Транзистор виды: Виды, типы, характеристики, принцип работы

Содержание

Какие бывают транзисторы по виду

Слово «транзистор» образованно из двух слов: transfer и resistor. Первое слово переводится с английского как «передача», второе — «сопротивление». Таким образом, транзистор — это особого рода сопротивление, которое регулируется напряжением между базой и эмиттером (током базы) у биполярных транзисторов, и напряжением между затвором и истоком у полевых транзисторов.

Изначально названий для этого полупроводникового прибора предлагалось несколько: полупроводниковый триод, кристаллический триод, лотатрон, но в результате остановились именно на названии «транзистор», предложенном Джоном Пирсом, — американским инженером и писателем-фантастом, другом Уильяма Шокли.

Для начала окунемся немного в историю, затем рассмотрим некоторые виды транзисторов из распространенных сегодня на рынке электронных компонентов.

Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин, работая командой в лабораториях Bell Labs, 16 декабря 1947 года создали первый работоспособный биполярный транзистор, который был продемонстрирован учеными официально и публично 23 декабря того же года. Это был точечный транзистор.

Спустя почти два с половиной года, появился первый германиевый плоскостной транзистор, затем сплавной, электрохимический, диффузионный меза-транзистор, и наконец, в 1958 году Texas Instruments выпустила первый кремниевый транзистор, затем, в 1959 году Жаном Эрни был создан первый планарный кремниевый транзистор, в итоге германий был вытеснен кремнием, а планарная технология заняла почетное место главной технологии производства транзисторов.

Справедливости ради отметим, что в 1956 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Что касается полевых транзисторов, то первые патентные заявки подавались с середины 20-х годов 20 века, например в Германии физик Юлий Эдгар Лилиенфельд в 1928 году запатентовал принцип работы полевых транзисторов. Однако, непосредственно полевой транзистор был запатентован впервые в 1934 году немецким физиком Оскаром Хайлом.

Работа полевого транзистора в основе своей использует электростатический эффект поля, физически это проще, потому и сама идея полевых транзисторов появилась раньше, чем идея биполярных транзисторов. Изготовлен же первый полевой транзистор был впервые в 1960 году. В итоге, ближе к 90-м годам 20 века, МОП-технология (технология полевых транзисторов «металл-оксид-полупроводник») стала доминировать во многих отраслях, включая IT-сферу.

В большинстве применений транзисторы заменили собой вакуумные лампы, свершилась настоящая кремниевая революция в создании интегральных микросхем. Так, сегодня в аналоговой технике чаще используют биполярные транзисторы, а в цифровой технике — преимущественно полевые.

Устройство и принцип действия полевых и биполярных транзисторов — это темы отдельных статей, поэтому останавливаться на данных тонкостях не будем, а рассмотрим предмет с чисто практической точки зрения на конкретных примерах.

Как вы уже знаете, по технологии изготовления транзисторы подразделяются на два типа: полевые и биполярные. Биполярные в свою очередь делятся по проводимости на n-p-n – транзисторы обратной проводимости, и p-n-p – транзисторы прямой проводимости. Полевые транзисторы бывают, соответственно, с каналом n-типа и p-типа. Затвор полевого транзистора может быть изолированным (IGBT-транзисторы) или в виде p-n-перехода. IGBT-транзисторы бывают со встроенным каналом или с индуцированным каналом.

Области применения транзисторов определяются их характеристиками, а работать транзисторы могут в двух режимах: в ключевом или в усилительном. В первом случае транзистор в процессе работы или полностью открыт или полностью закрыт, что позволяет управлять питанием значительных нагрузок, используя малый ток для управления. А в усилительном, или по-другому — в динамическом режиме, используется свойство транзистора изменять выходной сигнал при малом изменении входного, управляющего сигнала. Далее рассмотрим примеры различных транзисторов.

2N3055 – биполярный n-p-n-транзистор в корпусе ТО-3. Популярен в качестве элемента выходных каскадов высококачественных звуковых усилителей, где он работает в динамическом режиме. Как правило, используется совместно с комплементарным p-n-p собратом MJ2955. Данный транзистор может работать и в ключевом режиме, например в трансформаторных НЧ инверторах 12 на 220 вольт 50 Гц, пара 2n3055 управляет двухтактным преобразователем.

Примечательно, что напряжение коллектор-эмиттер для данного транзистора в процессе работы может достигать 70 вольт, а ток 15 ампер. Корпус ТО-3 позволяет удобно закрепить его на радиатор в случае необходимости. Статический коэффициент передачи тока — от 15 до 70, этого достаточно для эффективного управления даже мощными нагрузками, при том, что база транзистора выдерживает ток до 7 ампер. Данный транзистор может работать на частотах до 3 МГц.

КТ315 — легенда среди отечественных биполярных транзисторов малой мощности. Данный транзистор n-p-n – типа впервые увидел свет 1967 году, и по сей день пользуется популярностью в радиолюбительской среде. Комплементарной парой к нему является КТ361. Идеален для динамических и ключевых режимов в схемах малой мощности.

При максимально допустимом напряжении коллектор-эмиттер 60 вольт, этот высокочастотный транзистор способен пропускать через себя ток до 100 мА, а граничная частота у него не менее 250 МГц. Коэффициент передачи тока достигает 350, при том, что ток базы ограничен 50 мА.

Изначально транзистор выпускался только в пластмассовом корпусе KT-13, 7 мм в ширину и 6 мм высотой, но в последнее время можно его встретить и в корпусе ТО-92, например производства ОАО «Интеграл».

КП501 — полевой n-канальный транзистор малой мощности с изолированным затвором. Имеет обогащенный n-канал, сопротивление которого составляет от 10 до 15 Ом, в зависимости от модификации (А,Б,В). Предназначен данный транзистор, как его позиционирует производитель, для использования в аппаратуре связи, в телефонных аппаратах и другой радиоэлектронной аппаратуре.

Этот транзистор можно назвать сигнальным. Небольшой корпус ТО-92, максимальное напряжение сток-исток — до 240 вольт, максимальный ток стока — до 180 мА. Емкость затвора менее 100 пф. Особенно примечательно то, что пороговое напряжение затвора составляет от 1 до 3 вольт, что позволяет реализовать управление с очень-очень малыми затратами. Идеален в качестве преобразователя уровней сигналов.

irf3205 – n-канальный полевой транзистор, изготовленный по технологии HEXFET

. Популярен в качестве силового ключа для повышающих высокочастотных инверторов, например автомобильных. Посредством параллельного включения нескольких корпусов представляется возможность построения преобразователей, рассчитанных на значительные токи.

Максимальный ток для одного такого транзистора достигает 75А (ограничение вносит конструкция корпуса ТО-220), а максимальное напряжение сток-исток составляет 55 вольт. Сопротивление канала при этом всего 8 мОм. Емкость затвора в 3250 пф требует применения мощного драйвера для управления на высоких частотах, но сегодня это не является проблемой.

FGA25N120ANTD мощный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT-транзистор) в корпусе TO-3P

. Способен выдержать напряжение сток-исток 1200 вольт, максимальный ток стока составляет 50 ампер. Особенность изготовления современных IGBT-транзисторов такого уровня позволяет отнести их к классу высоковольтных.

Область применения — силовые преобразователи инверторного типа, такие как индукционные нагреватели, сварочные аппараты и другие высокочастотные преобразователи, рассчитанные на питание высоким напряжением. Идеален для мощных мостовых и полумостовых резонансных преобразователей, а также для работы в условиях жесткого переключения, имеется встроенный высокоскоростной диод.

Мы рассмотрели здесь только несколько видов транзисторов, и это лишь мизерная часть из обилия моделей электронных компонентов, представленных на рынке сегодня.

Так или иначе, вы с легкостью сможете подобрать подходящий транзистор для своих целей, благо, документация на них доступна сегодня в сети в виде даташитов, в которых исчерпывающе представлены все характеристики. Типы корпусов современных транзисторов различны, и для одной и той же модели зачастую доступны как SMD исполнение, так и выводное.

Источник: electrik.info

Существуют десятки тысяч транзисторов. Их все можно разделить на несколько типов по характеристикам. Я расскажу какие существуют виды транзисторов и чем они друг от друга отличаются.

Транзисторы можно разделить на виды по таким характеристикам как:

  • Физическое строение
  • Принцип действия
  • Мощность
  • Полоса пропускания частот
  • Коэффициент усиления по току
  • и т.д.

Но основными являются четыре: физическая структура транзистора, принцип действия транзистора, мощность и полоса рабочих частот транзистора.

По принципу действия все транзисторы можно разделить на две большие группы: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Различаются они как принципом действия, так и физическим строением. При этом различается как структура транзистора, так и принцип их функционирования. Внешне оба вида выполняют те же функции, но внутри у полевых и биполярных транзисторов всё работает иначе.

Посмотри на схему выше. Как ты уже заметил, и у биполярных и у полевых транзисторов есть общие характеристики: мощность и частота. Которые могут быть малыми, средними, высокими.

Рассеиваемая мощность транзистора

При это маломощными считаются транзисторы, которые в состоянии рассеять не более 0.3 Вт, транзисторы средней мощности в состоянии рассеять уже от 0.3 Вт до 1.5 Вт. Ну а мощные транзисторы рассеивают более 1.5Вт.

Полоса пропускания транзистора

Так называют диапазон частот, в которых транзистор сохраняет свои качества как транзистора. На выбор транзистора по частоте сильно влияет тип твоего устройства и с какими частотами сходящих сигналов оно должно уметь работать правильно.

Биполярный транзистор

Я не буду описывать строение транзистора, для этого сущесвуют другие статьи. В этот раз я хочу заострить твоё внимание на том, что в семейсве биполярных транзисторов есть два клана. Этоклан транзисторов со структурой N-P-N и клан со структурой P-N-P. Кроме физ. строения каких либо других различий между ними нет.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы также как и биполярные можно разделить на транзисторы P- и N-типа. Но помимо этого они делять ещё два вида: MOSFET и JFET. MOSFET — это полевой транзистор с изолированным затвором и JFET — это полевой транзистор с единственным PN-переходом.

Обладают сравнительно малым входным сопротивлением, поэтому потребляют от больший ток, чем полярные

Разница между полевым и биполярным транзисторами
Принцип работы биполярный полевой
Управляются током. Для работы требуется подавать начальный ток смещения на базу Управляются напряжением. Всё что им требуется для работы — это подача напряжения на затвор
Обладают высоким входным сопротивлением, что означает практически отсутствующих входной ток транзистора. Позволяет меньше нагружатьисточник питания за счет меньшего потребления тока от источника
Усиление по току Биполярные транзисторы обладают больее высоким коэфф. усиления. Коэфф. усиления меньше, чем в биполярном транзисторе.
Размер Имеют средний и большой размер. Полевые транзисторы можно производить для повернохстного монтажа. А также использовать в интегральных схемах.
Популярность Сегодня биполярне транзисторы стали уступать свои позиции перед FET FET-транзисторы сновятся все более популярны и активно используются в коммерческом ПО.
Стоимость Биполярные транзисторы дешевы в производстве. FET, а особенно MOSFET значительно дороже произвести, чем биполярные транзисторы.

Вот и всё. Конечно за кадром остались глубокие принципы работы транзисторов. Но сделано это намеренно. О них я расскажу как-нибудь в другой раз.

Источник: mp16.ru

Типы транзисторов

Прежде чем рассматривать типы транзисторов, следует выяснить, что вообще представляет собой транзистор и для чего используется.

Что такое транзистор

Транзистором называется полупроводниковый триод, представляющий собой компонент, используемый в области радиоэлектроники, изготавливаемый из полупроводниковых материалов. Он имеет три вывода, позволяющие управлять в цепи электрическим током с помощью входного сигнала.

Из-за своих качеств применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать, сгенерировать или усилить электрические сигналы. Название транзистора применяется и для других устройств, имитирующих основное качество транзистора – способность изменять сигнал в двух различных состояниях, при одновременном изменении сигнала управляющего электрода.

Виды и характеристика

Все транзисторы подразделяются на два вида – NPN и PNP. В этих на первый взгляд сложных аббревиатурах, нет ничего особо сложного. Данными буквенными обозначениями определяется порядок наложения специфических слоев. Такими слоями являются pn-переходы в полупроводниковых материалах, использованных для их изготовления. Глядя визуально на любой полупроводник, невозможно определить тип полупроводниковой структуры, расположенной внутри корпуса. Эти данные обозначаются маркировкой, нанесенной на корпус. Тип транзистора необходимо знать заранее, поскольку использование его в схеме может быть самым различным.

Следует помнить о том, что NPN и PNP совершенно разные. Поэтому их нельзя просто так перепутать или заменить между собой. Заменить один на другой возможно при определенных условиях. Основное условие – значительное изменение схемы включения этих транзисторов. Таким образом, для определенных узлов радиотехнических устройств, применяются только свои, конкретные марки, в противном случае, устройство просто выйдет из строя, и не будет работать.

Технологические различия

Помимо типа pn-перехода, все они различаются технологией применяемой для их изготовления.

В связи с этим, можно отметить два видаа транзисторов, различающихся параметрами:

  • Биполярные — отличаются подачей в их базу тока небольшой величины. Этот ток, в свою очередь, служит для управления количеством тока, проходящего между эмиттером и коллектором.
  • Полевые — оборудуются тремя выводами, носящими название затвор, сток и исток. В данном случае, на затвор транзистора воздействует не ток, а напряжение. Эти транзисторы отличаются различной полярностью.

Источник: electric-220.ru

Типы транзисторов — подробная классификация полупроводника

Классификация, основанная на их структуре

Точечный транзистор

Это были одни из первейших германиевых транзисторов, которые работали на основе сложного и ненадёжного процесса образования электричества. По этой причине не справлялись с возложенными на них задачами довольно часто. У них был коэффициент усиления тока a с общей базой больше единицы и демонстрировал отрицательное сопротивление.

Биполярный плоскостной транзистор

Эти транзисторы имеют три вывода (эмиттер, базу и коллектор), отсюда вытекает то, что они обладают двойным соединением, а именно соединением база-эмиттер и соединением коллектор-база. Это токоуправляемые устройства, чья проводимость тока основывается одновременно на главном, и на побочном носителе заряда (поэтому транзистор и называется биполярным).

Они могут быть и (i) npn с основными носителями заряда в виде электронов или (ii) pnp. Обособленно стоят многие другие типы биполярных плоскостных транзисторов:

Биполярный гетеротранзистор: эти транзисторы подходят для устройств с высокой частотой и у них участки эмиттера и базы сделаны из отличающихся полупроводниковых материалов.

Транзистор Шотки или зажатые транзисторы Шотки: они используют барьер Шотки для избегания насыщения транзистора.

Лавинные транзисторы: это по-особенному устроенные транзисторы, которые действуют в зоне лавинного сбоя (где действующее напряжение будет больше чем напряжение сбоя) и имеют очень высокие скорости переключения.

Транзисторы Дарлингтона: эти транзисторы имеют два отдельных транзистора, которые каскадно включены таким образом, что в результате устройство обладает очень высоким коэффициентом усиления тока.

Транзистор с множественным эмиттером: этот вид транзисторов специально сделан так, чтобы понимать логические операции.

Транзистор с множественной базой: он использует для усиления очень низкий уровень сигнала среди шумного окружения за счёт конструктивного добавления сигнала, в отличии от случайного шума.

Диффузионный транзистор: эти транзисторы основаны на том, что имеется диффундирующий полупроводниковый материал с необходимыми присадками.

Полевой транзистор

Эти транзисторы являются транзисторами, которые управляются напряжением. Эти транзисторы имеют три вывода. Один из них, вывод затвора, контролирует поток электрического тока между выводом источника и выводом стока. Их также называют монополярными устройствами, поскольку их проводимость тока является лишь следствием основных носителей заряда, согласно с чем, они могут быть одновременно N-канальными (большинство носителей заряда являются электронами) и P-канальными полевыми транзисторами.

Полевые транзисторы также могут быть подразделены на:

Плоскостные полевые транзисторы: Они могут быть как pn, так и транзисторами с металлическим полупроводником, которые зависят от того, имеют ли они pn-соединение или соединение в виде Барьера Шотки.

Металлические оксидные полупроводниковые полевые транзисторы или транзисторы с изолированным затвором: Эти устройства имеют изолирующий слой под их выводом затвора, который приводит к очень высокому полному сопротивлению на входе. Они могут быть как истощающими, так и усиливающими, что зависит от того, имеют ли они уже существующий канал или нет, что уже влияет на их поведение в присутствии или отсутствии напряжения на затворе.

Металлические окисел полупроводниковые полевые транзисторы с двойным затвором: Это в частности очень полезные транзисторы в устройствах с радиочастотой. Они имеют два последовательных контроля затвора.

Транзистор с высокой мобильностью электронов или гетероструктурный полевой транзистор: Эти транзисторы характеризуются присутствием гетеро-связей, которые заключаются между разными материалами на той и другой стороне соединения и используются в устройствах с очень высокой микроволновой частотой. Другие разновидности этих транзисторов, включая метаморфные, псевдоморфные, индуцированные, гетероструктрные изолированные и модуляционные с примесями.

Плавниковые полевые транзисторы: Они имеют двойной затвор, ширина их эффективного канала обеспечивается тонким кремниевым “плавником”, который формирует тело транзистора.

Вертикальный металл-окисел полупроводниковый: По конструкции схож с обычным металл-окисел полупроводниковым, но есть и различие, заключающееся в наличии V-образной канавки, которая увеличивает их сложность и стоимость.

Металл-окисел полупроводниковый с U-образной канавкой: У них структура в виде траншей, и они почти такие же как предыдущие, только канавка у них не V-образная, а U-образная.

Траншейный металл-окисел полупроводниковый: Имеется вертикальная структура с выводом источника и стока на вершине и дне соответственно.

Металлический нитрид окисел полупроводниковый: Этот вид транзистора является дополнением к технологии металл окисел полупроводниковых и использует нитрид окисел как изоляционный слой.

Полевые транзисторы с быстрым обратным или быстрым восстанавливающим эпитаксиальным диодом: Это ультра быстрые полевые транзисторы с возможностью быстрого выключения для диода, расположенного в корпусе.

Обеднённый полевой транзистор: Эти транзисторы основаны на абсолютно истощенных субстратах.

Туннельный полевой транзистор: Они работают на принципе квантового туннелирования и широко применяются в электронике с низкой энергией, включая цифровые схемы.

Ионно-чувствительный полевой транзистор: Данный транзистор использует концентрацию ионов для регулирования величины потока электрического тока, проходящего через него. Эти устройства широко используются в медико-биологических исследованиях и наблюдении за окружающей средой.

Биологически-чувствительные полевые транзисторы: В этих транзисторах биологические молекулы, привязанные к выводу затвора, изменяют распределение заряда и меняют проводимость каналов. Существует множество разновидностей этих устройств, например днк полевые транзисторы, иммунные полевые транзисторы и т.д.

Полевые транзисторы с органической памятью за счёт наночастиц: Эти устройства имитируют поведение интернейрон сигнала и применяется в области искусственного интеллекта.

Органические полевые транзисторы: Их структура основана на концепции тонкоплёночных транзисторов. Для их канала используются органические полупроводники. Они широко используются в электронике, разлагаемой микроорганизмами.

Шестиугольные полевые транзисторы: Их область матрицы основана на базовых ячейках, имеющих шестиугольную форму, которые, в свою очередь, уменьшают размер матрицы, увеличивая плотность канала.

Полевые транзисторы с углеродной нанотрубкой: Канал сделан из углеродной нанотрубки (одиночной или массива), а не из кремния.

Полевой транзистор с нанолентой из графена: Они используют наноленты из графена как материал для их каналов.

Полевые транзисторы с вертикальной прорезью: Эти двух-затворные устройства с вертикальной кремниевой прорезью ни что иное как узкий коридор кремния между двух более больших кремниевых участков.

Квантовые полевые транзисторы: эти транзисторы характеризуются очень высокой скоростью действия и работой на принципе квантового туннелировнаия.

T-инвертированные транзисторы: Часть такого устройства вертикально расширена из горизонтальной плоскости.

Тонкоплёночный транзистор: В качестве активного полупроводника используются тонкие плёнки, изолятор и металл прокладываются по непроводящему материалу, такому как стекло.

Баллистические транзисторы: Их используют в высокоскоростных интегрированных схемах, их работа основана на использовании электромагнитных сил.

Электролит окисел полупроводниковые полевые транзисторы: У них металлическая часть стандартных металл-окисел полупроводниковых заменена на электролит. Их используют для обнаружения нейронной активности.

Классификация, основанная на функциях транзисторов

1. Транзисторы с маленьким сигналом : Этот тип транзисторов используется в частности для усиления сигналов с низким уровнем (редко – для переключения) и может быть как npn, так и pnp по своей конструкции.

2. Маленькие переключающие транзисторы : Широко применяются для переключения, несмотря на то, что они могут быть вовлечены в процесс усиления. Эти транзисторы доступны сразу и в виде npn, и в виде pnp.

3. Силовой транзистор : Их используют как силовые усилители в мощных устройствах. Это могут быть npn, или pnp, или транзисторы Дарлингтона.

4. Высокочастотные транзисторы : их также называют радиочастотными транзисторами. Они используются в устройствах, где есть высокоскоростное переключение, где маленькие сигналы действуют на больших частотах.

5. Фототранзистор : Это устройства с двумя выводами, которые чувствительны к свету. Они являются ни чем иным, как стандартными транзисторами, которые имеют фоточувствительную область как замещение базовой области.

6. Однопереходные транзисторы : Используются исключительно как переключатели и не подходят для усиления.

7. Транзисторы для биомедицинских исследований и для исследования окружающей среды : Их название говорит само за себя.

В дополнение к этому, существуют также биполярные транзисторы с изолированным затвором, которые сочетают в себе особенности одновременно биполярных плоскостных транзисторов и полевых транзисторов. Они используют изолированный затвор для контроля биполярного силового транзистора, выступая в роли переключателя.

Также есть устройства, которые имеют два туннельных перехода, включая участок, контролирующий затвор. Их называют одиночными электронными транзисторами. Транзисторы без переходов и с нанопроволокой не имеют перехода затвора, что приводит к более плотным и дешёвым микрочипам. Наконец, стоит отметить, что это были лишь некоторые типы транзисторов среди множества типов, которые представлены на рынке.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Источник: elektronchic.ru

Транзистор: виды, применение и принципы работы

Что такое транзистор? Наверняка каждый человек хотя бы раз в жизни слышал это слово. Однако далеко не каждый знаком с его значением, а тем более с устройством и назначением транзистора. Это понятие подробно изучают студенты технических ВУЗов. При этом довольно часто технические знания пригождаются в жизни людям, не имеющим ничего общего с инженерной деятельностью. В этой статье мы рассмотрим в каких областях они применяются.

Принцип работы прибора

Транзистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического сигнала. Благодаря особому строению кристаллических решёток и полупроводниковым свойствам, этот прибор способен увеличивать амплитуду протекающего тока.

Полупроводники — вещества, которые способны проводить ток, а также препятствовать его прохождению. Самыми яркими их представителями являются кремний и германий. Существует два вида полупроводников:

В полупроводниках электрический ток возникает из-за недостатка или переизбытка свободных электронов. Например, кристаллическая решётка атома состоит из трёх электронов. Однако если ввести в это вещество атом, состоящий из четырёх электронов, один будет лишним. Он является свободным электроном. Соответственно, чем больше таких электронов, тем ближе это вещество по своим свойствам к металлу. А значит, и проводимость тока больше. Такие полупроводники называются электронными.

Теперь поговорим о дырочных. Для их создания в вещество вводятся атомы другого вещества, кристаллическая решётка которого содержит больше атомов. Соответственно, в нашем полупроводнике становится меньше электронов. Образуются вакантные места для электронов. Валентные связи будут разрушаться, так как электроны будут стремиться занять эти вакантные места. Далее, мы будем называть их дырками.

Электроны постоянно стремятся занять дырку и, начиная движение, образуют новую дырку. Таким поведением обладают абсолютно все электроны. В полупроводнике происходит их движение, а значит, начинает проводиться ток. Такие полупроводники называются дырочными.

Таким образом, вводя недостаток или избыток электронов в кремний или германий, мы способствуем их движению. Получается ток. Транзисторы состоят из соединений этих полупроводников по определённому принципу. С их помощью можно управлять протекающими токами и другими параметрами электрических сигналов.

Виды транзисторов

Существует несколько видов транзисторов. Их около четырёх. Однако основные из них это:

Остальные виды собираются из полевых и биполярных. Рассмотрим более подробно каждый вид.

Суть этого прибора заключается в управлении параметрами электрического сигнала с помощью электрического поля. Оно появляется при подаче напряжения к какому-либо из выводов:

  1. Затвор нужен для регулирования параметров сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
  2. Сток — вывод, через который из канала уходят носители заряда (дырки и электроны).
  3. Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и дырки.

Такой транзистор состоит из полупроводника с определённой проводимостью и двух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими двумя областями появляется пространство, через которое протекает ток. Это пространство называется каналом. Ширина этого канала регулируется напряжением, которое мы подаём на затвор. Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

Теперь поговорим о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом случае этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения. Металлический затвор в таких транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление гораздо больше.

Существует два вида приборов с изолированным затвором:

  • Со встроенным каналом.
  • С индуцированным каналом.

Встроенный канал позволяет протекать электрическому току с определённой амплитудой. При подаче напряжения с определённой амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость. Этот канал встраивается в транзисторы на производственных предприятиях.

Индуцированный канал появляется между двумя областями, о которых мы говорили выше, только при подаче напряжения определённой полярности на затвор. То есть, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не протекает.

Все виды полевых транзисторов отличаются друг от друга по следующим параметрам:

  1. Входное сопротивление.
  2. Амплитуда напряжения, которое необходимо подать на затвор.
  3. Полярность.

Каждый из этих видов полевых транзисторов необходим для сборки определённых электрических и логических схем. Так как для реализации двух разных устройств необходимо разные электрические параметры.

Биполярные

Слово «биполярные» означает две полярности. То есть, такие приборы имеют две полярности, благодаря особенностям своего строения. Особенность их строения заключается в том, что они состоят из трёх полупроводниковых областей. Типы проводимости бывают следующими:

  1. Электронная, далее n.
  2. Дырочная, далее p.

Соответственно, можно сделать вывод, что существует два вида биполярных транзисторов:

Разница между ними заключается в том, что для корректной работы необходимо подавать напряжение разной полярности. К каждой из трёх полупроводниковых областей подключено по одному выводу. Всего их три:

  1. База — центральный слой. Он является самым тонким. На выводе базы находится управляющий ток с небольшой амплитудой.
  2. Коллектор — один из крайних слоёв. Он является самым широким. На него подаётся ток с большой амплитудой.
  3. Эмиттер — вывод, на который подаётся ток с коллектора. На его выходе амплитуда тока немного больше, чем на входе.

Существует три схемы подключения биполярных транзисторов:

  1. С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора.
  2. С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера.
  3. С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора.

Благодаря нескольким электронно-дырочным переходам, образующимся в биполярном транзисторе, можно управлять параметрами электрического сигнала. Полярность и амплитуда подаваемого напряжения зависят от типа биполярного транзистора.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

  1. Усилительные схемы.
  2. Генераторы сигналов.
  3. Электронные ключи.

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства. Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы.

Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора.

Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем. На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.

Литература по электронике

Наука, которая изучает транзисторы и другие приборы, называется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам. Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по этой тематике:

  1. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
  2. Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
  3. Силовая электроника для любителей и профессионалов — Б. Ю. Семенов .

В этих книгах описываются различные средства программируемой электроники. Конечно же, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря этим книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и навыки, которые, возможно, принесут вам доход.

Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они применяются в жизни. Если вам интересна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс не стоит на месте, и все технические устройства постоянно совершенствуются. В этом деле очень важно идти в ногу со временем. Успехов вам!

Источник: tokar.guru

Транзистор простыми словами, принцип работы и устройство

Транзистор – это прибор, работающий по принципу полупроводника и предназначен для усиления сигнала. Из-за особенностей строения кристаллической решетки и своих полупроводниковых свойств, транзистор увеличивает протекающий через нее ток. Сами же вещества, имеющие такие свойства, препятствуют его протеканию. Самими основными элементами считаются германий (Gr) или кремний (Si). Полупроводники бывают двух видов – электронные и дырочные.

В статье будет приведена подробная информация об устройстве, производстве, сфере применения транзисторов. По этой теме добавлено два интересных видеоролика, а также научно-популярная статья по предмету вопроса.

Различные типы транзисторов.

Типы транзисторов

В настоящее время находят применение транзисторы двух видов — биполярные и полевые. Биполярные транзисторы появились первыми и получили наибольшее распространение. Поэтому обычно их называют просто транзисторами. Полевые транзисторы появились позже и пока используются реже биполярных.

В таблице ниже представлена цветовая маркировка транзисторов:

Цветовая маркировка транзисторов

Биполярные транзисторы

Биполярными транзисторы называют потому, что электрический ток в них образуют электрические заряды положительной и отрицательной полярности. Носители положительных зарядов принято называть дырками, отрицательные заряды переносятся электронами.

В биполярном транзисторе используют кристалл из германия или кремния — основных полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления транзисторов и диодов. Поэтому и транзисторы называют одни кремниевыми, другие — германиевыми. Для обоих разновидностей биполярных транзисторов характерны свои особенности, которые обычно учитывают при проектировании устройств.

Слово “транзистор” составлено из слов TRANSfer и resISTOR – преобразователь сопротивления. Он пришел на смену лампам в начале 1950-х. Это прибор с тремя выводами, используется для усиления и переключения в электронных схемах.

Для изготовления кристалла используют сверхчистый материал, в который добавляют специальные строго дозированные; примеси. Они и определяют появление в кристалле проводимости, обусловленной дырками (р-проводимость) или электронами (n-проводимость).

Таким образом формируют один из электродов транзистора, называемый базой. Если теперь в поверхность кристалла базы ввести тем или иным технологическим способом специальные примеси, изменяющие тип проводимости базы на обратную так, чтобы образовались близколежащие зоны n-р-n или р-n-р, и к каждой зоне подключить выводы, образуется транзистор.

Классификация биполярных транзисторов.

Одну из крайних зон называют эмиттером, т. е. источником носителей заряда, а вторую — коллектором, собирателем этих носителей. Зона между эмиттером и коллектором называется базой. Выводам транзистора обычно присваивают названия, аналогичные его электродам. Усилительные свойства транзистора проявляются в том, что если теперь к эмиттеру и базе приложить малое электрическое напряжение — входной сигнал, то в цепи коллектор — эмиттер потечет ток, по форме повторяющий входной ток входного сигнала между базой и эмиттером, но во много раз больший по значению.

Для нормальной работы транзистора в первую очередь необходимо подать на его электроды напряжение питания. При этом напряжение на базе относительно эмиттера (это напряжение часто называют напряжением смещения) должно быть равно нескольким десятым долям вольта, а на коллекторе относительно эмиттера — несколько вольт.

Включение в цепь n-р-n и р-n-р транзисторов отличается только полярностью напряжения на коллекторе и смещения. Кремниевые и германиевые транзисторы одной и той же структуры отличаются между собой лишь значением напряжения смещения. У кремниевых оно примерно на 0,45 В больше, чем у герма ниевых.

Полевые

Суть этого прибора заключается в управлении параметрами электрического сигнала с помощью электрического поля. Оно появляется при подаче напряжения к какому-либо из выводов:

  • Затвор нужен для регулирования параметров сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
  • Сток — вывод, через который из канала уходят носители заряда (дырки и электроны).
  • Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и дырки.

Такой транзистор состоит из полупроводника с определённой проводимостью и двух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими двумя областями появляется пространство, через которое протекает ток. Это пространство называется каналом. Ширина этого канала регулируется напряжением, которое мы подаём на затвор. Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

Транзистор.

Теперь поговорим о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом случае этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения. Металлический затвор в таких транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление гораздо больше.

Существует два вида приборов с изолированным затвором:

  • со встроенным каналом.
  • с индуцированным каналом.

Встроенный канал позволяет протекать электрическому току с определённой амплитудой. При подаче напряжения с определённой амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость. Этот канал встраивается в транзисторы на производственных предприятиях.

Индуцированный канал появляется между двумя областями, о которых мы говорили выше, только при подаче напряжения определённой полярности на затвор. То есть, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не протекает.

Все виды полевых транзисторов отличаются друг от друга по следующим параметрам:

  • Входное сопротивление.
  • Амплитуда напряжения.
  • Полярность.

Каждый из этих видов полевых транзисторов необходим для сборки определённых электрических и логических схем. Так как для реализации двух разных устройств необходимо разные электрические параметры.

Что такое полевой транзистор

Полевой транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, в котором управление током между двумя электродами, образованным направленным движением носителей заряда дырок или электронов, осуществляется электрическим полем, создаваемым напряжением на третьем электроде. Электроды, между которыми протекает управляемый ток, носят название истока и стока, причем истоком считают тот электрод, из которого выходят (истекают) носители заряда. 

Третий, управляющий, электрод называют затвором. Токопроводящий участок полупроводникового материала между истоком и стоком принято называть каналом, отсюда еще одно название этих транзисторов — канальные. Под действием напряжения на затворе» относительно истока меняется сопротивление канала» а значит, и ток через него.

В зависимости от типа носителей заряда различают транзисторы с n-каналом или р-каналом. В n-канальных ток канала обусловлен направленным движением электронов, а р-канальных — дырок. В связи с этой особенностью полевых транзисторов их иногда называют также униполярными.

Это название подчеркивает, что ток в них образуют носители только одного знака, что и отличает полевые транзисторы от биполярных. Для изготовления полевых транзисторов используют главным образом кремний, что связано с особенностями технологии их производства.

Основные параметры полевых транзисторов

Крутизна входной характеристики S или проводимость прямой передачи тока Y21 указывает, на сколько миллиампер изменяется ток канала при изменении входного напряжения между затвором и истоком на 1 В. Поэтому значение крутизны входной характеристики определяется в мА/В, так же как и крутизна характеристики радиоламп. Современные полевые транзисторы имеют крутизну от десятых долей до десятков и даже сотен миллиампер на вольт. Очевидно, что чем больше крутизна, тем большее усиление может дать полевой транзистор. Но большим значениям крутизны соответствует большой ток канала. 

Поэтому-на практике обычно выбирают такой ток канала, при котором, о одной стороны, достигается требуемое усиление, а с другой — обеспечивается необходимая экономичность в расходе тока. Частотные свойства полевого транзистора, так же как и биполярного, характеризуются значением предельной частоты.

Полевые транзисторы тоже делят на низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные, и также для получения большого усиления максимальная частота сигнала должна быть по крайней мере в 10…20 раз меньше предельной частоты транзистора. Максимальная допустимая постоянная рассеиваемая мощность полевого транзистора определяется точно так же, как и для биполярного. Промышленность выпускает полевые транзисторы малой, средней и большой мощности.

Транзисторы в заводской упаковке.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

  • Усилительные схемы.
  • Генераторы сигналов.
  • Электронные ключи.

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства.

Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы. Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора. Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем.

На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.

Эволюция транзистора

PNP-транзистор

Впервые биполярный транзистор изготовили, вплавляя в кристалл германия (материал n-типа) капли индия. Индий (In) – трехвалентный металл, материал p-типа. Поэтому такой транзистор назвали диффузным (сплавным), имеющим структуру p-n-p (или pnp). Биполярный транзистор на рисунке ниже изготовлен в 1965 году.

Его корпус обрезан для наглядности. Кристалл германия в центре называется базой, а вплавленные в него капли индия – эмиттером и коллектором. Можно рассматривать переходы ЭБ (эмиттерный) и КБ (коллекторный) как обычные диоды, но переход КЭ (коллектор-эмиттерный) имеет особое свойство. Поэтому невозможно изготовить биполярный транзистор из двух отдельных диодов.

Интересно почитать: инструкция как прозвонить транзистор.

Если в транзисторе типа pnp приложить между коллектором (-) и эмиттером (+) напряжение в несколько вольт, в цепи пойдет очень слабый ток, несколько мкА. Если затем приложить небольшое (открывающее) напряжение между базой (-) и эмиттером (+) – для германия оно составляет около 0,3 В (а для кремния 0,6 В) – то ток некоторой величины потечет из эмиттера в базу.

Но так как база сделана очень тонкой, то она быстро насытится дырками (“растеряет” свой избыток электронов, которые уйдут в эмиттер). Поскольку эмиттер сильно легирован дырочной проводимостью, а в слабо легированной базе рекомбинация электронов немного запаздывает, то существенно большая часть тока пойдет из эмиттера в коллектор.

Коллектор сделан больше эмиттера и слабо легирован, что позволяет иметь на нем большее пробивное напряжение (Uпроб.КЭ > Uпроб.ЭБ). Также, поскольку основная часть дырок рекомбинирует в коллекторе, то он и греется сильнее остальных электродов прибора. Обычно α лежит в пределах 0,85-0,999 и обратно зависит от толщины базы.

Эта величина называется коэффициент передачи тока эмиттера. Это коэффициент передачи тока базы, один из самых важных параметров биполярного транзистора. Он чаще определяет усилительные свойства на практике. Транзистор pnp называют транзистором прямой проводимости. Но бывает и другой тип транзистора, структура которого отлично дополняет pnp в схемотехнике.

Двухполярные транзисторы

NPN-транзистор

Биполярный транзистор может иметь коллектор с эмиттером из материала N-типа. Тогда база делается из материала P-типа. И в этом случае, транзистор npn работает точно, как pnp, за исключением полярности – это транзистор обратной проводимости. Транзисторы на основе кремния подавляют своим числом все остальные типы биполярных транзисторов.

Донорным материалом для коллектора и эмиттера может служить As, имеющий “лишний” электрон. Также изменилась технология изготовления транзисторов. Сейчас они планарные, что дает возможность использовать литографию и делать интегральные схемы. По планарной технологии изготавливаются как pnp, так и npn-транзисторы, в том числе и мощные. Сплавные уже сняты с производства.

Схемы включения транзисторов

Обычно биполярный транзистор всегда используется в прямом включении – обратная полярность на КЭ переходе ничего интересного не дает. Для прямой схемы подключения есть три схемы включения: общий эмиттер (ОЭ), общий коллектор (ОК), и общая база (ОБ). Все три включения показаны ниже.

Они поясняют только сам принцип работы – если предположить, что рабочая точка каким-то образом, с помощью дополнительного источника питания или вспомогательной цепи установлена. Для открывания кремниевого транзистора (Si) необходимо иметь потенциал ~0,6 В между эмиттером и базой, а для германиевого хватит ~0,3 В.

Общий эмиттер

Напряжение U1 вызывает ток Iб, ток коллектора Iк равен базовому току, умноженному на β. При этом напряжение +E должно быть достаточно большим: 5 В-15 В. Эта схема хорошо усиливает ток и напряжение, следовательно, и мощность. Выходной сигнал противоположен по фазе входному (инвертируется). Это используется в цифровой технике как функция НЕ.

Если транзистор работает не в ключевом режиме, а как усилитель малых сигналов (активный или линейный режим), то при помощи подбора базового тока устанавливают напряжение U2 равным E/2, чтобы выходной сигнал не искажался. Такое применение используется, например, при усилении аудиосигналов в усилителях высокого класса, с низкими искажениям и, как следствие, низким КПД.

Общий коллектор

По напряжению схема ОК не усиливает, здесь коэффициент усиления равен α ~ 1. Поэтому эта схема называется эмиттерный повторитель. Ток в цепи эмиттера получается в β+1 раз больше, чем в цепи базы. Эта схема хорошо усиливает ток и имеет низкое выходное и очень высокое входное сопротивление.

Тут самое время вспомнить о том, что транзистор называется трансформатором сопротивления. Эмиттерный повторитель имеет свойства и рабочие параметры, очень подходящие для пробников осциллографов. Здесь используют его огромное входное сопротивление и низкое выходное, что хорошо для согласования с низкоомным кабелем.

Полезный материал: что такое полупроводниковый диод.

Общая база

Эта схема отличается наиболее низким входным сопротивлением, но усиление по току у нее равно α. Схема с общей базой хорошо усиливает по напряжению, но не по мощности. Ее особенностью является устранение влияния обратной связи по емкости (эфф. Миллера). Каскады с ОБ идеально подходят в качестве входных каскадов усилителей в радиочастотных трактах, согласованных на низких сопротивлениях 50 и 75 Ом. Каскады с общей базой очень широко используются в технике СВЧ и их применение в радиоэлектронике с каскадом эмиттерного повторителя очень распространено.

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Более подробно о транзисторах можно узнать из статьи Что такое биполярные транзисторы. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки статьи:

www.tokar.guru

www.remosnov.ru

www.electroengineer.ru

www.samelectrik.ru

Предыдущая

ПолупроводникиКак расшифровать цветовую маркировку транзисторов?

Следующая

ПолупроводникиЧто такое биполярный транзистор

Полевой транзистор: виды, устройство, особенности

Полевой транзистор – электрический полупроводниковый прибор, выходной ток которого управляется полем, следовательно, напряжением, одного знака. Формирующий сигнал подается на затвор, регулирует проводимость канала n или p-типа. В отличие от биполярных транзисторов, где сигнал переменной полярности. Вторым признаком назовем формирование тока исключительно основными носителями (одного знака).

Классификация полевых транзисторов

Начнём классификацией. Разновидности полевых транзисторов многочисленны, каждая работает сообразно алгоритму:

  1. Тип проводимости канала: n или р. Фактор определяет полярность управляющего напряжения.
  2. По структуре. С р-n-переходом сплавные, диффузионные, МДП (МОП), с барьером Шоттки, тонкопленочные.
  3. Число электродов – 3 или 4. В последнем случае подложка рассматривается обособленным субъектом, позволяя управлять протеканием тока по каналу (помимо затвора).
  4. Материал проводника. Сегодня распространены кремний, германий, арсенид галлия. Материал полупроводника маркируется условным обозначением буквами (К, Г, А) или (в изделиях военной промышленности) цифрами (1, 2, 3).
  5. Класс применения не входит в маркировку, указывается справочниками, дающими сведения, что полевой транзистор часто входит в состав усилителей, радиоприемных устройств. В мировой практике встречается деление по применяемости на следующие 5 групп: усилители высокой, низкой частоты, постоянного тока, модуляторы, ключевые.

    Полупроводниковый транзистор

  6. Диапазон электрических параметров определяет набор значений, в которых полевой транзистор сохраняет работоспособность. Напряжение, ток, частота.
  7. По конструктивным особенностям различают унитроны, алкатроны, текнетроны, гридисторы. Каждый прибор наделен ключевыми признаками. Электроды алкатрона выполнены концентрическими кольцами, увеличивая объем пропускаемого тока.
  8. Числом конструктивных элементов, вмещенных одной подложкой выделяют сдвоенные, комплементарные.

Помимо общей классификации придумана специализированная, определяющая принципы работы. Различают:

  1. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом.
  2. Полевые транзисторы с барьером Шоттки.
  3. Полевые транзисторы с изолированным затвором:
  • С встроенным каналом.
  • С индуцированным каналом.

В литературе дополнительно упорядочивают структуры следующим образом: применять обозначение МОП нецелесообразно, конструкции на оксидах считают частным случаем МДП (металл, диэлектрик, полупроводник). Барьер Шоттки (МеП) следует отдельно выделять, поскольку это иная структура. Напоминает свойствами p-n-переход. Добавим, что конструктивно в состав транзистора способны входить одновременно диэлектрик (нитрид кремния), оксид (четырехвалентный кремния), как это случилось с КП305. Такие технические решения используются людьми, ищущими методы получения уникальных свойств изделия, удешевления.

FET устройства

Среди зарубежных аббревиатур для полевых транзисторов зарезервировано сочетание FET, иногда обозначает тип управления – с p-n-переходом. В последнем случае наравне с этим встретим JFET. Слова-синонимы. За рубежом принято отделять оксидные (MOSFET, MOS, MOST – синонимы), нитридные (MNS, MNSFET) полевые транзисторы. Наличие барьера Шоттки маркируется SBGT. По-видимому, материал значение, отечественная литература значение факта замалчивает.

Электроды полевых транзисторов на схемах обозначаются: D (drain) – сток, S (source) – исток, G (gate) – затвор. Подложку принято именовать substrate.

Устройство полевого транзистора

Управляющий электрод полевого транзистора называется затвором. Канал образован полупроводником произвольного типа проводимости. Сообразно полярность управляющего напряжения положительная или отрицательная. Поле соответствующего знака вытесняет свободные носители, пока перешеек под электродом затвора не опустеет вовсе. Достигается путем воздействия поля либо на p-n-переход, либо на однородный полупроводник. Ток становится равным нулю. Так работает полевой транзистор.

Ток протекает от истока к стоку, новичков традиционно мучает вопрос различения двух указанных электродов. Отсутствует разница, в каком направлении движутся заряды. Полевой транзистор обратим. Униполярность носителей заряда объясняет малый уровень шумов. Поэтому в технике полевые транзисторы занимают доминирующую позицию.

Конструкция транзистора

Ключевой особенностью приборов назовем большое входное сопротивление, в особенности, переменному току. Очевидный факт, проистекающий из управления обратно смещённым p-n-переходом (переходом Шоттки), либо емкости технологического конденсатора в районе изолированного затвора.

Подложки часто выступает нелегированный полупроводник. Для полевых транзисторов с затвором Шоттки – арсенид галлия. В чистом виде неплохой изолятор, к которому в составе изделия предъявляются требования:

  1. Отсутствие негативных явлений на стыке с каналом, истоком, стоком: светочувствительность, паразитное управление по подложке, гистерезис параметров.
  2. Термостабильность в процессе технологических циклов изготовления изделия: устойчивость к отжигу, эпитаксии. Отсутствие диффузии примесей в активные слои, вызванной этим деградации.
  3. Минимум примесей. Требование тесно связано с предыдущим.
  4. Качественная кристаллическая решетка, минимум дефектов.

Сложно создать значительной толщины слой, отвечающий перечню условий. Поэтому добавляется пятое требование, заключающееся в возможности постепенного наращивания подложки до нужных размеров.

Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом и МеП

В этом случае тип проводимости материала затвора отличается от используемого каналом. На практике встретите разные улучшения. Затвор составлен пятью областями, утопленными в канале. Меньшим напряжением удается управлять протеканием тока. Означая увеличение коэффициента усиления.

Биполярный транзистор

В схемах используется обратное смещение p-n-перехода, чем сильнее, тем уже канал для протекания тока. При некотором значении напряжения транзистор запирается. Прямое смещение опасно использовать по той причине, что мощная управляемая цепь может повлиять на контур затвора. Если переход открыт, потечет большой ток, либо приложится высокое напряжение. Нормальный режим обеспечивается правильным подбором полярности и других характеристик источника питания, выбором рабочей точки транзистора.

Однако в некоторых случаях намеренно используются прямые токи затвора. Примечательно, что этот режим могут использовать те МДП-транзисторы, где подложка образует с каналом p-n-переход. Движущийся заряд истока делится между затвором и стоком. Можно найти область, где получается значительный коэффициент усиления по току. Управляется режим затвором. При росте тока iз (до 100 мкА) параметры схемы резко ухудшаются.

Аналогичное включение используется схемой так называемого затворного частотного детектора. Конструкция эксплуатирует выпрямительные свойства p-n-перехода между затвором и каналом. Прямое смещение мало или вовсе нулевое. Прибор по-прежнему управляется током затвора. В цепи стока получается значительное усиление сигнала. Выпрямленное напряжение для затвора является запирающим, изменяется по входному закону. Одновременно с детектированием достигается усиление сигнала. Напряжение цепи стока содержит компоненты:

  • Постоянная составляющая. Никак не используется.
  • Сигнал с частотой несущей. Заводится на землю путем использования фильтрующих емкостей.
  • Сигнал с частотой модулирующего сигнала. Обрабатывается для извлечения заложенной информации.

Недостатком затворного частотного детектора считают большой коэффициент нелинейных искажений. Причем результаты одинаково плохи для слабых (квадратичная зависимость рабочей характеристики) и сильных (выход в режим отсечки) сигналов. Несколько лучшие демонстрирует фазовый детектор на двухзатворном транзисторе. На один управляющий электрод подают опорный сигнал, на стоке образуется информационная составляющая, усиленная полевым транзистором.

Несмотря на большие линейные искажения эффект находит применение. Например, в избирательных усилителях мощности, дозировано пропускающих узкий спектр частот. Гармоники фильтруются, не оказывают большого влияния на итоговое качество работы схемы.

Транзисторы металл-полупроводник (МеП) с барьером Шоттки почти не отличаются от имеющих p-n-переход. По крайней мере, когда дело касается принципов работы. Но благодаря особым качествам перехода металл-полупроводник, изделия способны работать на повышенной частоте (десятки ГГц, граничные частоты в районе 100 ГГц). Одновременно МеП структура проще в реализации, когда дело касается производства и технологических процессов. Частотные характеристики определяются временем заряда затвора и подвижностью носителей (для GaAs свыше 10000 кв. см/В с).

МДП-транзисторы

В МДП-структурах затвор надежно изолирован от канала, управление происходит полностью за счет воздействия поля. Изоляция ведётся за счет оксида кремния или нитрида. Именно эти покрытия проще нанести на поверхности кристалла. Примечательно, что в этом случае также имеются переходы металл-полупроводник в районе истока и стока, как и в любом полярном транзисторе. Об этом факте забывают многие авторы, либо упоминают вскользь путем применения загадочного словосочетания омические контакты.

В теме про диод Шоттки поднимался этот вопрос. Не всегда на стыке металла и полупроводника возникает барьер. В некоторых случаях контакт омический. Это зависит по большей части от особенностей технологической обработки и геометрических размеров. Технические характеристики реальных приборов сильно зависят от различных дефектов оксидного (нитридного) слоя. Вот некоторые:

  1. Несовершенство кристаллической решетки в поверхностной области обусловлено разорванными связями на границе смены материалов. Влияние оказывают как свободные атомы полупроводника, там и примесей наподобие кислорода, который имеется в любом случае. Например, при использовании методов эпитаксии. В результате появляются энергетические уровни, лежащие в глубине запрещенной зоны.
  2. На границе оксида и полупроводника (толщиной 3 нм) образуется избыточный заряд, природа которого на сегодняшний день еще не объяснена. Предположительно, роль играют положительные свободные места (дырки) дефектных атомов самого полупроводника и кислорода.
  3. Дрейф ионизированных атомов натрия, калия и других щелочных металлов происходит при низких напряжениях на электроде. Это увеличивает заряд, скопившийся на границе слоев. Для блокировки этого эффекта в оксиде кремния используют окись фосфора (ангидрид).

Объемный положительный заряд в оксиде влияет на значение порогового напряжения, при котором отпирается канал. Параметр обусловливает скорость переключения и определяет ток утечки (ниже порога). Вдобавок, на срабатывание влияют материал затвора, толщина оксидного слоя, концентрация примесей. Таким образом, результат опять сводится к технологии. Чтобы получить заданный режим, подбирают материалы, геометрические размеры, процесс изготовления с пониженными температурами. Отдельные приемы позволят также уменьшить количество дефектов, что благоприятно сказывается на снижении паразитного заряда.

Полевые транзисторы | Электротехника

Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля (в биполярных транзисторах выходной ток управляется входным током). Полевые транзисторы называют также униполярными, так как в процессе протекания электрического тока участвует только один вид носителей.

Различают два вида полевых транзисторов: с управляющим переходом и с изолированным затвором. Все они имеют три электрода: исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители).

Транзистор с управляющим p—n-переходом. Его схематическое изображение приведено на рис. 1.21, а условное графическое обозначение этого транзистора – на рис. 1.22, а, б (p— и n-типов соответственно). Стрелка указывает направление от слоя р к слою п (как и стрелка в изображении эмиттера биполярного транзистора). В интегральных микросхемах линейные размеры транзисторов могут быть существенно меньше 1 мкм.

Рис. 1.22 Устройство транзистора

Рис. 1.23 Графическое изображение: а – канал р-типа; б – канал n-типа

Удельное сопротивление слоя n (затвора) намного меньше удельного сопротивления слоя р (канала), поэтому область р-n-перехода, обедненная подвижными носителями заряда и имеющая очень большое удельное сопротивление, расположена главным образом в слое р.

Если типы проводимости слоев полупроводника в рассмотренном транзисторе изменить на противоположные, то получим полевой транзистор с управляющим
р-n-переходом и каналом n-типа. Если подать положительное напряжение между затвором и истоком транзистора с каналом р-типа: изи > 0, то оно сместит pn-переход в обратном направлении.

При увеличении обратного напряжения на переходе он расширяется в основном за счет канала (в силу указанного выше различия в удельных сопротивлениях). Увеличение ширины перехода уменьшает толщину канала и, следовательно, увеличивает его сопротивление. Это приводит к уменьшению тока между истоком и стоком. Именно это явление позволяет управлять током с помощью напряжения и соответствующего ему электрического поля. Если напряжение изи достаточно велико, то канал полностью перекрывается областью pn-перехода (напряжение отсечки).

В рабочем режиме рn-переход должен находиться под обратным или нулевым напряжением. Поэтому в рабочем режиме ток затвора примерно равен нулю (iз ? 0), а ток стока практически равен току истока.

На ширину рn-перехода и толщину канала прямое влияние также оказывает напряжение между истоком и стоком. Пусть uзи = 0 и подано положительное напряжение uис(рис. 1.24). Это напряжение окажется поданным и на промежуток затвор – сток, т.е. окажется, что uзс = uис и рn-переход находится под обратным напряжением.

Обратное напряжение в различных областях рn-перехода различно. В областях вблизи истока это напряжение практически равно нулю, а в областях вблизи стока это напряжение примерно равно величине uис. Поэтому pn-переход будет шире в тех областях, которые ближе к стоку. Можно считать, что напряжение в канале от истока к стоку увеличивается линейно.

При uис = Uзиотс канал полностью перекроется вблизи стока (рис. 1.25). При дальнейшем увеличении напряжения uис эта область канала, в которой он перекрыт, будет расширяться.

Рис. 1.24 Принцип действия транзистора

Рис. 1.25 Режим отсечки

Схемы включения транзистора. Для полевого транзистора, как и для биполярного, существуют три схемы включения: схемы с общим затвором (03), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее часто используются схемы с общим истоком (рис. 1.26).

Так как в рабочем режиме ic ? 0, то входные характеристики обычно не рассматриваются.

Выходные (стоковые) характеристики. Выходной характеристикой называют зависимость вида

где f – некоторая функция.

Выходные характеристики для транзистора с рn-переходом и каналом n-типа приведены на рис. 1.27.

Обратимся к характеристике, соответствующей условию uзи = 0. В линейной области (uис < 4 В) характеристика почти линейна (все характеристики этой области представляют собой почти прямые линии, веерообразно выходящие из начала координат). Она определяется сопротивлением канала. Транзистор, работающий в линейной области, можно использовать в качестве линейного управляемого сопротивления.

При uис > 4 В канал в области стока перекрывается. Дальнейшее увеличение напряжения приводит к очень незначительному росту тока, так как с увеличением напряжения область, в которой канал перекрыт, расширяется. При этом сопротивление промежутка исток-сток увеличивается, а ток ic практически не изменяется. Это область насыщения. Ток стока в области насыщения uзи = 0 и при заданном напряжении исиназывают начальным током стока и обозначают через ic нач. Для рассматриваемых характеристик ic нач = 5 мА при иси = 10 В.

Рис. 1.26 Схема с общей базой

Рис. 1.27 Выходные характеристики

Параметрами, характеризующими свойства транзистора усиливать напряжение, являются:

1) Крутизна стокозатворной характеристики S (крутизна характеристики полевого транзистора):

2) Внутреннее дифференциальное сопротивление Rис диф

3) Коэффициент усиления

Можно заметить, что

Транзисторы с изолированным затвором. Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. Физической основой работы таких транзисторов является эффект поля, который состоит в изменении концентрации свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника под действием внешнего электрического поля. В соответствии с их структурой такие транзисторы называют МДП-транзисторами (металл-диэлектрик-полупроводник) или МОП-транзисторами (металл-оксид-полупроводник). Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным и со встроенным каналами.

Рис. 1.28 Устройство МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа

На рис. 1.28 показан принцип устройства транзистора со встроенным каналом.

Основанием (подложкой) служит кремниевая пластинка с электропроводностью p-типа. В ней созданы две области с электропроводностью n+-типа с повышенной проводимостью. Эти области являются истоком и стоком и от них сделаны выводы. Между стоком и истоком имеется приповерхностый канал с электропроводностью n-типа. Заштрихованная область – диэлектрический слой из диоксида кремния (его толщина обычно составляет 0,1 – 0,2 мкм). Сверху диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической пленки. Кристалл такого транзистора обычно соединен с истоком, и его потенциал принимается за нулевой. Иногда от кристалла бывает сделан отдельный вывод.

Если к затвору приложено нулевое напряжение, то при подаче между стоком и истоком напряжения через канал потечет ток, представляющий собой поток электронов. Через кристалл ток не пойдет, так как один из pn-переходов находится под обратным напряжением. При подаче на затвор напряжения отрицательной полярности относительно истока (следовательно, и кристалла) в канале образуется поперечное электрическое поле, которое выталкивает электроны из канала в области истока, стока и кристалла. Канал обедняется электронами, его сопротивление увеличивается, ток уменьшается. Чем больше напряжение на затворе, тем меньше ток. Такой режим называется режимом обеднения. Если подать положительное напряжение на затвор, то под действием поля из областей стока, истока и кристалла в канал будут приходить электроны. Сопротивление канала падает, ток увеличивается. Такой режим называется режимом обогащения. Если кристалл n-типа, то канал должен быть p-типа и полярность напряжения меняется на противоположную.

Другим типом является транзистор с индуцированным (инверсным) каналом (рис. 1.29). От предыдущего он отличается тем, что канал возникает только при подаче на затвор напряжения определенной полярности.

При отсутствии напряжения на затворе канала нет, между истоком и стоком
n+-типа расположен только кристалл p-типа и на одном из p-n+-переходов получается обратное напряжение. В этом состоянии сопротивление между стоком и истоком велико и транзистор закрыт. При подаче на затвор напряжения положительной полярности под влиянием поля затвора электроны проводимости будут перемещаться из областей стока и истока и p-области по направлению к затвору. Когда напряжение на затворе достигает своего отпирающего (порогового) значения (еденицы вольт), в приповерхностном слое концентрация электронов настолько увеличивается, что превышает концентрацию дырок, и в этом слое произойдет так называемая инверсия типа электропроводности, т.е. образуется тонкий канал n-типа, и транзистор начнет проводить ток. Чем больше напряжение на затворе, тем больше ток стока. Очевидно, что такой транзистор может работать только в режиме обогащения. Если подложка n-типа, то получится индуцированный канал p-типа. Транзисторы с индуцированным каналом часто встречаются в устройствах переключения. Схемы включения полевых транзисторов подобны схемам включения биполярных. Следует отметить, что полевой транзистор позволяет получить намного больший коэффициент усиления, нежели биполярный. Обладая высоким входным сопротивлением (и низким выходным) полевые транзисторы постепенно вытесняют биполярные.

По электропроводности канала различают p-канальные и n-канальные МДП-транзисторы. Условное обозначение этих приборов на электрических схемах показано на рис. 1.30. Существует классификация МДП-транзисторов по конструктивно-технологическим признакам (чаще по виду материала затвора).

Рис. 1.30 Условные графические обозначения полевых транзисторов
с изолированным затвором: а – со встроенным р-каналом; б – со встроенным
n-каналом; в – с индуцированным p-каналом; г – с индуцированным n-каналом

Интегральные микросхемы, содержащие одновременно pканальные и n-канальные МДП-транзисторы, называют комплементарными (сокращенно КМДП-ИМС). КМДП-ИМС отличаются высокой помехоустойчивостью, малой потребляемой мощностью, высоким быстродействием.

Частотные свойства полевых транзисторов определяются постоянной времени RC-цепи затвора. Поскольку входная емкость Сзи у транзисторов с рn-переходом велика (десятки пикофарад), их применение в усилительных каскадах с большим входным сопротивлением возможно в диапазоне частот, не превышающих сотен килогерц – единиц мегагерц.

При работе в переключающих схемах скорость переключения полностью определяется постоянной времени RC-цепи затвора. У полевых транзисторов с изолированным затвором входная емкость значительно меньше, поэтому их частотные свойства намного лучше, чем у полевых транзисторов с р-n-переходом.

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

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

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

Виды( Классификация) транзисторов

Биполярные, полевые, JGBT



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


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

Внутренняя структура транзистора

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


Рис 2 Схемы включения транзистора

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

статические вольт-амперные характеристики БПТ


Рис 3

Усилительные свойства транзистора


схема включения транзистора с общим эмиттером

Доказательство: пусть

Транзистор управляется током базы

Схема замещения биполярного транзистора


Рис 4

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

h – параметры транзистора

входное сопротивление транзистора

коэффициент обратной связи

коэффициент усиления по постоянному току

выходная проводимость

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

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

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

Uкэ = Eк — Iк•Rк — линия нагрузки

В таблице 1 приведены сравнительные параметры этих схем включения.

Тесты по теме биполярные транзисторы

1 Биполярный транзистор это:

A– полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими pn — переходами

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

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

D – полупроводниковый прибор с переходом металл-полупроводник

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

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

A – в активном

B – в отсечке

C – в насыщенном

D – в режиме пробоя

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

A – Uвых / Uвх

B – 20 lg(Uвых / Uвх)

C – 10 lg(Uвых / Uвх)

D – ln(Uвых / Uвх)

Правила установки и включения транзисторов

1. Транзисторы необходимо крепить за корпус, причем мощные транзисторы — при помощи предусмотренных конструкций деталей (болты, специальные фланцы и т. п.).

2. Выводы разрешается изгибать на расстоянии не менее 10 мм от корпуса, если нет других указаний. Изгиб жестких выводов мощных транзисторов запрещается.

3. Транзисторы не следует располагать вблизи элементов и узлов с большим тепловыделением (электронные лампы, трансформаторы питания, мощные резисторы и др.).

4. Транзисторы не следует размещать в сильных магнитных полях.

5. Выводы следует паять не ближе 10 мм от корпуса, обеспечивая теплоотвод между местом пайки и корпусом транзистора. Время пайки должно быть как можно меньшим (не более 2…3 с). Следует применять припои с температурой плавления не более 260 °С.

6. Выводы базы должны подсоединяться первыми, а отключаться последними. Запрещается подавать напряжение на транзистор с отключенной базой.

7. Транзисторы можно заменять только при отсутствии напряжения питания.

8. Необходимо исключить возможность подачи напряжения питания обратной (ошибочной) полярности, которым может быть пробит один из переходов транзистора. Для этого рекомендуется включать полупроводниковый диод последовательно в цепь питания транзистора.

9. Для защиты транзисторов от действия статического электричества необходимо тщательно заземлять оборудование и измерительные приборы, применять заземленные браслеты и паяльники с заземленным жалом.

См. также

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

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

Что такое транзистор? (принцип действия, назначение и применение, как выглядит)


Транзисторами (transistors, англ.) называют полупроводниковые триоды у которых расположено три выхода. Их основным свойством является возможность посредством сравнительно низких входных сигналов осуществлять управление высоким током на выходах цепи.

Для радиодеталей, которые используются в современных сложных электроприборах, применяются полевые транзисторы. Благодаря свойствам этих элементов выполняется включение или выключение тока в электрических цепях печатных плат, или его усиление.

Что представляет собой полевой транзистор

Полевые транзисторы — это трех или четырех контактные устройства, в которых ток, идущий на два контакта может регулироваться посредством напряжения электрополя третьего контакта. на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. В результате этого подобные транзисторы называются полевыми.

Название расположенных на устройстве контактов и их функции:

  • Истоки – контакты с входящим электрическим током, которые находится на участке n;
  • Стоки – контакты с исходящим, обработанным током, которые находятся на участке n;
  • Затворы – контакты, находящиеся на участке р, посредством изменения напряжения на котором, выполняется регулировка пропускной способности на устройстве.

Полевые транзисторы с n-p переходами – особые виды, позволяющие управлять током. От простых они, как правило, отличаются тем, через них протекает ток, без пересечения участка р-n переходов, участка который образуется на границах этих двух зон. Размеры р-n участка являются регулируемыми.

Что такое транзистор?

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности.

Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные элементы, используемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.

Устройство

Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и других химических элементов. Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов некоторые виды полимеров, и даже углеродных нанотрубок. Видимо в скором будущем мы узнаем о новых свойствах графеновых полевых транзисторов.

Раньше кристаллы полупроводника располагались в металлических корпусах в виде шляпок с тремя ножками. Такая конструкция была характерна для точечных транзисторов.

Сегодня конструкции большинства плоских, в т. ч. кремниевых полупроводниковых приборов выполнены на основе легированного в определённых частях монокристалла. Они впрессованы в пластмассовые, металлостеклянные или металлокерамические корпуса. У некоторых из них имеются выступающие металлические пластины для отвода тепла, которые крепятся на радиаторы.

Электроды современных транзисторов расположены в один ряд. Такое расположение ножек удобно для автоматической сборки плат. Выводы не маркируются на корпусах. Тип электрода определяется по справочникам или путём измерений.

Для транзисторов используют кристаллы полупроводников с разными структурами, типа p-n-p либо n-p-n. Они отличаются полярностью напряжения на электродах.

Схематически строение транзистора можно представить в виде двух полупроводниковых диодов, разделённых дополнительным слоем. (Смотри рисунок 1). Именно наличие этого слоя позволяет управлять проводимостью полупроводникового триода.


Рис. 1. Строение транзисторов

На рисунке 1 схематически изображено строение биполярных триодов. Существуют ещё класс полевых транзисторов, о которых речь пойдёт ниже.

Базовый принцип работы

В состоянии покоя между коллектором и эмиттером биполярного триода ток не протекает. Электрическому току препятствует сопротивление эмиттерного перехода, которое возникает в результате взаимодействия слоёв. Для включения транзистора требуется подать незначительное напряжение на его базу.

На рисунке 2 показана схема, объясняющая принцип работы триода.


Рис. 2. Принцип работы

Управляя токами базы можно включать и выключать устройство. Если на базу подать аналоговый сигнал, то он изменит амплитуду выходных токов. При этом выходной сигнал точно повторит частоту колебаний на базовом электроде. Другими словами, произойдёт усиление поступившего на вход электрического сигнала.

Таким образом, полупроводниковые триоды могут работать в режиме электронных ключей или в режиме усиления входных сигналов.

Работу устройства в режиме электронного ключа можно понять из рисунка 3.


Рис. 3. Триод в режиме ключа

Обозначение на схемах

Общепринятое обозначение: «VT» или «Q», после которых указывается позиционный индекс. Например, VT 3. На более ранних схемах можно встретить вышедшие из употребления обозначения: «Т», «ПП» или «ПТ». Транзистор изображается в виде символических линий обозначающих соответствующие электроды, обведённые кружком или без такового. Направление тока в эмиттере указывает стрелка.

На рисунке 4 показана схема УНЧ, на которой транзисторы обозначены новым способом, а на рисунке 5 – схематические изображения разных типов полевых транзисторов.


Рис. 4. Пример схемы УНЧ на триодах



Виды полевых транзисторов

Полевой транзистор с n-р переходами подразделяется на несколько классов в зависимости:

  1. От типа каналов проводников: n или р. Каналы воздействую на знаки, полярности, сигналы управления. Они должны быть противоположны по знакам n-участку.
  2. От структуры приборов: диффузных, сплавных по р -n — переходам, с затворами Шоттки, тонкопленочными.
  3. От общего числа контактов: могут быть трех или четырех контактными. Для четырех контактных приборов, подложки также являются затворами.
  4. От используемых материалов: германия, кремния, арсенид галлия.

В свою очередь разделение классов происходит в зависимости от принципа работы транзистора:

  • устройства под управлениями р-n переходов;
  • устройства с изолированными затворами или с барьерами Шоттки.

Принцип работы прибора

Транзистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического сигнала. Благодаря особому строению кристаллических решёток и полупроводниковым свойствам, этот прибор способен увеличивать амплитуду протекающего тока.

Полупроводники — вещества, которые способны проводить ток, а также препятствовать его прохождению. Самыми яркими их представителями являются кремний и германий. Существует два вида полупроводников:

  1. Электронные.
  2. Дырочные.

В полупроводниках электрический ток возникает из-за недостатка или переизбытка свободных электронов. Например, кристаллическая решётка атома состоит из трёх электронов. Однако если ввести в это вещество атом, состоящий из четырёх электронов, один будет лишним. Он является свободным электроном. Соответственно, чем больше таких электронов, тем ближе это вещество по своим свойствам к металлу. А значит, и проводимость тока больше. Такие полупроводники называются электронными.

Теперь поговорим о дырочных. Для их создания в вещество вводятся атомы другого вещества, кристаллическая решётка которого содержит больше атомов. Соответственно, в нашем полупроводнике становится меньше электронов. Образуются вакантные места для электронов. Валентные связи будут разрушаться, так как электроны будут стремиться занять эти вакантные места. Далее, мы будем называть их дырками.

Электроны постоянно стремятся занять дырку и, начиная движение, образуют новую дырку. Таким поведением обладают абсолютно все электроны. В полупроводнике происходит их движение, а значит, начинает проводиться ток. Такие полупроводники называются дырочными.

Таким образом, вводя недостаток или избыток электронов в кремний или германий, мы способствуем их движению. Получается ток. Транзисторы состоят из соединений этих полупроводников по определённому принципу. С их помощью можно управлять протекающими токами и другими параметрами электрических сигналов.

Принцип работы полевого транзистора

Говоря простыми словами о том, как работает полевой транзистор для чайников с управляющими p-n переходами, стоит отметить: радиодетали состоят из двух участков: p-переходов и n-переходов. По участку n проходит электроток. Участок р является перекрывающей зоной, неким вентилем. Если оказывать определенное давление на нее, то она будет перекрывать участок и препятствовать прохождению тока. Либо, же наоборот, при снижении давления количество проходящего тока возрастет. В результате такого давления осуществляется увеличение напряжения на контактах затворов, находящихся на участке р.

Приборы с управляющими p-n канальными переходами — это полупроводниковые пластины, имеющие электропроводность с одним из данных типов. К торцевым сторонам пластин выполняется подсоединение контактов: стока и истока, в середину — контакты затвора. Принцип работы прибора основан на изменении пространственных толщин p-n переходов. Так как в запирающих областях практически отсутствуют подвижные носители заряда, их проводимость равняется нулю. В полупроводниковых пластинах, на участках которых не воздействует запирающий слой, создаются проводящие ток каналы. Если подается отрицательное напряжение в отношении истока, на затворе образуется поток, через который протекают носителя заряда.

Для изолированных затворов, характерно расположение на них тонкого слоя диэлектрика. Такое устройство работает по принципу электрических полей. Для его разрушения понадобится всего лишь небольшое электричество. В связи с этим, чтобы предотвратить статическое напряжение, которое может превышать 1000 В, необходимо создание специальных корпусов для приборов, которые минимизируют эффект от воздействия вирусных типов электричества.

PNP-транзистор

Впервые биполярный транзистор изготовили, вплавляя в кристалл германия (материал n-типа) капли индия. Индий (In) – трехвалентный металл, материал p-типа. Поэтому такой транзистор назвали диффузным (сплавным), имеющим структуру p-n-p (или pnp). Биполярный транзистор на рисунке ниже изготовлен в 1965 году.

Его корпус обрезан для наглядности. Кристалл германия в центре называется базой, а вплавленные в него капли индия – эмиттером и коллектором. Можно рассматривать переходы ЭБ (эмиттерный) и КБ (коллекторный) как обычные диоды, но переход КЭ (коллектор-эмиттерный) имеет особое свойство. Поэтому невозможно изготовить биполярный транзистор из двух отдельных диодов.

Интересно почитать: инструкция как прозвонить транзистор.

Если в транзисторе типа pnp приложить между коллектором (-) и эмиттером (+) напряжение в несколько вольт, в цепи пойдет очень слабый ток, несколько мкА. Если затем приложить небольшое (открывающее) напряжение между базой (-) и эмиттером (+) – для германия оно составляет около 0,3 В (а для кремния 0,6 В) – то ток некоторой величины потечет из эмиттера в базу.

Но так как база сделана очень тонкой, то она быстро насытится дырками (“растеряет” свой избыток электронов, которые уйдут в эмиттер). Поскольку эмиттер сильно легирован дырочной проводимостью, а в слабо легированной базе рекомбинация электронов немного запаздывает, то существенно большая часть тока пойдет из эмиттера в коллектор.

Коллектор сделан больше эмиттера и слабо легирован, что позволяет иметь на нем большее пробивное напряжение (Uпроб.КЭ > Uпроб.ЭБ). Также, поскольку основная часть дырок рекомбинирует в коллекторе, то он и греется сильнее остальных электродов прибора. Обычно α лежит в пределах 0,85-0,999 и обратно зависит от толщины базы.

Эта величина называется коэффициент передачи тока эмиттера. Это коэффициент передачи тока базы, один из самых важных параметров биполярного транзистора. Он чаще определяет усилительные свойства на практике. Транзистор pnp называют транзистором прямой проводимости. Но бывает и другой тип транзистора, структура которого отлично дополняет pnp в схемотехнике.


Двухполярные транзисторы

Для чего нужен полевой транзистор

При рассмотрении работы сложных видов электротехники, стоит рассмотреть работу такого важного компонента интегральной схемы, как полевой транзистор. Основная задача от использования данного элемента заключается в пяти ключевых направлениях, в связи с чем транзистор применяется для:

  1. Усиления высокой частоты.
  2. Усиления низкой частоты.
  3. Модуляции.
  4. Усиления постоянного тока.
  5. Ключевых устройств (выключателей).

В качестве простого примера работа транзистора-выключателя, может быть представлена как микрофон и лампочка в одной компановке. Благодаря микрофону улавливаются звуковые колебания, что влияет на появление электрического тока, поступающего на участок запертого устройства. Присутствие тока влияет на включение устройства и включение электрической цепи, к которой подключаются лампочки. Последние загораются после того как микрофон уловил звук, но горят они за счет источников питания не связанных с микрофоном и более мощных.

Модуляцию применяют с целью управления информационными сигналами. Сигналы управляют частотами колебаний. Модуляцию применяют для качественных звуковых радиосигналов, для передачи звуковых частот в телевизионные передачи, для трансляции цветовых изображений и телевизионных сигналов с высоким качеством. Модуляцию применяют повсеместно, где нужно проводить работу с высококачественными материалами.

Как усилители полевые транзисторы в упрощенном виде работают по такому принципу: графически любые сигналы, в частности, звукового ряда, могут быть представлены как ломаная линия, где ее длиной является временной промежуток, а высотой изломов – звуковая частотность. Чтобы усилить звук к радиодетали подается поток мощного напряжения, приобретаемого нужную частотность, но с более большим значением, из-за подачи слабых сигналов на управляющие контакты. Иначе говоря, благодаря устройству происходит пропорциональная перерисовка изначальной линии, но с более высоким пиковым значением.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие, выглядит как-то так.


Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой. В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа, при прозвонке создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора n-p-n типа диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

Как применять полевой транзистор для чайников

Первыми приборами, которые поступили на рынок для реализации, и в которых были использованы полевые транзисторы с управляющими p-n переходами, были слуховые аппараты. Их изобретение состоялось еще в пятидесятые годы XX века. В более крупным масштабах они применялись, как элементы для телефонных станций.

В наше время, применение подобных устройств можно увидеть во многих видах электротехники. При наличии маленьких размеров и большому перечню характеристик, полевые транзисторы встречаются в кухонных приборах (тостерах, чайниках, микроволновках), в устройстве компьютерной, аудио и видео техники и прочих электроприборах. Они используются для сигнализационных систем охраны пожарной безопасности.

На промышленных предприятиях транзисторное оборудование применяют для регуляции мощности на станках. В сфере транспорта их устанавливают в поезда и локомотивы, в системы впрыскивания топлива на личных авто. В жилищно-коммунальной сфере транзисторы позволяют следить за диспетчеризацией и системами управления уличного освещения.

Также самая востребованная область, в которой применяются транзисторы – изготовление комплектующих, используемых в процессорах. Устройство каждого процессора предусматривает множественные миниатюрные радиодетали, которые при повышении частоты более чем на 1,5 ГГц, нуждаются в усиленном потреблении энергии. В связи с этими разработчики процессорной техники решил создавать многоядерные оборудования, а не увеличивать тактовую частоту.

Достоинства и недостатки полевых транзисторов

Использование полевых транзисторов благодаря их универсальным характеристикам позволило обойти другие виды транзисторов. Они широко применяются для интегральной схемы в качестве выключателя.

Достоинства:

  • каскады детали расходуют малое количество энергии;
  • показатели усиления превышают, значения других аналогичных устройств;
  • достижение высокой помехоустойчивости осуществляется за счет того, что отсутствует ток в затворе;
  • обладают более высокой скоростью включения и выключения, работают с недоступными для других транзисторов частотами.

Недостатки:

  • менее устойчивы к высоким температурам, которые приводят к разрушению;
  • на частотах более 1,5 ГГц, количество потребляемой энергии стремительно увеличивается;
  • чувствительны к статическим видам электричества.

Благодаря характеристикам, которыми обладают полупроводниковые материалы, взятые в качестве основы для полевого транзистора, позволяют использовать устройство в бытовой и производственной сфере. Полевыми транзисторами оснащается различная бытовая техника, которая используется современным человеком.

Схемы включения транзисторов

Обычно биполярный транзистор всегда используется в прямом включении – обратная полярность на КЭ переходе ничего интересного не дает. Для прямой схемы подключения есть три схемы включения: общий эмиттер (ОЭ), общий коллектор (ОК), и общая база (ОБ). Все три включения показаны ниже.

Они поясняют только сам принцип работы – если предположить, что рабочая точка каким-то образом, с помощью дополнительного источника питания или вспомогательной цепи установлена. Для открывания кремниевого транзистора (Si) необходимо иметь потенциал ~0,6 В между эмиттером и базой, а для германиевого хватит ~0,3 В.

Общий эмиттер

Напряжение U1 вызывает ток Iб, ток коллектора Iк равен базовому току, умноженному на β. При этом напряжение +E должно быть достаточно большим: 5 В-15 В. Эта схема хорошо усиливает ток и напряжение, следовательно, и мощность. Выходной сигнал противоположен по фазе входному (инвертируется). Это используется в цифровой технике как функция НЕ.

Если транзистор работает не в ключевом режиме, а как усилитель малых сигналов (активный или линейный режим), то при помощи подбора базового тока устанавливают напряжение U2 равным E/2, чтобы выходной сигнал не искажался. Такое применение используется, например, при усилении аудиосигналов в усилителях высокого класса, с низкими искажениям и, как следствие, низким КПД.

Общий коллектор

По напряжению схема ОК не усиливает, здесь коэффициент усиления равен α ~ 1. Поэтому эта схема называется эмиттерный повторитель. Ток в цепи эмиттера получается в β+1 раз больше, чем в цепи базы. Эта схема хорошо усиливает ток и имеет низкое выходное и очень высокое входное сопротивление.

Тут самое время вспомнить о том, что транзистор называется трансформатором сопротивления. Эмиттерный повторитель имеет свойства и рабочие параметры, очень подходящие для пробников осциллографов. Здесь используют его огромное входное сопротивление и низкое выходное, что хорошо для согласования с низкоомным кабелем.

Полезный материал: что такое полупроводниковый диод.

Общая база

Эта схема отличается наиболее низким входным сопротивлением, но усиление по току у нее равно α. Схема с общей базой хорошо усиливает по напряжению, но не по мощности. Ее особенностью является устранение влияния обратной связи по емкости (эфф. Миллера). Каскады с ОБ идеально подходят в качестве входных каскадов усилителей в радиочастотных трактах, согласованных на низких сопротивлениях 50 и 75 Ом. Каскады с общей базой очень широко используются в технике СВЧ и их применение в радиоэлектронике с каскадом эмиттерного повторителя очень распространено.

Что такое транзистор, их виды и применение

 

   Транзисторы — полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Наиболее распространены так называемые биполярные транзисторы. Их основа — пластинка монокристаллического полупроводника (чаще всего кремния или германия), в которой с помощью особых технологических приемов созданы, как минимум, три области с разной электропроводностью: эмиттер, база и коллектор. Электропроводность эмиттера и коллектора всегда одинаковая (р или п), базы — противоположная (п или р). Иными словами, биполярный транзистор (далее просто транзистор) содержит два р-п перехода: один из них соединяет базу с эмиттером (эмиттерный переход), другой — с коллектором (коллекторный переход).

   На схемах транзисторы обозначают, как показано на рис. 129,а. Здесь короткая черточка с линией-выводом от середины символизирует базу, две наклонные линии, проведенные к ней под углом 60°, — эмиттер и коллектор. Об электропроводности базы судят по символу эмиттера: если его стрелка направлена к базе (рис.’ 129,а), то это означает, эмиттер имеет электропроводность типа р, а база — типа п; если же стрелка направлена в противоположную сторону (рис. 129,6), электропроводность эмиттера и базы — обратная (соответственно пир). Поскольку, как уже отмечалось, электропроводность коллектора та же, что и эмиттера, стрелку на символе коллектора не изображают.

 

 

 

 

 Рис. 129

   Знать электропроводность эмиттера, базы и коллектора необходимо для того, чтобы правильно подключить транзистор к источнику питания. В справочниках эту информацию приводят в виде структурной формулы. Транзистор, база которого имеет проводимость типа п, обозначают формулой р-п-р, а транзистор с базой, имеющей электропроводность типа р, — формулой п-р-п. В первом случае на базу и коллектор следует подавать отрицательное (по отношению к эмиттеру) напряжение, во втором — положительное.

   Для наглядности условное обозначение транзистора обычно помещают в кружок, символизирующий его корпус. Корпус нередко изготовляют из металла и соединяют с одним из выводов транзистора. На схемах это показывают точкой в месте пересечения лиши-вывода с символом корпуса (у транзистора, изображенного на рис. 129,в, с корпусом соединен вывод коллектора). Если же корпус снабжен отдельным выводом, линию-вывод допускается присоединять к кружку без точки (рис. 129,г). С целью повышения информативности схем рядом с позиционным обозначением транзистора обычно указывают его тип.

   Линии-выводы, идущие от символов эмиттера и коллектора, проводят в одном из двух направлений: перпендикулярно или параллельно линии-выводу базы (рис. 129,д). Излом этой линии допускается лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (рис. 129,е).

   Транзистор может иметь несколько эмиттерных областей (эмиттеров). В этом случае символы эмиттеров обычно изображают с одной стороны символа базы, а кружок-корпус заменяют овалом (рис. 129,ж).

   В некоторых случаях ГОСТ 2.730—73 допускает изображать транзисторы и без символа корпуса, например при изображении бескорпуоных транзисторов ИЛ|Ц когда на схеме необходимо показать транзисторы, входящие в так называемые транзисторные сборки или матрицы (их выпускают в тех же корпусах, что и интегральные микросхемы). Поскольку буквенный код VT предусмотрен для обозначения транзисторов, выполненных в виде самостоятельных приборов, транзисторы сборок обозначают одним из следующих способов: либо используют код VT и присваивают им порядковые номера наряду с другими транзисторами (в этом случае на поле схемы помещают такую, например, запись: VT1—VT4 К1НТ251), либо берут код аналоговых микросхем DA и указывают принадлежность транзисторов к матрице в позиционном обозначении (рис. 130,а).

 

 

 Рис. 130

 

 

 Рис. 131

    У выводов таких транзисторов, как правило, приводят условные номера, присвоенные выводам корпуса, в котором выполнена сборка.

   Без символа корпуса изображают на схемах и транзисторы аналоговых и цифровых микросхем (для примера на рис. 130,6 показаны транзисторы структуры п-p-n с тремя и четырьмя эмиттерами).

   Условные графические обозначения некоторых разновидностей биполярных транзисторов получают введением в основной символ специальных знаков. Так, чтобы изобразить лавинный транзистор, между символами эмиттера и коллектора помещают знак эффекта лавинного пробоя (рис. 131,а). При повороте условного обозначения положение этого знака должно оставаться неизменным.

   Иначе построено обозначение так называемого однопереходного транзистора. У него один р-п переход, но два вывода базы. Символ эмиттера в обозначении этого транзистора проводят к середине символа базы (рис. 131,6). Об электропроводности базы судят по символу эмиттера (все сказанное ранее о транзисторах с двумя р-п переходами полностью применимо и к однрпереход-ному транзистору).

   На обозначение однопереходного транзистора похоже условное обозначение довольно большой группы транзисторов с р-п переходом, получивших название полевых. Основа такого транзистора — созданный в полупроводнике и снабженный двумя выводами (исток и сток) канал с электропроводностью п-или р-типа. Сопротивлением канала управляет третий электрод — затвор, соединенный с его средней частью р-п переходом. Канал полевого транзистора изображают так же, как и базу биполярного транзистора, но помещают в средней части кружка-корпуса , символы истока и стока присоединяют к нему с одной стороны, затвора — с другой. Чтобы не вводить каких-либо знаков для различения символов истока и стока, затвор изображают на продолжении линии истока. Электропроводность канала указывают стрелкой на символе затвора.

 

Рис. 133

 

 

Рис. 135

   В условном обозначении полевого транзистора с изолированным затворам (его изображают в виде черточки, параллельной символу канала, с выводом на продолжении линии истока) электропроводность канала показывают стрелкой, помещенной между символами истока и стока: если она направлена к символу канала, то это значит, что изображен транзистор с каналом п-типа, а если в противоположную сторону, — с каналом р-типа (рис. 133,а, б). Аналогично указывают тип электропроводности канала и при наличии вывода от кристалла-подложки (рис. 133,в), а также при изображении полевого транзистора с так называемым индуцированным каналом, символ которого — три короткие штриха (рис. 133,г, д). Если подложка соединена с одним из электродов (обычно с истоком), это соединение показывают внутри символа без точки (рис. 133, е).

   В палевом транзисторе может быть несколько затворов. Изображают их в этом случае короткими черточками, причем линию-вывод первого затвора обязательно помещают на продолжении линии истока (рис. 133,ж).

   Линии-выводы полевого транзистора допускается изгибать лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (рис. 133,з), который может быть соединен с одним из электродов или иметь самостоятельный вывод (рис. 133,ы).

   Из транзисторов, управляемых внешними факторами, в настоящее время находят применение фототранзисторы. В качестве примера на рис. 134 показаны условные обозначения фототранзжггоров с выводом базы и без него.

   Наряду с другими полупроводниковыми приборами, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, фототранзисторы могут входить в состав оптронов. Обозначение фототранзистора в этом случае вместе с символом излучателя света (обычно светодиода) заключают в объединяющий их символ корпуса, а знак фотоэффекта заменяют знаком оптической связи — двумя параллельными стрелками. Для примера на рис. 135,а изображена одна из опто-

   пар сдвоенного оптрона К249КП1, о чем говорит позиционное обозначение U1.1. Аналогично строят условное графическое обозначение оптрона с составным транзистором (рис. 135,6).

 

Литература:
В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998

Типы и схемы транзисторов | Newark

В декабре 1947 года исследователи из Bell Laboratories продемонстрировали «германиевый транзистор с точечным контактом PNP», действующий как речевой усилитель с коэффициентом усиления 18. Это событие широко считается датой рождения транзистора.

С тех пор транзисторы достигли своего повсеместного присутствия благодаря их использованию как в функциях переключения, так и в функциях усиления, а также благодаря тому, что они доступны в широком диапазоне мощностей, скоростей переключения и многих других параметров.Хотя это дает разработчикам электроники большой выбор, это также может создать препятствие: как мне выбрать лучший транзистор для моего нового проекта или обновления?

В этой статье делается попытка дать некоторые рекомендации по этому поводу путем классификации транзисторов и их параметров. В нем показано, как использовать параметры при оценке пригодности транзисторов для различных приложений. Обсуждение также касается одной конкретной проблемы, которая часто возникает, когда инженеры пытаются подключить датчики процесса к входам программируемых логических контроллеров (ПЛК); использовать ли устройства NPN или PNP.

В то время как статья в основном основана на биполярных переходных транзисторах (BJT) и полевых транзисторах (FET), более специализированные технологии — биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и нитрид галлия (GaN) транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) — также представлены. Также описан пример усилителя с общим источником на полевых транзисторах.

Затем мы рассмотрим, как можно эффективно согласовать транзисторы с приложениями, используя параметрический поиск, например, доступный на веб-сайте Farnell.

Типы транзисторов

Транзисторы — это твердотельные устройства, изготовленные из полупроводниковых материалов, как правило, из кремния, германия и арсенида галлия. Обычно они имеют три клеммы — одна клемма, общая для входных и выходных сигналов, а сигнал на одной из оставшихся клемм управляет током на другой, как показано на рисунке 1.

Рис.1: Базовая модель транзистора — Изображение принадлежит Premier farnell

Древовидная диаграмма на Рис.2 суммирует различные способы реализации этой базовой концепции трехполюсников.

Рис. 2: Древовидная диаграмма транзисторов — изображение принадлежит Premier farnell

На этой диаграмме показано, что транзисторы в основном делятся на типы BJT и FET. Однако самый основной вопрос при выборе транзистора заключается не в том, BJT это или полевой транзистор, а в его полярности — используется ли его выходной вывод положительным или отрицательным по отношению к его общему выводу? Если ответ положительный, нам нужен NPN BJT или N-канальный полевой транзистор, в противном случае нам нужен PNP или P-канал.

Статья Джеймса Брайанта, опубликованная на Wiki компании Analog Devices 19 мая 2014 г., содержит много ценной информации и рекомендаций по выбору транзисторов для приложений; некоторые из них воспроизводятся ниже.

Для большинства транзисторных приложений общего назначения требуются непроводящие устройства с нулевым смещением на управляющем входе (база или затвор). Такими устройствами являются BJT или полевые МОП-транзисторы в режиме улучшения. Полевые транзисторы в режиме истощения встречаются гораздо реже, хотя и полезны для некоторых приложений. Выбор канала NPN / N или канала PNP / P продиктован положительным или отрицательным питанием, но нужен ли нам BJT или MOSFET?

Во многих случаях это не имеет значения. Дискретные полевые МОП-транзисторы, возможно, на десять или двадцать процентов дороже, чем биполярные транзисторы, но им не нужны базовые резисторы, которые стоят денег и дорогостоящего места на плате.Они немного более уязвимы к электростатическим повреждениям (ESD) во время обращения, но они не потребляют базовый ток и не нагружают цепи постоянного тока (поскольку они имеют относительно большую входную емкость, они могут вызвать проблемы с емкостной нагрузкой в ​​более высокочастотных цепях).

Когда-то пороговое напряжение затвора (значение Vgs, при котором MOSFET начинает проводить) составляло несколько вольт, поэтому их нельзя было использовать с очень низкими напряжениями питания, но сегодня пороговые напряжения многих устройств сравнимы с 0.Базовое напряжение включения 7В кремниевого биполярного транзистора. Таким образом, BJT и MOSFET теперь будут одинаково хорошо работать как в усилителях, так и в коммутационных приложениях.

Однако входом BJT является кремниевый диод. Мы можем использовать его тепловые свойства для измерения температуры, а его высокий ток при перегрузке — действовать как фиксирующая или ограничивающая цепь, поэтому есть некоторые схемы, в которых необходим BJT.

В течение примерно двадцати лет журнал Elektor публиковал схемы, построенные на основе транзисторов, которые он называет TUN и TUP («Transistor Universal NPN» и «Transistor Universal PNP»).Эти транзисторы являются кремниевыми планарными BJT, и любой транзистор, который превышает следующие спецификации, соответствует требованиям:

Подходят самые дешевые малосигнальные кремниевые транзисторы. В список также могут входить MUN и MUP («универсальный N-канал MOSFET» и «универсальный P-канал MOSFET») — и самые дешевые малые полевые МОП-транзисторы соответствуют этой спецификации:

Большинство версий SPICE содержат стандартные BJT и MOSFET, которые похожи на эти «универсальные» устройства. Таким образом, при разработке системы, содержащей дискретные малосигнальные транзисторы, используйте эти универсальные схемы на этапе проектирования и выберите наиболее удобный (т.е. лучшая упаковка, доступность и невысокая стоимость) при заказе. Однако при публикации или описании дизайна используйте общую терминологию, чтобы было ясно, что точный выбор устройства вряд ли будет иметь значение. Конечно, многие конструкции не могут использовать эти стандартные устройства — некоторые спецификации должны выходить за рамки простого стандарта. В таких случаях укажите исключения, например:

Параметры транзистора

Существует ряд параметров, помимо очевидных факторов, таких как номинальная мощность, которые необходимо учитывать при оценке транзистора в качестве кандидата для вашей схемы.Мы рассмотрим их дальше.

Максимальное напряжение коллектор / сток. BVceo или BVds: Если максимальное напряжение питания меньше, чем BVceo или BVds, и в коллекторе / стоке нет индуктивной схемы, которая могла бы вызывать более высокие переходные процессы напряжения, и нет внешнего источника сигнала, который мог бы применять более высокие напряжения, тогда нам нужно не беспокойтесь об этой спецификации.

Однако существует множество схем, в которых можно ожидать, что транзистор будет работать с высокими значениями Vce или Vds, либо в установившемся состоянии, либо в переходных процессах, и важно, чтобы в этом случае был выбран правильный максимум.

BJT и MOSFET с пробивным напряжением более 500 В недороги и легко доступны, хотя коэффициент усиления по току ß высоковольтных BJT чаще находится в диапазоне 40–100, а не = 100 для TUN / TUP. Точно так же пороговое напряжение затвора высоковольтного полевого МОП-транзистора с большей вероятностью будет в диапазоне 2–5 В, а не 500–2000 мВ для MUN / MUP.

Абсолютный максимальный ток коллектора / стока. Ic (max) или Id (max): Максимальный ожидаемый ток коллектора / стока не должен превышать абсолютный максимальный номинальный ток устройства.Учитывая, что значение TUN / etc для этого составляет 100 мА, это маловероятно для схем со слабым сигналом, но если для подачи питания на нагрузку требуется транзистор, необходимо проверить максимальный ток.

Абсолютный максимальный номинальный ток некоторых устройств можно разделить на номинальный ток постоянного (или, возможно, средний) ток и более высокий рейтинг переходных процессов для коротких импульсов. Важно убедиться, что пиковые переходные токи находятся в номинальных пределах.

Большинство малосигнальных транзисторов имеют номинальные значения Imax более 100 мА — обычно 300–1000 мА — и многие устройства, соответствующие спецификации TUN и т. Д., Действительно имеют такой рейтинг и могут использоваться, когда требуются такие средние токи.Если требуются более высокие токи, устройства TUN / etc будут неадекватными, и необходимо выбрать устройство питания. При более высоких токах важно соблюдать номинальную мощность, а также номинальный ток, корпусы, вероятно, будут больше, и может потребоваться радиатор. Биполярные транзисторы с более высокими максимальными токами могут иметь более низкие значения ß при больших токах.

Комплектация и питание: Существует бесчисленное множество различных корпусов транзисторов, от почти микроскопических корпусов для поверхностного монтажа до больших пластиковых и металлических корпусов, способных выдерживать несколько кВт при соответствующем охлаждении.Выберите тот, который наиболее удобен для вашего применения — поверхностный монтаж для массового производства, вывод для прототипирования и мелкосерийное производство, где удобна простота ручной пайки, и любой блок питания, подходящий, когда необходимо учитывать рассеивание и радиаторы.

Ток утечки коллектора / стока Ice0 или Idss0: (иногда называемый «током отсечки».) Это небольшой ток утечки, который течет от коллектора к эмиттеру или от стока к истоку, когда транзистор выключен.Обычно он составляет порядка десятков нА, но в таблицах данных иногда устанавливаются довольно большие максимальные значения для худшего случая, чтобы снизить затраты на тестирование. Транзисторы, используемые в качестве переключателей или усилителей очень низкого уровня, следует выбирать для утечки менее 50 нА, но для большинства приложений 200 нА или даже более вполне приемлемы.

Рис. 3: Инвертор с очень низким энергопотреблением, использующий полевой МОП-транзистор с малой утечкой — Правообладатель иллюстрации Premier farnell

Инвертор с низким энергопотреблением, показанный на рис. 3, является примером схемы, требующей очень низкой утечки коллектора / стока.Утечка стока 100 нА дает падение напряжения 1 В и выходное напряжение 2 В, только на пороге разрешенных уровней логической 1, поэтому в практических конструкциях следует использовать полевые МОП-транзисторы с утечкой стока / истока = 50 нА.

Обратите внимание, что, хотя этот инвертор имеет очень низкую мощность [300 нА = 0,9 мкВт, когда транзистор включен], он также очень медленный — при условии, что выходная емкость транзистора плюс емкость дорожки плюс входная емкость следующего каскада равны 20 пФ, что не является необоснованным. время нарастания около 0.2 мс — это приемлемо для приложений постоянного тока, но не даже для цепей переключения средней скорости.

Коэффициент усиления по току ß или hfe: коэффициент усиления по току BJT — это отношение тока коллектора к току базы, когда устройство не находится в режиме насыщения, то есть напряжение коллектора / базы положительное [для устройства NPN]. ß обычно довольно постоянен в широком диапазоне токов, но он может быть немного ниже при очень низких базовых токах и почти наверняка начнет падать, когда ток коллектора приблизится к своему абсолютному максимальному значению.Поскольку это соотношение, это безразмерная величина.

TUN и TUP имеют ß = 100, но сильноточные и высоковольтные BJT могут иметь несколько более низкие (= 40 или 50) минимальные заданные значения.

Рис.4: Транзисторный (BJT или MOSFET) эмиттер / истоковый повторитель — Изображение принадлежит Premier farnell

Выходной каскад эмиттерного повторителя / истокового повторителя, показанный на рисунке 4, одинаково точен как с BJT, так и с MOSFET. В простых эмиттерных повторителях предполагается, что напряжения базы / эмиттера или затвора / истока Vbe или Vgs остаются постоянными, что дает фиксированное смещение между входным напряжением и напряжением нагрузки, но в более точных схемах обратная связь может быть получена от эмиттера (источника). / подключение нагрузки.

Поскольку часть эмиттерного тока должна протекать в базе, токи коллектора и эмиттера BJT не идентичны, что означает, что токовый выходной каскад должен быть выполнен на MOSFET, а не на BJT, поскольку MOSFET имеет практически нулевой ток затвора. .

Прямая крутизна gfs: Прямая крутизна полевого транзистора — это отношение ΔIds / ΔVgs, когда устройство включено и цепь стока не ограничена по току. Измеряется в сименсах (S). Малосигнальные полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы могут иметь gfs всего в несколько мс, но более крупные могут иметь усиление от больших долей сименса до нескольких сименсов или более.

Как правило, изменения напряжения затвора в несколько вольт достаточно для изменения тока стока с минимального (выключенного) до его абсолютного максимального значения. Также важно знать, при каком напряжении на затворе начинается проводимость (см. Ниже).

Пороговое напряжение затвора Vgs (th): Пороговое напряжение затвора полевого МОП-транзистора — это напряжение затвора / истока, при котором правильно смещенный сток начинает потреблять ток. Определение «запусков» будет указано в спецификации и может составлять всего несколько мкА, но более вероятно, что оно будет определено как 1 мА или даже больше для полевого МОП-транзистора высокой мощности.Выше этого порогового значения ток стока будет очень быстро расти с небольшим увеличением напряжения затвора.

Если полевой МОП-транзистор должен управляться логикой, важно, чтобы его пороговое напряжение было выше наихудшего значения логического 0 в диапазоне температур схемы, которое, вероятно, составит не менее нескольких сотен мВ, иначе он может начать включаться, когда его предполагается выключить.

Напряжение насыщения Vce (sat): Когда BJT включается достаточно сильно, чтобы падение напряжения на его нагрузке коллектора было достаточным для понижения потенциала коллектора ниже потенциала базы (другими словами, переход база-коллектор смещен в прямом направлении), он называется насыщенным.Это напряжение насыщения не пропорционально току коллектора, поэтому модель насыщенного транзистора — это не просто сопротивление между его коллектором и эмиттером.

Два примера важности низкого напряжения насыщения:

[A] В классической логике TTL каждый входной источник 1,6 мА превращается в управляющий им выход логического 0. При полном разветвлении 10 это означает, что выходной транзистор TTL может потреблять около 16 мА при напряжении насыщения не более 400 мВ.

[B] Когда силовой BJT используется для переключения сильноточных нагрузок, его рассеяние при заданном токе нагрузки пропорционально его напряжению насыщения.Чем ниже напряжение насыщения, тем меньше тепла необходимо отводить от транзистора.

Обратите внимание, что когда вы снимаете входной привод с насыщенного транзистора, возникает задержка (обычно нсек или десятки нсек, но может быть больше), прежде чем он начнет отключаться. Это время восстановления после насыщения, которое при четко определенных условиях может быть указано в его техническом паспорте.

На сопротивлении Рон: МОП-транзисторы не насыщаются, потому что они являются основными устройствами несущей. Когда они включены с напряжением затвора, значительно превышающим пороговое напряжение затвора, они ведут себя как резисторы низкого номинала, и их активное сопротивление указано в их технических характеристиках.Применяется закон Ома — падение напряжения пропорционально току и включенному сопротивлению, а их рассеяние равно I2R.

Коэффициент шума NF: Большинство транзисторных приложений имеют относительно высокий уровень шума, и шум не является проблемой. Но если это проблема, то это критически важно. Многие транзисторы, как BJT, так и FET, имеют коэффициент шума, указанный и гарантированный их производителями. При сравнении коэффициентов шума различных устройств важно, чтобы они были измерены при одинаковом импедансе источника.Если транзисторы предназначены для использования в радиосистемах, вероятно, что их NF будет измеряться при 50 Ом, поэтому сравнение несложно, но бессмысленно сравнивать NF двух устройств, у которых NF были измерены при разных импедансах.

Переходная частота ft: ft BJT — это частота, при которой коэффициент усиления по току при коротком замыкании (на ВЧ) на выходе равен единице. ft — это наиболее широко используемый показатель качества для сравнения частотной характеристики BJT. Большинство TUN и TUP будут иметь ft намного выше минимума 100 МГц, но транзисторы с высокой мощностью и высоким напряжением часто будут иметь гораздо более низкие значения.

Полевые транзисторы — это крутильные устройства с бесконечно малым входным постоянным током, поэтому некорректно учитывать их усиление по постоянному току. Но поскольку они имеют входную емкость (Cgs) от пФ до сотен пФ, их емкостное входное сопротивление относительно низкое на ВЧ, поэтому их входной ток ВЧ может быть измерен и их ft. Иногда лист данных полевого или полевого транзистора будет содержать значение ft, полученное таким образом, и его, безусловно, допустимо использовать, если таковой имеется, для оценки частотной характеристики полевого транзистора, но обычно скорость полевых транзисторов указывается в единицах времени переключения.

Время переключения t (вкл.) И t (выкл.): Большинство полевых транзисторов и многие BJT имеют спецификации времени переключения, определяемые как время, необходимое при определенных условиях для повышения выходного тока от нуля до заданного значения, или чтобы вернуться к нулю соответственно. Предполагается, что сигнал переключения является мгновенным (юридическая фикция) или определяется как несколько нсек. Сравнение времени переключения — надежный способ сравнения относительных скоростей транзисторов при условии, что они испытываются в аналогичных условиях.

Емкости C ??: С транзистором связаны три емкости — входная емкость Cin, выходная емкость Cout и емкость Миллера (или обратная связь) Cfb. Разные производители используют разные названия (поэтому в заголовке используется буква C ??), но это должно быть ясно видно из рисунка 5.

Рисунок 5: Паразитные емкости транзисторов (разные производители используют разные имена / символы) — Авторское право на изображение Premier farnell

полевые транзисторы, особенно силовые полевые МОП-транзисторы, могут иметь значения Cin до 1 нФ или даже больше, хотя малосигнальные полевые МОП-транзисторы будут иметь гораздо меньшие значения, вероятно, в диапазоне 15-50 пФ.Однако при проектировании схем, где такая емкость может влиять на время нарастания или стабильность схемы, важно убедиться, что конструкция учитывает такие значения и что устройства выбираются с емкостями, допускаемыми конструкцией схемы.

NPN и устройства PNP

При развертывании систем программируемых логических контроллеров (ПЛК) их цифровые входы должны быть согласованы с подключенными датчиками не только по уровням напряжения, которые обычно составляют 24 В постоянного тока, но и по полярности — NPN или ПНП.Датчики PNP являются устройствами источника тока, а датчики NPN — потребителями тока. Датчик источника тока должен быть подключен к входу стока тока и наоборот.

При выборе есть несколько аргументов в пользу PNP. Во-первых, датчики PNP легче понять и устранить неисправности техническим специалистам, поскольку датчик выдает сигнал напряжения высокого уровня, когда выход активен. Во-вторых, в схеме NPN, если провод обрывается и контактирует с землей, вход ПЛК является истинным. Это потенциально может привести к нежелательному поведению машины (например, к включению кнопки запуска).Когда провод в цепи PNP замыкается на массу, вход ПЛК ложный.

Тем не менее, хотя датчики PNP являются стандартными в Соединенных Штатах и ​​Европе, разновидности NPN по-прежнему пользуются некоторым предпочтением в Азии. Это означает, что в худшем случае организации может потребоваться иметь дополнительный запас датчиков или модулей ввода, чтобы всегда можно было установить совместимые пары. Этот аспект установки также необходимо отслеживать и управлять.

Однако в основном ситуация улучшается благодаря некоторой гибкости.Например, многие модули ввода (особенно версии со степенью защиты IP20, которые чаще всего устанавливаются в шкафах) могут быть подключены как NPN, так и PNP. Однако обратите внимание, что все входы на этом модуле должны быть либо NPN, либо PNP. Их нельзя смешивать и сочетать. Кроме того, на рынке появляются новые датчики, которые можно подключить или настроить как NPN или PNP. В качестве альтернативы, многие карты ПЛК могут быть подключены к NPN или PNP и не требуют изменения оборудования.

Эти вопросы более подробно обсуждаются в журнале «Control Design», в документе «Вопросы и ответы», озаглавленном «Как выбрать между PNP и NPN».

Другие технологии транзисторов

До сих пор мы обсуждали основные формы транзисторов BJT и FET и их варианты. Однако существуют и другие типы; Двумя ключевыми примерами являются биполярный транзистор с изолированным затвором или IGBT и транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) из нитрида галлия (GaN).

Биполярный транзистор с изолированным затвором или IGBT представляет собой нечто среднее между BJT и полевым транзистором. Он сочетает в себе высокий входной импеданс и высокую скорость переключения полевого МОП-транзистора с низким напряжением насыщения биполярного транзистора для создания другого типа устройства переключения транзисторов, способного обрабатывать большие токи коллектор-эмиттер с практически нулевым током затвора.

БТИЗ

предлагают характеристики переключения выходов и проводимости биполярного транзистора, но управляются напряжением, как полевые МОП-транзисторы. IGBT в основном используются в приложениях силовой электроники, таких как инверторы, преобразователи и источники питания, где требования к твердотельному коммутационному устройству не полностью удовлетворяются силовыми BJT и силовыми MOSFET. Доступны сильноточные и высоковольтные BJT, но их скорости переключения медленные, в то время как силовые полевые МОП-транзисторы могут иметь более высокие скорости переключения, но высоковольтные и сильноточные устройства дороги и труднодоступны.

Рис. 6: Представление транзистора IGBT — Изображение принадлежит Premier farnell

На рис. 6 показано, что биполярный транзистор с изолированным затвором представляет собой трехконтактное устройство, которое объединяет вход N-канального MOSFET с изолированным затвором и подключенный выход биполярного транзистора PNP в виде конфигурации Дарлингтона.

В результате терминалы помечены как Коллектор, Эмиттер и Затвор. Два его вывода (C-E) связаны с проводящим путем, по которому проходит ток, а его третий вывод (G) управляет устройством.

Транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) из нитрида галлия (GaN) представляют собой еще одну транзисторную технологию. Они открывают новые возможности, предлагая ряд преимуществ по сравнению с кремниевыми МОП-транзисторами. GaN-транзисторы могут достигать гораздо более высокой скорости нарастания dV / dt и, таким образом, могут переключаться намного быстрее, чем кремниевые MOSFET, что значительно снижает потери на переключение. Другим преимуществом является отсутствие заряда обратного восстановления, что вызывает звон в коммутационном узле с использованием традиционных кремниевых МОП-транзисторов.

Считается, что транзисторы сочетают высокое напряжение пробоя с высокой эффективностью, что позволяет им хорошо работать в качестве силовых устройств.После использования в усилителях мощности мобильных базовых станций и радиолокационных датчиках, дальнейшее расширение до преобразования энергии в таком оборудовании, как системы питания серверов.

Обладая низким сопротивлением в открытом состоянии и высокой скоростью переключения, GaN HEMT предлагает потенциал для миниатюризации устройства, снижения энергопотребления и снижения затрат за счет дальнейшего развития технологии, а также схем, которые максимизируют эти преимущества.

Пример применения транзистора — схема усилителя с общим истоком на полевых транзисторах

Схема усилителя на полевых транзисторах с общим истоком является одной из наиболее широко используемых конфигураций всех схем на полевых транзисторах для многих приложений с высоким уровнем универсальных характеристик.Он обеспечивает усиление по току и напряжению, а также удовлетворительное входное и выходное сопротивление.

Рис.7: Базовый усилитель с общим источником на полевых транзисторах — Изображение принадлежит Premier farnell

На рис. 7 показана типичная схема усилителя с общим источником, разработанная электронными заметками. Входной сигнал поступает через C1; этот конденсатор гарантирует, что на затвор не будет воздействовать какое-либо постоянное напряжение, поступающее с предыдущих каскадов. Резистор R1 удерживает затвор под потенциалом земли. Его значение обычно может составлять около 1 МОм.Резистор R2 создает напряжение на нем, удерживая источник выше потенциала земли. C2 действует как байпасный конденсатор, обеспечивая дополнительное усиление при переменном токе.

Резистор R3 создает на нем выходное напряжение, а C3 передает переменный ток на следующий каскад, блокируя постоянный ток.

Поиск подходящего транзистора

Поняв и определив набор параметров для вашего целевого транзистора, следующим шагом будет поиск реального доступного устройства, которое обладает этим набором. Один из способов сделать это — использовать параметрические поисковые системы Фарнелла для фильтрации подходящих кандидатов.Раздел «Биполярные транзисторы», например, можно искать по полярности, напряжению коллектора-эмиттера, частоте перехода, рассеиваемой мощности и току коллектора постоянного тока, а также по соответствию, упаковке и производителю.

Аналогичным образом, область «RF FET Transistor» может быть отфильтрована по напряжению источника стока, непрерывному току стока, рассеиваемой мощности, минимальной и максимальной рабочей частоте, а также по корпусу, количеству контактов, максимальной рабочей температуре, соответствию требованиям, упаковке и производителю. .

(iv) Назван в честь Джона Милтона Миллера, который впервые описал его эффекты в 1920 году.

Типы и схемы транзисторов — Дата публикации: 4 сентября 2018 г., Farnell element14

Что такое транзистор NPN? Определение, виды и применение.

Транзисторы

NPN представляют собой тип биполярного транзистора с тремя слоями, которые используются для усиления сигнала. Это устройство, управляемое током. Отрицательно-положительно-отрицательный транзистор обозначается аббревиатурой NPN. Полупроводник p-типа сплавлен между двумя полупроводниковыми материалами n-типа в этой конфигурации.

Он разделен на три секции: эмиттер, база и коллектор. В NPN-транзисторе поток электронов заставляет его проводить.

Символ NPN:

На следующей диаграмме показано символическое представление NPN-транзистора:

Направление тока через устройство ясно показано направленной наружу стрелкой на выводе эмиттера в символическом представлении. Электроны составляют большинство носителей в NPN-транзисторах.

Конструкция NPN-транзистора:

Транзистор NPN построен двумя способами.

Как мы уже знаем, транзисторы

NPN образуются, когда полупроводниковый материал p-типа (кремний или германий) сплавлен между двумя полупроводниковыми материалами n-типа.

Конструктивная структура NPN-транзистора изображена на схеме ниже:

Транзистор NPN состоит из ряда различных компонентов.

Он разделен на три секции: эмиттер, база и коллектор.

Переход эмиттер-база — это область, которая соединяет эмиттер и базовую область. С другой стороны, соединение коллектор-база — это точка, где встречаются базовая и коллекторная области. Он функционирует как два диода с PN-переходом из-за наличия двух переходов между тремя областями.

Уровни допинга в каждой из трех областей различаются. В эмиттерной области много легирования, в то время как в базовой области также много легирования. А уровень легирования коллекторной области умеренный, он находится где-то между эмиттерной и базовой областью.Его обратным является транзистор PNP, у которого P-область расположена между двумя областями N-типа.

Стоит отметить, что переключение областей эмиттера и коллектора невозможно. Причина этого в том, что толщина коллекторной области немного больше эмиттерной. Так что можно рассеять больше энергии.

Транзистор NPN рабочий:

Давайте теперь посмотрим, как работает транзистор NPN.

Когда к транзистору не приложено смещение или между его выводами нет батареи.Тогда это называется несмещенным состоянием транзистора. Мы уже говорили о том, как работает диод с PN переходом при отсутствии смещения. Как мы уже знаем, транзистор состоит из двух PN-переходов.

В результате, при отсутствии смещения электроны в эмиттерной области начинают двигаться к базовой области из-за изменений температуры. Однако по прошествии определенного времени на переходе эмиттер-база транзистора образуется обедненная область. Только около 5% электронов соединяются с дырками в этой области после достижения базовой области, в то время как остальные дрейфуют через область коллектора.Точно так же через некоторое время на переходе база-коллектор транзистора образуется область истощения.

Следует отметить, что толщина обедненной области определяется концентрацией легирования материала. Иными словами, в случае слаболегированной области ширина обедненной области будет больше, чем в случае сильно легированной области. Вот почему ширина обеднения на переходе коллектор-база шире, чем на переходе эмиттер-база.Эти две области истощения служат потенциальным камнем преткновения для любого дальнейшего потока основных носителей.

На следующей диаграмме показано состояние смещения NPN-транзистора:

Ширина обедненной области, также называемой PN-переходом, сужается в результате прямого приложенного напряжения на переходе эмиттер-база. Точно так же ширина перехода коллектор-база увеличивается за счет обратного приложенного напряжения. Вот почему, по сравнению с переходом коллектор-база на предыдущем рисунке, переход эмиттер-база имеет тонкую обедненную область.

Электроны начинают инжектировать в область эмиттера в результате приложенного вперед напряжения VBE. Электроны в этой области обладают достаточной энергией, чтобы преодолеть барьерный потенциал перехода эмиттер-база и достичь базовой области.

Движение носителей заряда в NPN-транзисторе показано на диаграмме ниже:

Потому что базовая область очень тонкая и легированная. В результате только несколько электронов соединяются с дырками, когда достигают места назначения.Из-за сильного электростатического поля электроны начинают дрейфовать в области коллектора из-за очень тонкой области базы и обратного напряжения на переходе коллектор-база. В результате эти электроны теперь собираются на выводе коллектора транзистора. Электроны начинают двигаться к коллектору, поскольку рекомбинированные дырки и электроны отделяются друг от друга. В результате этого движения через устройство также протекает очень небольшой базовый ток. Вот почему ток эмиттера равен сумме токов базы и коллектора. IE = IB + IC

Применение диода NPN:

Транзисторы с диодами NPN (NPN) используются во множестве,

  1. Их используют высокочастотные приложения.
  2. Переключающие устройства — это области, где чаще всего используются NPN-транзисторы.
  3. Этот компонент используется в схемах усиления.
  4. Для усиления слабых сигналов используется в парных схемах Дарлингтона.
  5. Транзисторы
  6. NPN используются в приложениях, где требуется приемник тока.
  7. Некоторые классические схемы усилителя, такие как «двухтактные» схемы усилителя, используют этот компонент.
  8. Например, в датчиках температуры.
  9. Приложения с очень высокой частотой.
  10. В логарифмических преобразователях используется эта переменная.
  11. Потому что усиление сигнала осуществляется с помощью NPN-транзисторов. В усилительных схемах он используется именно так.
  12. Логарифмические преобразователи — еще одна область, где он используется.
  13. Коммутационная характеристика NPN-транзистора — одно из его наиболее значительных преимуществ. В результате он обычно используется при переключении приложений.

NPN транзисторы термины, которые важно знать:

Область эмиттера: Это самая большая часть структуры, которая больше, чем базовая область, но меньше, чем область коллектора. В нем много допинга. Он используется для переноса основных носителей в базовую область, которыми являются электроны.Это область с прямым смещением, что означает, что она всегда имеет прямую смещенную область базовой области.

Область основания: Область основания расположена в середине конструкции. По сравнению с областями эмиттера и коллектора транзистора, он имеет небольшую область. Он слегка легирован, чтобы гарантировать минимальную рекомбинацию и высокий ток на коллекторе.

Область коллектора: Это крайняя правая секция структуры, и ее функция суммируется в ее названии: она собирает носители, передаваемые базовой областью.По сравнению с базовой областью, эта область получает обратное смещение.

Транзистор

— Энциклопедия Нового Света

Транзистор — это полупроводниковое устройство, которое использует небольшое количество напряжения или электрического тока для управления большим изменением напряжения или тока. Благодаря быстрому отклику и точности он может использоваться в самых разных приложениях, включая усиление, переключение, стабилизацию напряжения, модуляцию сигнала и в качестве генератора.Транзистор является фундаментальным строительным блоком как цифровых, так и аналоговых схем — схемы, которая управляет работой компьютеров, сотовых телефонов и всей другой современной электроники. Транзисторы могут быть упакованы индивидуально или как часть интегральной схемы, которая может содержать тысячи транзисторов на очень небольшой площади.

Введение

Современные транзисторы делятся на две основные категории: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET).Приложение тока в транзисторах BJT и напряжения в полевых транзисторах между входными и общими клеммами увеличивает проводимость между общей и выходной клеммами, тем самым контролируя протекание тока между ними.

Термин «транзистор» первоначально относился к типу точечного контакта, но он имел очень ограниченное коммерческое применение, будучи замененным гораздо более практичным типом биполярного перехода в начале 1950-х годов. По иронии судьбы и сам термин «транзистор», и наиболее широко используемое для него сегодня схематическое обозначение — это именно те, которые конкретно относятся к этим давно устаревшим устройствам; [1] попыток представить более точные версии ни к чему не привели.

В аналоговых схемах транзисторы используются в усилителях (усилители постоянного тока, усилители звука, усилители радиочастоты) и источниках питания с линейной регулировкой. Транзисторы также используются в цифровых схемах, где они функционируют как электронные переключатели, но редко как дискретные устройства, почти всегда включаемые в монолитные интегральные схемы. Цифровые схемы включают логические элементы, оперативную память (RAM), микропроцессоры и процессоры цифровых сигналов (DSP).

История

Первые три патента на принцип полевого транзистора были зарегистрированы в Германии в 1928 году физиком Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом, но Лилиенфельд не опубликовал исследовательских статей о своих устройствах, и они были проигнорированы промышленностью.В 1934 году немецкий физик доктор Оскар Хайль запатентовал еще один полевой транзистор. Нет прямых доказательств того, что эти устройства были построены, но более поздние работы в 1990-х годах показывают, что одна из разработок Лилиенфельда работала, как описано, и дала значительную выгоду. Юридические документы из патента Bell Labs показывают, что Шокли и Пирсон построили операционные версии на основе патентов Лилиенфельда, но они никогда не ссылались на эту работу ни в одной из своих более поздних исследовательских работ или исторических статей. [2]

16 декабря 1947 года Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн построили первый практический точечный транзистор в Bell Labs.Эта работа была результатом их усилий во время войны по производству сверхчистых германиевых «кристаллических» смесительных диодов, используемых в радиолокационных устройствах в качестве элемента частотного смесителя в микроволновых радиолокационных приемниках. Ранняя ламповая технология не использовалась достаточно быстро для этой роли, что вынудило команду Bell использовать вместо нее твердотельные диоды. Обладая этими знаниями, они обратились к разработке триода, но обнаружили, что это совсем не просто. В конце концов Бардин разработал новую ветвь физики поверхности, чтобы объяснить «странное» поведение, которое они наблюдали, и Бардин и Браттейн в конце концов сумели построить работающее устройство.

Bell Telephone Laboratories потребовалось общее название для нового изобретения: «Полупроводниковый триод», «Твердый триод», «Триод с поверхностными состояниями», «Кристаллический триод» и «Иотатрон» все рассматривались, но «транзистор» придумал Джон Р. Пирс выиграл внутреннее голосование. Обоснование названия описано в следующей выдержке из Технического меморандума компании, призывающей к голосованию:

Транзистор. Это сокращенная комбинация слов «крутизна» или «передача» и «варистор».«Устройство логически относится к семейству варисторов и имеет крутизну или передаточный импеданс устройства с усилением, так что эта комбинация является описательной.

Bell Telephone Laboratories — Технический меморандум (28 мая 1948 г.)

Пирс вспомнил название несколько иначе:

Я дал название, думая о том, что делает устройство. И в то время это должен был быть двойник вакуумной лампы. У вакуумной лампы была крутизна, поэтому транзистор должен был иметь транссопротивление.И название должно совпадать с названиями других устройств, таких как варистор и термистор. И… я предложил название «транзистор».

Джон Р. Пирс дал интервью для шоу PBS «Transistorized!»

Bell немедленно запустила ограниченное производство точечных транзисторов в Western Electric в Аллентауне, штат Пенсильвания. Были продемонстрированы прототипы полностью транзисторных AM-радиоприемников, но на самом деле это были лишь лабораторные диковинки. Однако в 1950 году Шокли разработал принципиально другой тип твердотельного усилителя, который стал известен как транзистор с биполярным переходом.«Хотя он работает по принципу, совершенно отличному от принципа точечного« транзистора », это устройство, которое сегодня чаще всего называют« транзистором ». Оно также было лицензировано для ряда других электронных компаний, включая Texas Instruments. , который произвел ограниченную серию транзисторных радиоприемников в качестве инструмента продаж. Ранние транзисторы были химически «нестабильными» и подходили только для маломощных низкочастотных приложений, но по мере развития конструкции транзисторов эти проблемы постепенно преодолевались.

Первым коммерческим транзисторным радиоприемником в мире, который часто ошибочно приписывают Sony, был Regency TR-1, созданный Regency Division I.D.E.A. (Industrial Development Engineering Associates) из Индианаполиса, штат Индиана, о котором было объявлено 18 октября 1954 года. Он был выставлен на продажу в ноябре 1954 года по цене 49,95 доллара (что эквивалентно 361 доллару в долларах 2005 года) и продано около 150 000 единиц. Он использовал четыре NPN-транзистора и питался от батареи на 22,5 В.

Акио Морита, соучредитель японской фирмы Tokyo Tsushin Kogyo, находился с визитом в США, когда Bell Labs объявила о наличии производственных лицензий, включая подробные инструкции по производству переходных транзисторов.Morita получил специальное разрешение от Министерства финансов Японии на оплату лицензионного сбора в размере 50 000 долларов, а в 1955 году компания представила собственное «карманное» радио под торговой маркой Sony. (Термин «карман» был предметом некоторой интерпретации, поскольку Sony, как известно, делала специальные рубашки с большими карманами для своих продавцов). Вскоре за этим продуктом последовали более амбициозные разработки, но, как правило, он считается началом роста Sony в производственную сверхдержаву.

В течение следующих двух десятилетий транзисторы постепенно заменили более ранние электронные лампы в большинстве приложений, а позже сделали возможным появление многих новых устройств, таких как интегральные схемы и персональные компьютеры.

Шокли, Бардин и Браттейн были удостоены Нобелевской премии по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». Бардин впоследствии получил вторую Нобелевскую премию по физике, один из двух человек, получивших более одного в той же дисциплине, за свою работу по исследованию сверхпроводимости.

В августе 1948 года немецкие физики Герберт Ф. Матаре (1912–) и Генрих Велкер (около 1912–1981), работавшие в Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse в Париже, Франция, подали заявку на патент на усилитель на основе неосновной несущей. процесс впрыска, который они назвали «транзистроном». Поскольку Bell Labs не объявляла о транзисторе публично до июня 1948 года, транзистрон считался разработанным независимо. Матаре впервые наблюдал эффекты крутизны при производстве германиевых дуодиодов для немецкого радиолокационного оборудования во время Второй мировой войны.Транзистроны коммерчески производились для французской телефонной компании и военных, а в 1953 году твердотельный радиоприемник с четырьмя транзистронами был продемонстрирован на Дюссельдорфской радиоярмарке.

Типы

Транзисторы

подразделяются на:

  • Материал полупроводника: германий, кремний, арсенид галлия, карбид кремния
  • Структура: BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, «другие типы»
  • Полярность: NPN, PNP, N-канал, P-канал
  • Максимальная мощность: низкая, средняя, ​​высокая
  • Максимальная рабочая частота: низкая, средняя, ​​высокая, радиочастота (RF), микроволновая печь (максимальная эффективная частота транзистора обозначается термином fT {\ displaystyle f _ {\ mathrm {T}}}, сокращенным от слова «частота перехода.«Частота перехода — это частота, при которой транзистор дает единичное усиление).
  • Применение: переключатель, общего назначения, аудио, высокое напряжение, супер-бета, согласованная пара
  • Физическая упаковка: металл со сквозным отверстием, пластик со сквозным отверстием, поверхностный монтаж, решетка из шариков

Таким образом, конкретный транзистор может быть описан как: кремний, поверхностный монтаж, BJT, NPN, маломощный, высокочастотный переключатель.

Переходный биполярный транзистор

Транзистор с биполярным соединением (BJT) был первым типом транзистора, который производился серийно.Биполярные транзисторы названы так потому, что они проводят с использованием как мажоритарных, так и неосновных носителей. Три клеммы BJT имеют имена эмиттер, база и коллектор. Два p-n перехода существуют внутри BJT: переход база / эмиттер, и переход база / коллектор. BJT обычно описывается как устройство, работающее от тока, потому что ток коллектора / эмиттера регулируется током, протекающим между выводами базы и эмиттера.В отличие от полевого транзистора, BJT представляет собой устройство с низким входным сопротивлением. Из-за этой экспоненциальной зависимости BJT имеет более высокую крутизну, чем FET.

Биполярные транзисторы можно сделать проводящими светом, поскольку поглощение фотонов в основной области генерирует фототок, который действует как базовый ток; ток коллектора примерно в бета раз больше фототока. Устройства, предназначенные для этой цели, имеют в корпусе прозрачное окошко и называются фототранзисторами.

Транзистор полевой

Полевой транзистор (FET), иногда называемый униполярным транзистором , использует для проводимости электроны (N-канальный FET) или дырки (P-канальный FET).Четыре вывода полевого транзистора имеют имена исток, затвор , сток , и корпус (подложка). На большинстве полевых транзисторов корпус подключен к источнику внутри корпуса, и это предполагается в следующем описании.

Напряжение, приложенное между затвором и истоком (корпусом), управляет током, протекающим между стоком и истоком. По мере увеличения напряжения затвор / исток (Vgs) ток стока / истока (Ids) увеличивается параболически.В полевых транзисторах ток стока / истока протекает через проводящий канал около затвора . Этот канал соединяет сток , область с источником , область . Проводимость канала изменяется электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным между выводами затвор / исток. Таким образом регулируется ток, протекающий между стоком и истоком.

Полевые транзисторы

делятся на два семейства: полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET).IGFET более известен как металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) из-за их первоначальной конструкции как слой металла (затвор), слой оксида (изоляция) и слой полупроводника. В отличие от IGFET, затвор JFET образует PN-диод с каналом, который находится между истоком и стоком. Функционально это делает N-канальный полевой транзистор JFET твердотельным эквивалентом триода для электронных ламп, который аналогично образует диод между своей сеткой и катодом. Кроме того, оба устройства работают в режиме истощения , , оба имеют высокий входной импеданс, и оба они проводят ток под контролем входного напряжения.

MESFET — это полевые транзисторы JFET, в которых обратносмещенный PN-переход заменен переходом Шоттки полупроводник-металл. Они, а также HEMFET (полевые транзисторы с высокой подвижностью электронов), в которых для переноса заряда используется двумерный электронный газ с очень высокой подвижностью носителей, особенно подходят для использования на очень высоких частотах (микроволновые частоты; несколько ГГц).

В отличие от биполярных транзисторов, полевые транзисторы не усиливают фототок. Тем не менее, есть способы использовать их, особенно JFET, в качестве светочувствительных устройств, используя фототоки в переходах канал-затвор или канал-тело.

Полевые транзисторы

далее делятся на типы с режимом истощения, и , с режимом улучшения, , в зависимости от того, включен или выключен канал с нулевым напряжением затвор-исток. Для режима улучшения канал отключен при нулевом смещении, и потенциал затвора может «улучшить» проводимость. В режиме истощения канал включен при нулевом смещении, и потенциал затвора (противоположной полярности) может «истощить» канал, уменьшая проводимость. Для любого режима более положительное напряжение затвора соответствует более высокому току для N-канальных устройств и более низкому току для P-канальных устройств.Почти все полевые транзисторы JFET работают в режиме истощения, поскольку диодные переходы имели бы прямое смещение и проводимость, если бы они были устройствами в режиме улучшения; большинство IGFET — это типы расширенного режима.

Другие типы транзисторов

  • Биполярный транзистор с гетеропереходом (HBT) — это усовершенствованный биполярный транзистор (BJT), который может обрабатывать сигналы очень высоких частот до нескольких сотен ГГц. Это распространено в современных сверхбыстрых цепях, в основном в радиочастотных (RF) системах.
  • Однопереходные транзисторы могут использоваться как простые генераторы импульсов.Они состоят из основного корпуса полупроводника P-типа или N-типа с омическими контактами на каждом конце (клеммы Base1 и Base2 ). Переход с полупроводником противоположного типа формируется в точке по длине корпуса для третьего вывода (эмиттер).
  • полевые транзисторы с двумя затворами имеют один канал с двумя затворами в каскоде; конфигурация, оптимизированная для высокочастотных усилителей, смесителей и генераторов.
  • Матрицы транзисторов используются для приложений общего назначения, генерации функций и малошумящих усилителей.Они включают в себя два или более транзисторов на общей подложке для обеспечения точного согласования параметров и теплового отслеживания, характеристик, которые особенно важны для усилителей с длинными хвостовиками.
  • Транзисторы Дарлингтона
  • содержат биполярный транзистор средней мощности, подключенный к силовому биполярному транзистору. Это обеспечивает высокий коэффициент усиления по току, равный произведению коэффициентов усиления по току двух транзисторов. Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования.
  • Биполярный транзистор
  • с изолированным затвором (IGBT-транзистор) использует IGFET средней мощности, аналогично подключенный к силовому BJT, чтобы обеспечить высокий входной импеданс.Силовые диоды часто подключаются между определенными клеммами в зависимости от конкретного использования. БТИЗ особенно подходят для тяжелых промышленных приложений.
  • Одноэлектронные транзисторы (SET) состоят из островка затвора между двумя туннельными переходами. Туннельный ток регулируется напряжением, подаваемым на затвор через конденсатор. [1] [2]
  • Наножидкостный транзистор Управляйте движением ионов через субмикроскопические каналы, заполненные водой. Нанофлюидный транзистор — основа будущих химических процессоров.
  • В триггерных транзисторах
  • (прототип от Intel, также известные как трехмерные транзисторы) используется один затвор, который уложен поверх двух вертикальных затворов, что позволяет электронам перемещаться по поверхности в три раза больше.
  • Транзисторы
  • Avalanche могут переключать очень высокие токи с временем нарастания и спада менее наносекунд (время перехода).
  • Баллистический транзистор, Электроны проносятся сквозь лабиринт.
  • Спиновые транзисторы являются магниточувствительными устройствами.
  • Тонкопленочные транзисторы используются в ЖК-дисплеях.
  • Транзисторы с плавающим затвором используются для энергонезависимой памяти.
  • Фототранзисторы реагируют на свет
  • Полевой транзистор Inverted-T, часть устройства проходит вертикально из горизонтальной плоскости в виде перевернутой T-образной формы, отсюда и название.
  • Ионно-чувствительные полевые транзисторы для измерения концентрации ионов в растворе.
  • FinFET Область истока / стока образует ребра на поверхности кремния.
  • Эпитаксальный диодный полевой транзистор с быстрым реверсом FREDFET
  • Полевой транзистор EOSFET электролит-оксид-полупроводник (нейрочип)

Полупроводниковые материалы

Первые БЮТ были сделаны из германия (Ge), и некоторые мощные типы до сих пор. Типы кремния (Si) в настоящее время преобладают, но в некоторых усовершенствованных микроволновых и высокопроизводительных версиях теперь используются составной полупроводник , арсенид галлия (GaAs) и полупроводниковый сплав , кремний-германий (SiGe).Одноэлементные полупроводниковые материалы (Ge или Si) описываются как «элементные».

Упаковка

Транзисторы со сквозным отверстием (сантиметровая рулетка) Транзисторы

выпускаются в разных корпусах (микросхемах). Две основные категории: для сквозного монтажа (или с выводами ) и для поверхностного монтажа, , также известное как устройство для поверхностного монтажа (технология поверхностного монтажа, SMD). «Ball grid array» (BGA) — это новейший корпус для поверхностного монтажа (в настоящее время только для больших транзисторных матриц).Он имеет припойные «шарики» на нижней стороне вместо выводов. Поскольку они меньше по размеру и имеют более короткие межсоединения, SMD имеют лучшие высокочастотные характеристики, но более низкую номинальную мощность.

Корпуса транзисторов изготавливаются из стекла, металла, керамики или пластика. Пакет часто диктует номинальную мощность и частотные характеристики. Силовые транзисторы имеют большие корпуса, которые можно прикрепить к радиаторам для улучшения охлаждения. Кроме того, у большинства силовых транзисторов коллектор или сток физически соединены с металлической банкой / металлической пластиной.С другой стороны, некоторые «микроволновые» транзисторы для поверхностного монтажа размером с песчинки.

Часто транзисторы определенного типа доступны в разных корпусах. Пакеты транзисторов в основном стандартизированы, но назначение функций транзистора клеммам нет: разные типы транзисторов могут назначать разные функции клеммам корпуса. Назначение выводов может меняться даже для одного и того же типа транзистора (обычно обозначается буквой суффикса к номеру детали, например, BC212L и BC212K).

Использование

На заре разработки схем транзисторов биполярный переходной транзистор (или BJT) был наиболее часто используемым транзистором. Даже после того, как полевые МОП-транзисторы стали доступны, BJT оставался предпочтительным транзистором для цифровых и аналоговых схем из-за простоты их изготовления и скорости. Однако полевой МОП-транзистор имеет несколько желаемых свойств для цифровых схем, и крупные достижения в области цифровых схем подтолкнули конструкцию МОП-транзистора к современному уровню техники. MOSFET теперь широко используются как для аналоговых, так и для цифровых функций.

Переключатели

Транзисторы

обычно используются в качестве электронных переключателей как для приложений большой мощности, включая импульсные источники питания, так и для приложений с низким энергопотреблением, таких как логические вентили.

Усилители

От мобильных телефонов до телевизоров — огромное количество товаров включает усилители для воспроизведения звука, радиопередачи и обработки сигналов. Первые дискретные транзисторные усилители звука едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и точность воспроизведения звука постепенно увеличивались по мере появления лучших транзисторов и развития архитектуры усилителя.

Транзисторы обычно используются в усилителях современных музыкальных инструментов, где схемы мощностью до нескольких сотен ватт являются обычными и относительно дешевыми. Транзисторы в значительной степени заменили клапаны в инструментальных усилителях. Некоторые производители усилителей для музыкальных инструментов смешивают в одной цепи транзисторы и вакуумные лампы, чтобы использовать преимущества обоих устройств.

Компьютеры

Электронные компьютеры «первого поколения» использовали вакуумные лампы, которые выделяли большое количество тепла, были громоздкими и ненадежными.Разработка транзистора была ключом к миниатюризации и надежности компьютера. Компьютеры «второго поколения», существовавшие в конце 1950-х и 1960-х годах, имели платы, заполненные отдельными транзисторами и сердечниками магнитной памяти. Впоследствии транзисторы, другие компоненты и их необходимая проводка были объединены в единый массовый компонент: интегральную схему. Транзисторы, встроенные в интегральные схемы, заменили большинство дискретных транзисторов в современных цифровых компьютерах.

Важность

Транзистор считается одним из величайших изобретений в современной истории, по важности он уступает печатному станку, автомобилю и телефону. Это ключевой активный компонент практически во всей современной электронике. Его важность в современном обществе основывается на его способности массового производства с использованием высокоавтоматизированного процесса (изготовления), который позволяет достичь исчезающе низких затрат на транзистор.

Хотя миллионы отдельных (известных как дискретных ) транзисторов все еще используются, подавляющее большинство транзисторов изготовлено в виде интегральных схем (часто сокращенно IC и также называемых микрочипами или просто микросхемами ) вместе с диодами. , резисторы, конденсаторы и другие электронные компоненты для изготовления законченных электронных схем.Логический вентиль состоит примерно из двадцати транзисторов, тогда как усовершенствованный микропроцессор, по состоянию на 2006 год, может использовать до 1,7 миллиарда транзисторов (MOSFET) [3].

Низкая стоимость, гибкость и надежность транзистора сделали его универсальным устройством для немеханических задач, таких как цифровые вычисления. Транзисторные схемы также заменили электромеханические устройства для управления приборами и механизмами. Часто дешевле и эффективнее использовать стандартный микроконтроллер и написать компьютерную программу для выполнения функции управления, чем разработать эквивалентную функцию механического управления.

Из-за низкой стоимости транзисторов и, следовательно, цифровых компьютеров, существует тенденция к оцифровке информации. С цифровыми компьютерами, предлагающими возможность быстро находить, сортировать и обрабатывать цифровую информацию, все больше и больше усилий прилагается к тому, чтобы сделать информацию цифровой. В результате сегодня большая часть мультимедийных данных доставляется в цифровой форме, а затем конвертируется и представляется в аналоговой форме компьютерами. Сферы, на которые повлияла цифровая революция, включают телевидение, радио и газеты.

Преимущества транзисторов перед лампами

До разработки транзисторов электронные лампы (или в Великобритании термоэмиссионных клапанов или просто клапанов ) были основными активными компонентами в электронном оборудовании. Ключевые преимущества, которые позволили транзисторам заменить своих предшественников на электронных лампах в большинстве приложений:

  • Меньший размер (несмотря на продолжающуюся миниатюризацию электронных ламп)
  • Высокоавтоматизированное производство
  • Снижение затрат (при серийном производстве)
  • Более низкие возможные рабочие напряжения (но вакуумные лампы могут работать и при более высоких напряжениях)
  • Без периода прогрева (большинству электронных ламп для правильной работы требуется от 10 до 60 секунд)
  • Меньшее рассеивание мощности (отсутствие мощности нагревателя, очень низкое напряжение насыщения)
  • Более высокая надежность и большая физическая прочность (хотя вакуумные лампы более прочны в электрическом отношении.Также вакуумная трубка намного более устойчива к ядерным электромагнитным импульсам (NEMP) и электростатическому разряду (ESD))
  • Значительно более длительный срок службы (катоды вакуумных ламп в конечном итоге израсходуются, и вакуум может загрязняться)
  • Доступны дополнительные устройства (допускающие схемы с комплементарной симметрией : вакуумные лампы с полярностью, эквивалентной PNP BJT или полевым транзисторам P-типа, недоступны)
  • Способность управлять большими токами (доступны силовые транзисторы для управления сотнями ампер, электронные лампы для управления даже одним ампером большие и дорогостоящие)
  • Гораздо менее микрофонный (вибрация может модулировать характеристики вакуумной лампы, хотя это может способствовать звучанию гитарных усилителей)

« Природа ненавидит вакуумную лампу » Майрон Гласс (см. John R.Пирс), Bell Telephone Laboratories, около 1948 года.

Галерея

Широкий спектр транзисторов доступен с 1960-х годов, и производители постоянно вводят улучшенные типы. Ниже приведены несколько примеров из основных семейств. Если не указано иное, все типы изготавливаются из кремниевых полупроводников. Дополнительные пары показаны как канал NPN / PNP или N / P. Ссылки ведут к таблицам данных производителя, которые находятся в формате PDF. (В некоторых таблицах данных точность указанной категории транзисторов вызывает споры.)

  • 2N3904 / 2N3906, BC182 / BC212 и BC546 / BC556: универсальные, BJT, универсальные, маломощные, дополнительные пары. У них есть пластиковые корпуса, и они стоят примерно десять центов США в небольших количествах, что делает их популярными среди любителей.
  • AF107: Германий, 0,5 Вт, 250 МГц PNP BJT.
  • BFP183: Низкое энергопотребление, микроволновая печь 8 ГГц, NPN BJT.
  • LM394: «пара суперматч» с двумя NPN BJT на одной подложке.
  • 2N2219A / 2N2905A: BJT, общего назначения, средней мощности, дополнительная пара.В металлических корпусах они рассчитаны примерно на один ватт.
  • 2N3055 / MJ2955: В течение многих лет уважаемый NPN 2N3055 был «стандартным» силовым транзистором. Его дополнение, PNP MJ2955, прибыло позже. Эти BJT 1 МГц, 15 А, 60 В, 115 Вт используются в усилителях мощности звука, источниках питания и системах управления.
  • 2SC3281 / 2SA1302: Эти BJT, изготовленные Toshiba, имеют характеристики с низким уровнем искажений и используются в мощных усилителях звука. Они широко подделывались [4].
  • BU508: NPN, питание 1500 В, BJT. Разработанный для горизонтального отклонения телевизоров, его способность к высоковольтному напряжению также делает его пригодным для использования в системах зажигания.
  • MJ11012 / MJ11015: 30 А, 120 В, 200 Вт, дополнительная пара BJT Дарлингтона большой мощности. Используется в усилителях звука, управлении и переключении мощности.
  • 2N5457 / 2N5460: JFET (режим истощения), общего назначения, малой мощности, комплементарная пара.
  • BSP296 / BSP171: IGFET (режим улучшения), средняя мощность, почти комплементарная пара.Используется для преобразования логического уровня и управления силовыми транзисторами в усилителях.
  • IRF3710 / IRF5210: IGFET (режим улучшения), 40 А, 100 В, 200 Вт, пара, близкая к комплементарной. Для мощных усилителей и переключателей мощности, особенно в автомобилях.

См. Также

  • Электронные компоненты
  • Полупроводник
  • Ленточный зазор
  • Крутизна
  • Трансрезистанс
  • Очень крупномасштабная интеграция
  • Количество транзисторов
  • Закон Мура

Список литературы

Книги

  • Амос, С.W. & M. R. Джеймс. Принципы транзисторных схем. Баттерворт-Хайнеманн, 1999. ISBN 0750644273
  • Карсон, Ральф С. Принципы прикладной электроники. Бью-Йорк: Макгроу – Хилл 1961.
  • Горовиц, Пол и Уинфилд Хилл. Искусство электроники. Cambridge University Press, 1989.

ISBN 0521370957

  • Риордан, Майкл и Ходдесон, Лилиан. Хрустальный огонь. W.W Norton & Company, Limited.1998. ISBN 0393318516 Изобретение транзистора и рождение информационного века
  • Уорнес, Лайонел. Аналоговая и цифровая электроника. Macmillan Press Ltd. 1998. ISBN 0333658205

Прочие

  • Роберт Г. Арнс (октябрь 1998 г.). Другой транзистор: ранняя история металлооксидного полупроводникового полевого транзистора. [5] Журнал технических наук и образования 7 (5): 233-240 ISSN 0963-7346
  • Armand Van Dormael.»Французский транзистор» Труды конференции IEEE 2004 г. по истории электроники, Блетчли-Парк, июнь 2004 г. [6].
  • Герберт Ф. Матаре, изобретатель транзистора, настал момент. 24 февраля 2003 г. The New York Times . [7].
  • Майкл Риордан. Как Европа упустила транзистор.

IEEE Spectrum 42 (11) (ноябрь 2005 г.): 52–57 ISSN | 0018-9235

  • К. Д. Ренмор. 1980 «Кремниевые чипы и ты». Полное руководство по полупроводниковым приборам, 2-е издание.Wiley-IEEE Press.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 25 марта 2020 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Типы транзисторов

по способу изготовления —

Биполярный переходной транзистор (BJT) является продолжением PN-диода.Это трехслойный полупроводниковый прибор с двумя переходами. Кроме того, это биполярное устройство, то есть ток переносится двумя типами носителей заряда, а именно электронами и дырками, и поэтому устройство называется биполярными переходными транзисторами. BJT в основном используется как усилитель, то есть как схема для усиления или увеличения величины периодического или апериодического напряжения или тока.

Переходный транзистор может быть типа PNP или типа NPN и может быть изготовлен из германия или кремния. Транзистор PNP состоит из кристалла кремния (или германия), в котором тонкий слой кремния n-типа зажат между двумя слоями кремния p-типа.С другой стороны, NPN-транзистор состоит из кристалла кремния (или германия), в котором тонкий слой кремния p-типа зажат между двумя слоями кремния n-типа.

Типы транзисторов по способу изготовления

Тип транзисторов: В зависимости от способа изготовления транзисторы можно разделить на следующие пять категорий:

  • Выросшие переходные транзисторы
  • Транзисторы с плавким переходом типа сплава
  • Транзисторы с диффузным переходом
  • Эпитаксиальные планарные транзисторы
  • Транзисторы

Выросший транзистор | Типы транзисторов по способу построения

На рис. 1 и 2 показаны, соответственно, трехмерное и двумерное изображения основного транзистора PNP с выращенным переходом.Такой транзистор формируется путем сначала выращивания кристалла Ge (или Si) p-типа из расплава Ge (или Si). Позже тип примеси меняется на примесь n-типа путем добавления в расплав примеси n-типа в достаточно большом количестве, и после очень небольшого интервала времени снова примесь p-типа снова изменяется на примесь p-типа путем добавления достаточного количества p- тип примеси. Таким образом, образуется очень тонкий слой полупроводника n-типа, зажатый между материалами p-типа с обеих сторон. Тонкая центральная секция называется базой, а концевые секции составляют эмиттер и коллектор.Базовая область очень тонкая,

или меньше. Формируются два перехода: переход эмиттер-база или просто переход эмиттер J E и переход коллектор-база или просто переход коллектор J C .

Непрерывно большой кристалл, образованный из расплава, разрезают на большое количество маленьких тонких срезов постоянной ширины путем разрезания по плоскостям, перпендикулярным плоскостям стыков. Затем каждый срез разрезают перпендикулярно поверхности среза, в результате чего получается ряд полупроводниковых стержней прямоугольных секций.Каждая такая полоса содержит все три области и два перехода и в конечном итоге образует выросший транзистор с переходом. Каждая планка отполирована и протравлена. Непрямые электроды нанесены на каждый конец стержня, а к концевым электродам прикреплены провода или выводы, которые образуют выводы эмиттера и коллектора. Точно так же поводки крепятся к тонкой цоколе цоколя. Затем вся сборка протравливается и покрывается влагостойкой смазкой, устанавливается в подходящую механическую конструкцию и затем герметично закрывается небольшой стеклянной оболочкой с выводами, проходящими через ножку.Непрозрачная краска обычно наносится на внешнюю сторону стеклянной оболочки, чтобы исключить падающий свет.

На рисунке 3 показаны условные обозначения для транзисторов PNP и NPN, применимые ко всем типам транзисторов, независимо от метода их изготовления. Толстая горизонтальная линия представляет собой базу, а две наклонные линии представляют эмиттер и коллектор. Эмиттер обозначается стрелкой, расположенной на наклонной линии. Направление стрелки указывает направление обычного электрического тока с прямым смещением эмиттера.Таким образом, в транзисторе PNP дырки перетекают из эмиттера в базовую область. Направление обычного электрического тока также от эмиттера к базе. Следовательно, в обозначении транзистора PNP стрелка на эмиттерном электроде указывает на базу, как показано на рисунке 3 (a). В NPN-транзисторе, с другой стороны, электроны перетекают из эмиттера в базу, а обычный электрический ток течет из базы в эмиттер. Следовательно, в символе NPN-транзистора стрелка на эмиттерном электроде указывает в сторону от базы, как показано на рисунке 3 (b).Иногда буквы E, B и C добавляются, как показано на рисунке 15, для обозначения эмиттера, базы и коллектора соответственно. Кроме того, иногда весь символ заключен в кружок, как показано.

Транзистор из сплава (или с плавким переходом) | Типы транзисторов по способу построения

На рисунке 4 показана структура PNP-транзистора с плавким переходом. Он в основном состоит из тонкой небольшой пластины из Ge (или Si) с тонкими поддонами некоторой легирующей примеси p-типа, обычно легированной индием, с обеих сторон, образующих эмиттер и коллектор.Поддон-коллектор примерно в 3 раза больше поддона-эмиттера. Затем эту сборку нагревают примерно до 500 0 ° C в атмосфере водорода. При этой температуре плавится индиевый поддон (точка плавления 155 0 ° C). Однако Ge не плавится, поскольку его температура плавления выше 500 0 ° C. Расплавленный индий растворяет часть Ge из пластины и образует насыщенный раствор. При охлаждении раствор перекристаллизуется с образованием Ge p-типа на границе твердое тело-жидкость. При дальнейшем охлаждении остальной индий затвердевает.Выводы припаяны к индиевым поддонам, образующим выводы эмиттера и коллектора. Контакт с основанием осуществляется путем приваривания полосы или петли из позолоченной проволоки к опорной пластине. Полученная сборка образует pnp-транзистор с двумя переходами на противоположных сторонах пластины Ge. Расстояние между переходами внутри основной пластины чрезвычайно мало, несколько мил, и это формирует толщину основы. Эта эффективная толщина основания зависит от температуры, до которой нагревается сборка, и от продолжительности нагрева.

Затем вся сборка протравливается для удаления поверхностных загрязнений, покрывается влагостойкой смазкой, устанавливается в механическую конструкцию и запечатывается внутри стеклянной оболочки с выводами, выведенными снизу. Непрозрачная краска обычно наносится на внешнюю поверхность стеклянной оболочки, чтобы избежать падающего света.

Транзистор с диффузным переходом | Типы транзисторов по способу построения

На рис. 5 показана базовая структура транзистора с диффузным переходом.Тонкий слой SiO 2 подвергается термическому воздействию на верхнюю поверхность небольшого (1,5 мм x 1,5 мм) кремниевого кристалла толщиной обычно 0,3 мм. Слой SiO 2 подвергается фототравлению для формирования маски, и диффузия p-типа разрешена через отверстие в маске SiO 2 . Для этого процесса диффузии кремниевую пластину помещают в печь при температуре 1000 0 ° C в газовой атмосфере с высокой концентрацией бора. На поверхности пластины возникает резкий градиент концентрации примесей, и, следовательно, бор диффундирует в пластину Si.

При этой высокой температуре (1000 0 C) несколько атомов Si выходят из узлов своей решетки, оставляя вакансии для движения примесных атомов бора. Опять же, слой SiO 2 термически выращивается наверху и фото- травленый. Диффузия эмиттера (n-типа) осуществляется через отверстие в слое SiO 2 , в результате чего образуется небольшая область n-типа. Полученное основание p-типа имеет очень маленькую ширину

или меньше. Наконец, свежий слой SiO 2 термически выращивается, фототравливается, и алюминиевые контакты проходят через отверстие для выводов эмиттера и базы, в результате получается структура, показанная на рисунке 5.На дне пластины образуется металлический слой, к которому присоединяется коллекторный вывод.

Эпитаксиальный транзистор-планировщик | Типы транзисторов по способу построения

На рисунке 6 показана базовая структура. Здесь очень тонкий монокристаллический слой высокой чистоты обычно Si n-типа выращивают на сильно легированной подложке из того же материала. Эта полная структура затем образует коллектор n-типа, на котором последовательно рассеиваются области основания p-типа и эмиттерные области n-типа. Использование тонкого эпитаксиального слоя коллектора с высоким сопротивлением приводит к (i) увеличению напряжения пробоя и, следовательно, увеличению рабочего напряжения и (ii) снижению тока базы.Дальнейшее уменьшение площади базы и эмиттера приводит к более высокому верхнему пределу частоты и сокращению времени переключения.

Разное. Транзисторы | Типы транзисторов по способу построения

В некоторых случаях вышеупомянутые методы можно комбинировать. Таким образом, у нас могут быть транзисторы следующих типов: (i) диффузный разрешающий тип (ii) выращенный-диффузионный тип (iii) разрешающий эмиттерно-эпитаксиальный базовый тип и т. Д.

Интересно отметить, что самые ранние транзисторы, которые были разработаны, были точечными, контактными транзисторами.Транзистор с точечным контактом состоит из двух заостренных вольфрамовых проволок, прижимающихся к полупроводниковой пластине. Такие транзисторы страдают низкой надежностью и воспроизводимостью. Следовательно, такие транзисторы больше не используются в коммерческих целях.

Какие типы транзисторов?

Какие типы транзисторов?

Транзисторы в основном делятся на два типа. Это: биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET).BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP. Полевые транзисторы подразделяются на JFET и MOSFET.

В чем разница между PNP и NPN?

Одно из основных различий между транзисторами NPN и PNP заключается в том, что в транзисторе NPN ток протекает между коллектором и эмиттером, когда положительное питание подается на базу, тогда как в транзисторе PNP носитель заряда течет от эмиттера к коллектору при отрицательном поставка отдана на базу.

Какие два типа транзисторов?

Базовая электроника — Типы транзисторов

  • Первичный транзистор — биполярный транзистор, а полевой транзистор — это современная версия транзистора.Давайте посмотрим на BJT.
  • Типы BJT — транзисторы NPN и PNP.
  • Полевой транзистор является униполярным устройством, что означает, что он изготовлен с использованием материала p-типа или n-типа в качестве основной подложки.
  • Источник.

Почему мы используем транзистор?

Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии. Поскольку управляемая (выходная) мощность может быть выше управляющей (входной) мощности, транзистор может усиливать сигнал.

Сколько существует типов BJT?

Биполярный транзистор (bipolar junction transistor: BJT) состоит из трех полупроводниковых областей, образующих два перехода. Есть два типа структуры: npn и pnp. Доступны изделия с npn до 800 В и pnp до -600 В.

Какие бывают 2 типа BJT?

Существует два основных типа конструкции биполярного транзистора, PNP и NPN, которые в основном описывают физическое устройство полупроводниковых материалов P-типа и N-типа, из которых они сделаны.

Какой тип BJT лучше?

Также в полупроводниках p-типа легирование эмиттера будет выше. Обычно мы должны делать это с Бором. Теперь у Боронна высокий коэффициент несоответствия, что приведет к низкой электронной активности. Следовательно, мы больше используем npn bjt.

В чем разница между BJT и FET?

BJT и FET — электронные устройства. Основное различие между BJT и FET заключается в том, что биполярный переходной транзистор является биполярным устройством управления током, а полевой транзистор (полевой транзистор) является однопереходным транзистором.Это устройство контроля напряжения.

В чем разница между транзистором и полевым транзистором?

Основное различие между BJT и FET заключается в том, что в полевом транзисторе только основной заряд переносит потоки, тогда как в BJT потоки как основных, так и неосновных носителей заряда… .Разница между BJT и FET.

BJT полевой транзистор
BJT усиление больше Коэффициент усиления полевого транзистора меньше
Его выходной импеданс высокий из-за высокого усиления Низкое выходное сопротивление из-за низкого усиления

Сколько существует типов полевых транзисторов?

Существует два типа полевых транзисторов: Junction Field-Effect Transistor (JFET) и полевой транзистор «Metal-Oxide Semiconductor» (MOSFET) или полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET).

В чем разница между транзистором и БЮТ?

Первый тип транзистора — это BJT (Bipolar Junction Transistor) и MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) — еще один тип транзистора, представленный позже… Различия между BJT и MOSFET.

BJT МОП-транзистор
Входное сопротивление BJT низкое. Входное сопротивление полевого МОП-транзистора высокое.

Могу ли я заменить IGBT на Mosfet?

Из-за более высокой используемой плотности тока IGBT, он обычно может выдерживать в два-три раза больше тока, чем типичный MOSFET, который он заменяет.Это означает, что одно устройство IGBT может заменить несколько полевых МОП-транзисторов при параллельной работе или любой из доступных сегодня сверхбольших полевых МОП-транзисторов с одинарной мощностью.

Биполярный переходной транзистор (BJT) — Работа, типы и применение

BJT — Биполярный переходный транзистор — Конструкция, работа, типы и применение

История

Биполярный переходный транзистор (BJT) был изобретен Уильямом Шокли и Джон Бардин.Первый транзистор был изобретен 70 лет назад, но до сих пор он изменил мир с загадочных больших компьютеров на маленькие смартфоны. Изобретение транзистора изменило представление об электрических цепях до интегральных схем (ИС). В настоящее время использование BJT сокращается, поскольку технология CMOS использовалась при разработке цифровых ИС.

Полезно знать: Название Transistor происходит от комбинации двух слов, например: Transfer и Resistance = Transistor .Другими словами, транзистор передает сопротивление от одного конца к другому. Короче говоря, транзистор имеет высокое сопротивление на входе и низкое сопротивление на выходе.

Что такое биполярный транзистор ?

Транзистор с биполярным соединением (BJT) — это двунаправленное устройство, в котором в качестве носителей заряда используются электрона и дырки . В то время как униполярный транзистор, то есть полевой транзистор , использует только один тип носителя заряда.BJT — это устройство, управляемое током. Ток течет от эмиттера к коллектору или от коллектора к эмиттеру в зависимости от типа подключения. Этот основной ток контролируется очень небольшим током на клемме базы.

Конструкция

Биполярный переходной транзистор образован комбинацией двух последовательно легированных полупроводниковых материалов. Другими словами, BJT образован «сэндвичем» из двух сторонних полупроводниковых материалов.Эти внешние полупроводники представляют собой диоды с PN переходом. Два диода PN-перехода соединены вместе, образуя трехконтактное устройство, известное как BJT-транзистор . BJT — трехполюсное устройство с двумя переходами.

После легирования собственного полупроводника трехвалентными или пятивалентными примесями получается полупроводник P-типа или полупроводник N-типа соответственно. Если количество электронов больше, чем количество дырок (положительные носители), то это известно как полупроводниковый материал N-типа.В то время как в полупроводнике P-типа количество дырок больше, чем количество электронов. Когда материал P-типа и N-типа соединяются вместе, он становится диодом с PN-переходом . Биполярные транзисторы образуются после соединения двух PN-переходов спина к спине. Эти транзисторы известны как биполярные транзисторы PNP или NPN , в зависимости от того, являются ли они зажатыми между собой.

В основном транзисторы имеют три части и два перехода.Эти три части называются Emitter , Collector, и Base . Эмиттер и коллектор помещают основание между ними. Средняя часть (основание) образует два перехода с эмиттером и коллектором. Соединение базы с эмиттером известно как соединение эмиттер-база , в то время как соединение базы с коллектором известно как соединение коллектор-база .

Клеммы BJT

Есть три клеммы BJT.Эти клеммы известны как коллектор , эмиттер и база . Эти терминалы кратко обсуждаются здесь.

Эмиттер

Эмиттер — это часть на одной стороне транзистора, которая испускает электроны или дырки в две другие части. База всегда имеет обратное смещение по отношению к эмиттеру, так что она может излучать большое количество основных несущих . Это наиболее сильно легированная область БЮТ. Переход эмиттер-база всегда должен иметь прямое смещение в транзисторах PNP и NPN.Эмиттер подает электроны к переходу эмиттер-база в NPN, в то время как он подает дырки в тот же переход в транзисторе PNP.

Коллектор

Часть на противоположной стороне эмиттера, которая собирает эмитированные носители заряда (т.е.электроны или дырки), известна как коллектор . Коллектор сильно легирован, но уровень легирования коллектора находится между слабым уровнем легирования базы и сильнолегированным уровнем эмиттера. Коллектор-база всегда должен иметь обратное смещение в транзисторах PNP и NPN.Причиной обратного смещения является удаление носителей заряда (электронов или дырок) из перехода коллектор-база. Коллектор NPN-транзистора собирает электроны, испускаемые эмиттером. Находясь в транзисторе PNP, он собирает дыры, испускаемые эмиттером.

База

База представляет собой среднюю часть между коллектором и эмиттером и образует между ними два PN-перехода. Основание — это наиболее слаболегированная часть БЮТ. Средняя часть БЮТ позволяет ему управлять потоком носителей заряда между эмиттером и коллектором.Переход база-коллектор показывает высокое сопротивление, потому что это соединение с обратным смещением.

Тип BJT

Это трехуровневое устройство, образованное встречным соединением, имеет определенные имена. Это может быть погода PNP или NPN . Оба соединения здесь ненадолго не используются.

Конструкция PNP

В биполярном транзисторе PNP полупроводник N-типа зажат между двумя полупроводниками P-типа. Транзисторы PNP могут быть сформированы путем соединения катодов двух диодов.Катоды диодов соединены вместе в общей точке, известной как база . В то время как аноды диодов, которые находятся на противоположных сторонах, известны как коллектор и эмиттер .

Переход эмиттер-база имеет прямое смещение, а переход коллектор-база — обратное смещение. Итак, в типе PNP ток течет от эмиттера к коллектору. Эмиттер в этом случае имеет высокий потенциал как по отношению к коллектору, так и по отношению к базе.

NPN Construction

Тип NPN прямо противоположен типу PNP.В биполярном транзисторе NPN полупроводник P-типа зажат между двумя полупроводниками N-типа. Когда аноды двух диодов соединены вместе, он образует NPN-транзистор. Ток будет течь от коллектора к эмиттеру, потому что вывод коллектора более положительный, чем эмиттер в NPN-соединении.

Разница между символами PNP и NPN — это стрелка на эмиттере, которая показывает направление протекания тока. Ток будет течь либо от эмиттера к коллектору, либо от коллектора к эмиттеру.Стрелка на PNP-транзисторе направлена ​​внутрь, что показывает протекание тока от эмиттера к коллектору. В случае коллектора NPN стрелка направлена ​​наружу, что показывает поток тока от коллектора к эмиттеру.

Связанное сообщение: Что такое транзистор NPN? Конструкция, работа и применение BJT

Работа BJT

Слово «транзистор» представляет собой комбинацию двух слов: «Trans» (преобразование) и «istor» (варистор).Значит, транзистор может изменять свое сопротивление. Сопротивление изменяется таким образом, что оно может действовать как изолятор или проводник, подавая слабый сигнал напряжения. Эта способность к изменению позволяет ему работать как «усилитель » или «коммутатор ». Его можно использовать либо как переключатель, либо как усилитель одновременно. Следовательно, для выполнения указанной операции BJT может работать в трех разных регионах.

Активная область:

В активной области один из переходов находится в прямом смещении, а другой — в обратном.Здесь базовый ток I b может использоваться для управления величиной тока коллектора I c . Следовательно, активная область используется для целей усиления, где BJT действует как усилитель с коэффициентом усиления β , используя уравнение;

i c = β x I b

Он также известен как линейная область . Эта область находится между областью отсечки и областью насыщения .В этой области происходит нормальная работа БЮТ.

Область насыщения:

В области насыщения оба перехода BJT находятся в прямом смещении. Эта область используется для включенного состояния переключателя, где;

i c = i sat

I sat — это ток насыщения, и это максимальная величина тока, протекающего между эмиттером и коллектором, когда BJT находится в области насыщения. Поскольку оба перехода находятся в прямом смещении, BJT действует как короткое замыкание.

Область отсечки:

В области отсечки оба соединения BJT имеют обратное смещение. Здесь BJT работает как выключенное состояние переключателя, где

i c = 0

Работа в этой области полностью противоположна области насыщения. Внешние источники питания не подключены. Нет тока коллектора и, следовательно, нет тока эмиттера. В этом режиме транзистор действует как выключенное состояние переключателя. Этот режим достигается за счет уменьшения базового напряжения ниже напряжения эмиттера и коллектора.

V be <0,7

Принцип работы BJT

BJT имеет два соединения, образованных комбинацией двух стыковых PN-переходов. переход база-эмиттер (BE) — это прямое смещение, а коллектор-эмиттерный переход (CE), — обратное смещение. В BE-переходе потенциальный барьер уменьшается при прямом смещении. Итак, электроны начинают течь от вывода эмиттера к выводу базы. Поскольку база является слабо легированной клеммой, очень небольшое количество электронов из клеммы эмиттера объединяется с отверстиями на клемме базы.Из-за комбинации электронов и дырок начнет течь ток от клеммы базы, известный как Базовый ток (i b ) . Базовый ток составляет только 2% от тока эмиттера I e , в то время как оставшиеся электроны будут течь из коллекторного перехода обратного смещения, известного как Коллекторный ток ( i c ). Полный ток эмиттера будет комбинацией тока базы и тока коллектора, заданной формулой;

i e = i b + i c

Где i e приблизительно равно i c , потому что I b составляет почти 2% от I C .

Конфигурация BJT

BJT — это трехконтактное устройство, поэтому существует три возможных способа подключения BJT в цепи, при этом одна клемма является общей среди других. Другими словами, один терминал является общим для входа и выхода. Каждое соединение по-разному реагирует на входной сигнал, как показано в таблице ниже.

6 Высокий
Конфигурации Коэффициент усиления по напряжению Коэффициент усиления по току Коэффициент усиления по мощности Входное сопротивление Выходное сопротивление Фазовый сдвиг
Конфигурация с общей базой Низкий Очень высокий 0 градусов
Общая конфигурация эмиттера Средняя Средняя Высокая Средняя Высокая 180 градусов
Низкая Конфигурация с общим коллектором Низкая Конфигурация с общим коллектором Низкая Высокий Низкий 0 градусов
Общая базовая конфигурация:

В общей базовой конфигурации базовая клемма является общей между входными и выходными сигналами.Входной сигнал подается между базой и выводом эмиттера, а выходной сигнал — между базой и выводом коллектора.

Выходной сигнал на стороне коллектора меньше входного сигнала на эмиттере. Таким образом, его коэффициент усиления меньше 1. Другими словами, он « ослабляет» сигнал.

Он имеет неинвертирующий выход, что означает, что и входные, и выходные сигналы синфазны . Этот тип конфигурации обычно не используется из-за высокого коэффициента усиления по напряжению.

Из-за очень высокочастотной характеристики эта конфигурация используется для одноступенчатого усилителя. Эти одноступенчатые усилители можно использовать как усилитель радиочастоты, микрофонный предусилитель.

Коэффициент усиления общей базовой конфигурации

Rain L / R в
Коэффициент усиления по напряжению
Коэффициент усиления по току I c / i e

Общая конфигурация эмиттера

Как следует из названия, в общем эмиттере эмиттер является общим между входом и выходом.Входной сигнал применяется между базой и эмиттером, а выходной — между коллектором и эмиттером. Это можно просто распознать, взглянув на схему. Если эмиттер заземлен, а вход и выход снимаются с базы и коллектора соответственно.

Эта конфигурация имеет максимальный коэффициент усиления по току и прирост мощности среди всех трех конфигураций. Причина в том, что вход находится в переходе с прямым смещением, поэтому его входное сопротивление очень низкое ().В то время как выход берется из перехода обратного смещения, поэтому его выходное сопротивление очень высокое.

Ток эмиттера в этой конфигурации равен сумме токов базы и коллектора. Задано в уравнении как;

I e = i c + i b

Где i e — ток эмиттера

Эта конфигурация имеет высокий коэффициент усиления по току, который составляет i c / i b . Причина такого огромного увеличения тока в том, что сопротивление нагрузки последовательно соединено с коллектором. Из уравнения видно, что незначительное увеличение базового тока приведет к чрезвычайно высокому току на выходной стороне.

Эта конфигурация действует как инвертирующий усилитель, в котором выходной сигнал полностью противоположен по полярности входному сигналу. Следовательно, он сдвигает выходной сигнал на 180 ° по отношению к входному сигналу.

Конфигурация с общим коллектором

Конфигурация с общим коллектором, известная как повторитель напряжения или эмиттерный повторитель , имеет заземленный коллектор.В конфигурации с общим коллектором клемма коллектора заземлена на источник питания. Таким образом, клемма коллектора является общей как для входа, так и для выхода. Выходной сигнал берется с клеммы эмиттера с последовательно подключенной нагрузкой, в то время как входной сигнал подается непосредственно на клемму базы.

Обладает высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением. Это позволяет ему работать как согласователь импеданса. Таким образом, эта конфигурация очень полезна в технике согласования импеданса.

BJT Biasing

Процесс установки уровней напряжения или тока постоянного тока транзистора таким образом, чтобы обеспечить надлежащее усиление подаваемого входного сигнала переменного тока.При дальнейшем уточнении, смещение — это метод, используемый для предотвращения работы транзистора либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения.

Чтобы сохранить выходной сигнал без потерь после усиления, необходимо правильное смещение. Работа в установившемся режиме в основном зависит от тока коллектора ( i c ), тока базы ( i b ) и напряжения между коллектором и эмиттером ( V ce ). Если транзистор предназначен для правильной работы в качестве усилителя.Затем эти параметры должны быть выбраны правильно, что известно как смещение транзистора . Целью смещения транзистора является достижение известной рабочей точки покоя или Q-точки для BJT для получения неискаженного выходного сигнала. Q2 , приведенное на приведенном выше графике, не является правильной точкой q и приводит к ограничению верхней части выходного сигнала.

Типы смещения

Без смещения транзистор будет работать как изолятор или проводник.Итак, для правильной цели усиления BJT смещается с помощью различных методов. Хотя существует множество различных техник, но вкратце обсуждаются лишь некоторые из наиболее распространенных.

Фиксированное смещение

Один источник питания используется как для коллектора, так и для базы. В конфигурации с фиксированным смещением базовый ток BJT остается постоянным независимо от входного постоянного напряжения (V cc ). Это зависит от выбора резистора, чтобы поддерживать точку Q фиксированной и, следовательно, известной как конфигурация с фиксированным смещением .Значение резистора смещения можно найти по номеру

(V cc -V be ) / I b .

, где В будет = 0,7 В для стандартных транзисторов и

I b = I c / β .

Преимущества фиксированного смещения

Обсуждаются некоторые преимущества этой схемы.

  • Нет эффекта нагрузки: Нет эффекта нагрузки.Где эффект нагрузки можно определить как воздействие нагрузки на источник. Используя эту схему для смещения, мы можем избавиться от понижающего уровня напряжения источника напряжения.
  • Простая схема: Схема очень проста, поскольку требует только одного постоянного резистора RB.
  • Простой расчет: Метод расчета очень прост.
Фиксированное смещение с сопротивлением эмиттера

Это модифицированная форма фиксированного смещения цепи, в которой внешнее сопротивление подключено к выводу эмиттера.Эта схема требует дополнительного резистора для эмиттера, обеспечивающего отрицательную обратную связь.

Напряжение смещения В BB -V BE = I B R B + I E R E должно появиться поперек RE установить I E ≈I c .

Цепь фиксированного смещения с сопротивлением эмиттера

Преимущества фиксированного смещения с конфигурацией эмиттера
  • Отсутствие теплового разгона: Недостаток теплового отклонения при фиксированном смещении можно преодолеть с помощью фиксированного смещения с эмиттером конфигурация сопротивления.Термический разгон можно определить как увеличение тока коллектора при повышении температуры. Это вызывает самоуничтожение из-за перегрева, вызванного перегрузкой по току.
  • Проблема с этой конфигурацией заключается в том, что она снижает коэффициент усиления усилителя BJT. Эту проблему очень легко решить, обойдя сопротивление эмиттера.
Смещение коллектора к базе

Резистор базы подключается к клемме коллектора при этом типе смещения. Эта конфигурация стабилизирует рабочую точку и предотвращает тепловой пробой за счет использования отрицательной обратной связи.Эта конфигурация также является улучшенной версией конфигурации с фиксированным смещением. Сопротивление смещения подключено между коллектором и базой, которые обеспечивают путь обратной связи. Смещение от коллектора к основанию — это улучшенный метод по сравнению с методом фиксированного смещения.

Эта конфигурация также известна как схема обратной связи со смещением напряжения . Потому что Rb напрямую появляется на выходе и входе. Другими словами, часть вывода возвращается на вход. Значит, в цепи существует отрицательная обратная связь.

Если есть изменение бета из-за изменения детали или повышения температуры в бета и I , то ток коллектора пытается увеличиваться дальше, из-за чего падение напряжения на R увеличивается.В результате уменьшается V ce и I b . Следовательно, окончательное значение коллектора I c поддерживается стабильным с помощью схемы, которая поддерживает точку Q на фиксированном уровне.

Эта схема также известна как схема смещения обратной связи по напряжению , потому что R b появляется непосредственно на входе и выходе в этой цепи. увеличение тока коллектора уменьшает ток базы.

Делитель напряжения смещения или делитель потенциала

Для этого типа используются два внешних резистора R 1 и R 2 .Напряжение на R 2 смещает в прямом направлении эмиттерный переход. При правильном выборе R 1 и R 2 рабочая точка транзистора может быть сделана независимой от Beta. Смещение потенциального делителя — самый популярный и используемый метод смещения транзистора. Эмиттерный диод смещен в прямом направлении, контролируя падение напряжения на R 2 .

R b = R 1 || R 2

В цепи смещения делителя напряжения значение R b равно параллельной комбинации R 1 и R 2 .

Цепь смещения делителя напряжения:

Преимущество смещения делителя напряжения

Независимо от бета: Основное преимущество схемы смещения делителя напряжения состоит в том, что транзистор больше не будет зависеть от бета. Причина в том, что напряжения на клеммах транзистора, то есть напряжения коллектора, эмиттера и базы, будут зависеть от внешней цепи. Сопротивление эмиттера R и обеспечивает стабильность усиления, несмотря на колебания бета-излучения.

Ограничения BJT

Вот некоторые ограничения биполярного переходного транзистора;

  • Громоздкие: BJT громоздки, требуют больше места и поэтому очень редко используются в производстве интегральных схем (ИС).
  • Низкая частота переключения: его время переключения очень низкое, что является еще одной причиной того, что оно редко используется в IC По сравнению с полевыми МОП-транзисторами частота очень низкая
  • Ток утечки: Токов утечки с BJT достаточно, чтобы они не может использоваться для высокой частоты.
  • Термическая стабильность BJT: по сравнению с другими транзисторами, термическая стабильность BJT очень низкая, и это устройство шумно.
  • Температурный разгон: BJT страдает проблемой теплового разноса, которая приводит к выделению избыточного тепла. Другими словами, это вызывает самоуничтожение. Поскольку выделяемое тепло равно I 2 Таким образом, избыточный ток вызовет чрезмерное нагревание, которое сожжет BJT.
  • Ранний эффект: Ток от эмиттера к коллектору управляется током базы.Если ширина основания сдвинута к нулю, известному как пробой, , то стык коллектора и эмиттера соприкасается друг с другом. После этого от эмиттера к коллектору начинает течь огромный ток, который не может контролироваться током базы. Этот выход из-под контроля известен как ранний эффект и является одним из основных ограничений среди ограничений BJT.

Уязвимость

Радиационное повреждение вызывает транзистор, когда транзисторы подвергаются воздействию ионизирующего излучения.Срок службы неосновного носителя уменьшается после воздействия излучения, что приводит к постепенной потере усиления транзистора.

Транзистор имеет номинальную мощность и напряжение обратного пробоя , при превышении которого BJT может не работать. Когда BJT работают за пределами своей номинальной мощности или напряжения обратного пробоя, BJT не будет работать должным образом или может выйти из строя.

В случае обратного смещения переход эмиттер-база вызовет лавинный пробой , который необратимо повредит коэффициент усиления по току биполярного переходного транзистора.

Преимущества BJT
  • Ширина полосы большого усиления: Ширина полосы усиления — это разница между максимальной и минимальной частотой среза. Коэффициент усиления на частоте среза составляет 0,7. При дальнейшем увеличении или уменьшении частоты от максимальной и минимальной частоты среза соответственно, усиление уменьшается, что неприменимо. Таким образом, BJT предлагает широкий диапазон частот, предлагая большее усиление, чем 0,7. Следовательно, BJT имеет огромную полосу усиления .
  • Низкое прямое падение напряжения: BJT имеют прямое падение напряжения 0,6 В и , что является очень низким и очень важным моментом. Это очень важно, потому что большее прямое напряжение вызовет ненужные потери мощности согласно P = VI . Это означает, что для того же типа нагрузки устройство с высоким прямым падением напряжения вызовет ненужные потери мощности.
  • Пара Дарлингтона: Благодаря низкому выходному сопротивлению и высокому входному сопротивлению, BJT может обеспечить достойное усиление по току .
  • Длительный срок службы: BJT имеют относительно долгий срок службы. Устройство нагноивается, потому что ток насыщения увеличивается с течением времени. Хотя для решения этой проблемы и дальнейшего увеличения срока службы устройства могут использоваться различные методы смещения.

Связанные сообщения: В чем разница между транзистором и тиристором (SCR)?

Применение BJT

Вот некоторые из применений биполярного переходного транзистора;

  • Преобразователи: BJT могут использоваться в подавляющем большинстве преобразователей.Эти преобразователи могут быть разных типов, например, инверторы, понижающие преобразователи, повышающие преобразователи или любые DC-DC , DC-AC , AC-DC или AC-AC
  • Датчики температуры: Определение температуры это одно из других приложений BJT. Если это может быть найдено по двум напряжениям на двух разных уровнях в известном соотношении, вычитается
  • Высокая управляемость : Высокая управляемость. Для обеспечения возможности работы с высоким напряжением или током устройства подключаются последовательно и параллельно, соответственно.Но всегда учитываются возможности управления отдельными устройствами.
  • Высокочастотный режим: BJT могут работать на очень высокой частоте. Частота BJT для слабого сигнала намного выше, чем его частота переключения, в основном из-за задержки сохранения. Время хранения 2N2222 составляет 310 нс, таким образом, максимальная частота переключения составляет около 3 МГц.
  • Цифровой переключатель : Семейство цифровых логических схем включает логику с эмиттерной связью, используемую в BJT в качестве цифрового переключателя.
  • Колебательный контур : Они предпочтительны в колебательных контурах.
  • Машинки для стрижки: BJT могут использоваться в схемах отсечения для изменения формы волн. Его можно использовать как простой диод для ограничения, но проблема с диодом заключается в том, что диод не управляется.
  • Демодулятор и модулятор: BJT могут использоваться в схемах демодуляции и модуляции. Биполярные транзисторы все еще используются в очень старой известной методике модуляции, известной как « Амплитудная модуляция ».
  • Схемы обнаружения : BJT могут использоваться в схемах обнаружения. BJT может быть новым типом полупроводникового датчика для измерения дозы ионизирующего излучения.
  • Усилители: Одним из наиболее важных применений BJT является усиление, когда он используется в схеме усилителя для усиления слабых сигналов. например, в усилителях звука, эти крошечные компоненты усиливают очень слабый аудиосигнал до слышимого диапазона.
  • Электронные переключатели: Может использоваться как электронный переключатель.BJTS используются в инверторе для изменения направления постоянного тока на переменный ток.
  • Автоматический выключатель: Может использоваться вместо ручного выключателя в электрической цепи. выходной сигнал датчиков иногда бесполезен в электрических цепях, потому что эти сигналы очень низкие. Однако эти сигналы станут полезными, если они управляют BJT. Поскольку BJT работает на слабых сигналах. Тогда эти переключатели BJT могут работать с большими нагрузками, включая двигатели.

Похожие сообщения:

Изучение электронной музыки: семейства транзисторов

Немного очень базовой информации о транзисторах.
(Я пишу это для друга, который только начинает заниматься электроникой, так что пропустите, если нужно).

Когда дело касается синтезаторов, вы найдете «трансы» повсюду.
Они являются фундаментальным строительным блоком электроники и отлично подходят для изготовления переключателей и усилителей.

Существует два основных типа:
1) BJT или биполярные переходные транзисторы (с управлением по току)
2) полевые транзисторы или полевые транзисторы. (Управление напряжением)

1) BJT — самые распространенные.
Они изготавливаются путем соединения частей материала P-типа с материалом N-типа.
(в диодах используются материалы P-типа и N-типа).
Вы, вероятно, узнаете BJT как NPN или PNP.

У БЮТ 3 вывода: база, коллектор и эмиттер.
Это устройства, управляемые током (а не напряжением). Это означает, что небольшой ток, поступающий в базу область транзистора вызывает гораздо больший ток, протекающий от эмиттер в коллекторную область.
Вы можете понять, почему они так полезны в качестве переключателей и усилителей.

NPN = Основным носителем тока являются электроны.

(Здесь основание выполнено из материала P-типа)
Вероятно, самый распространенный NPN-транзистор общего назначения, который у меня есть в моем магазине, — это 2N3904.
Отлично подходит для управления светодиодами, создания источников шума и тока, а также для усиления.

PNP = Большинство носителей тока — это дыры.
(Здесь основание выполнено из материала N-типа)

Вероятно, самый распространенный PNP-транзистор общего назначения, который у меня есть в моем магазине, — это 2N3906

. В обоих этих BJT ток течет от одного вывода к другому (под влиянием тока на третьем выводе).
Небольшой ток на третьей клемме управляет гораздо большим током на других 2 клеммах.
«База» — это управляющий терминал.
Стрелка указывает направление тока, протекающего через транзистор.

———————————————— ————————————

2) Полевые транзисторы можно разделить на две следующие группы:
а) JFET — переходные полевые транзисторы.
b) МОП-транзисторы — Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы

Главное помнить, что полевые транзисторы управляются напряжением.(в отличие от BJT; s, которые управляются по току). Полевые транзисторы
действительно хороши в коммутационных приложениях, в качестве усилителей и резисторов с регулируемым напряжением.
Они имеют 3 области: затвор, исток и сток.
Между выводами истока и стока есть канал или путь.
Напряжение, подаваемое на затвор, управляет током, протекающим от истока к стоку транзистора.

Полевые транзисторы могут иметь канал n-типа или p-типа. Полевые транзисторы

имеют очень высокий входной импеданс….. означает, что вход затвора полевого транзистора потребляет очень небольшой ток от источника питания схемы.

Недостатком полевых транзисторов перед биполярными транзисторами является то, что они не обеспечивают такое же усиление, какое можно получить от биполярных транзисторов. Кроме того, их очень высокий входной импеданс (что делает их очень чувствительными к входным сигналам). сигналы напряжения) означает, что они могут быть легко повреждены статическим электричеством.

полевых транзисторов Из этих двух подгрупп наиболее распространенной, с которой я сталкиваюсь в мире синтезаторов, является, вероятно, JFET.
Однако MOSFET имеет даже более высокий входной импеданс, чем JFET …. таким образом еще меньше нагрузки в цепи.
Проблема с полевыми транзисторами JFET в том, что их намного сложнее сделать. согласованные JFET, чем для создания согласованных биполярных устройств. Поэтому их соответствие важно.
Вот хорошая ссылка на соответствие JFET
http://djjondent.blogspot.com/2016/10/all-about-jfets-matching-for.html

JFET обычно ON , когда нет напряжения между его ворота и исходные терминалы.
Напряжение на затворе увеличивает сопротивление канала и снижает ток стока-истока.

МОП-транзисторы Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы действительно важны в компьютерах.
Большинство микросхем памяти представляют собой массивы из тысяч полевых МОП-транзисторов.
Они дешевы, действительно просты в изготовлении, потребляют ничтожно мало энергии и могут быть очень маленькими.
Они либо N, либо P.
В отличие от полевых транзисторов JFET затвор полевого МОП-транзистора не имеет электрического контакта с истоком и стоком.
(есть слой диоксида кремния, отделяющий затвор от остальной части транзистора)
————————————————— ——————
Типы корпусов транзисторов
Транзисторы бывают разных форм и размеров.
TO = Контур транзистора
Иногда необходимый вам компонент можно приобрести в более чем 1 типе упаковки, и выводы могут иметь разное положение и ориентацию.
Вероятно, двумя наиболее распространенными корпусами транзисторов со сквозными отверстиями, с которыми вы столкнетесь, будут TO-92, TO-18 и TO-220.

Идентификация терминала [BJT]; Контакт 1 эмиттер, контакт 2 база, контакт 3 коллектор.
У него плоская грань и 3 вывода. Обратите внимание, что не все транзисторы используют этот идентификатор.
Из-за своего небольшого размера он не очень хорошо рассеивает тепло и поэтому не рекомендуется для устройств с высоким энергопотреблением.

Ниже пример пакета ТО-18

Вышеупомянутый пример представляет собой микросхему Z414, но многие транзисторы также используют этот пакет.
Это металлический корпус (или банка).
Язычок расположен под 45 ° от контакта 1, который обычно является эмиттером…. в случае BJT
Если это JFET, то вывод 1 будет источником.
При просмотре материалов в таблицах данных всегда помните о перспективе. Если вы смотрите на упаковку сверху, контакты могут быть показаны в обратном порядке. Просто запомните металлические выступы на контакте 1.
Следующий, ближайший к контакту 1, это контакт 2.
—————————— ——
Далее идет пакет ТО-220
Этот пакет используется в приложениях с высокой мощностью. TO = схема транзистора, но вы найдете его во многих других типах компонентов, таких как регуляторы напряжения и интегральные схемы
Металлический язычок вверху — это радиатор.Этот металлический язычок обычно электрически подключен к внутренней цепи устройства. Поэтому вы должны поместить какой-либо изолятор между площадкой и остальной частью вашей схемы, если они соприкасаются друг с другом.
………………………………………….. ……………………………………..

Эта страница будет постоянно добавлен со временем и, надеюсь, будет расти с большим количеством полезной информации о синтезаторе
……. … Я помещу ссылку на него на странице DIY.

Links
+ Transistor Matching
+ JFETS — согласование для синтезаторов

.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *