Виды транзисторов: основные типы и характеристики современных полупроводниковых приборов

Какие бывают основные виды транзисторов. Чем отличаются биполярные и полевые транзисторы. Как устроены и работают различные типы транзисторов. Какие параметры характеризуют свойства транзисторов. Где применяются разные виды транзисторов в современной электронике.

Что такое транзистор и его основные функции

Транзистор — это полупроводниковый прибор, способный усиливать и переключать электрические сигналы. Название «транзистор» образовано от английских слов transfer (преобразователь) и resistor (сопротивление).

Основные функции транзистора:

• Усиление слабых электрических сигналов
• Генерирование электрических колебаний
• Переключение электрических цепей
• Преобразование электрических сигналов

Транзисторы произвели революцию в электронике, заменив громоздкие и ненадежные электронные лампы. Они стали основой для создания интегральных микросхем и развития современной микроэлектроники.

Основные виды транзисторов

Существует два основных вида транзисторов:

1. Биполярные транзисторы
2. Полевые транзисторы

Биполярные транзисторы управляются током, а полевые — электрическим полем. Рассмотрим подробнее особенности каждого вида.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор имеет три области с чередующейся проводимостью и два p-n перехода. Он состоит из трех электродов:

• Эмиттер
• База
• Коллектор

Биполярные транзисторы бывают двух типов:

• Структуры p-n-p
• Структуры n-p-n

Принцип работы биполярного транзистора основан на инжекции неосновных носителей заряда из эмиттера в базу и их дальнейшем прохождении в коллектор.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор управляется электрическим полем, а не током, как биполярный. Он имеет три электрода:

• Исток
• Затвор
• Сток

Основные типы полевых транзисторов:

• С управляющим p-n переходом
• С изолированным затвором (МОП-транзисторы)

Принцип работы полевого транзистора основан на изменении проводимости канала между истоком и стоком под действием электрического поля затвора.

Устройство и принцип работы биполярного транзистора

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную полупроводниковую структуру. Рассмотрим устройство транзистора структуры p-n-p:

• Эмиттер — область p-типа с высокой концентрацией примесей
• База — тонкий слой n-типа с низкой концентрацией примесей
• Коллектор — область p-типа

Принцип работы биполярного транзистора:

1. При подаче прямого напряжения на эмиттерный переход происходит инжекция дырок из эмиттера в базу
2. Большая часть дырок проходит через тонкую базу в коллектор
3. Небольшая часть дырок рекомбинирует с электронами базы, создавая ток базы
4. Изменение тока базы вызывает усиленное изменение тока коллектора

Таким образом, небольшие изменения тока базы вызывают значительные изменения тока коллектора, что обеспечивает усиление сигнала.

Основные схемы включения биполярных транзисторов

Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:

1. Схема с общим эмиттером (ОЭ)

В этой схеме эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей. Схема ОЭ обеспечивает:

• Усиление по току в 20-100 раз
• Усиление по напряжению в 10-200 раз
• Усиление по мощности до 1000 раз

Это наиболее распространенная схема включения транзисторов.

2. Схема с общей базой (ОБ)

В этой схеме база является общим электродом. Особенности схемы ОБ:

• Коэффициент усиления по току меньше единицы
• Высокое усиление по напряжению
• Малое входное сопротивление

Схема ОБ применяется в основном в высокочастотных усилителях.

3. Схема с общим коллектором (ОК)

В этой схеме коллектор является общим электродом. Характеристики схемы ОК:

• Коэффициент усиления по напряжению близок к единице
• Большое входное сопротивление
• Малое выходное сопротивление

Схема ОК часто используется как эмиттерный повторитель для согласования высокоомного выхода с низкоомной нагрузкой.

Устройство и принцип работы полевого транзистора

Полевой транзистор имеет канал проводимости, по которому протекает ток между истоком и стоком. Проводимость канала регулируется электрическим полем затвора.

Рассмотрим устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом:

• Исток и сток — сильнолегированные области n+ типа
• Канал — слаболегированная область n-типа
• Затвор — область p-типа, образующая p-n переход с каналом

Принцип работы полевого транзистора:

1. При подаче напряжения между истоком и стоком по каналу протекает ток
2. Отрицательное напряжение на затворе расширяет область p-n перехода
3. Расширение p-n перехода сужает канал и увеличивает его сопротивление
4. Изменение напряжения на затворе модулирует ток стока

Таким образом, полевой транзистор управляется электрическим полем затвора, а не током, как биполярный транзистор.

Основные параметры и характеристики транзисторов

Основные параметры биполярных транзисторов:

• Коэффициент усиления по току h21э
• Граничная частота коэффициента передачи тока fгр
• Максимально допустимый ток коллектора Iк max
• Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер Uкэ max
• Максимальная рассеиваемая мощность коллектора Pк max

Основные параметры полевых транзисторов:

• Крутизна характеристики S
• Напряжение отсечки Uзи отс
• Максимальный ток стока Ic max
• Максимальное напряжение затвор-исток Uзи max
• Входная емкость Cвх

Эти параметры определяют основные характеристики и возможности применения транзисторов в электронных схемах.

Области применения различных видов транзисторов

Биполярные и полевые транзисторы имеют свои особенности, определяющие области их применения:

Биполярные транзисторы

• Усилители низкой и высокой частоты
• Генераторы гармонических колебаний
• Импульсные схемы
• Стабилизаторы напряжения
• Переключающие устройства

Полевые транзисторы

• Усилители с высоким входным сопротивлением
• Аналоговые ключи и коммутаторы
• Генераторы, управляемые напряжением
• Цифровые логические схемы (МОП-транзисторы)
• Схемы с малым уровнем шумов

Выбор типа транзистора зависит от конкретных требований к параметрам и характеристикам разрабатываемого электронного устройства.

Современные тенденции в развитии транзисторных технологий

Основные направления развития транзисторных технологий:

• Уменьшение размеров транзисторов для повышения степени интеграции микросхем
• Снижение энергопотребления транзисторов
• Повышение рабочих частот транзисторов
• Разработка транзисторов на основе новых материалов (графен, углеродные нанотрубки)
• Создание квантовых транзисторов для квантовых вычислений

Одно из перспективных направлений — разработка топологических транзисторов на основе топологических изоляторов. Такие транзисторы могут обеспечить передачу сигналов практически без потерь энергии.

Развитие транзисторных технологий продолжает оставаться ключевым фактором прогресса в области микроэлектроники и вычислительной техники.

описание, типы, устройство, маркировка, применение.

В  этой статье рассказывается об важно элементе радиоэлектронике — транзисторах. Про принцип действия диодов и их характеристики читайте по ссылке — http://www.radioingener.ru/diody-i-ix-primenenie/

Содержание

• 1 Что такое транзистор.
• 2 Биполярный (обычный) транзистор
  • 2.1 Устройство и структура.
  • 2.2 Изготовление транзисторов.
  • 2.3 Применение транзисторов
  • 2.4 Схемы включения и основные параметры биполярных транзисторов
• 3 Полевой транзистор
• 4 Кодовая и цветовая маркировка транзисторов

Что такое транзистор.

Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer — преобразователь и resistor — сопротивление.

В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Первые из них, чтобы как — то отличить их от вторых, часто называют обычными транзисторами.

Биполярный (обычный) транзистор

Биполярные транзисторы используются наиболее широко. Именно с них мы пожалуй и начнем.  В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 1), которые образуют два р — n перехода.

Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя — электропроводностью другого типа. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то такой прибор называют транзистором структуры p — n — р. У транзистора структуры n — p — n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними — область с дырочной электропроводностью (рис. 1, б).

Рис. 1 Схематическое устройство и графическое обозначение на схемах транзисторов структуры p — n — p и n — p — n.

Устройство и структура.

Если мысленно прикрыть любую из крайних областей транзисторов, изображенных схематически на (рис.1). Что получилось? Оставшиеся две области есть не что иное, как плоскостной диод. Если прикрыть другую крайнюю область, то тоже получится диод. Значит, транзистор можно представить себе как два плоскостных диода с одной общей областью, включенных навстречу друг другу.

Общую (среднюю) область транзистора называют базой, одну крайнюю область — эмиттером, вторую крайнюю область — коллектором.

Это три электрода транзистора. Во время работы эмиттер вводит (эмитирует) в базу дырки (в структуре p — n — р) или электроны (в структуре n — p — n), коллектор собирает эти электрические заряды, вводимые в базу эмиттером.

Различие в обозначениях транзисторов разных структур на схемах заключается лишь в направлении стрелки эмиттера: в p — n — р транзисторах она обращена в сторону базы, а в n — p — n — от базы.

Электронно — дырочные переходы в транзисторе могут быть получены так же, как в плоскостных диодах. Например, чтобы изготовить транзистор структуры p — n — р, берут тонкую пластину германия с электронной электропроводностью и наплавляют на ее поверхность кусочки индия. Атомы индия диффундируют (проникают) в тело пластины, образуя в ней две области типа р — эмиттер и коллектор, а между ними остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника типа n — база. Транзисторы, изготовляемые по такой технологии, называют сплавными.

Запомни наименования р — n переходов транзистора: между коллектором и базой — коллекторный, между эмиттером и базой — эмиттерный.

Схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора показаны на (рис. 2).

Изготовление транзисторов.

Прибор собран на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу — ее наружный проволочный вывод. Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проволочкам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Цельнометаллический колпак защищает прибор от механических повреждений и влияния света. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные транзисторы серий МП39, МП40, МП41, МП42 и их разновидности. Буква (М) в обозначении говорит о том, что корпус прибора холодносварной, буква (П)- первоначальная буква слов «плоскостной», а цифры — порядковые заводские номера приборов. В конце обозначения могут быть буквы А, Б, В (например, МП39Б), указывающие разницу в параметрах данной серии. Существуют другие способы изготовления, например, диффузионно — сплавной (рис. 3). Коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного полупроводника. На поверхность пластины наплавляют очень близко один от другого два маленьких шарика примесных элементов. Во время нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластинку полупроводника. При этом один шарик (на рис. 3 — правый) образует в коллекторе тонкую базовую область, а второй (на рис. 3 — левый) эмиттерную область.

Рис. 2 — Устройство и конструкция сплавного слева и диффузионно — сплавного справа транзистора структуры p — n — p.

В результате в пластине исходного полупроводника получаются два р — n перехода, образующие транзистор структуры р — n — р. По такой технологии изготовляют, в частности, наиболее массовые маломощные высокочастотные транзисторы серий П401-П403, П422, П423, ГТ308. В настоящее время действует система обозначения, по которой выпускаемые серийно приборы имеют обозначения, состоящие из четырех элементов, например: ГТ109А, КТ315В, ГТ403И.

• Первый элемент этой системы обозначения — буква Г, К или А (или цифра 1, 2 и 3) — характеризует полупроводниковый материал и температурные условия работы прибора. Буква Г (или цифра 1) присваивается германиевым транзисторам, буква К (или цифра 2) — кремниевым, буква А (или цифра 3) — транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия. Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзистор может работать при повышенных температурах (германиевый — выше 4- 60°С, кремниевый — выше +85°С).
• Второй элемент — буква Т — начальная буква слова «транзистор».
• Третий элемент — трехзначное число от 101 до 999 — указывает порядковый номер разработки и назначение прибора. Это число присваивается транзистору по признакам, приведенным в таблице.
• Четвертый элемент обозначения — буква, указывающая разновидность прибора данной серии.

Вот некоторые примеры расшифровки обозначений по этой системе :

ГТ109А — германиевый маломощный низкочастотный транзистор, разновидность А;

ГТ404Г — германиевый средней мощности низкочастотный транзистор, разновидность Г;

КТЗ15В — кремниевый маломощный высокочастотный транзистор, разновидность В.

Применение транзисторов

Наряду с такой системой продолжает действовать и прежняя система обозначения, например П27, П401, П213, МП39 и т.д. Объясняется это тем, что такие или подобные транзисторы были разработаны до введения современной маркировки полупроводниковых приборов. Внешний вид некоторых биполярных транзисторов, наиболее широко используемых радиолюбителями, показан на (рис. 4). Маломощный низкочастотный транзистор ГТ109 (структуры р — n — р) имеет в диаметре всего 3, 4 мм. Транзисторы этой серии предназначены для миниатюрных радиовещательных приемников. Их используют также в слуховых аппаратах, в электронных медицинских приборах т.д.

Диаметр транзисторов ГТ309 (р — n — р) 7,4 мм. Такие транзисторы применяют в различных малогабаритных электронных устройствах для усиления и генерирования колебаний высокой частоты.

Транзисторы КТЗ15 (n — p — n) выпускают в пластмассовых корпусах. Эти маломощные приборы предназначены для усиления и генерирования колебаний высокой частоты. Транзисторы МП39 — МП42 (р — n — р) — самые массовые среди маломощных низкочастотных транзисторов. Точно так выглядят и аналогичные им, но структуры n — p — n, транзисторы МП35 — МП38. Диаметр корпуса любого из этих транзисторов 11,5 мм. Наиболее широко их используют в усилителях звуковой частоты.

Так выглядят и маломощные высокочастотные р — n — р транзисторы серий П401 — П403, П416, П423, используемые для усиления высокочастотных сигналов как в промышленных, так и любительских радиовещательных приемниках. Транзистор ГТ402 (р — n — р) — представитель низкочастотных транзисторов средней мощности. Такую же конструкцию имеет его «близнец» ГТ404, но он структуры (n — p — n). Их, обычно используют в паре, в каскадах усиления мощности колебаний звуковой частоты.

Транзистор П213 (германиевый структуры р — n — р) — один из мощных низкочастотных транзисторов, широко используемых в оконечных каскадах усилителей звуковой частоты. Диаметр этого, а также аналогичных ему транзисторов П214 — П216 и некоторых других, 24 мм. Такие транзисторы крепят на шасси или панелях при помощи фланцев. Во время работы они нагреваются, поэтому их обычно ставят на специальные теплоотводящие радиаторы, увеличивающие поверхности охлаждения.

КТ904 — сверхвысокочастотный кремниевый n — p — n транзистор большой мощности. Корпус металлокерамический с жесткими выводами и винтом М5, с помощью которого транзистор крепят на теплопроводящем радиаторе. Функцию радиатора может выполнять массивная металлическая пластина или металлическое шасси радиотехнического устройства. Высота транзистора вместе с выводами и крепежным винтом чуть больше 20 мм. Транзисторы этой серии предназначаются для генераторов и усилителей мощности радиоаппаратуры, работающей на частотах выше 100 МГц, например диапазона УКВ.

Рис. 4 Внешний вид некоторых транзисторов.

Советую просмотреть обучающий фильм:

Схемы включения и основные параметры биполярных транзисторов

 

Итак, биполярный транзистор, независимо от его структуры, является трехэлектродным прибором. Его электроды — эмиттер, коллектор и база. Для использования транзистора в качестве усилителя напряжения, тока или мощности входной сигнал, который надо усилить, можно подавать на два каких — либо электрода и с двух электродов снимать усиленный сигнал. При этом один из электродов обязательно будет общим. Он — то и определяет название способа включения транзистора: по схеме общего эмиттера (ОЭ), по схеме общего коллектора (ОК), по схеме общей базы (ОБ).

 

• Включение p-n-р транзистора по схеме ОЭ показано на (рис. 5, а). Напряжение источника питания на коллекторе V подается через резистор Rк, являющийся нагрузкой, на эмиттер — через общий «заземленный» проводник, обозначаемый на схемах специальным знаком. Входной сигнал через конденсатор связи Ссв. подается к выводам базы и эмиттера, т.е. к участку база — эмиттер, а усиленный сигнал снимается с выводов эмиттера и коллектора. Эмиттер, следовательно, при таком включении является общим для входной и выходной цепей. Транзистор, по схеме с ОЭ, в зависимости от его усилительных свойств может дать 10 — 200 — кратное усиление сигнала по напряжению и 20 — 100 — кратное усиление сигнала по току. Такой способ включения по схеме с ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью. Существенным недостатком усилительного каскада, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопротивление — всего 500-1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых включают по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р — n переход транзистора включен в прямом, т.е. пропускном, направлении. А сопротивление пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно большое (2-20 кОм) и зависит от сопротивления нагрузки Rк и усилительных свойств.

• Включение прибора схеме ОК показано на (рис. 5, б). Входной сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный резистор Rэ, который является частью коллекторной цепи. С этого же резистора, выполняющего функцию нагрузки транзистора, снимается и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для входной и выходной цепей, поэтому и название способа включения транзистора — ОК. Каскад с полупроводником, включенным по такой схеме, по напряжению дает усиление меньше единицы. Усиление же по току получается примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление такого каскада может составлять 10 — 500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. По существу, каскад не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, включаемые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что выходное напряжение на эмиттере практически полностью повторяет входное напряжение. Почему каскад не усиливает напряжение? Давайте мысленно соединим резистором цепь базы с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резистора Rэ, как показано на (рис. 5, б) штриховыми линиями. Этот резистор — эквивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала Rвх., например микрофона или звукоснимателя. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор Rвх. с базой. Когда на вход усилителя подается напряжение сигнала, на резисторе Rэ, являющемся нагрузкой транзистора, выделяется напряжение усиленного сигнала, которое через резистор Rвх. оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиления получается такое же, как и при включении транзистора по схеме с ОЭ.
• Теперь о включении транзистора по схеме с ОБ (рис. 5, в). В этом случае база через конденсатор Сб по переменному току заземлена, т. е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор Ссв. подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает усиление по току меньше единицы, а по напряжению — такое же, как транзистор, включенный по схеме с ОЭ (10 — 200). Из — за очень малого входного сопротивления, БК превышающего нескольких десятковом (30-100) Ом, включение транзистора по схеме ОБ используют главным образом в генераторах электрических колебаний, в сверхгенеративных каскадах, применяемых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями.

Чаще всего как я уже говорил применяются схемы с включением транзистора с ОЭ, реже с ОК. Но это только способы включения. А режим работы транзистора как усилителя определяется напряжениями на его электродах, токами в его цепях и, конечно, параметрами самого транзистора. Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким электрическим параметрам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Вас же, с практической точки зрения, в первую очередь должны интересовать три основных параметра: обратный ток коллектора Iкбо, статический коэффициент передачи тока h313 (читают так: аш два один э) и граничная частота коэффициента передачи тока Fгр.

• Обратный ток коллектора Iкбо — это неуправляемый ток через коллекторный р — n переход, создающийся неосновными носителями тока транзистора. Он характеризует качество транзистора: чем численное значение параметра Iкбо меньше, тем выше качество. У маломощных низкочастотных транзисторов, например, серий МП39 — МП42, Iкбо не должен превышать 30 мкА, а у маломощных высокочастотных 5 мкА. Транзисторы с большими значениями Iкбо в работе неустойчивы.
• Статический коэффициент передачи тока h31э характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Буква «Э» в этом выражении указывает на то, что при измерении полупроводник включают по схеме ОЭ. Коэффициент h31э характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор — эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффициента h31э, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный прибор.
• Граничная частота коэффициента передачи тока Fгр, выраженная в килогерцах или мегагерцах, позволяет судить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная частота Fгр транзистора МП39, например, 500 кГц, а транзисторов П401 — П403 — больше 30 МГц. Практически транзисторы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффициент h31э уменьшается.

При конструировании радиотехнических устройств надо учитывать и такие параметры, как максимально допустимое напряжение коллектор — эмиттер Uкэ max, максимально допустимый ток коллектора Iк.max а также максимально допустимую рассеиваемую мощность коллектора Рк.max — мощность, превращающуюся в тепло.

 

Полевой транзистор

В этом полупроводниковом приборе управление рабочим током осуществляется не током во входной (базовой) цепи, как в биполярном транзисторе, а воздействием на носители тока электрического поля. Отсюда и название «полевой». Схематическое устройство и конструкция полевого транзистора с р — n переходом показаны на (рис. 6). Основой такого транзистора служит пластина кремния с электропроводностью типа n, в которой имеется тонкая область с электропроводностью типа р. Пластину прибора называют затвором, а область типа р в ней — каналом. С одной стороны канал заканчивается истоком, с другой стоком — тоже областью типа р, но с повышенной концентрацией дырок. Между затвором и каналом создается р — n переход. От затвора, истока и стока сделаны контактные выводы. Если к истоку подключить положительный, а к стоку — отрицательный полюсы батареи питания (на рис. 6 — батарея GB), то в канале появится ток, создающийся движением дырок от истока к стоку. Этот ток, называемый током стока Iс, зависит не только от напряжения этой батареи, но и от напряжения, действующего между источником и затвором (на рис. 6 — элемент G).

И вот почему. Когда на затворе относительно истока действует положительное закрывающее напряжение, обедненная область р — n перехода расширяется (на рис. 6 показано штриховыми линиями). От этого канал сужается, его сопротивление увеличивается, из — за чего ток стока уменьшается. С уменьшением положительного напряжения на затворе обедненная область р — n перехода, наоборот, сужается, канал расширяется, и ток снова увеличивается. Если на затвор вместе с положительным напряжением смещения подавать низкочастотный или высокочастотный сигнал, в цепи стока возникнет пульсирующий ток, а на нагрузке, включенной в эту цепь, — напряжение усиленного сигнала. Так, в упрощенном виде устроены и работают полевые транзисторы с каналом типа р, например — КП102, КП103 (буквы К и П означают «кремниевый полевой»). Принципиально так же устроен и работает полевой транзистор с каналом типа n. Затвор транзистора такой структуры обладает дырочной электропроводностью, поэтому на него относительно истока должно подаваться отрицательное напряжение смещения, а на сток (тоже относительно истока) — положительное напряжение источника питания. На условном графическом изображении полевого транзистора с каналом типа n стрелка на линии затвора направлена в сторону истока, а не от истока, как в обозначении транзистора с каналом типа р. Полевой транзистор — тоже трехэлектродный прибор. Поэтому его, как и биполярный транзистор, включать в усилительный каскад можно тремя способами: по схеме общего стока (ОС), по схеме общего истока (ОИ) и по схеме общего затвора (ОЗ). В радиолюбительской практике применяют в основном только первые два способа включения, позволяющие с наибольшей эффективностью использовать полевые транзисторы.

Усилительный каскад на полевом транзисторе обладает очень большим, исчисляемым мегаомами, входным сопротивлением.

Это позволяет подавать на его вход высокочастотные и низкочастотные сигналы от источников с большим внутренним сопротивлением, например от пьезокерамическрго звукоснимателя, не опасаясь искажения или ухудшения усиления входного сигнала.

В этом главное преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными. Усилительные свойства полевого транзистора характеризуют крутизной характеристики S — отношением изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора, включенного по схеме ОИ. Численное значение параметра S выражают в миллиамперах на вольт; для различных транзисторов оно может составлять от 0,1 — 0,2 до 10 — 15 мА/В и больше. Чем больше крутизна, тем большее усиление сигнала может дать транзистор.

Рис. 6 Конструкция и графическое изображение полевого транзистора с каналом типа (p).

Другой параметр полевого транзистора — напряжение отсечки Uзи.отс. — Это обратное напряжение на р — n переходе затвор — канал, при котором ток через этот переход уменьшается до нуля. У различных транзисторов напряжение отсечки может составлять от 0,5 до 10 В. О полевых транзисторах и их уникальных свойствах можно говорить еще много, я попытался рассказать о наиболее существенных.

Кодовая и цветовая маркировка транзисторов

Все картинки кликабельны. Вы можете нажать и сохранить их себе на ПК, чтобы в дальнейшем пользоваться. Или просто сохраните данную страницу нажав в браузере добавить в закладки.

 

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5 — КТ315, КТ361

И так сказать на закуску классификацию корпусов, чтобы при заказе или обозначении на схеме иметь представление о внешнем виде транзистора

 

Акустические транзисторы открывают путь к новой электронике / Хабр

Модель сотовой решётки, которая служит основой для «транзистора» звуковых волн. Его дизайн предполагает новые виды электрических и световых транзисторов, изготовленных из так называемых топологических материалов. Предполагается, что электроны в топологическом транзисторе будут протекать без какого-либо сопротивления.

Современные компьютеры просто невозможны без электрических транзисторов. К старту нашего флагманского курса делимся материалом о разработке транзисторов на основе акустики, открывающих путь к новой электронике. Подробности под катом.

---

Потребляющие гораздо меньше энергии, чем нынешние устройства, потенциальные транзисторы будущего могут использовать экзотические материалы — «топологические изоляторы», где электричество проходит только по поверхностям и краям, практически без рассеяния энергии.  

В рамках исследования, которое может помочь проложить путь к созданию таких электронных топологических транзисторов, учёные из Гарварда изобрели и смоделировали первые акустические топологические транзисторы, работающие не с электрическими, а со звуковыми волнами.

Топология — это раздел математики, изучающий природу форм вне зависимости от деформации. Например, предмет в форме пончика [тора] может деформироваться в форму кружки так, что отверстие тора станет отверстием в ручке кружки. Однако объект не мог потерять отверстие, не переходя в принципиально иную форму.

Используя идеи топологии, в 2007 году исследователи разработали первые электронные топологические изоляторы. Проскакивающие по краям или поверхностям этих материалов электроны «топологически защищены». Это означает, что схемы движения электронов остаются неизменными при любых возмущениях, с которыми они могут столкнуться. Открытие помогло получить Нобелевскую премию по физике в 2016 году. Позже учёные разработали фотонные топологические изоляторы, в которых аналогичным образом защищён свет.

Однако создание электронных топологических транзисторов, где в топологических материалах поток электронов без диссипации может включаться и выключаться, требует обращения к сложной квантовой механике. 

Учёные смогли обойти эту сложность и при помощи акустических топологических изоляторов создать акустические топологические транзисторы, где топологически защищёнными могут быть звуковые волны.

Создать акустический топологический транзистор было нелегко. «Мы знали, что наш подход к топологической логике может работать, но нам ещё нужно было найти приемлемые материалы, где он действительно работал бы, — рассказывает ведущий автор исследования Харрис Пири, занятый сегодня в Оксфордском университете. — Использовался довольно грубый подход: чтобы проверить тысячи различных материалов и конструкций, летом мы проводили расчёты на 20 компьютерах одновременно».

Хотя учёные нашли много почти работающих конструкций, эти конструкции в каком-то смысле всегда казались скомпрометированными: например, по словам Пири, «устройство было слишком большим, чтобы быть практичным».  

«И вот однажды мы наконец нашли дизайн, который удовлетворял всем ограничениям  (эврика!). Чтобы всё это работало, оставалось только разработать вспомогательные компоненты — термопреобразователь и расширяющуюся опорную плиту».

Конструкция — это сотовая решётка из стальных столбов, закреплённых на пластине из другого вещества (материала, который при нагревании сильно расширяется), и всё это запечатано в герметичном боксе.

Решётка устройства имеет немного увеличенные относительно других стержней с одной стороны и немного меньшие стержни с другой стороны. Эти различия в размере и расстоянии между столбами определяют топологию решётки, которая, в свою очередь, влияет на то, могут ли звуковые волны проходить через этот набор столбов. 

Например, при температуре 20° С ультразвук не может пройти через устройство, а при температуре 90° С он может пройти по кромке между сторонами. По сути, тепло может переключать это устройство из одного состояния в другое, как электричество в обычных транзисторах.

Учёные также разработали второе устройство, преобразующее ультразвуковые волны в тепло. Когда оба устройства соединены, они образуют акустический транзистор, который может управлять состоянием другого идентичного транзистора, подобно тому, как протекающее в обычном транзисторе электричество переключает другие транзисторы.

Исследователи отметили, что эти акустические топологические транзисторы масштабируются. «Это означает, что такая же конструкция может работать и на гигагерцовых частотах, которые обычно используются в схемах, потенциально полезных для обработки квантовой информации», — рассказывает Пири. — «В более общем смысле управление топологически защищённым акустическим транспортом находит применение в ряде важных областей, включая эффективное подавление акустического шума, одностороннее акустическое распространение, ультразвуковую визуализацию, эхолокацию, акустическую маскировку и акустическую связь».

Принципы проектирования для разработки акустических топологических транзисторов достаточно просто адаптировать, чтобы использовать в фотонных устройствах, «по крайней мере в принципе, поскольку уравнение акустической волны математически отображается на его фотонный аналог», — рассказывает Пири.  

Физика звуковых волн и физика световых волн достаточно похожи, чтобы легко перенести уроки топологического транзистора одного вида на топологический транзистор другого вида.

Однако, по словам Пири, «такого отображения не существует в электронике», что усложняет задачу создания электронного топологического транзистора на основе этой работы. При этом «всё ещё вероятно, что мы могли бы следовать той же общей схеме в электронике — нужно просто найти подходящие материалы», — отмечает Пири. 

В начале января учёные подробно описали свои выводы в журнале Physical Review Letters.

Источник

Продолжить погружение в IT-технологии вы сможете на наших курсах:

• Профессия Data Scientist

• Профессия Fullstack-разработчик на Python

Узнайте подробности здесь.

Профессии и курсы

Data Science и Machine Learning

• Профессия Data Scientist

• Профессия Data Analyst

• Курс «Математика для Data Science»

• Курс «Математика и Machine Learning для Data Science»

• Курс по Data Engineering

• Курс «Machine Learning и Deep Learning»

• Курс по Machine Learning

Python, веб-разработка

• Профессия Fullstack-разработчик на Python

• Курс «Python для веб-разработки»

• Профессия Frontend-разработчик

• Профессия Веб-разработчик

Мобильная разработка

• Профессия iOS-разработчик

• Профессия Android-разработчик

Java и C#

• Профессия Java-разработчик

• Профессия QA-инженер на JAVA

• Профессия C#-разработчик

• Профессия Разработчик игр на Unity

От основ — в глубину

• Курс «Алгоритмы и структуры данных»

• Профессия C++ разработчик

• Профессия Этичный хакер

А также

• Курс по DevOps

• Все курсы

Классификация транзисторов

• Задачи проектирования

Войти

Добро пожаловать! Войдите в свою учетную запись

ваше имя пользователя

ваш пароль

Забыли пароль?

Создать учетную запись

Политика конфиденциальности

Регистрация

Добро пожаловать!Зарегистрируйте аккаунт

ваш адрес электронной почты

ваше имя пользователя

Пароль будет отправлен вам по электронной почте.

Политика конфиденциальности

Восстановление пароля

Восстановить пароль

ваш адрес электронной почты

Поиск

Изменено: 15 ноября 2021 г.

Статьи категории

Содержание

Изобретение транзистора оказало беспрецедентное влияние на электронную промышленность. Итак, сегодняшний электронный век начался великолепно. С развитием времени, а затем во главе с компьютерами, электронные технологии достигли быстрого развития. Его появление обогатило жизнь людей. Сегодня easybom подробно анализирует типы транзисторов.

Классификация по полупроводниковому материалу и полярности

Полупроводниковые материалы, используемые в транзисторах, можно разделить на транзисторы из германиевого материала и транзисторы из кремниевого материала. В зависимости от полярности этот транзистор можно разделить на германиевый NPN-транзистор, германиевый PNP-транзистор, кремниевый NPN-транзистор и кремниевый PNP-транзистор.

Классификация по структуре и производственному процессу

Транзисторы можно разделить на диффузионные транзисторы, планарные транзисторы и сплавные транзисторы в зависимости от их конструкции и технологии производства.

Классификация по току

Транзисторы бывают маломощные, среднемощные и высокомощные в зависимости от их мощностей.

Классификация по рабочей частоте

Транзисторы подразделяются на низкочастотные транзисторы и высокочастотные транзисторы, а также сверхвысокочастотные транзисторы в соответствии с используемой ими рабочей частотой.

Классификация по структуре корпуса

Транзисторы можно разделить на транзисторы в металлическом корпусе, транзисторы в пластиковом корпусе, транзисторы в стеклянном корпусе, транзисторы в поверхностном корпусе и транзисторы в керамическом корпусе. Существуют различные формы пакетов.

Классификация по функциям и назначению

Транзисторы можно разделить на транзисторы малошумящих усилителей, транзисторы усилителей средней и высокой частоты, транзисторы усилителей низкой частоты, переключающие транзисторы, транзисторы с высоким обратным напряжением, транзисторы с демпфированием, фототранзисторы, транзисторы полосового сопротивления и магниточувствительные транзисторы.

Силовой транзистор

Силовой транзистор GTR представляет собой транзистор с биполярным переходом, способный выдерживать ток и высокое напряжение. Поэтому его иногда называют Power BJT. Его характеристики: высокое выдерживаемое напряжение, большой ток и хорошие характеристики переключения. Но его схема привода сложна, а мощность привода велика. Принцип GTR и транзисторов с биполярным переходом абсолютно идентичен.

Фототранзистор

Фототранзисторы — это оптоэлектронные компоненты, состоящие из трехконтактных устройств, таких как биполярные транзисторы или полевые транзисторы. Свет поглощается в его активной области, создавая фотогенерированные носители. Через внутренний механизм электрического усиления генерируется усиление фототока. Фототранзистор работает на трех выводах. Легко реализовать электрическое управление или электрическую синхронизацию. Материал, используемый в фототранзисторах, обычно представляет собой арсенид галлия. Он в основном делится на биполярные фототранзисторы, полевые фототранзисторы и связанные с ними устройства. Биполярные фототранзисторы обычно имеют высокий коэффициент усиления, но быстродействие не слишком быстрое. Полевой фототранзистор имеет быстродействие. Недостаток его в том, что светочувствительная площадь мала и коэффициент усиления мал. Он часто используется в качестве чрезвычайно высокоскоростного оптического детектора. Есть много других планарных оптоэлектронных устройств, связанных с этим. Характеристики высокая скорость и подходит для интеграции. Ожидается, что такие устройства найдут широкое применение в оптоэлектронной интеграции.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор относится к типу транзисторов, которые очень часто используются в аудиосхемах. Биполярный происходит от соотношения между током, протекающим в двух полупроводниковых материалах. Биполярные транзисторы классифицируются как типы PNP или NPN в зависимости от полярности их рабочего напряжения.

Биполярный транзистор

Биполярные транзисторы также называют полупроводниковыми транзисторами. Это инструмент, который соединяет два соединения PN с помощью определенной процедуры и поставляется с двумя комбинированными структурами, PNP и NPN. Снаружи нарисованы три полюса: коллектор, эмиттер и база. Коллектор вытягивается из области коллектора. Излучатель выводится из зоны запуска. База рисуется из базовой области. BJT имеет увеличительный эффект. Для обеспечения этого процесса передачи, с одной стороны, должны быть выполнены внутренние условия. Требуется, чтобы концентрация примесей в эмиттерной области была намного больше, чем концентрация примесей в базовой области, а толщина базовой области должна быть небольшой. Кроме того, он должен соответствовать внешним условиям. Переход передатчика должен быть смещен вперед, а переход коллектора должен иметь обратное смещение. Есть много типов BJT. По частоте он делится на высокочастотные и низкочастотные. По мощности различают лампы малой, средней и большой мощности. По полупроводниковым материалам он делится на кремниевые трубки и германиевые трубки. Он состоит из усилительных схем: схема усиления с общим эмиттером, общей базой и общей коллекторной схемой.

Полевой транзистор

Полевой транзистор — это транзистор, работающий по принципу полевого эффекта. Называется FET. Полевой эффект изменяет направление или величину электрического поля, приложенного перпендикулярно поверхности полупроводника, для управления плотностью или типом основных носителей в полупроводниковом проводящем слое (канале). Он модулирует ток в канале напряжением. Его рабочий ток переносится большинством носителей в полупроводнике. Такой тип транзистора, в котором в проводимости участвует только один носитель полярности, также называют униполярным транзистором. По сравнению с биполярными транзисторами полевые транзисторы обладают такими характеристиками, как высокое входное сопротивление, низкий уровень шума, высокая предельная частота, низкое энергопотребление, простота производственного процесса и хорошие температурные характеристики. Он широко используется в различных схемах усиления, цифровых схемах и микроволновых схемах.

Статический индукционный транзистор

Статический индукционный транзистор SIT представляет собой полевой транзистор. Он изменяет горизонтальную проводящую структуру маломощного устройства SIT, используемого для обработки информации, на вертикальную проводящую структуру, чтобы сделать устройство SIT высокой мощности. SIT — это многодетное проводящее устройство. Его рабочая частота эквивалентна или даже выше, чем у мощного MOSFET. Его мощность также больше, чем мощность MOSFET. Поэтому он подходит для случаев высокой частоты и высокой мощности. Он широко используется в некоторых профессиональных областях, таких как радиолокационное оборудование связи, ультразвуковое усиление мощности, усиление импульсной мощности и высокочастотный индукционный нагрев.

Одноэлектронный транзистор

Одноэлектронные транзисторы — это транзисторы, которые могут записывать сигналы с одним или небольшим числом электронов. По мере развития полупроводниковых технологий и методов травления становится все проще интегрировать крупномасштабные схемы. В настоящее время общая память содержит 200 000 электронов в каждом запоминающем элементе, в то время как каждый запоминающий элемент одноэлектронного транзистора содержит только один или небольшое количество электронов. Это резко снизит энергопотребление и повысит эффективность интегральных схем.

Биполярный транзистор с изолированным затвором

Биполярный транзистор с изолированным затвором сочетает в себе преимущества мощных транзисторов и мощных полевых транзисторов. Он имеет хорошие характеристики. Он имеет широкий спектр применения.

Михал

Инженер электроники и телекоммуникаций с дипломом магистра электроэнергетики. Светодизайнер опытный инженер. В настоящее время работает в сфере IT.

Английский

Классификация, конфигурация, области применения и преимущества

Транзистор изначально назывался «Транзитный резистор» или «Переходной резистор». Это элементарная единица электронных схем. Они настолько интенсивно используются, что вы не можете представить печатную плату без этого компонента. В этой статье речь пойдет о том, что такое транзистор, его конфигурация, классификация, принцип работы, области применения, преимущества и недостатки.

Что такое транзистор

Транзисторы представляют собой электронные устройства, которые являются основным и основным компонентом любых электронных схем. Раньше транзисторы делались из германия, чувствительного к температуре, и постепенно их заменяли кремнием. Кремниевые транзисторы дешевле в производстве. Они являются элементарными единицами микрочипов и компьютеров.

Рис. 1. Физический вид транзистора

Его также можно определить как устройство с тремя выводами, которое состоит из трех отдельных слоев, где два одинаковых слоя находятся между слоями противоположного типа и называются «транзисторами».

Слои могут быть двух типов «P», между которыми находится один тип «N», или два слоя «N», между которыми находится один тип «P», как показано на рис. 2. Левый терминал называется Излучателем, правый терминал называется Коллектором, а область посередине называется Базой.

Классификация транзисторов . – Классификация транзисторов

Транзистор с точечным контактом

Это были первые изобретенные транзисторы, в которых в качестве полупроводника использовался германий, и через него проходили два провода из фосфористой бронзы. Импульсы сильного тока использовались для плавления проводов, и это вызвало диффузию фосфора из проводов в германий, что создало области P-типа вокруг точек. Образовалась PNP-структура, обладающая отрицательным сопротивлением.

Полевой транзистор (FET)

Полевые транзисторы представляют собой три оконечных устройства с затвором, истоком, стоком и подложкой, которые считаются четвертым выводом. Это устройства, управляемые напряжением, которые контролируют размер и форму канала. Поскольку они работают на одном канале, они помечены как униполярные транзисторы. Далее они классифицируются как:

• JFET
• MOSFET

JFET

J соединение G ate F ield- E ffect T Ранзистор представляет собой трехвыводное устройство, которое не требует тока смещения и полностью контролируется напряжением. Они называются устройствами режима истощения, имеющими каналы N-типа и P-типа.

MOSFET

M ETAL O XIDE S ILICON F IELD E FFECT T RANSTRITORSISTORSISTOR, И СПУБЛИОТРИОРИЙСКОЙ, И СПУБЛИОТРИОНТРИОРИЙСКОЙ, И СПУБЛИОТРИОНТРИОР, И СПУБЛИОТРИОР, И СПУБЛИОТРИОРИСТ, ИСПОЛИНГИ ИСПОЛЬЗОВАТЕЛИ. Двумя режимами работы MOSFET являются режим расширения и режим истощения с каналами N-типа и P-типа.

Транзистор с биполярным переходом (BJT)

Транзистор с переходом обычно называют BJT или биполярным транзистором с тремя выводами: эмиттер, база и коллектор. Ток управляет транзисторами, то есть небольшой ток, протекающий через базу, вызывает протекание большого тока от эмиттера к коллектору. BJT включается входным током, который подается на базу.

Они подразделяются на:

• NPN Транзисторы
• PNP Транзисторы

Рис. 3 — Основная структура и символ схемы NPN — PNP Transistors

NPN Transistor

ANP IS -Transistor. где легированный слой «P» зажат между двумя слоями, легированными «N».

Транзистор PNP

Транзистор PNP представляет собой тип BJT, который состоит из трех слоев, в которых слой с примесью N расположен между двумя слоями с примесью P.

Конфигурации цепи транзистора

Транзистор имеет три вывода, а именно выводы эмиттера, базы и коллектора, но когда он подключен к цепи, требуются четыре вывода. Две клеммы необходимы для входа и две другие для вывода. Следовательно, одна клемма транзистора является общей как для входной, так и для выходной клеммы. Эмиттер и коллектор неизменно имеют прямое и обратное смещение соответственно.

Существует три способа подключения транзистора к цепи, а именно:

• Соединение с общей базой (цепь с общей базой)
• Соединение с общим эмиттером (цепь с общим эмиттером)
• Соединение с общим коллектором (цепь с общим коллектором)

Цепь с общей базой

База как для ввода, так и для вывода. Входной сигнал подается между эмиттером и базой, а выходной сигнал поступает от коллектора и базы. В этом типе схемы ток эмиттера (I _E ), который также является входным током, высок. Следовательно, входное сопротивление низкое.

Рис. 4 – Цепь с общей базой

Из-за обратного напряжения на коллекторе выходное сопротивление велико. Соединение с общей базой редко используется, так как оно не имеет текущего усиления.

Схема с общим эмиттером

Это наиболее широко используемая схема во всех транзисторных приложениях. Эта схема, как показано на рис. 5, имеет общий эмиттер как для входа, так и для выхода. Входной сигнал подается между базой и эмиттером, а выходной сигнал поступает от коллектора и эмиттера. Из-за малого базового тока (I _B ), входное сопротивление очень высокое. Рис. 5. Схема с общим эмиттером . Коэффициент усиления по напряжению в этой схеме высокий.

Общая схема коллектора

В схеме этого типа, как показано на Рис. 6, коллектор является общим как для входа, так и для выхода. Входной сигнал подается между базой и коллектором, а выходной сигнал получается между эмиттером и коллектором.

Рис. 6 – Цепь общего коллектора

Входное сопротивление высокое, а выходное сопротивление низкое по сравнению с другими цепями. Прибавки по напряжению нет. Эта схема находит свое применение в согласовании импедансов.

Как работает транзистор

Чтобы понять принцип работы транзистора, рассмотрим NPN-транзистор, как показано на рис.6. Переход между эмиттером и базой известен как переход эмиттер-база, который смещен в прямом направлении. Точно так же соединение между базой и коллектором известно как соединение коллектор-база, которое имеет обратное смещение. 9Рис. 7. Базовая схема из NPN-транзистор большое количество носителей заряда (электронов) внедряется в базовую область. Этот ток из области эмиттера называется током эмиттера I _E . Поскольку ток протекает через базу P-типа, небольшое количество электронов объединяется с дырками. Это составляет Базовый ток I _Б . База очень тонкая и слегка легированная, что помогает оставшимся носителям заряда перемещаться в область коллектора.

Обратное смещение коллектора притягивает электроны. Коллектор умеренно легирован и позволяет остальным электронам проходить через него. Следовательно, мы можем сделать вывод, что ток эмиттера является суммой тока базы и тока коллектора, т. е.0007 Приложения включают:

• Транзисторы используются в генераторах и модуляторах в качестве усилителей.
• Используются в цифровых схемах в качестве переключателей.
• Транзисторы используются в радиочастотных цепях для беспроводных систем.
• Транзисторные переключатели используются в охранной сигнализации, промышленных схемах управления, памяти и микропроцессорах.
• Они используются в Sub Wordline Driver (SWD) для создания низкочастотных токов.
• МОП-транзисторы используются в схемах прерывателя.
• JFET , MOSFET может выступать в качестве пассивного элемента, такого как резистор.

Преимущества Транзистор

Преимущества:

• Транзисторы имеют компактные размеры.
• Они обеспечивают высокий коэффициент усиления по напряжению и требуют меньшего напряжения питания.
• Не требуют нагрева, так как не имеют нити накала.
• Срок службы транзисторов выше, чем у электронных ламп.