

коэффициент обратной связи

коэффициент усиления по постоянному току

выходная проводимость

Одним из основных параметров биполярного транзистора является коэффициент передачи тока. При работе в режиме постоянного тока для схемы с общей базой это есть отношение тока коллектора к току эмиттера

Для схемы с общим эмиттером коэффициент передачи тока в режиме постоянного тока равен отношению тока коллектора к току базы

Кроме того, как у четырехполюсника, у транзистора другими основными параметрами являются входное и выходное сопротивления, которые характеризуют согласованность входной и выходной цепей транзистора с другими четырехполюсниками.
Графическое определение h — параметров транзистора

Uкэ = Eк — Iк•Rк — линия нагрузки

В таблице 1 приведены сравнительные параметры этих схем включения.

Тесты по теме биполярные транзисторы

1 Биполярный транзистор это:

A– полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими pn — переходами

B– полупроводниковый прибор с двумя pn и одним np — переходом

C– полупроводниковый прибор с одним np и двумя pn — переходами

D – полупроводниковый прибор с переходом металл-полупроводник

2 Входная характеристика биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, описывается функцией

3 В каком режиме должен находиться транзистор, чтобы по выходной ВАХ можно было определить параметр h31?

A – в активном

B – в отсечке

C – в насыщенном

D – в режиме пробоя

4 Коэффициент усиления по напряжению, выраженный в децибелах, определяется по формуле

A – Uвых / Uвх

B – 20 lg(Uвых / Uвх)

C – 10 lg(Uвых / Uвх)

D – ln(Uвых / Uвх)

См. также

• Полевые транзисторы

• КМОП-матрица
• SRAM (память)
• Логические элементы
• МОП-структура
• полевые транзисторы , полевой транзистор ,
• igbt , силовые транзистор ,
• эффект защелкивания ,
• моп-структура , моп ,
• кмоп , комплементарная структура металл-оксид-полупроводник ,
• транзисторно-транзисторная логика , ттл ,

А как ты думаешь, при улучшении классификация транзисторов, будет лучше нам? Надеюсь, что теперь ты понял что такое классификация транзисторов,биполярные транзисторы, биполярный транзистор, полупроводниковые триоды,вольт-амперные характеристики транзисторов,вах транзисторов,транзистор,биполярный транзистор и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Из статьи мы узнали кратко, но емко про классификация транзисторов

Как работают транзисторы? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 21 сентября 2020 г.

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

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

Что на самом деле делает транзистор?

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

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

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

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

Как делается транзистор?

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

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

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

Кремниевые бутерброды

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

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

Как работает переходной транзистор

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

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

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

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

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

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

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

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

Как работает полевой транзистор (FET)

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

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

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

Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

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

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

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

Кто изобрел транзистор?

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

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

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

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

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

Как работают транзисторы? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 21 сентября 2020 г.

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

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

Что на самом деле делает транзистор?

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

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

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

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

Как делается транзистор?

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

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

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

Кремниевые бутерброды

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

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

Как работает переходной транзистор

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

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

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

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

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

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

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

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

Как работает полевой транзистор (FET)

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

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

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

Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

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

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

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

Кто изобрел транзистор?

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

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

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

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

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

Транзистор

| Определение и использование

Полная статья

Транзистор , полупроводниковый прибор для усиления, управления и генерации электрических сигналов. Транзисторы — это активные компоненты интегральных схем или «микрочипов», которые часто содержат миллиарды этих крохотных устройств, выгравированных на их блестящих поверхностях.Транзисторы, глубоко встроенные почти во все электронное, стали нервными клетками информационного века.

Обычно в транзисторе три электрических вывода, называемых эмиттером, коллектором и базой, или, в современных коммутационных приложениях, истоком, стоком и затвором. Электрический сигнал, подаваемый на базу (или затвор), влияет на способность полупроводникового материала проводить электрический ток, который в большинстве случаев протекает между эмиттером (или истоком) и коллектором (или стоком).Источник напряжения, такой как батарея, управляет током, в то время как скорость тока, протекающего через транзистор в любой момент, регулируется входным сигналом на затворе — так же, как кран крана используется для регулирования потока воды через сад. шланг.

Британская викторина

Изобретатели и изобретения

Наши самые ранние человеческие предки изобрели колесо, но кто изобрел шарикоподшипник, уменьшающий трение вращения? Позвольте колесам в вашей голове крутиться, проверяя свои знания об изобретателях и их изобретениях в этой викторине.

Первые коммерческие применения транзисторов были в слуховых аппаратах и ​​«карманных» радиоприемниках в 1950-х годах. Благодаря своему небольшому размеру и низкому энергопотреблению, транзисторы были желанной заменой электронных ламп (известных как «клапаны» в Великобритании), которые затем использовались для усиления слабых электрических сигналов и создания слышимых звуков. Транзисторы также начали заменять электронные лампы в схемах генераторов, используемых для генерации радиосигналов, особенно после того, как были разработаны специальные структуры для обработки более высоких частот и задействованных уровней мощности.Низкочастотные и мощные приложения, такие как инверторы источников питания, преобразующие переменный ток (AC) в постоянный (DC), также были транзисторными. Некоторые силовые транзисторы теперь могут выдерживать токи в сотни ампер при электрических потенциалах более тысячи вольт.

На сегодняшний день транзисторы наиболее часто применяются в микросхемах памяти компьютеров, включая твердотельные мультимедийные запоминающие устройства для электронных игр, камеры и MP3-плееры, а также в микропроцессорах, где миллионы компонентов встроены в единую интегральную схему.Здесь напряжение, приложенное к электроду затвора, обычно несколько вольт или меньше, определяет, может ли ток течь от истока транзистора к его стоку. В этом случае транзистор работает как переключатель: если ток течет, задействованная цепь включена, а если нет, то она выключена. Эти два различных состояния, единственные возможности в такой схеме, соответствуют соответственно двоичным единицам и нулям, используемым в цифровых компьютерах. Подобные применения транзисторов встречаются в сложных коммутационных схемах, используемых в современных телекоммуникационных системах.Потенциальные скорости переключения этих транзисторов сейчас составляют сотни гигагерц, или более 100 миллиардов включений и выключений в секунду.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Разработка транзисторов

Транзистор был изобретен в 1947–1948 годах тремя американскими физиками, Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б. Шокли, в лабораториях Белла американской телефонной и телеграфной компании. Транзистор оказался жизнеспособной альтернативой электронной лампе и к концу 1950-х годов вытеснил последнюю во многих приложениях.Его небольшие размеры, низкое тепловыделение, высокая надежность и низкое энергопотребление сделали возможным прорыв в миниатюризации сложных схем. В течение 1960-х и 1970-х годов транзисторы были включены в интегральные схемы, в которых множество компонентов (например, диоды, резисторы и конденсаторы) сформированы на одной «микросхеме» из полупроводникового материала.

Мотивация и ранние радиолокационные исследования

Электронные лампы громоздкие и хрупкие, они потребляют большое количество энергии для нагрева своих катодных нитей и генерации потоков электронов; Кроме того, они часто сгорают после нескольких тысяч часов работы.Электромеханические переключатели или реле работают медленно и могут застревать во включенном или выключенном положении. Для приложений, требующих тысяч ламп или переключателей, таких как общенациональные телефонные системы, развивающиеся по всему миру в 1940-х годах, и первые электронные цифровые компьютеры, это означало, что требовалась постоянная бдительность, чтобы свести к минимуму неизбежные поломки.

Альтернатива была найдена в полупроводниках, материалах, таких как кремний или германий, электрическая проводимость которых находится на полпути между проводимостью изоляторов, таких как стекло, и проводников, таких как алюминий.Проводящими свойствами полупроводников можно управлять, «допируя» их избранными примесями, и несколько провидцев увидели потенциал таких устройств для телекоммуникаций и компьютеров. Однако именно военное финансирование разработки радаров в 1940-х годах открыло двери для их реализации. Для «супергетеродинных» электронных схем, используемых для обнаружения радиолокационных волн, требовался диодный выпрямитель — устройство, позволяющее току течь только в одном направлении, — которое могло бы успешно работать на сверхвысоких частотах более одного гигагерца.Электронных ламп просто было недостаточно, и твердотельные диоды на основе существующих полупроводников из оксида меди также были слишком медленными для этой цели.

На помощь пришли

Кристаллические выпрямители на основе кремния и германия. В этих устройствах вольфрамовая проволока вставлялась в поверхность полупроводникового материала, который был легирован крошечными количествами примесей, таких как бор или фосфор. Примесные атомы заняли позиции в кристаллической решетке материала, вытесняя атомы кремния (или германия) и тем самым создавая крошечные популяции носителей заряда (таких как электроны), способных проводить полезный электрический ток.В зависимости от природы носителей заряда и приложенного напряжения ток может течь от провода к поверхности или наоборот, но не в обоих направлениях. Таким образом, эти устройства служили столь необходимыми выпрямителями, работающими на гигагерцовых частотах, необходимых для обнаружения отраженного микроволнового излучения в военных радиолокационных системах. К концу Второй мировой войны миллионы кристаллических выпрямителей ежегодно производились такими американскими производителями, как Sylvania и Western Electric.

Как работают полупроводники | HowStuffWorks

Устройство, которое блокирует ток в одном направлении, позволяя току течь в другом направлении, называется диодом .Диоды можно использовать по-разному. Например, устройство, которое использует батареи, часто содержит диод, который защищает устройство, если вы вставляете батареи задом наперед. Диод просто блокирует выход любого тока из батареи, если он перевернут — это защищает чувствительную электронику в устройстве.

Поведение полупроводникового диода неидеально, как показано на этом графике:

Когда смещает в обратном направлении, идеальный диод блокирует весь ток. Настоящий диод пропускает около 10 микроампер — немного, но все же не идеально.А если вы приложите достаточное обратное напряжение (В), соединение разорвется и пропустит ток. Обычно напряжение пробоя намного больше напряжения, чем когда-либо увидит схема, поэтому это не имеет значения.

Когда смещен в прямом направлении , для работы диода требуется небольшое напряжение. В кремнии это напряжение составляет около 0,7 вольт. Это напряжение необходимо для запуска процесса комбинации дырка-электрон на переходе.

Другой важной технологией, связанной с диодом, является транзистор.У транзисторов и диодов много общего.

Транзисторы

Транзистор создается с использованием трех слоев , а не двух слоев, используемых в диоде. Вы можете создать сэндвич NPN или PNP. Транзистор может действовать как переключатель или усилитель.

Транзистор выглядит как два последовательно соединенных диода. Можно представить, что через транзистор не может протекать ток, потому что диоды, соединенные спиной к спине, блокируют ток в обоих направлениях. И это правда. Однако, когда вы прикладываете небольшой ток к центральному слою сэндвича, через сэндвич в целом может протекать гораздо больший ток.Это дает транзистору поведение при переключении . Небольшой ток может включать и выключать больший ток.

Кремниевый чип — это кусок кремния, который может содержать тысячи транзисторов. С транзисторами, действующими как переключатели, вы можете создавать логические вентили, а с логическими вентилями вы можете создавать микропроцессорные микросхемы.

Естественный переход от кремния к легированному кремнию, транзисторам и микросхемам — вот что сделало микропроцессоры и другие электронные устройства такими недорогими и повсеместными в современном обществе.Основные принципы удивительно просты. Чудо — это постоянное совершенствование этих принципов до такой степени, что сегодня десятки миллионов транзисторов можно без больших затрат собрать на одном кристалле.

Для получения дополнительной информации о полупроводниках, диодах, микросхемах и многом другом перейдите по ссылкам на следующей странице.

Первоначально опубликовано: 25 апреля 2001 г.

Полупроводниковый транзистор — История полупроводникового транзистора

Современный электронный транзистор — это полупроводниковое устройство, обычно используемое для усиления или переключения электронных сигналов.Транзистор сделан из цельного куска полупроводникового материала, по крайней мере, с тремя выводами для подключения к внешней цепи. Напряжение или ток, приложенные к одной паре выводов транзистора, изменяют ток, протекающий через другую пару выводов. Поскольку управляемая (выходная) мощность может быть намного больше управляющей (входной) мощности, транзистор обеспечивает усиление сигнала. Транзистор является основным строительным блоком современных электронных устройств и используется в радио, телефонах, компьютерах и других электронных системах.Некоторые транзисторы упакованы индивидуально, но большинство из них находится в интегральных схемах.

Как это часто бывает со многими изобретениями, транзистор является результатом работы многих изобретателей, и только последний или самый умный получает всю славу. В данном случае это были американцы Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн, получившие Нобелевскую премию по физике в 1956 году за изобретение транзистора, который был назван самым важным изобретением ХХ века

Но кто был первым?

Начало исследований в области полупроводников ознаменовано отчетом Майкла Фарадея 1833 года об отрицательном температурном коэффициенте сопротивления сульфида серебра.Это первое наблюдение любого свойства полупроводника. В своей статье 1833 года «Экспериментальные исследования электричества» Фарадей (см. Портрет рядом) раскрыл это наблюдение. Это наблюдение отличалось от обычных свойств металлов и электролитов, в которых сопротивление возрастает с температурой.

Следующим крупным исследователем полупроводников является французский физик-экспериментатор Эдмон Беккерель. В 1839 году он сообщил о наблюдении фотоэдс в платиновых электродах, покрытых хлоридом серебра.В его эксперименте платиновый электрод, покрытый AgCl, был погружен в водный раствор азотно-кислотного электролита. Освещение электрода генерировало фотоэдс, которое изменяло ЭДС, создаваемую ячейкой, фактически оно создавало восстановительный (катодный) фототок на электроде, покрытом AgCl; это было первое зарегистрированное фотоэлектрическое устройство. Фотоэдс создавалось на контакте металл-полупроводник Ag / AgCl.

В 1873 году английский инженер-электрик Уиллоуби Смит (1828–1891) (см. Портрет рядом) открыл фотопроводимость селена.Первоначально он работал с подводными кабелями. Он начал эксперименты с селеном из-за его высокого сопротивления, что оказалось подходящим для его подводной телеграфии. Различные экспериментаторы измеряли сопротивление селеновых стержней, но сопротивление, измеренное ими в различных условиях, совершенно не согласовывалось. Затем Смит обнаружил, что сопротивление фактически зависит от интенсивности падающего света. Когда селеновые стержни были помещены в коробку с закрытой сдвижной крышкой, сопротивление было максимальным.Когда на пути света помещались очки разных цветов, сопротивление варьировалось в зависимости от количества света, проходящего через стекло. Но когда крышку сняли, проводимость увеличилась. Он также обнаружил, что эффект не был вызван колебаниями температуры.

В 1874 году немецкий физик Фердинанд Браун (см. Портрет рядом), 24-летний выпускник Берлинского университета, изучал характеристики электролитов и кристаллов, проводящих электричество, в Вюрцбургском университете.Когда он исследовал кристалл галенита (сульфида свинца) острием тонкой металлической проволоки, Браун заметил, что ток свободно течет только в одном направлении. Он обнаружил эффект выпрямления в точке контакта между металлами и некоторыми кристаллическими материалами.
Браун продемонстрировал это полупроводниковое устройство аудитории в Лейпциге 14 ноября 1876 года, но оно не нашло полезного применения до появления радио в начале 1900-х годов, когда оно использовалось в качестве детектора сигнала в «кристаллическом радиоприемнике».Распространенное описательное название «детектор кошачьих усов» происходит от тонкого металлического зонда, используемого для электрического контакта с поверхностью кристалла. Браун более известен своей разработкой осциллографа с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) в 1897 году, известной как «трубка Брауна» ( Braunsche Röhre на немецком языке). Он разделил Нобелевскую премию 1909 года с Гульельмо Маркони за вкладов в развитие беспроводной телеграфии , в основном за разработку настраиваемых схем для радиоприемников.

Первым человеком, применившим полупроводники в практических целях, был бенгальский эрудит сэр Джагадиш Чандра Бозе (1858-1937). Джагадиш Чандра Бос (см. Портрет рядом) был гениальным физиком, биологом, ботаником, археологом и писателем-фантастом. Для приема излучения он использовал множество различных металлических полупроводниковых переходов, последовательно подключенных к высокочувствительному гальванометру. Он изобрел несколько полупроводниковых устройств, первым из которых был его детектор Galena , который он изобрел некоторое время в течение 1894-1898 годов и продемонстрировал в дискурсе Королевского института в 1900 году.В этом устройстве пара точечных контактов (кошачьих усов), в данном случае галенита, была соединена последовательно с источником напряжения и гальванометром. Это устройство могло обнаруживать любое излучение, волн Герца, световые волны и другое излучение . Он назвал свой точечный контактный детектор галенита «искусственной сетчаткой» (потому что при соответствующем расположении он мог бы обнаруживать только световые волны), универсальным радиометром. Позже компания Bose получила первый в мире патент на полупроводниковое устройство, а именно на детектор Galena .Среди других его новаторских твердотельных полупроводниковых приемников — спиральный пружинный когерер и железо-ртутный железный когерер (детектор) с телефоном.

Между 1902 и 1906 годами инженер-электрик компании American Telephone and Telegraph Гринлиф Уиттиер Пикард (1877-1956) (см. Портрет рядом) протестировал тысячи образцов минералов, чтобы оценить их ректификационные свойства. Кристаллы кремния от Westinghouse дали одни из лучших результатов. 20 августа 1906 года он подал U.Патент С. на «Средство для получения интеллектуальной связи с помощью электрических волн» на кремниевый точечный детектор (диод) был присужден в ноябре того же года (см. Патент США 836531 Пикард). Вместе с двумя партнерами Пикард основал компанию Wireless Specialty Apparatus Company для продажи кристаллических радиодетекторов «кошачьих усов». Вероятно, это была первая компания, которая производила и продавала кремниевые полупроводниковые устройства. Другой американский изобретатель — Генри Данвуди получил патент на систему с точечным детектором из карборунда (карбида кремния) всего через несколько недель после Пикарда.

В 1915 году американский физик Мэнсон Бенедикс обнаружил, что кристалл германия можно использовать для преобразования переменного (переменного тока) тока в постоянный (постоянный ток), то есть для выпрямляющих свойств кристаллов германия. Таким образом, германий был добавлен к списку полупроводников. До этого это был небольшой список, состоящий из кремния, селена и теллура.

В 1927 году американцы Л.О. Грондал и П. Гейгер изобрел выпрямитель из оксида меди. Патент США 1640335 был выдан Грондалу 23 августа 1927 года.

В 1925 году знаменитый изобретатель Юлиус Лилиенфельд (см. Фото рядом) подал заявку на патент в Канаде, а в следующем году в США, описывая устройство, очень похожее на транзистор MESFET, которое он тогда назвал Метод и устройство для управления электрическим током. Токи (см. Патент США 1745175 Лилиенфельда).
Юлиус Эдгар Лилиенфельд (1882–1963) был выдающимся человеком в области физики и электроники. Австрийский еврей Лилиенфельд родился в Лемберге в Австро-Венгрии (ныне Львов в Украине).Он получил образование (доктор физико-математических наук) и прожил в Германии до середины 1920-х годов, когда решил эмигрировать в США. Помимо вышеупомянутого патента на первый транзистор, он был держателем нескольких других патентов в этой области — патента США 18 «Устройство для управления электрическим током» от 1928 года на тонкопленочный MOSFET-транзистор; Патент США 1877140 «Усилитель электрического тока» от 1928 г. на твердотельное устройство, в котором ток регулируется пористым металлическим слоем, твердотельная версия вакуумной лампы; Патент США 2013564 «Электролитический конденсатор» от 1931 года на первый электролитический конденсатор.Когда Браттейн, Бардин и Шокли пытались получить патент на свой транзистор, большинство их требований было отклонено именно из-за патентов Лилиенфельда.

В 1934 году другой немецкий ученый — Оскар Хайль (1908–1994), инженер-электрик и изобретатель, подал заявку на получение в Германии патента на раннее транзисторное устройство, описывающее возможность управления сопротивлением в полупроводниковом материале с помощью электрического поля. который он назвал «Улучшения в электрических усилителях и других устройствах и устройствах управления» или ««.В 1935 году Хайль получил британский (см. Рисунок из британского патента), бельгийский и французский патенты на свое устройство.

В 1939 году Уильям Шокли и Уолтер Браттейн, исследователи из Bell Telephone Labs в Нью-Джерси, предприняли неудачную попытку построить полупроводниковый усилитель, вставив крошечную управляющую сетку в слой оксида меди. Вторая мировая война положила конец их экспериментам. Однако в 1947 году тот же Браттейн, на этот раз вместе с Джоном Бардином, изобрел точечный транзистор (см. Фото первого транзистора, сделанного из германия).Уильяма Шокли (руководителя группы) в то время там не было, и он не получил признания за изобретение, что сильно его разозлило. Это хорошо. Точечный транзистор был сложен в изготовлении и не очень надежен. Это был не тот транзистор, который хотел Шокли, поэтому он продолжил работу над своей собственной идеей, которая привела к переходному транзистору , который было проще в изготовлении и который работал лучше. Бардин и Браттейн подали заявку на патент 17 июня 1948 года, а патент был выдан 3 октября 1950 года (см. Патент).

Уильям Шокли подал заявку на свой первый патент на переходной транзистор почти одновременно — в США. Патент 2569347 был подан 26 июня 1948 г. и выдан 25 сентября 1951 г. (см. Первый патент Шокли).

Джон Бардин (1908–1991), Уильям Брэдфорд Шокли (1910–1989) и Уолтер Хаузер Браттейн (1902–1987) (см. Нижнюю фотографию) разделили Нобелевскую премию по физике в 1956 году «за исследования полупроводников и их открытие транзисторного эффекта ».

Бардин (слева), Шокли (в центре) и Браттейн (справа)

Так как же работает транзистор?

Конструкция транзистора позволяет ему работать как усилитель или переключатель. Это достигается за счет использования небольшого количества электричества для управления затвором при гораздо большей подаче электроэнергии, что очень похоже на поворот клапана для управления подачей воды. Транзисторы
состоят из трех частей, называемых базой , коллектором и эмиттером .База — это устройство управления затвором для большего источника питания. Коллектор — это больший источник питания, а эмиттер — выход для этого источника. Посылая переменные уровни тока от базы, можно регулировать количество тока, протекающего через затвор от коллектора. Таким образом, очень небольшое количество тока может использоваться для управления большим током, как в усилителе. Тот же процесс используется для создания двоичного кода для цифровых процессоров, но в этом случае необходим порог напряжения в пять вольт, чтобы открыть коллекторный затвор.Таким образом, транзистор используется как переключатель с двоичной функцией: пять вольт — включено, менее пяти вольт — выключено.

Диоды, транзисторы и полевые транзисторы | Renesas

Введение в электронные схемы: 2 из 3

В нашей предыдущей сессии мы рассмотрели наиболее распространенные пассивные элементы, используемые в электронных схемах. На этот раз мы рассмотрим полупроводники и некоторые важные активные элементы, сделанные из них: диоды, транзисторы и полевые транзисторы.

Полупроводник между проводниками и изоляторами

Полупроводники расположены посередине между проводниками и изоляторами.Это материалы, такие как кремний (Si) и германий (Ge), которые сопротивляются электрическому току лучше, чем металлы, такие как серебро и алюминий, но не так хорошо, как изоляторы, такие как кварц и керамика.

Удельное сопротивление материала зависит от плотности свободных электронов, которые могут легко перемещаться при приложении напряжения. В общем, эту плотность можно довести до любого желаемого значения путем добавления соответствующих примесей к однородному материалу. Это позволяет создавать полупроводники, которые обеспечивают необходимый уровень проводимости для поставленной цели.

Полупроводник может быть N-типа или P-типа, в зависимости от того, как через него протекает ток.

Как ток проходит через полупроводник

(1) Полупроводники N-типа

На рисунке 1 показана типичная структура полупроводника N-типа. Этот полупроводник состоит из кристалла кремния, легированного атомами фосфора (P). Атом фосфора имеет пять валентных электронов, четыре из которых образуют прочные ковалентные связи с соседними атомами кремния, а пятый остается свободным.При комнатной температуре свободные электроны часто меняются местами с соседними связанными электронами; или, другими словами, любой данный электрон иногда будет связан, а иногда и свободен. В результате всегда есть запас свободных подвижных электронов, способных переносить ток. Такой полупроводник называется «N-типом», потому что он в основном использует свои (отрицательно заряженные) электроны для переноса тока. Между тем, донорные (легирующие) атомы, отдающие электрон в этот процесс, приобретают положительный заряд.

Рисунок 1: Структура полупроводника N-типа

(2) Полупроводники P-типа

На рисунке 2 показана структура полупроводника P-типа. В этом случае кристалл кремния был легирован атомами бора (B). Опять же, каждый атом кремния имеет четыре валентных электрона; но атомы бора, которых всего три, «недостаточны». Только небольшое количество кинетической энергии необходимо, чтобы освободить электрон от соседнего атома кремния; затем этот электрон быстро «принимается» атомом бора.В атоме кремния, однако, теперь остается «дыра», которая вскоре притягивает электрон из другого ближайшего атома кремния. По мере продолжения процесса отверстия «перемещаются», производя ток. Такой полупроводник называется «P-типом», так как большая часть его тока проходит через дырки. Атомы примеси, которые принимают электрон в этом процессе, становятся отрицательно заряженными.

Рисунок 2: Структура полупроводника P-типа

Диоды: улица с односторонним движением

Полупроводниковый диод состоит из полупроводника P-типа с одной стороны и полупроводника N-типа с другой.Носители с каждой стороны диффундируют через центральную область (соединение P-N) и объединяются в пары, создавая центральную область, в которой нет носителей. Электрически заряженные примеси в этой области образуют электрическую границу, которая останавливает дальнейшую диффузию и образование пар. Эта граничная область, свободная от носителей, называется обедненным слоем.

Если положительное напряжение приложено к клемме со стороны P-типа диода и отрицательное напряжение к клемме со стороны N-типа, это «прямое» напряжение будет толкать больше несущих (отверстия на стороне P-типа , электроны на стороне N-типа) в обедненный слой, делая его более узким и заставляя больше носителей диффундировать через границу, образовывать пары и исчезать.Между тем, приложенное напряжение генерирует ток, который продолжает подавать больше носителей, так что ток может продолжать течь.

Если, однако, приложено напряжение обратного смещения (отрицательное на стороне P, положительное на стороне N-типа), то это напряжение будет отодвигать носители от центра к соответствующим клеммам, расширяя слой обеднения, так что текущий поток заблокирован.

Рисунок 3: Структура диода с PN-переходом

В результате диод пропускает ток только в одном направлении (называемом прямым направлением) и блокирует движение тока в другом направлении (обратном направлении).Используемый таким образом диод также называется выпрямителем: компонент, пропускающий ток только в одном направлении.

Напряжение и сила тока диода

На рисунке 4 показаны электрические характеристики диода. Обратите внимание, что не будет тока вообще ― даже в прямом направлении ―, если не будет приложено напряжение. Напряжение, необходимое для начала протекания тока в прямом направлении, варьируется в зависимости от материала полупроводника: от 0,7 до 0,8 В для кремниевого диода, около 0.2 В для диода с барьером Шоттки и от 2 до 5 В или более для светодиода (LED).

Для протекания тока в обратном направлении потребуется значительно более высокое напряжение; Термин «напряжение пробоя» относится к обратному напряжению, выше которого ток увеличивается очень быстро с увеличением напряжения. Поскольку это напряжение пробоя по существу не зависит от тока, эти характеристики обратного напряжения могут использоваться для реализации регуляторов напряжения и других подобных функций.

Рисунок 4: Характеристики напряжения и тока диода

Твердотельный транзистор: основной компонент, впервые запущенный в эксплуатацию

Биполярный транзистор (в отличие от полевого транзистора, описанного ниже) состоит из центра P-типа или N-типа, зажатого между внешними поверхностями N-типа или P-типа. Существует два основных типа: NPN-типа (с P-типом в центре) и PNP-типа (с N-типом в центре).

На рисунке 5 показана работа транзистора NPN.База и эмиттер, вместе взятые, имеют такую ​​же структуру, как диод. В этом примере приложение прямого напряжения (около 0,7 В) вызывает протекание базового тока (I _B ), так что много свободных электронов перемещаются из области эмиттера в область базы. Если эмиттер выкачивает больше носителей, чем может быть рекомбинировано в базовой области, избыточные свободные электроны перемещаются в область коллектора в соответствии с приложенным напряжением E ₂ . В типичном приложении количество свободных электронов, выходящих из эмиттера, будет в 10-100 раз больше количества, которое может рекомбинировать в базовой области.Таким образом, ток коллектора (I _C ) будет превышать I _B на тот же коэффициент (от 10 до 100). Если I _B равен 0, то I _C также будет 0, поскольку эмиттер не будет выпускать никаких носителей.

Рисунок 5: NPN-транзистор

Другими словами, прямой ток I _B между базой и эмиттером эффективно управляет током I _C между эмиттером и коллектором. Благодаря этой особенности транзисторы могут использоваться отдельно для реализации переключателей и усилителей, в то время как они также являются наиболее важным компонентом в современной электронной схеме.Их можно комбинировать множеством разных способов для создания множества сложных схем.

Транзисторы как переключатели

Как объяснялось выше, транзистор может производить ток коллектора, который во много раз превышает ток его базы. Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления прямого тока или hFE. Это усиление может принимать значение от 100 до 700.

Как видно из схемы, показанной на Рисунке 6, подача 0 В на вывод IN приводит к нулевому току базы и, следовательно, нулевому току коллектора.Соответственно, нет тока через сопротивление нагрузки R _L , а выход на клемме OUT составляет 12 В.

Теперь, если мы подадим достаточно высокое напряжение между базой и эмиттером (обычно около 0,7 В или выше по сравнению с 0 В), это вызовет протекание базового тока, который, в свою очередь, создаст ток коллектора, который в hFE умножает на базу. Текущий; за исключением того, что фактический ток будет ограничен резистивной нагрузкой R _L до значения ((12 В — Vce-sat (напряжение насыщения)) / R _L ).Этот тип коммутационной схемы часто используется, чтобы позволить микроконтроллеру, логической ИС или подобному небольшому компоненту управлять энергоемким устройством, которое он не может управлять напрямую, например, светодиодным индикатором питания, реле или двигателем постоянного тока.

Рисунок 6: Транзистор, работающий как переключатель

Ключевой компонент интегральных схем

Существует два основных типа полевых транзисторов (полевых транзисторов): полевые МОП-транзисторы (полевые транзисторы из металла, оксида и полупроводника) и полевые транзисторы с переходным соединением.В частности, полевые МОП-транзисторы имеют более плоскую структуру, чем биполярные транзисторы, рассмотренные выше, могут быть размещены ближе друг к другу, не подвергаясь перекрестным помехам, и могут работать с низким энергопотреблением. Поэтому они поддерживают лучшую интеграцию и миниатюризацию и стали важными компонентами ИС и БИС. Давайте кратко рассмотрим, как работает полевой МОП-транзистор.

На рисунке 7 показан МОП-транзистор N-типа. Он имеет вывод затвора («G»), под которым находится оксидная пленка, служащая изолятором. Также имеется вывод истока («S») с одной стороны от G и вывод стока («D») с другой стороны.Когда между затвором и истоком нет напряжения, полупроводник P-типа, разделяющий исток и сток, действует как изолятор. Таким образом, ток не течет между истоком и стоком.

Рисунок 7: МОП-транзистор N-типа

Когда на затвор подается напряжение, оно притягивает и подтягивает свободные электроны, которые находятся прямо под затвором, в результате чего этих электронов становится много в области между истоком и стоком. Эти электроны образуют канал, по которому теперь может свободно течь ток.

Другими словами, напряжение затвора используется для управления током между истоком и стоком. МОП-транзисторы в основном используются в схемах переключателей и усилителей. Их также можно использовать для обеспечения постоянного тока, поскольку приложение фиксированного напряжения на затворе будет генерировать фиксированный ток между истоком и стоком.

На MOSFET N-типа канал является N-типом. На МОП-транзисторе P-типа канал является P-типом.

КМОП-полупроводники: важный элемент цифровых схем

Полупроводник CMOS (комплементарный MOS) — это набор полевых МОП-транзисторов, подключенных, как показано на рисунке 8.Когда на клемму IN подается напряжение 0 В или VCC, то один или другой из этих полевых МОП-транзисторов будет включен. Это означает, что между VCC и GND почти нет тока. Поэтому устройства CMOS хороши для создания логических схем с низким энергопотреблением. Большинство современных БИС и ИС построены по технологии CMOS.

Рисунок 8: Инвертор CMOS

На следующем занятии мы узнаем об основных ИС и операционных усилителях, используемых для усиления аналоговых сигналов.

Список модулей

1. Пассивные элементы
2. Диоды, транзисторы и полевые транзисторы
3. Операционные усилители, схема компаратора

Транзисторы — Введение

разработка электронной промышленности, как мы видим сегодня, началась с изобретение транзистора.Работа транзистора может легко понять, если у вас уже есть знания о полупроводниках диоды. Если вы ничего не знаете о диодах, не волнуйся. Это руководство предоставит полное руководство по транзисторы, которые помогают новичкам легко понять концепция.

В в предыдущих уроках мы видели, что диоды состоят из комбинация n-типа и р-типа полупроводник.Когда соединяется полупроводник p-типа с полупроводником n-типа, p-n между ними образуется стык. Этот p-n переход образует самый популярный прибор, известный как полупроводниковый диод. An добавление еще одного слоя к диоду с p-n переходом формирует Трехконтактное устройство называется транзистором. Термин транзистор обычно относится к биполярному переходному транзистору (BJT).

Нравится диод с p-n переходом, транзистор также состоит из комбинация полупроводниковых слоев p-типа и n-типа. Однако, в отличие от диода с p-n переходом, транзистор содержит один полупроводниковый слой p-типа и два полупроводниковых слоя n-типа или один полупроводниковый слой n-типа и два полупроводниковых слоя p-типа.

Транзистор который состоит из одного полупроводника p-типа и двух полупроводников n-типа слоев известен как транзистор n-p-n, тогда как транзистор который состоит из одного полупроводника n-типа и двух полупроводников p-типа слои известны как p-n-p транзистор.

тип N а полупроводники p-типа являются внешними полупроводники. В полупроводнике n-типа свободные электроны являются основными носителями заряда и дырками являются неосновными носителями заряда, тогда как в р-типе полупроводник, дырки являются основными носителями заряда и свободными электроны являются неосновными носителями заряда.Поэтому в Свободные электроны полупроводника n-типа переносят большую часть тока тогда как в полупроводниках p-типа дырки несут большую часть Текущий.

Транзистор определение

А Транзистор — это трехконтактный полупроводниковый прибор, который усиливает или переключает поток тока.

или

А транзистор — электронное устройство, контролирующее ток flow или переключает текущий поток.

или

А транзистор — электронное устройство, контролирующее движение электронов (носителей заряда).

или

А транзистор — это небольшое электронное устройство, которое контролирует поток электрического тока.

Краткая история транзисторов

транзистор была успешно продемонстрирована 23 декабря 1947 г. в Bell Лаборатории, Нью-Джерси.Три человека, которым приписывают изобретением транзистора были Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн. Среди этих трех человек Уильям Шокли сыграл ключевую роль в изобретении транзистор.

Что такое транзистор?

Транзистор — это трехконтактный полупроводниковый прибор, усиливающий электронные сигналы, такие как радио и телевизионные сигналы.До появления транзисторов электронные лампы используются для усиления электронных сигналов. Но в наши дни электронные лампы заменяются транзисторами из-за их различные преимущества перед электронными лампами.

различные преимущества и недостатки транзисторов и вакуума пробирки следующие:

Преимущества вакуумные лампы

• Лампы вакуумные легко заменяется.
• Толерантность к большие перегрузки и напряжение шипы
• Superior качество звука

Недостатки ламп накаливания

• Высокая мощность расход
• Высокая стоимость
• Вакуумные лампы очень громоздкие.Так они занимают больше места.
• Высокое напряжение необходим для работы электронных ламп.
• Продукция большая жара
• Нижний КПД

Преимущества транзисторы

• Низкое энергопотребление расход
• Низкая стоимость
• малый
• Выше КПД
• Низкое напряжение нужен для работы транзисторов
• Высокая физическая прочность, чем у электронных ламп
• Продавать далеко меньше тепла, чем вакуумные лампы
• Транзисторы легче электронных ламп

Недостатки транзисторов

• Меньше толерантность к перегрузкам и скачкам напряжения по сравнению с электронными лампами
• Техническое обслуживание очень сложно
• Это сложно заменить транзистор

Классификация транзисторов

транзисторы классификацию можно понять, наблюдая за деревом ниже диаграмма.

транзисторы в основном делятся на два типа: Биполярный переход Транзистор (BJT) и полевой транзистор (FET). В биполярном Junction Transistor (BJT), как свободные электроны, так и дырки проводят электрический ток, тогда как в полевом транзисторе (FET) либо свободные электроны, либо дырки проводят электрический ток.

Биполярные переходные транзисторы (BJT) снова подразделяются на два типа: это транзисторы NPN и PNP.

Полевые транзисторы (FET) подразделяются на два типа: JFET и MOSFET. JFET — это аббревиатура от Junction Field Effect. Транзистор и MOSFET расшифровываются как Metal Oxide Semiconductor. Полевой транзистор.

Переходные полевые транзисторы (JFET) в режиме истощения делятся на два типа: N-канал и P-канал.

MOSFET-транзисторы подразделяются на два типа: обедненные. режим MOSFET и режим расширения MOSFET.

истощение Режим MOSFET подразделяется на два типа: N-канальный и П-канал.

улучшение Режим MOSFET подразделяется на два типа: N-канальный и П-канал.

.