Транзистор для чего он нужен. Транзистор: принцип работы, типы и применение в современной электронике

Что такое транзистор и как он работает. Какие бывают основные типы транзисторов. Где применяются транзисторы в современной технике. Почему транзисторы так важны для развития электроники.

Что такое транзистор и его основные компоненты

Транзистор — это полупроводниковый прибор, который может усиливать и переключать электрические сигналы. Он состоит из трех основных частей:

• Эмиттер — область, которая является источником носителей заряда (электронов или дырок)
• База — тонкая область между эмиттером и коллектором, которая управляет потоком носителей заряда
• Коллектор — область, которая собирает носители заряда, прошедшие через базу

Транзистор изготавливается из полупроводниковых материалов, таких как кремний или германий, которые специальным образом легированы примесями для создания p-n переходов между областями.

Принцип работы транзистора

Как работает транзистор? Основной принцип его работы заключается в том, что небольшой ток, протекающий через базу, может управлять гораздо большим током между эмиттером и коллектором. Это происходит следующим образом:

1. На переход база-эмиттер подается прямое напряжение, что позволяет носителям заряда (электронам или дыркам) инжектироваться из эмиттера в базу
2. Переход база-коллектор смещен в обратном направлении
3. Носители заряда, попавшие в базу, диффундируют через нее и попадают в область коллектора
4. Таким образом, небольшой ток базы управляет значительно большим током коллектора

Это свойство транзистора позволяет использовать его в качестве усилителя или переключателя электрических сигналов.

Основные типы транзисторов

Существует два основных типа транзисторов:

Биполярные транзисторы (BJT)

Биполярные транзисторы бывают двух видов:

• n-p-n транзисторы — состоят из двух областей n-типа, разделенных тонкой областью p-типа
• p-n-p транзисторы — состоят из двух областей p-типа, разделенных тонкой областью n-типа

В биполярных транзисторах ток управляется током базы.

Полевые транзисторы (FET)

Основные виды полевых транзисторов:

• MOSFET (metal-oxide-semiconductor FET) — наиболее распространенный тип
• JFET (junction FET)

В полевых транзисторах ток управляется напряжением на затворе, что создает электрическое поле в канале транзистора.

Применение транзисторов в современной электронике

Где используются транзисторы в современных устройствах?

• Компьютеры и микропроцессоры — транзисторы являются базовыми элементами логических схем
• Усилители звука и видеосигналов
• Источники питания — для регулирования напряжения
• Мобильные телефоны и другие портативные устройства
• Автомобильная электроника
• Бытовая техника
• Промышленное оборудование

Практически любое современное электронное устройство содержит транзисторы в том или ином виде.

Почему транзисторы так важны для развития электроники

Изобретение транзистора в 1947 году произвело настоящую революцию в электронике. Почему транзисторы стали настолько важны?

• Они намного меньше и эффективнее электронных ламп, которые использовались ранее
• Потребляют меньше энергии
• Более надежны и долговечны
• Позволили создавать миниатюрные электронные устройства
• Дали толчок развитию интегральных микросхем и микропроцессоров

Благодаря транзисторам стало возможным создание персональных компьютеров, мобильных телефонов и других портативных электронных устройств, без которых сложно представить современную жизнь.

Преимущества использования транзисторов

Каковы основные преимущества транзисторов по сравнению с другими электронными компонентами?

• Компактные размеры — позволяют создавать миниатюрные устройства
• Низкое энергопотребление — обеспечивают энергоэффективность электроники
• Высокая скорость работы — могут переключаться миллиарды раз в секунду
• Низкая стоимость производства — делают электронику доступной
• Надежность и долговечность — работают годами без сбоев
• Универсальность — могут выполнять функции усиления и переключения

Эти преимущества сделали транзисторы незаменимыми компонентами современной электроники.

Транзисторы в компьютерах и микропроцессорах

Как используются транзисторы в современных компьютерах и микропроцессорах?

• Транзисторы являются базовыми элементами логических вентилей
• Из логических вентилей строятся более сложные схемы — регистры, счетчики, сумматоры
• Микропроцессор содержит миллиарды транзисторов, организованных в сложную схему
• Транзисторы используются в схемах памяти компьютера
• Обеспечивают работу всех периферийных устройств компьютера

Без транзисторов создание современных компьютеров было бы невозможно. Они лежат в основе всей цифровой электроники.

Будущее развития транзисторных технологий

Какие перспективы развития транзисторных технологий существуют?

• Дальнейшая миниатюризация транзисторов — уменьшение до нанометровых размеров
• Использование новых материалов, например графена, для создания транзисторов
• Разработка квантовых транзисторов
• Создание трехмерных структур транзисторов
• Повышение энергоэффективности транзисторов
• Увеличение быстродействия транзисторов

Развитие транзисторных технологий продолжается и сегодня, открывая новые возможности для электроники будущего.

Для чего нужны транзисторы и как они работают

18 ноября 2020

Транзисторами можно назвать основу цифровой электроники 21 века. Они представлены в виде полупроводникового элемента, который необходим для управления электрическим током. Сегодня транзисторы применяются при производстве разнообразной техники. Они содержат благородные металлы, которые находятся на выводах и корпусе. Драгметаллы в транзисторах — это золото, платина или серебро. На некоторых из них имеется скрытая позолота, которую можно найти под крышкой устройства. Из-за этого приборы сегодня активно перерабатываются. Но нужно учитывать, что драгоценные металлы в транзисторах встречаются не всегда. Все зависит от года выпуска и производителя приборов.

Для чего в составе техники нужны транзисторы с драгметаллами

Главная функция транзисторов — управление электрическим током большого значения, используя небольшие усилия. Сегодня без этого прибора не смогут обойтись многие усовершенствованные электрические схемы. Транзисторы активно применяются при производстве вычислительной аппаратуры, аудиотехники, видеоаппаратуры. Сегодня известны разные виды полупроводниковых приборов. Но все они выполняют одну функцию и имеют схожий принцип работы.

Принцип работы транзистора и зачем нужны драгметаллы в транзисторах

Один из самых часто встречающихся видов транзистора — биполярный. Он представлен в виде кристалла проводника, который разделяется на три зоны с разными показателями электропроводности. Все эти зоны имеют свои названия — коллектор, база, эмиттер. Принцип работы прибора схож с функционированием водопроводного крана. Однако жидкость здесь заменяет электрический ток.

Продать транзисторы

Выделяют два состояния транзистора — открытое и закрытое. Когда прибор закрыт, через него не проходит малый электрический ток. Когда на базу попадает ток, транзистор открывается. Далее большой ток начинает проходить через эмиттер и коллектор.

При подключении источника энергии между эмиттером и коллектором, электронный коллектора буду притягиваться к плюсу. Однако возникновения тока не произойдёт. Прохождению электричества в таком случае будет препятствовать база и поверхность эмиттера. Если же попробовать подсоединить источник сети между базой и эмиттером, электрон эмиттера будут внедряться в сферу баз. Это область станет обогащаться свободными электронами. Одна часть из них будет направляться в сторону плюса базы, другая — в сторону коллектора.

Так транзистор станет открытым, при этом через него будет проходить электрический ток. При повышении напряжения в области базы, будет увеличиваться и ток зоны коллектора и эмиттера. Даже при самых незначительных изменениях управляющего напряжения сила тока коллектора-эмиттера будет увеличена. По такому принципу и работает транзистор в электроприборах.

Особенности полевых транзисторов

Полевые транзисторы имеют особый принцип работы — ток в этом случае проходит только по одной полярности. По типу устройства эти приборы можно разделить на несколько видов: устройства с управляющим p-n переходом, приборы, имеющие изолированный затвор, транзисторы с устройством металл-диэлектрик-проводник.

Продать транзисторы

Главная особенность полевых устройств — низкий процент потребления энергии. Для них характерна продолжительная работа от небольших аккумуляторов. В таком режиме они могут функционировать больше года. Из-за этого полевые транзисторы активно используют для производства современной электроники. Например, мобильных устройств, пультов дистанционного управления и иного цифрового оборудования. Для этих приборов полевой транзистор считается наиболее выгодным.

Устройство состоит из трех главных элементов — исток, сток и затвор. Исток и сток выполняют функцию генерирования и приёма носителей электрического заряда. Сам затвор помогает управлять током, который проходит через весь полевой транзистор. Сегодня в аппаратуре используются транзисторы полевого типа с p-n-переходом и приборы с изолированный затвором.

◄ Назад к новостям

Похожие статьи

Где искать транзисторы с радиодеталями

Транзисторы-радиоэлектроника и другие сферы применения

Источник драгметаллов в транзисторах

Оставьте заявку на обратный звонок, и мы Вам перезвоним.

Физика транзистора: как работает «клетка» электронного организма

https://ria.ru/20171009/1506325308.html

Физика транзистора: как работает «клетка» электронного организма

Физика транзистора: как работает «клетка» электронного организма — РИА Новости, 09.10.2017

Физика транзистора: как работает «клетка» электронного организма

Полевой транзистор — вот основной компонент любого компьютера. Называется он так потому, что управляется приложением напряжения, то есть электрическим полем… РИА Новости, 09.10.2017

2017-10-09T08:00

2017-10-09T08:00

2017-10-09T08:00

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1506325308.jpg?15050014721507525232

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2017

РИА Новости

1

5

4. 7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

МОСКВА, 9 окт — РИА Новости, Ольга Коленцова. Полевой транзистор — вот основной компонент любого компьютера. Называется он так потому, что управляется приложением напряжения, то есть электрическим полем. Транзистор может быть усилителем тока или работать в режиме ключа (пропускать или не пропускать ток). Последнее свойство используется компьютером для вычислений, которые он выполняет в двоичной системе. Например, в режиме пропускания тока транзистор находится в состоянии логического нуля, а в режиме непропускания — в состоянии логической единицы. 

Физики создали «атомный» транзистор, работающий при комнатной температуре

NaN , NaN:NaN

Все в мире может находиться только в двух основных состояниях. Человек может быть больным или здоровым, дверь либо закрыта, либо открыта, строительство дома либо завершено, либо все еще в процессе. Двоичная система не признает «межсостояний». 

Итак, что мы хотим от компьютера? Одно из требований — мгновенное выполнение даже самых сложных задач. Получается, от транзистора нам нужна высокая скорость смены состояний — быстрое чередование задаваемой последовательности нулей и единиц.  

© Fotolia / Geza FarkasТранзисторы

© Fotolia / Geza Farkas

Рассмотрим упрощенную схему полевого транзистора. На подложке из полупроводника делаются два омических контакта, которые называются «исток» и «сток». Омическим называют контакт, который характеризуется линейной зависимостью тока от напряжения. Подложка должна быть построена из слоев полупроводников таким образом, чтобы существовал постоянный ток носителей заряда (электронов или дырок) от одного контакта к другому по полупроводниковому слою. Между этими контактами расположен еще один контакт, который называют затвором. Приложение напряжения к затвору и истоку изменяет высоту энергетического барьера, который преодолевают электроны при движении из одного слоя материала в другой. Например, из полупроводника в металл или из полупроводника в полупроводник.  

CC BY-SA 3.0 / Brews ohare / MOSFET structureМОП-транзистор

CC BY-SA 3.0 / Brews ohare / MOSFET structure

Энергетический барьер возникает между двумя разными материалами. Например, для того, чтобы электрон «вышел» из металла, ему нужно преодолеть притяжение положительных ионов кристаллической решетки. Так как ее устройство зависит от материала, между последними будет возникать барьер, разница энергий, которую надо преодолеть электронам. 

Сверхъяркий лазер заставил электрон «нарушить» законы физики

NaN , NaN:NaN

Например, чтобы студенту перейти с одного курса на другой, нужно сдать экзамены. То есть достичь определенного накопления знаний в своей голове. Если поставить вместо знаний энергию, то получим аналог электрону, который преодолевает «барьер-экзамен», чтобы перейти в другую область. 

Если барьер в полевом транзисторе достигает определенной высоты (при помощи приложения напряжения), энергии электронов недостаточно для «прыжка» через него, и ток не течет. Допустим, это состояние логической единицы. А если напряжение не приложено, электроны спокойно бегут от одного контакта к другому, транзистор находится в состоянии логического нуля.  

© Fotolia / Petrovich22Печатная плата

© Fotolia / Petrovich22

Теперь можно подумать, как обеспечить наиболее быструю смену состояний транзистора. Вспомним очень простую школьную формулу:

                                                              t=s/v. 

В данной формуле s — это расстояние, которое проходит объект, t — время, за которое он его преодолевает, v — скорость движения. 

Время, за которое ток достигнет такого значения, чтобы электроны покинули управляемую область (под затвором), зависит от их скорости и расстояния, которое надо пройти.

© Fotolia / krasyukПайка транзисторов

© Fotolia / krasyuk

Основным материалом, из которого делаются транзисторы, является кремний. Он дешевый, доступный и применимый для многих задач. Но иногда перед учеными стоит цель получения максимально мощных или высокочастотных (скоростных) транзисторов. В первом случае их функцией является в основном усиление сигнала. Для этого используются структуры на основе нитрида галлия (GaN). А для получения высоких частот (уже существуют образцы транзисторов с частотой выше 1 терагерца) чаще всего берутся полупроводники на базе арсенида галлия (GaAs).  

© Фото : Sujay Desai/Berkeley LabСхема транзистора размером в 1 нанометр

© Фото : Sujay Desai/Berkeley Lab

На данный момент, благодаря развитию полупроводниковых технологий, возможности транзисторов растут. Одним из «претендентов» на материал для сверхбыстрых транзисторов стал графен. Ученые обещают, что его использование ускорит транзисторы в тысячи раз — вплоть до петагерц (10¹⁵). 

Что такое транзистор? (Определение, принцип работы, пример)

Транзисторы изготовлены из таких материалов, как кремний или германий, которые способны пропускать электрический ток контролируемым образом. Материалы транзисторов легированы или «обработаны» примесями для создания структуры, называемой p-n переходом. В этом случае «p» означает положительный результат, а «n» — отрицательный. Эти обозначения относятся к типу легирующих атомов (примесей), добавленных в полупроводниковый материал.

Наиболее распространенным типом транзистора является полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), который широко используется в электронных устройствах, таких как компьютеры, смартфоны и телевизоры.

Компоненты транзистора

Транзистор состоит из трех основных частей: эмиттера, базы и коллектора. Эмиттер служит источником электронов, коллектор — стоком, а база — терминалом управления.

Еще от этого экспертаЧто такое диэлектрическая проницаемость?

 

Как работают транзисторы?

Когда небольшой ток течет через базу, он управляет потоком гораздо большего тока между эмиттером и коллектором. Это связано с тем, что переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, что позволяет электронам течь от эмиттера к базе. Переход база-коллектор имеет обратное смещение, что означает, что электроны не могут течь от базы к коллектору. Однако, когда через базу протекает ток, он открывает переход база-коллектор и позволяет электронам течь от эмиттера к коллектору.

Этот процесс позволяет базе управлять потоком тока между эмиттером и коллектором, поэтому мы можем использовать транзистор различными способами.

Типовая структура транзистора, состоящего из эмиттера, коллектора и базы. | Изображение: Shutterstock

 

Почему мы используем транзисторы?

Транзистор может действовать как переключатель или затвор для электронных сигналов. На практике это означает, что мы используем транзисторы в качестве электронных переключателей, которые включают или выключают электронные схемы. Это основная функция, которую мы используем в цифровых логических схемах, например, в компьютерах, где мы используем транзисторы для представления единиц и нулей двоичного кода.

Мы также можем использовать транзисторы для управления питанием различных электронных компонентов. Транзистор действует как переключатель для включения и выключения тока. Кроме того, мы можем использовать транзисторы для регулировки уровня напряжения, что позволяет эффективно использовать мощность в электронных устройствах.

Одним из наиболее важных применений транзисторов является усилитель. Мы можем использовать транзисторы для усиления слабых сигналов, таких как выходной сигнал микрофона, до уровней, которые могут управлять громкоговорителем.

Транзисторы: как работают транзисторы. | Видео: Образ мышления инженеров

 

Каковы два основных типа транзисторов?

BJT

В BJT переход база-эмиттер смещен в прямом направлении небольшим током. Эта конфигурация позволяет электронам течь от эмиттера к базе. Переход база-коллектор имеет обратное смещение, тем самым действуя как барьер для потока электронов. Однако переход база-эмиттер с прямым смещением позволяет небольшому количеству электронов проходить через переход база-коллектор. Этот процесс создает небольшой ток между клеммами коллектора и эмиттера, который контролируется базовым током.

Хотите узнать больше о физике? Мы вас поняли. Что такое ЭМИ?

 

FET

В FET вывод затвора отделен от канала изоляционным материалом. Подача напряжения на клемму затвора создает электрическое поле, которое может притягивать или отталкивать свободные электроны в канале. Этот процесс изменяет проводимость канала и, таким образом, контролирует протекание тока между выводами истока и стока. Полевые транзисторы имеют высокий входной импеданс, что означает, что они потребляют очень мало тока от входного сигнала.

Таким образом, транзисторы действуют как переключатель или усилитель, в зависимости от того, как они подключены и какой ток протекает через них. Входной ток управляет выходным током, который мы можем использовать для усиления или переключения сигналов.

 

Почему важны транзисторы?

На изображении показана печатная плата с транзисторами. | Изображение: Shutterstock

Транзисторы являются основными строительными блоками современной электроники. Это универсальные устройства, которые могут действовать как переключатели, усилители и регуляторы сигнала, что позволяет обрабатывать и хранить цифровую информацию. Широкое использование транзисторов в электронных устройствах сильно повлияло на нашу повседневную жизнь, позволив использовать современные технологии связи, развлечений, транспорта и здравоохранения. Например, транзисторы позволили миниатюризировать электронные схемы, что привело к созданию портативных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки и носимые устройства.

Если бы не изобрели транзисторы, наш мир был бы совсем другим. Вполне вероятно, что компьютерной революции и стремительного развития электроники не произошло бы, поскольку транзисторы являются ключевым компонентом цифровых схем и современных вычислений. Это замедлило бы технологический прогресс в таких областях, как связь, развлечения, транспорт и здравоохранение. Электронные устройства были бы намного больше, медленнее и менее эффективны. Между тем, портативных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки и носимые устройства, вообще не существовало бы.

Узнайте больше с помощью встроенного технического словаряЧто такое электрический заряд?

 

Примеры транзисторов

Транзисторы используются в самых разных электронных устройствах и оборудовании, вот некоторые распространенные применения:

• Компьютеры : Транзисторы являются основным строительным блоком современных компьютеров. Мы используем их в цифровых логических схемах, микросхемах памяти и микропроцессорах, которые являются важнейшими компонентами компьютера.
• Сотовые телефоны : В сотовых телефонах транзисторы усиливают сигналы и контролируют подачу питания на различные компоненты. Они также влияют на вычислительную мощность телефона и объем памяти.
• Автомобильная промышленность : В современных легковых и грузовых автомобилях используются транзисторы для управления двигателем, силовые инверторы для электроприводов, электрические стеклоподъемники и другие электронные системы. Транзисторы играют жизненно важную роль на рынке электромобилей, поскольку они контролируют поток электроэнергии в силовых электронных системах автомобиля, тем самым обеспечивая эффективное преобразование и распределение энергии.
• Космическое и военное применение : Небольшой размер транзисторов, низкое энергопотребление и высокие рабочие характеристики делают их идеальными для использования в спутниках, ракетах и ​​других электронных системах, используемых для обороны и разведки.

Что такое транзистор? — Определение, типы, части, работа и преимущества

Транзистор представляет собой крошечный полупроводник , который помогает регулировать или контролировать поток тока или напряжения, усиливая электрические сигналы и действуя как выключатель или ворота для них. Большинство транзисторов состоят из трех слоев или выводов полупроводникового материала, каждый из которых способен проводить ток.

Содержание

• Что такое транзистор?
• Transistor Parts
  • Base:
  • Collector:
  • Emitter:
• Types of Transistors
  • Bipolar Junction Transistor (BJT)
  • Field Effect Transistor (FET)
• Transistor Working
• Advantages

Что такое транзистор?

Транзистор представляет собой твердотельный переключатель. Транзистор представляет собой трехвыводное устройство, используемое для усиления и управления электронными сигналами. Его можно использовать для усиления сигналов, переключения токов и блокирования токов.

Детали транзистора

Транзистор обычно состоит из трех слоев полупроводниковых материалов или, точнее, выводов. Эти клеммы помогают выполнить подключение к внешней цепи и провести ток. Подавая напряжение или ток на любую пару клемм транзистора, можно контролировать ток, проходящий через другую пару клемм. Это:

База:

База, обозначенная буквой B, представляет собой центральную клемму, расположенную между эмиттером и коллектором. Его легирование легкое, что делает его тонким, и его основная цель — позволить носителям проходить от эмиттера к коллектору.

Сборщик:

Сборщик отвечает за сбор носителей с эмиттера и доставку их на базу. Коллектор умеренно легирован, что означает, что он может обрабатывать больше носителей, чем эмиттер или база. Он также больше по размеру, чем эмиттер и база.

Излучатель:

Излучатель, обозначенный буквой E, имеет средние размеры. Он сильно легирован, потому что его основная обязанность — обеспечить большое количество носителей, которые будут поддерживать поток электроэнергии. Эмиттер испускает электроны, поэтому он и называется эмиттером.

Типы транзисторов

Существует два основных типа транзисторов: те, которые используются в качестве переключателей, и те, которые используются в качестве усилителей.

• Биполярный транзистор (BJT)
• Полевой транзистор (FET)

Биполярный транзистор (BJT)

Биполярные транзисторы получили свое название из-за того, что они используют как основные, так и неосновные несущие . Биполярный переходной транзистор, который был первым серийно выпускаемым типом транзистора, состоит из двух переходных диодов.

Вы можете создать биполярный транзистор либо из тонкого слоя полупроводника p-типа, зажатого между двумя полупроводниками n-типа (транзистор n–p–n), либо из тонкого слоя полупроводника n-типа, зажатого между двумя p полупроводники -типа (транзистор p–n–p). Эта конструкция создает два p-n-перехода: переход база-эмиттер и переход база-коллектор. Эти два перехода разделены тонкой областью полупроводника, известной как базовая область.

Полевой транзистор (FET)

Для полевого транзистора три клеммы: затвор, исток и сток. Напряжение на клемме затвора управляет током между истоком и стоком.

FET представляет собой униполярный транзистор, в котором для проводимости используется либо N-канальный FET, либо P-канальный FET. Основными областями применения полевых транзисторов являются малошумящие усилители, буферные усилители и аналоговые переключатели.

Транзистор также имеет несколько типов, которые указаны ниже:

• Оптический транзистор
• Diffusion Transistor
• Avalanche Transistor
• Schottky Transistor
• Darlington Transistor
• Heterojunction Bipolar Transistor
• Junction FET Transistor
• Dual Gate MOSFET
• Multiple-Emitter Transistor

Transistor Working

A transistor can act в качестве переключателя или ворот для электронных сигналов и может открываться и закрываться много раз в секунду.