Что такое транзистор и как он работает. Какие основные виды транзисторов существуют. Чем отличаются биполярные и полевые транзисторы. Где применяются различные типы транзисторов.
Что такое транзистор и его основные функции
Транзистор — это полупроводниковый прибор, который выполняет функции усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Он является ключевым элементом практически любой электронной схемы.
Основные функции транзистора:
- Усиление электрических сигналов
- Коммутация электрических цепей
- Генерация электрических колебаний
- Преобразование электрических сигналов
Транзистор имеет три электрода, через которые протекает электрический ток. Управляя током или напряжением на одном из электродов, можно в широких пределах изменять ток между двумя другими электродами.
История создания и развития транзисторов
Первый транзистор был изобретен в 1947 году учеными из Bell Labs — Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттейном. За это изобретение в 1956 году они получили Нобелевскую премию по физике.
Ключевые этапы в истории развития транзисторов:
- 1947 г. — создание первого точечного транзистора
- 1948 г. — разработка биполярного плоскостного транзистора
- 1950-е гг. — начало массового производства транзисторов
- 1960 г. — создание первого полевого транзистора
- 1970-е гг. — разработка MOSFET-транзисторов
- 1980-е гг. — создание IGBT-транзисторов
Изобретение транзистора произвело настоящую революцию в электронике, позволив создавать компактные и энергоэффективные устройства.
Основные виды транзисторов
Существует несколько основных видов транзисторов, которые различаются по принципу работы и характеристикам:
1. Биполярные транзисторы (BJT)
Биполярные транзисторы бывают двух типов:
- NPN-транзисторы
- PNP-транзисторы
Они управляются током и имеют три вывода: эмиттер, база и коллектор.
2. Полевые транзисторы (FET)
Основные виды полевых транзисторов:
- JFET — полевой транзистор с управляющим p-n переходом
- MOSFET — полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник
Полевые транзисторы управляются напряжением и имеют три вывода: исток, затвор и сток.
3. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT)
IGBT-транзисторы сочетают в себе свойства биполярных и полевых транзисторов. Они способны работать с большими токами и напряжениями.
Принцип работы биполярного транзистора
Биполярный транзистор состоит из трех областей полупроводника с чередующимся типом проводимости — n-p-n или p-n-p. Работа биполярного транзистора основана на взаимодействии двух близко расположенных p-n переходов.
Основные режимы работы биполярного транзистора:
- Активный режим — транзистор работает как усилитель
- Режим насыщения — транзистор полностью открыт
- Режим отсечки — транзистор полностью закрыт
При подаче небольшого тока на базу транзистора происходит усиление тока, протекающего между эмиттером и коллектором. Коэффициент усиления по току может достигать нескольких сотен.
Как работает полевой транзистор
Принцип работы полевого транзистора основан на изменении проводимости канала между истоком и стоком под действием электрического поля. Управление осуществляется напряжением, подаваемым на затвор.
Ключевые особенности работы полевых транзисторов:
- Управляются напряжением, а не током
- Имеют очень высокое входное сопротивление
- Обладают низким уровнем шумов
- Могут работать как резисторы, управляемые напряжением
Сравнение характеристик биполярных и полевых транзисторов
Биполярные и полевые транзисторы имеют ряд существенных отличий:
| Характеристика | Биполярные транзисторы | Полевые транзисторы |
|---|---|---|
| Управление | Током | Напряжением |
| Входное сопротивление | Низкое | Очень высокое |
| Выходное сопротивление | Среднее | Высокое |
| Быстродействие | Среднее | Высокое |
| Уровень шумов | Средний | Низкий |
Выбор типа транзистора зависит от конкретного применения и требуемых характеристик схемы.
Области применения различных видов транзисторов
Транзисторы нашли широкое применение в самых разных областях электроники:
Биполярные транзисторы:
- Усилители звуковой частоты
- Источники питания
- Генераторы сигналов
- Импульсные схемы
Полевые транзисторы:
- Цифровые микросхемы
- Преобразователи напряжения
- Ключевые схемы
- Усилители с высоким входным сопротивлением
IGBT-транзисторы:
- Силовая электроника
- Управление электродвигателями
- Сварочные аппараты
- Источники бесперебойного питания
Благодаря своим уникальным свойствам транзисторы стали незаменимыми компонентами практически любых электронных устройств.
Перспективные разработки в области транзисторных технологий
Развитие транзисторных технологий продолжается. Основные направления исследований:
- Уменьшение размеров транзисторов до единиц нанометров
- Разработка транзисторов на основе графена и других 2D-материалов
- Создание квантовых транзисторов
- Повышение рабочих частот и снижение энергопотребления
- Улучшение теплоотвода в мощных транзисторах
Новые типы транзисторов позволят создавать еще более компактные, быстрые и энергоэффективные электронные устройства.
их свойства и назначение. Какие бывают основные виды транзисторов?
Транзистор – это полупроводниковый прибор, основными функциями которого является преобразование, усиление и коммутация электрических сигналов и имеет три вывода. Также транзистор является ключевым элементом любых микросхем как базовая единица. Первый полупроводниковый транзистор был представлен в 1947 году, а в 1956 году за это изобретение и исследование полупроводников была присуждена Нобелевская премия по физике Уильяму Шокли и Джону Бардину. По сути изобретение транзистора было попыткой улучшить вакуумный триод, улучшив его характеристики и уменьшив его размеры. В 1950х годах было начато серийное производство биполярных транзисторов.
Основными материалами для производства транзисторов сейчас являются кремний (Si), нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC) и арсенид галлия (GaAs), который преимущественно применяется в высокочастотных приборах. Существует несколько видов транзисторов, отличающихся по типу работы.
- Биполярные транзисторы (BJT)
- Полевые транзисторы (FET)
- Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ, IGBT)
Биполярный транзистор (BJT, bipolar junction transistor) – самый старый из всех видов и представляет собой структуру чередующихся областей полупроводника с разными типами проводимости n-p-n (основными носителями заряда являются электроны) или p-n-p (основными носителями заряда являются дырки). В числе главных преимуществ — возможность работы с достаточно высокими токами и простота изготовления. Применяется как ключевой и усилительный элемент в электронных схемах. Из недостатков можно выделить большое энергопотребление и управление током базы.
Биполярный транзистор состоит из 3 областей: коллектора, эмиттера и базы. В зависимости от включения с помощью этого типа можно реализовывать разные схемы работы. Основные применения – усилители и в качестве ключа.
Полевой транзистор (FET, field effect transistor) – наиболее применяемый тип транзисторов на данный момент. Он обладает многими преимуществами перед биполярными, что и обуславливает его повсеместное использование, например: высокое входное сопротивление, увеличенное быстродействие, управление напряжением и др.
Существует два типа полевых транзисторов: с управляющим p-n переходом (JFET) и с изолированным затвором (MOSFET), последний из которых является самым распространенным. JFET (junction field effect transistor) работает только в режиме истощения (depletion mode), поэтому сферы его применения весьма ограничены.
MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) на сегодня самый используемый тип транзисторов в мире. Он состоит из областей стока и истока одного типа проводимости, интегрированных в подложку другого типа и разделенных между собой. Затвор представляет собой металлический контакт, который отделен от полупроводниковой части диэлектриком.
При подаче определенного напряжения на затвор, индуцируется канал в подложке между истоком и стоком, что соответствует открытию транзистора.
Традиционно полевые транзисторы изготавливаются из кремния. Но в последнее десятилетие активно развивается производство транзисторов из карбида кремния. MOSFET из карбида кремния может работать с большими напряжениями и на гораздо более высокой частоте. Эта характеристика при создании преобразователей на SiC MOSFET помогает очень сильно выигрывать в размерах устройства и уменьшении (удешевлении) обвязки.
Полевые транзисторы применяются сейчас почти везде: бытовая техника, промышленная автоматика, источники питания, автоэлектроника и много где еще.
Третий основной по распространению вид транзисторов – IGBT (insulated gate bipolar transistor). Исходя из названия «Биполярный Транзистор с Изолированным Затвором», понятно, что это гибрид разных технологий. В 90х годах прошлого столетия хотелось иметь полупроводниковый прибор, сочетающий большую мощность, как у тиристоров, так низкие потери как у полевого транзистора.
IGBT транзистор представляет собой биполярный транзистор, управляемый полевым. Сфера применения в основном мощные устройства: преобразователи частоты, тяговый привод электротранспорта, источники питания.
Современные IGBT работают с напряжениями до 10 килоВольт и токами в несколько килоАмпер.
Как работает полевой и биполярный транзистор
С изобретением электричества жизнь человечества в корне преобразилась. Электрические приборы окружают нас повсюду. Однако мало кто из людей задумываются о том, как именно функционируют все эти вещи.
На первый взгляд это может показаться очень сложным, но на самом деле понять принцип работы тех или иных приборов куда проще.
Содержание
Что называют транзистором?
Транзистором называют специальный полупроводниковый инструмент, который обеспечивает управление электротоком.
Применяются подобные приборы практически везде. Все электрические системы включают его в себя.
Чаще всего их можно встретить в видео-аппаратурах, в элементах вычислительной техники и прочее.
Современные транзисторы очень маленькие, так как существует необходимость помещать их в системы небольшого размера. Тем не менее до сих пор сохранились и транзисторы более внушительных размеров. Их используют в различных областях промышленности и других масштабных сферах.
Какие виды транзисторов существуют?
Разумеется, транзисторы подразделяются на различные виды. Таким образом, среди них выделяют:
- Биполярный транзистор.
- Полярный транзистор.
- Транзистор с прямой проводимостью.
- Транзистор с обратной проводимостью.
По какому принципу функционируют транзисторы?
В качестве примера для объяснения работы транзистора будем использовать один из самых популярных и распространенных видов прибора — биполярный.
Данный элемент является кристаллом полупроводника в виде кремния или германия, который делится на три части.
Каждая часть (зона) имеет разную электропроводимость. Участки имеют такие названия: коллектор, база и эмиттер. Как уже было упомянуто выше, транзисторы могут иметь прямую и обратную проводимость.
На каких режимах работают транзисторы?
Различают два режима функционирования прибора. Процесс работы транзисторов может напоминать чем-то вентиль или водопроводный кран. Только в транзисторе аналогом воды и воздуха является электричество. Транзистор может пребывать только в двух состояниях: открытом и закрытом. О чем это может говорить?
В случае, если транзистор пребывает в состоянии покоя, он не может пропускать через себя электрический ток. Когда же транзистор активно работает, в систему попадает электричество, которое затем перемещается на остальные элементы системы.
Каким образом функционирует транзистор биполярного типа?
Полупроводники и некоторые из их сочетаний — вот компоненты, которые составляют основу работы транзистора такого класса.
Разобраться в сути функционирования триодов поможет рассмотрение того, как полупроводник ведет себя в электрических цепочках.
Как работает полупроводник?
Кремний, германий и подобные им кристаллы называют диэлектриками. Их особенность состоит в том, что при добавлении определенных примесей и дополнительных компонентов, их свойства меняются или преображаются. Например, некоторые типы добавок могут привести к тому, что наступит появление свободных электронов. Другие же добавки, напротив, могут образовать характерные «дырки».
В случае, когда мы добавляем такое вещество, как фосфор, то в итоге получаем некий полупроводник, в котором содержится избыток электронов.
Если добавить другое химическое вещество (к примеру, бор), то итогом станет возникновение полупроводника, в структуре которого будет преобладать какое-то количество положительно заряженных ионов.
Односторонний тип проводимости
Теперь нам следует провести небольшой мысленный эксперимент.
Есть разнотипные проводники, которые следует подключить к их источнику питания. Затем подводим ток к необходимой конструкции. И тут происходит кое-что неожиданное.
Цепочка может замкнуться при условии, что кристалл вида N соединиться с проводом отрицательного значения. При этом, если изменить полярность, электрический ток исчезнет из цепи. По каким причинам такое может происходить?
При соединении кристаллов различных типов проводимости, то они начинают образовывать между собой область с переходом типа p-n. Некоторое количество носителей зарядов перетекают в кристалл, в котором преобладает дырочная проходимость. Тем самим они рекомбинируют «дырки» зоны контакта.
Когда присоединяют плюс к проводнику p, а минус к n, электрический заряд преодолевает преграду и его движение берет направление против электрического поля в переходе p-n. В таком варианте переход является открытым.
Но при замене полюсов (поменяем их местами) переход закроется.
Итог выглядит так: с переходом типа p-n образуется односторонняя проводимость. Наиболее часто такое свойство можно заметить в конструкциях различных диодов.
Как работает транзистор?
Как мы можем видеть, принцип работы транзисторов достаточно прост. Транзистор работает, как переключатель, управляя электрическим током. Он может быть выключен — нулевое состояние. А может быть включен — единичное состояние. Однако в отличие от обычного переключателя, транзистор не обладает подвижными частями. И при этом не требует участия человека в своей работе.
Более того, включаться и выключаться транзистор может куда быстрее, чем привычный переключатель. А также, одна из самых значимых характеристик состоит в том, что транзисторы в большинстве своем имеют крохотный размер, позволяющий внедрять данный прибор даже в небольшие системы.
Кремний — это полупроводник, способный проводить электричество во много раз лучше, чем изоляторы, однако не так хорошо, как это делают металлы.
Чтобы исправить этот недостаток, в кремний или другой похожий материал добавляют допинг. Это вещество, которое в значительной степени улучшает проводимость. Допинги делятся на два типа: p-тип и n-тип. Об их действии мы уже говорили выше.
Транзисторы сделаны из обоих данных полупроводников. Распространенная конфигурация содержит n на концах с p посередине. Как и у переключателя, у транзистора есть электрические контакты на концах, которые носят название «сток» и «источник».
Но вместо металлического ключа здесь есть третий электрический элемент. Так называемый, затвор (управляющий электрод). Он изолирован от полупроводника оксидной пленкой.
В итоге, разобраться с функционированием транзисторов оказалось не так трудно, как ожидалось. Работа данного прибора имеет много общего с другими родными ему системами.
Люди, знакомые с электрическом, без труда сумеют быстро разобраться в теме. На самом деле принцип работы транзисторов напоминает чем-то работу включателя и выключателя.
Аналогия с этой системой помогает разобраться в теме лучше.
Фото транзистора
Автор статьи:
Фототранзистор:Работа, Использование, Характеристики, Плюсы и минусы —
Автор Soumali Bhattacharya
- Что такое фототранзистор ?
- Принцип работы с фотоистором
- Photo Transistor использует
- Символ транзистора фотоистора
- Характеристики фотосторного транзистора
- . который способен преобразовывать световую энергию в электрическую энергию. Такие параметры, как длины волн, выравнивание, интерфейсы и т.
д., следует учитывать при проектировании схемы с большей важностью. Определение фототранзистора: «Фототранзистор — это полупроводниковое устройство, способное определять уровень освещенности и изменять ток, протекающий между эмиттером и коллектором, в соответствии с уровнем получаемого света».
Как следует из названия, фототранзистор — это транзистор, который может воспринимать свет и изменять протекание тока между выводами транзистора.
Обычно транзисторы чувствительны к свету. Это свойство транзисторов используется в фототранзисторах. Фототранзистор типа NPN является одним из типов фототранзистора
Здесь в фототранзисторе свет, падающий на базу, вытесняет напряжение, фактически приложенное к базе, поэтому фототранзистор усиливает несоответствия в соответствии со световым сигналом. Фототранзисторы могут иметь или не иметь базовую клемму. Если он присутствует, то базовая область позволяет ему смещать световые воздействия фототранзистора.
- Этот тип транзистора управляется воздействием света. Это похоже на фотодиод, управляющий биполярным транзистором.
- Фототранзистор может быть любого типа, например BJT или FET.
- Эти типы транзисторов обычно покрыты пластиковыми материалами, а одна часть остается открытой или прозрачной для света.
- KDT00030TR
- PS5042
- OP506A, OP550A, OP506B
- TEKT5400S, TEMT1030
- СФх414-2/3, СФХ 325 ФА-З
- QSE113E3R0
- BPW17N, BPV11F, BPW85C и т.д. следовательно, световые лучи допускаются в базовую область.
Фототранзистор может быть трех- или двухконтактным устройством в соответствии с нашим требованием.
База фототранзистора используется только для смещения. Для NPN-транзистора база имеет +ve по отношению к эмиттерной клемме, а в PNP-транзисторе коллекторная клемма делается -ve по отношению к эмиттерной клемме.Сначала луч света попадает в область базы фототранзистора и генерирует электронно-дырочные пары. Этот процесс в основном происходит при обратном смещении. Активная область этого типа транзистора используется для генерации тока. Зоны отсечки и насыщения используются для работы конкретного транзистора в качестве переключателя.
Фототранзистор и его работа зависят от многих внутренних и внешних факторов, таких как:
- Интенсивность фототока будет тем больше, чем выше коэффициент усиления по постоянному току.
- Световая чувствительность определяется отношением токов фотоэлектроники к входящим световым потокам.
- При увеличении длины волны частота уменьшается.
- Чем больше площадь перехода коллектор-база, тем выше будет Амплитуда фототока, генерируемого фототранзистором.
Здесь ось X — V CE — обозначает напряжение, подаваемое на вывод коллектор-эмиттер, а ось Y — I C – обозначает ток коллектора, проходящий через цепь в мА.
Как мы видим, кривая ясно указывает на то, что ток увеличивается с интенсивностью излучения в базовой области. Здесь по оси X отложен уровень освещенности, а по оси Y отложен базовый ток.
Преимущества фототранзистора:- Эффективность этого типа транзистора выше, чем у фотодиода. Коэффициент усиления по току транзистора также больше по сравнению с фотодиодом; даже если падающий свет такой же, фототранзистор будет производить больший фототок.
- По сравнению с фотодиодом время отклика фототранзистора больше. Таким образом, это означает, что этот тип транзистора имеет более быстрое время отклика.
- Фототранзисторы невосприимчивы к шумовым помехам.
- Фототранзисторы дешевле.
- Схема транзистора этого типа менее сложна.
- Эффективность фототранзистора снижается при воздействии электромагнитного поля.
- На более высоких частотах фототранзисторы работают неправильно. Из-за этой проблемы он не может эффективно преобразовывать фототок на высокой частоте.
- Электрические скачки происходят часто.
- Фототранзисторы используются в счетных системах.
- Этот тип транзисторов используется в вычислительной системе.
- Этот тип транзистора можно использовать для генерации переменного напряжения.
- Эти типы транзисторов используются в.
- Благодаря высокой эффективности преобразования света в ток они широко используются в удаленных печатных машинах.
- Наиболее важным применением транзистора этого типа является использование его в качестве детектора света. Он также может обнаруживать очень мало света.
- Они также играют важную роль в изготовлении перфокарт.
- Транзисторы этого типа являются ключевыми устройствами оптоэлектроники, которые также используются в оптических волокнах
Фотодиоды подключены с обратным смещением для уменьшения площади заряда и уменьшения емкости на переходах. Это позволяет увеличить пропускную способность. Свет действует как I B , поэтому в фототранзисторе NPN коллектор имеет положительное напряжение от резистивной нагрузки, тогда как эмиттер будет заземлен.
Отличие фоторезистора от фототранзистораFeatures Photoresistor Phototransistor Responsive to light Less sensitive More sensitive Maximum Resistance in darkness Низкое Высокое Минимальное сопротивление при ярком свете Высокое Низкий Верховка тока Высокая (почти вдвое больше) Сравнительно ниже, чем фоторезисторист 7. Таким образом, ненаправленныйФототранзистор чувствителен к падающему свету в одном направлении и тупому в другом направлении. Зависит от температуры Сопротивление колеблется при изменении температуры Эффективное сопротивление меньше колеблется при изменении температуры. Изменение сопротивления Не наблюдается изменения сопротивления для интенсивности света независимо от приложенного напряжения, т. е. оно остается одинаковым. Эффективное сопротивление зависит от приложенного напряжения. Стоимость Сравнительно высокая стоимость Сравнительно дешевый Чтобы узнать больше о транзисторах, нажмите здесь
Часто задаваемые вопросы — Schneider Electric
{"searchBar":{"inputPlaceholder":"Поиск по ключевому слову или задать вопрос","searchBtn": "Поиск","ошибка":"Пожалуйста, введите ключевое слово для поиска"}}
0.0.0″> Как сохранить параметры в клавиатуре и загрузить в другой идентичный…Проблема: Попытка сохранить параметры в клавиатуре и загрузить их в другой идентичный привод ATV630. Линейка продуктов: Приводы ATV630 Среда: Клавиатура Причина: Передача файлов Решение: Перейти к главному…
Можно ли использовать пускатели GV2, GV3 и GV7 с обратной подачей?
Проблема: Обратная подача Линейка продуктов GV2, GV3 и GV7: Пускатели и устройства защиты двигателя Окружающая среда: Ручные пускатели PowerPact™ Решение: Не рекомендуется.
Можно ли смоделировать функциональные блоки PTO в SoMachine Basic?
6.2.1″> Проблема: Можно ли смоделировать функциональные блоки PTO в SoMachine Basic? Линейка продуктов: M221, TM221 Решение: Как и в случае с блоками PID, вы не можете имитировать блоки функций PTO в SoMachine Basic. Вы будете…Как читать значения с плавающей запятой в Modbus и хочет подтвердить значения, считываемые программным обеспечением, таким как Power Monitoring Expert (PME), с помощью SwappedFloat… Часто задаваемые вопросы о видеоПопулярные видео
Видео: Преобразование проекта ProWORX 32 в Unity Pro
Видео: Как подключить и запрограммировать привод ATV61/71 для 3-проводной…
Видео: Как настроить регистр с помощью ION Setup 3.0
Узнайте больше на Общие знания Часто задаваемые вопросы Общие знания
Проверка сопротивления изоляции и влажность
6.2.1″> Проблема: Как влажность влияет на результаты проверки сопротивления изоляции? Линейка продуктов: автоматические выключатели Окружающая среда: выключатели в литом и изолированном корпусах Разрешение: высокая влажность может значительно…EOTE — В диалоговом окне «Обзор папок» отображается только папка «Рабочий стол».
Проблема: При попытке добавить путь в Operator Terminal Expert в диалоговом окне «Перейти к файлу» ничего не появляется, кроме файла «Рабочий стол». Линейка продуктов: Терминал оператора…
Почему я теряю лицензию на зарегистрированную копию сервера OFS после.
д., следует учитывать при проектировании схемы с большей важностью. Определение фототранзистора: 
База фототранзистора используется только для смещения. Для NPN-транзистора база имеет +ve по отношению к эмиттерной клемме, а в PNP-транзисторе коллекторная клемма делается -ve по отношению к эмиттерной клемме.
Он также может обнаруживать очень мало света.
Таким образом, ненаправленный
