Транзисторы типы. Транзисторы: основные виды и их применение в современной электронике — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое транзистор и как он работает. Какие бывают основные типы транзисторов. Чем отличаются биполярные и полевые транзисторы. Где применяются различные виды транзисторов в современной электронике.

Содержание

Что такое транзистор и принцип его работы

Транзистор — это полупроводниковый электронный прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Он позволяет управлять током в электрической цепи с помощью небольших изменений входного напряжения или тока.

Принцип работы транзистора можно сравнить с водопроводным краном — небольшим усилием можно регулировать сильный поток воды. Аналогично, слабым входным сигналом транзистор может управлять значительно большим выходным током.

Название «транзистор» происходит от английских слов «transfer» (переносить) и «resistor» (сопротивление). Это отражает его основную функцию — изменение сопротивления для управления током.

Основные типы и виды транзисторов

Существует два основных типа транзисторов:

Биполярные транзисторы (БТ)
Полевые (униполярные) транзисторы (ПТ)

Биполярные транзисторы в свою очередь делятся на:

NPN-транзисторы
PNP-транзисторы

Полевые транзисторы подразделяются на:

Транзисторы с управляющим p-n переходом (JFET)
Транзисторы с изолированным затвором (MOSFET)

Особенности биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы имеют три вывода — эмиттер, база и коллектор. Их работа основана на взаимодействии двух типов носителей заряда — электронов и дырок.

Основные параметры биполярных транзисторов:

Коэффициент усиления по току
Максимально допустимый ток коллектора
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер
Граничная частота усиления

Биполярные транзисторы широко применяются в аналоговых схемах в качестве усилителей тока, напряжения и мощности.

Характеристики и применение полевых транзисторов

Полевые транзисторы управляются электрическим полем и имеют высокое входное сопротивление. Их основные электроды — исток, затвор и сток.

Ключевые особенности полевых транзисторов:

Высокое входное сопротивление
Низкий уровень шумов
Высокая температурная стабильность
Возможность работы как с положительным, так и с отрицательным напряжением на затворе

Полевые транзисторы нашли широкое применение в цифровых интегральных схемах, в первую очередь в микропроцессорах и микросхемах памяти. Они используются в качестве ключей в логических элементах.

Сравнение биполярных и полевых транзисторов

Какие основные отличия между биполярными и полевыми транзисторами? Рассмотрим ключевые различия:

Биполярные транзисторы управляются током, а полевые — напряжением

У биполярных транзисторов низкое входное сопротивление, у полевых — очень высокое
Биполярные транзисторы обеспечивают лучшее усиление тока, полевые — напряжения
Полевые транзисторы имеют меньший уровень шумов
Биполярные транзисторы быстрее переключаются, но потребляют больше энергии

Выбор типа транзистора зависит от конкретного применения и требуемых характеристик схемы.

Применение транзисторов в современной электронике

Где используются транзисторы в современных электронных устройствах? Основные области применения:

Усилители звуковых и радиочастотных сигналов
Стабилизаторы напряжения и источники питания
Генераторы электрических колебаний
Переключатели и коммутаторы в цифровых схемах
Логические элементы в микропроцессорах и микросхемах памяти
Датчики в различных измерительных приборах

Транзисторы являются основой современной электроники и используются практически во всех электронных устройствах — от простейших до самых сложных.

Развитие технологий производства транзисторов

Как развивались технологии производства транзисторов с момента их изобретения? Основные этапы:

1947 г. — создание первого точечного транзистора
1950-е гг. — разработка планарной технологии, позволившей наладить массовое производство
1960-е гг. — появление полевых транзисторов
1970-е гг. — создание MOSFET-транзисторов, ставших основой микропроцессоров
1990-е гг. — уменьшение размеров транзисторов до сотен нанометров
2000-е гг. — разработка транзисторов с размерами в десятки нанометров

Современные технологии позволяют создавать транзисторы размером всего 5-7 нанометров. Это дает возможность размещать миллиарды транзисторов на одном кристалле микросхемы.

Перспективы развития транзисторных технологий

Какие перспективы открываются перед транзисторными технологиями в будущем? Основные направления развития:

Дальнейшая миниатюризация транзисторов до единиц нанометров
Создание трехмерных структур транзисторов
Разработка транзисторов на основе новых материалов (графен, углеродные нанотрубки)
Развитие оптических и квантовых транзисторов
Совершенствование технологий производства для снижения энергопотребления

Развитие транзисторных технологий позволит создавать еще более мощные и энергоэффективные электронные устройства, открывая новые возможности в области вычислительной техники, связи и других сферах.

Транзисторы. Общие сведения.

Что такое транзистор?

Транзистор – электронный полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Если быть точнее, то транзистор позволяет регулировать силу электрического тока подобно тому, как водяной кран регулирует поток воды

. Отсюда следуют две основные функции прибора в электрической цепи — это усилитель и переключатель.

Существует бесконечное множество разных типов транзисторов – от огромных усилителей высокой мощности размером с кулак, до миниатюрных переключателей на кристалле процессора размером в считанные десятки нанометров (в одном метре 10⁹ нанометров).

Что значит слово «транзистор» и как это связано с его работой?

Слово «транзистор» происходит от двух английских слов — «transfer» (переносить) и «resistor» (сопротивление). Что можно буквально перевести, как «переходное сопротивление». Однако, лучше всего для описания работы этого прибора, подойдет название «переменное сопротивление». Поскольку в электронной цепи, транзистор ведет себя именно как переменное сопротивление. Только если у таких переменных резисторов, как потенциометр и обычный выключатель, нужно менять сопротивление с помощью механического воздействия, то у транзистора его меняют посредством напряжения, которое подается на один из электродов прибора.

Обозначения и типы транзисторов.

Устройство и обозначение транзисторов разделяют на две большие группы. Первая – это биполярные транзисторы (БТ) (международный термин – BJT, Bipolar Junction Transistor). Вторая группа – это униполярные транзисторы, еще их называют полевыми (ПТ) (международный термин – FET, Field Effect Transistor).

Полевые, в свою очередь, делятся на транзисторы с PN-переходом (JFET — Junction FET) и с изолированным затвором (MOSFET- Metal-Oxide-Semiconductor FET) .

Применение биполярных транзисторов.

На сегодняшний день биполярные транзисторы получили самое широкое распространение в аналоговой электронике. Если быть точнее, то чаще всего их используют в качестве усилителей в дискретных цепях (схемах, состоящих из отдельных электронных компонентов).

Также нередко отдельные БТ используются совместно с интегральными (состоящими из многих компонентов на одном кристалле полупроводника) а налоговыми и цифровыми микросхемами. В этом возникает необходимость, например, когда нужно усилить слабый сигнал на выходе из интегральной схемы, обычно не располагающей высокой мощностью.

Применение полевых транзисторов.

В области цифровой электроники, полевые транзисторы, а именно полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET), практически полностью вытеснили биполярные благодаря многократному превосходству в скорости и экономичности. Внутри архитектуры логики процессоров, памяти, и других различных цифровых микросхем, находятся сотни миллионов, и даже миллиарды MOSFET, играющих роль электронных переключателей.

13. Биполярные транзисторы. Типы, вах, основные параметры.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примерной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки. Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора — большая площадь p — n-перехода.

Основные параметры

Для анализа и расчета цепей с биполярными транзисторами используют так называемые h – параметры транзистора, включенного по схеме ОЭ.

Электрическое состояние транзистора, включенного по схеме ОЭ, характеризуется величинами IБ, IБЭ, IК, UКЭ.

В систему h − параметров входят следующие величины:

1. Входное сопротивление

h21 = U1/I1 при U2 = const. (4.4)

представляет собой сопротивление транзистора переменному входному току при котором замыкание на выходе, т.е. при отсутствии выходного переменного напряжения.

2. Коэффициент обратной связи по напряжению:

h22 = U1/U2 при I1 = const. (4.5)

показывает, какая доля входного переменного напряжения передается на вход транзистора вследствие обратной связи в нем.

3. Коэффициент усилия по току (коэффициент передачи тока):

h31 = I2/I1 при U2 = const. (4.6)

показывает усиление переменного тока транзистором в режиме работы без нагрузки.

4. Выходная проводимость:

h32 = I2/U2 при I1 = const. (4.7)

представляет собой проводимость для переменного тока между выходными зажимами транзистора.

Выходное сопротивление Rвых = 1/h32.

Для схемы с общим эмиттером справедливы следующие уравнения:

(4.8)

где

Для предотвращения перегрева коллекторного перехода необходимо, чтобы мощность, выделяемая в нем при прохождении коллекторного тока, не превышала некоторой максимальной величины:

(4.9)

Кроме того, существуют ограничения по коллекторному напряжению:

и коллекторному току:

14. Малосигнальные h-параметры биполярных транзисторов. Система h-параметров

Система h-параметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U₂ = 0) и режим холостого хода на входе (I₁ = 0). Поэтому для системы h-параметров в качестве входных параметров задаются ток I₁ и напряжение U₂, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I₂ и напряжение U₁, при этом система, описывающая связь входных I₁, U₂ и выходных I₂, U₁ параметров, выглядит следующим образом:

Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:

— входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;

— выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;

— коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;

— коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Эквивалентная схема четырехполюсника с h-параметрами приведена на рисунке 5.24а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h-параметр.

Рис. 5.24. Эквивалентная схема четырехполюсника: а) биполярный транзистор в схеме с общей базой; б) биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

Рассмотрим связь h-параметров биполярного транзистора в схеме с общей базой с дифференциальными параметрами. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора на низких частотах, показанной на рисунке 5.24а, а также выражениями для вольт-амперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем:

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 5.24б) выражения, описывающие связь h-параметров с дифференциальными параметрами, будут иметь следующий вид:

Транзисторные схемы и типы схем »Примечания по электронике

Существует множество различных транзисторных схем, начиная от таких типов, как общий эмиттер и эмиттерный повторитель, до конструкций, таких как токовое зеркало, Дарлингтон, пара Шиклаи, токовое зеркало, пара с длинным хвостом, источник тока и многие другие.

Типы транзисторных схем Включает:
Типы транзисторных схем Общий эмиттер Повторитель эмиттера Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклаи Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр верхних частот

См. также: Схема транзистора

Транзистор позволяет создавать множество схем с различными функциями. От усилителей до буферов, от фильтров до генераторов, источников тока, пар с длинными хвостами и многого другого.

Какой бы ни была схема, основные условия смещения следуют одним и тем же основным правилам, но топология схемы позволяет использовать транзистор различными способами для обеспечения множества различных функций схемы.

Транзисторные схемы

Существует множество различных типов транзисторных схем. Каждый тип имеет свою топологию и выполняет разные функции.

Ниже приведен выбор различных типов транзисторных схем:

Схема усилителя на транзисторе с общим эмиттером: Усилитель с общим эмиттером является одним из наиболее широко используемых типов транзисторных схем. Он используется во многих приложениях, где приемлемы средние уровни входного и выходного сигналов и требуется средний коэффициент усиления по напряжению. . . . . Подробнее об усилителе на транзисторе с общим эмиттером
Транзисторная схема эмиттерного повторителя: Этот тип транзисторной схемы часто используется там, где требуется высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Он действует как буферная цепь. Он также известен как схема с общим коллектором. . . . . Узнайте больше о транзисторном усилителе с общим коллектором/эмиттерным повторителем.
Транзисторная схема с общей базой: Транзисторная схема с общей базой не так широко используется, как схемы с общим эмиттером и эмиттерным повторителем. Он находит применение в некоторых микрофонных усилителях, а также в усилителях VHF/UHF RF. . . . . Узнайте больше об усилителе на транзисторах с общей базой .
Пара Дарлингтона: Пара Дарлингтона — это форма конфигурации транзисторной схемы, которая используется для обеспечения очень высокого уровня усиления. Когда эмиттер первого транзистора соединен с базой второго, он эффективно дает бета-умножение. Эта схема на транзисторе типа f может использоваться по-разному и обеспечивает отличные рабочие характеристики. . . . . Узнайте больше о паре Дарлингтона.
Пара Шиклаи: Пара Шиклаи во многом похожа на Дарлингтон, но в несколько иной конфигурации ее можно использовать с Дарлингтоном в выходных каскадах транзисторных усилителей. . . . . Узнайте больше о паре Sziklai.
Схема токового зеркала: Этот тип транзисторной схемы широко используется в интегральных схемах. Он имеет два плеча, и ток, текущий в одном плече, отражается в другом. . . . . Подробнее о схеме токового зеркала читайте .
Пара с длинными хвостами: Схема транзисторных пар с длинными хвостами представляет собой базовую форму дифференциального усилителя, которая составляет основу многих схем операционных усилителей. . . . . Узнайте больше об усилителе с длинной хвостовой парой.
Источник постоянного тока: . . . . Узнайте больше об источнике постоянного тока Active.
Множитель емкости: Схема умножения емкости транзистора умножает эффективную емкость конденсатора на значение β транзистора. . . . . Узнайте больше о множителе емкости .
Двухтранзисторный усилитель: Полезная небольшая схема, использующая транзисторы PNP и NPN, обеспечивающая определенный уровень усиления с возможностью увеличения усиления по сравнению с одним транзистором. . . . . Подробнее о двухтранзисторном усилителе
Фильтр верхних частот: Несмотря на то, что операционные усилители способны обеспечивать очень хорошие фильтры верхних частот, иногда для выполнения той же функции требуется простая схема на транзисторах. . . . . Узнайте больше о фильтре верхних частот .

Это дает общее представление о некоторых типах транзисторных схем. Существует огромное количество различных типов схем, каждая из которых имеет свою функцию и параметры. Используя их, можно построить гораздо большие схемы, обеспечивающие более сложную общую функцию.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
Вернитесь в меню проектирования схем . . .

Типы смещения — биполярные транзисторы

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Одной из основных проблем с транзисторными усилителями является установление и поддержание надлежащих значений тока покоя и напряжения в цепи. Это достигается за счет выбора правильных условий смещения цепи и поддержания этих условий, несмотря на изменения температуры окружающей среды, которые вызывают изменения в усилении и даже искажения (нежелательные изменения в сигнале). Таким образом, возникает потребность в способе правильного смещения транзисторного усилителя и в то же время стабилизации его рабочей точки по постоянному току (значения отсутствия сигнала напряжения коллектора и тока коллектора). Как упоминалось ранее, для выполнения обеих этих функций могут использоваться различные методы смещения. Хотя существует множество методов смещения, мы рассмотрим только три основных типа.

Смещение базового тока (фиксированное смещение)

На двух предыдущих рисунках использовался первый метод смещения, называемый БАЗОВОЕ ТОКОВОЕ СМЕЩЕНИЕ или иногда ФИКСИРОВАННОЕ СМЕЩЕНИЕ. Как вы помните, он состоял в основном из резистора (Rb), подключенного между напряжением питания коллектора и базой. К сожалению, это простое устройство весьма термически неустойчиво. Если температура транзистора по какой-либо причине повышается (из-за повышения температуры окружающей среды или из-за протекания через него тока), ток коллектора будет увеличиваться. Это увеличение тока также приводит к тому, что рабочая точка постоянного тока, иногда называемая точкой покоя или статической точкой, смещается от желаемого положения (уровня). Эта реакция на температуру нежелательна, потому что она влияет на усиление усилителя (количество кратностей усиления) и может привести к искажению, как вы увидите позже в этом обсуждении.

Самосмещение

Наилучший метод смещения достигается путем вставки резистора смещения непосредственно между базой и коллектором, как показано на рисунке ниже. Привязывая таким образом коллектор к базе, можно подавать напряжение обратной связи от коллектора к базе для создания прямого смещения. Эта схема называется SELF-BIAS. Теперь, если повышение температуры вызывает увеличение тока коллектора, напряжение коллектора (Vc) упадет из-за увеличения напряжения, создаваемого на нагрузочном резисторе (Rl). Это падение Vc будет возвращено на базу и приведет к уменьшению тока базы. Уменьшение тока базы будет противодействовать первоначальному увеличению тока коллектора и стабилизировать его. Прямо противоположный эффект возникает при уменьшении тока коллектора.

Самопредвзятость имеет два небольших недостатка: (1) она эффективна лишь частично и, следовательно, используется только там, где ожидаются умеренные изменения температуры окружающей среды; (2) уменьшает усиление, так как сигнал на коллекторе также влияет на базовое напряжение. Это связано с тем, что сигналы коллектора и базы для этой конкретной конфигурации усилителя сдвинуты по фазе на 180 градусов (противоположные по полярности), а часть сигнала коллектора, возвращаемая на базу, компенсирует часть входного сигнала. Этот процесс возврата части вывода обратно к его входу известен как ДЕГЕНЕРАЦИЯ или ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ. Иногда желательно вырождение, чтобы предотвратить искажение амплитуды (выходной сигнал, который не соответствует входному точно), и для этой цели можно использовать самосмещение.

Комбинированное смещение

Комбинация фиксированного и собственного смещения может быть использована для повышения стабильности и в то же время преодоления некоторых недостатков двух других методов смещения. Одной из наиболее широко используемых систем комбинированного смещения является тип делителя напряжения, показанный на рисунке ниже. Фиксированное смещение обеспечивается в этой схеме цепью делителя напряжения, состоящей из Rl, R2 и напряжения питания коллектора (Vcc).