§ 3.2. Ключевой режим работы биполярных транзисторов
Транзисторная импульсная и цифровая техника базируется на работе транзистора в качестве ключа. Замыкание и размыкание цепи нагрузки – главное назначение транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим ключом (реле, контактом), качество транзисторного ключа определяется в первую очередь падением напряжения (остаточным напряжением ) на транзисторе в замкнутом (открытом) состоянии, а также остаточным током транзистора в выключенном (закрытом) состоянии.
Важность
рассмотрения свойств транзисторного
ключа для уяснения последующего материала
вытекает из того, что путем изменения
состояний транзистора в последовательной
цепи с резистором и источником питания
осуществляются, по сути дела, формирование
сигналов импульсной формы , а также
различные преобразования импульсных
сигналов в схемах и узлах импульсной
техники. Транзистор применяют также в
качестве бесконтактного ключа в цепях
постоянного и переменного токов для
регулирования мощности, подводимой
нагрузке.
Основой всех узлов и схем импульсной и цифровой техники являются так называемая ключевая схема – каскад на транзисторе,
Работающем в ключевом режиме. Построение ключевой схемы подобно усилительному каскаду. Транзистор в ключевой схеме может включаться с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Наибольшее распространение получила схема ОЭ. Этот вид включения биполярного транзистора и используется далее при рассмотрении ключевого режима работы.
Ключевая схема на транзисторе типа р-п-р показана на рис. 3.3,а. Транзистор Т выполняет функцию ключа в последовательной цепи с резистором и источником питания.
Для удобства рассмотрения процессов в схеме в режимах открытого и закрытого состояний транзистора воспользуемся графо-аналитическим методом, основанным на построении линии нагрузки а-б по постоянному току (рис 3.3.б). Линия нагрузки описывается соотношением
и проводится так же , как для усиленного каскада.
Точки пересечения линии нагрузки
с вольт-амперными характеристиками
транзистора определяют напряжения на
элементах и ток в последовательной
цепи.Режим запирания ( режим отсечки) транзистора осуществляется подачей на его вход напряжения положительной полярности ( , указанной на рис. 3.3,а без скобок. Под действием входного напряжения эмиттерный переход транзистора запирается и его ток . Вместе с тем через резистор протекает обратный (тепловой) ток коллекторного перехода . Режиму закрытого состояния транзистора соответствует точка (рис. 3.3, б).
Протекание
через нагрузку теплового тока связано с тем, что транзистор в закрытом
состоянии не обеспечивает полного
отключения нагрузочного резистора от источника питания. Малое значение
Величину запирающего входного напряжения выбирают из расчета того, чтобы при протекающем через резистор тепловом токе было обеспечено выполнение условия
(3.
1)
Напряжение для германиевых транзисторов составляет 0,5-2 В.
Режим открытого состояния транзистора достигается изменением полярности входного напряжения () и заданием соответствующего тока базы. Открытое состояние транзистора характеризует точка на линии нагрузки.
Определим необходимые условия для создания открытого состояния транзистора. С этой целью предположим, что при ток увеличивается постепенно.
Увеличению тока базы будет соответствовать увеличение тока коллектора и перемещение рабочей точки из положения вверх по линии нагрузки. Напряжение транзистора при этом постепенно уменьшается.
До некоторого граничного значения тока базы () сохраняется известная пропорциональная зависимость между и :
(3.
2)
Где – статический (усредненный) коэффициент передачи тока транзистора схеме ОЭ ( а не дифференциальный коэффициент β, действительный для малого входного сигнала).
Точка при токе базы характеризует «полное» открытие
транзистора. Через транзистор и резистор
(3.3)
Где – падение напряжения (остаточное напряжение) на транзисторе в открытом состоянии.
Остаточное напряжение , являющееся существенным параметром транзистора в импульсном режиме работы, должно быть минимальным. В зависимости от типа прибора напряжение лежит в пределах 0,05-1 В. Ввиду относительно малого остаточного напряжения по сравнению с расчет тока открытого транзистора проводится по формуле
(3.
4)
C учетом формулы (3.2) находят граничное значение тока базы открытого транзистора , при котором наблюдается пропорциональная зависимость тока коллектора от тока базы: (3.5)
Таким образом , точка на рис. 3.3., б представляет собой точку пересечения линии нагрузки с начальным участком коллекторной характеристики транзистора .
При дальнейшем увеличении тока базы () остаточное напряжение остается почти неизменным, так как все коллекторные характеристики транзистора при практически проходят через точку на рис. 3.3.,б. Режим работы открытого транзистора при называют насыщенным , а отношение – коэффициент насыщения транзистора.
Режим
насыщения широко используют для
обеспечения открытого состояния
транзистора. Его открытое состояние
при этом становится более устойчивым
к воздействию помех во входной цепи, а
положение точки не зависит от изменения коэффициента
передачи тока 
В режиме насыщения ток
базы транзистора
(3.6)
Где коэффициент для надежного насыщения транзистора в требуемом температурном диапазоне может составлять 1,5-3. Найденный ток базы обеспечивается параметрами входной цепи ключевой схемы:
(3.7)
Рассмотрим процессы, протекающие в ключевой схеме при наличии на ее входе управляющего импульса напряжения (рис. 3.4,а). Это необходимо для выяснения свойств схемы при передаче импульсных сигналов. Примем входной импульс напряжения идеальной прямоугольной формы (длительности переднего и заднего фронтов импульса равны нулю).
На
интервале , когда входной импульс напряжения
отсутствует, транзистор заперт напряжением положительной полярности.
Токи определяются тепловым током транзистора Напряжение на транзисторе (рис. 3.4, г).
С
момента времени ( рис. 3.4,а) процессы в схеме обусловливаются
отпиранием транзистора входным импульсом
напряжения отрицательной полярности .
Это сопровождается изменением тока и напряжения транзистора (рис. 3.4, в,г). Как видно из
диаграмм, характер изменения и при отпирании транзистора отличается
от вызвавшего их скачкообразного
изменения входного напряжения. Отличие
обусловлено инерционностью транзистора
и проявляется в постепенных нарастаниях
тока и уменьшении напряжения 
Если принять, что ток базы в интервале отпирания имеет прямоугольную форму с амплитудой (рис. 3.4, б), то вызванный им ток будет изменяться по закону
Коллекторный ток возрастает по экспоненциальному закону, стремясь к (см.рис. 3.4.,в). Однако, достигнув предельного значения , ток в дальнейшем не изменяется и формирование фронта импульса заканчивается.
Положив в формуле (3.8) находим длительность фронта нарастания коллекторного тока транзистора:
(3.9)
С учетом того, что , а , имеем
(3.10)
Из
соотношения (3.10), следует, что длительность
фронта импульса сокращается с увеличением
коэффициента насыщения транзистора.
Это объясняется тем, что большему
коэффициенту соответствует больший отпирающий ток,
вследствие чего ток коллектора достигает
установившегося значения за меньший
интервал времени. Так, например, при получаем
При (транзистор при отпирании работает в
активном режиме) соотношение (3.10) не
может быть использовано для определения .
В этом случае уместно говорить об
активной длительности фронта, определяемой
относительно уровней 0,1 и 0,9 установившегося
значения коллекторного тока (3.8):
Характер изменения при отпирании транзистора (рис.3.4,г) подчиняется зависимости .
В момент времени действие входного отпирающего импульса напряжения заканчивается. К базе транзистора прикладывается запирающее напряжение .(рис.3.4,а).
С
приложением запирающего напряжения
ток коллектора и напряжение в течение некоторого интервала времени
остаются неизменными , а транзистор
по-прежнему открыт.
Создается задержка
в запирании транзистора. Это объясняется
тем, что к моменту времени транзистор находится в режиме насыщения
и при наличии запирающего сигнала ток
коллектора поддерживается уходящим из
базы в коллектор избыточными носителями
заряда (дырками). Только после ухода
(рассасывания) избыточных носителей и
перехода транзистора в активный режим
ток коллектора начинает уменьшаться,
а напряжение на коллекторе – возрастать
(рис. 3.4, в,г). Помимо ухода избыточных
носителей заряда по цепи коллектора их
рассасывание осуществляется и по цепи
базы за счет протекания обратного тока ,вызванного
запирающим напряжением. Обратный
(инверсный) ток базы при этом ограничивается
сопротивлением входной цепи: .
Время,
в течении которого происходит рассасывание
избыточного заряда в базе, называется
временем рассасывания (рис. 3.4,в). Это время пропорционально
коэффициенту насыщения . Следующий затем интервал спадания
тока определяет время заднего фронта (среза) коллекторного тока.
При определении необходимо решать уравнение , описывающее изменение заряда в базе. Ввиду пропорциональности заряда в базе току коллектора (базы) процесс , протекающий в транзисторе после момента времени , выражается через токи транзистора в следующем виде:
, (3.11)
Где – эквивалентная постоянная времени, примерно равная времени жизни неосновных носителей заряда в базе в режиме насыщения, но меньшая постоянной времени (2.79), действительной для активного режима .
Выражение (3.11) является уравнением экспоненциальной кривой , показанной в интервале пунктиром (рис. 3.4.,в).
Положив в выражении (3.11) , находим
(3.12)
При ток и
(3.
13)
После выхода транзистора из насыщения ток уменьшается от значения , также стремясь к (рис. 3.4,в), т.е.
, (3.14)
Положив по формуле (3.14) , получаем
(3.15)
Длительности характеризуют быстродействие транзисторного ключа. Как следует из выражений (3.9), (3.12), (3.15), они зависят от частотных свойств используемого транзистора и параметров импульса базового тока. Порядок их величин составляет от долей единицы до едениц микросекунды.
В настоящее время широко используется (особенно в интегральных микросхемах) ключевой режим работы кремниевых транзисторов типа n-p-n.
По
построению и характеру работы ключевая
схема на транзисторе типа n-p-n
аналогична схеме рис. 3.3,а. Отличие
заключается в противоположных полярностях
напряжения питания и отпирающего напряжения ,
а также в противоположных направлениях
токов базы, эмиттера, коллектора.
Кремниевые транзисторы, в частности типа n-p-n , имеют довольно малый тепловой ток . Влияние тока в выходной и входной цепях закрытого транзистора пренебрежимо мало. По этой причине запирание этих транзисторов осуществимо при . Эта особенность кремниевых транзисторов дает важное практическое преимущество – возможность исключить дополнительные источники запирающего напряжения в базовых цепях, необходимые для германиевых транзисторов.
Промышленная электроника
Промышленная электроника
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕВВЕДЕНИЕ Глава первая. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ 1.1. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 1.2. ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОМ ПЕРЕХОДЕ 1.3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ 1.4. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 1.5. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ 1.6. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 1.7. ТИРИСТОРЫ 1.8. ПАРАМЕТРЫ И РАЗНОВИДНОСТИ ТИРИСТОРОВ 1.9. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ 1.10. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава вторая. ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 2.1. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА 2.  2. РЕЖИМ ПОКОЯ В КАСКАДЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ2.3. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ. СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА ПОКОЯ 2.4. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАСКАДА С ОЭ 2.5. ВИДЫ СВЯЗЕЙ И ДРЕЙФ НУЛЯ В УСИЛИТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2.6. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ КАСКАД 2.7. КАСКАД С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ 2.8. КАСКАД С ОБЩИМ ИСТОКОМ 2.9. ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 2.10. НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 2.11. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 2.12. ОПЕРАЦИОННЫЕ СХЕМЫ 2.13. КОМПЕНСАЦИЯ ВХОДНЫХ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ НУЛЯ 2.14. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА И САМОВОЗБУЖДЕНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ 2.15. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 2.16. УСИЛИТЕЛИ С ЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ 2.17. КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ МОЩНОСТИ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава третья. ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА 3.1. ПРЕИМУЩЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ВИДЕ ИМПУЛЬСОВ 3.2. КЛЮЧЕВОЙ РЕЖИМ ТРАНЗИСТОРА 3.3. НЕЛИНЕЙНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ.  КОМПАРАТОРЫ3.4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ RС-ЦЕПЕЙ 3.3. МУЛЬТИВИБРАТОР НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ 3.6. ОДНОВИБРАТОР НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ 3.7. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ НАПРЯЖЕНИЙ 3.8. МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава четвертая. ЛОГИЧЕСКИЕ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА 4.1. ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ 4.2. ТИПЫ ЛОГИЧЕСКИХ МИКРОСХЕМ 4.3. АЛГЕБРА ЛОГИКИ 4.4. КОМБИНАЦИОННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА 4.5. МИНИМИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 4.6. КОМБИНАЦИОННЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ 4.7. АСИНХРОННЫЙ RS-ТРИГГЕР 4.8. СИНХРОННЫЕ ТРИГГЕРЫ 4.9. СЧЕТЧИКИ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ 4.10. РЕГИСТРЫ 4.11. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 4.12. МИКРОПРОЦЕССОРЫ 4.13. СИСТЕМА КОМАНД МИКРОПРОЦЕССОРА 4.14. ИНДИКАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ И УЗЛЫ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава пятая. МАЛОМОЩНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ОДНОФАЗНОГО ТОКА 5.  1. СТРУКТУРА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ5.2. ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ С АКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ 5.3. ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ С АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ 5.4. ФИЛЬТРЫ МАЛОМОЩНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ 5.5. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И РАСЧЕТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ЕМКОСТНЫМ ФИЛЬТРОМ 5.6. ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛОМОЩНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ 5.7. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 5.8. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ С МНОГОКРАТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава шестая. ВЕДОМЫЕ СЕТЬЮ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СРЕДНЕЙ И БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ 6.1. ПРИМЕНЕНИЕ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ЭНЕРГЕТИКЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ 6.2. ОДНОФАЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 6.3. ОДНОФАЗНЫЙ ВЕДОМЫЙ СЕТЬЮ ИНВЕРТОР 6.4. ТРЕХФАЗНЫЙ НУЛЕВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 6.5. ТРЁХФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 6.6. СОСТАВНЫЕ МНОГОФАЗНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ 6.7. РЕВЕРСИВНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ И НЕПОСРЕДСТВЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ 6.8. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава седьмая.  ВЛИЯНИЕ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ПИТАЮЩУЮ СЕТЬ7.1. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 7.2. ВЕНТИЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ПОВЫШЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ МОЩНОСТИ 7.3. ИСТОЧНИКИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава восьмая. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ 8.1. ФУНКЦИИ И СТРУКТУРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЙ 8.2. ФАЗОСМЕЩАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ФСУ) 8.3. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 8.4. ОДНОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава девятая. АВТОНОМНЫЕ ВЕНТИЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 9.1. СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 9.2. УЗЛЫ КОММУТАЦИИ ОДНООПЕРАЦИОННЫХ ТИРИСТОРОВ 9.3. ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 9.4. ИНВЕРТОРЫ ТОКА 9.5. РЕЗОНАНСНЫЕ ИНВЕРТОРЫ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |
Рассмотрены принцип действия, расчет, характеристики и параметры зависимых вентильных преобразователей, их влияние на питающую сеть, способы построения систем управления. Дан обзор автономных вентильных преобразователей.
Транзисторы: ключ к современной электронике
Транзисторы: ключ к современной электронике
Изобретенные в 1947 году точечные транзисторы быстро произвели революцию в электронике, заменив громоздкие и хрупкие электронные лампы, которые сами заменили реле в 1907 году.
Изобретение транзисторов проложили путь к меньшим, более дешевым, более практичным и более доступным компьютерам, калькуляторам, радиоприемникам и другим устройствам. Современные компьютеры и интеллектуальные устройства содержат от сотен миллионов до миллиардов крошечных транзисторов, упакованных внутри микрочипов. Но что такое транзистор и что он делает?
Назначение транзистора
Транзистор может выполнять две основные функции: работать как усилитель или как переключатель. Как усилитель, он потребляет небольшой входной ток и производит гораздо больший выходной ток. Примером может служить набор транзисторов в слуховом аппарате. Он воспринимает относительно тихий окружающий звук и воспроизводит его через крошечный громкоговоритель с гораздо большей громкостью.
В качестве переключателя небольшой электрический ток, проходящий через одну часть транзистора, включает переключатель, создавая больший ток через другую часть транзистора. Так работают компьютерные чипы. Каждый из сотен миллионов или миллиардов транзисторов внутри чипа может быть индивидуально включен или выключен.
Если вы думаете о выключенном состоянии как об нуле, а о включенном состоянии как о единице, вы понимаете основы двоичного кода — языка компьютеров.
Наряду с формой логики, известной как булева алгебра, в которой все переменные либо истинны, либо ложны (единица или ноль), двоичный код управляет всеми функциями компьютера и интеллектуальных устройств. Все транзисторы внутри чипа работают в тандеме, непрерывно переключаясь между единицами и нулями (включено или выключено), чтобы почти мгновенно выполнять сложные вычисления.
Из чего сделаны транзисторы?
Транзисторы сделаны из кремния, полупроводника, который является основным химическим элементом в песке. Его можно «легировать» (обработать) определенными примесями, чтобы зарядить его отрицательно (n-тип) или положительно (p-тип). Кремний N-типа легче теряет электроны, тогда как кремний p-типа легче их приобретает.
От диодов к транзисторам
Соединение кремния p-типа с кремнием p-типа и добавление электрических контактов заставляет электроны течь через переход со стороны n-типа на сторону p-типа, а затем через цепь, но в обратном порядке.
ток полностью останавливает поток электронов. Этот тип соединения известен как диод, который позволяет току течь только в одном направлении. Его можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный или для освещения при протекании электричества. Возможно, вы знакомы со светоизлучающими диодами (LED) в электронных дисплеях.
Транзистор-переходник делает шаг вперед, чем диод. Вместо того, чтобы просто соединять один слой кремния p-типа с одним слоем кремния n-типа, теперь есть три слоя: n-p-n. Каждый срез имеет электрические контакты. Контакты на кусках кремния n-типа являются эмиттером и коллектором, а контакт на p-типе является базой. Помните, что база заряжена положительно (меньше электронов), а эмиттер и коллектор заряжены отрицательно (лишние электроны). При подаче положительного напряжения электроны перемещаются от эмиттера к базе, а затем от базы к коллектору. Таким образом, транзистор действует как переключатель (включается при подаче тока) и как усилитель (преобразовывает небольшой входной ток в большой выходной ток).
Полевой транзистор (FET) также имеет слои кремния n-типа и p-типа, но они устроены по-разному и покрыты оксидами металлов. В этом случае кремний p-типа действует как затвор, препятствующий движению электронов между слоями кремния n-типа. Когда на затвор подается электрический заряд, создается электрическое поле, обеспечивающее тонкий канал непосредственно от одного слоя кремния n-типа к другому.
Flip-Flop
Транзисторы обычно питаются электрическим током, но их можно подключить к логическим элементам, которые возвращают свои выходы на входы. Это означает, что транзистор останется в стабильном состоянии (включен или выключен) даже после отключения тока. Он не изменит своего положения, пока новый ток не заставит его перевернуться в другую сторону. Это «триггерное» устройство лежит в основе современных чипов компьютерной памяти.
Готовы начать?
Здесь, в Quest Components, мы стремимся предоставить вам информацию, необходимую для обеспечения бесперебойной работы вашего бизнеса.
Компания Quest Components, сертифицированная по стандарту ISO 9001:2015, со штаб-квартирой в промышленности, Калифорния, специализируется на пассивных и активных компонентах для плат. Мы также предоставляем различные услуги OEM-производителям (производителям оригинального оборудования) и CEM (контрактным производителям электроники) по всему миру. Свяжитесь с Quest Components сегодня по телефону 626-333-5858 для всех ваших потребностей в электронных компонентах!
Большой запас. Быстрый ответ. Умные люди.
Основные этапы эволюции транзисторов
Изображение предоставлено Сурхаб Ахмад / Алами
Транзистор, изобретенный в 1947 году, является ключом ко многим электронным устройствам, которые мы используем ежедневно.
Вот некоторые знаменательные даты в эволюции транзистора, которому в декабре исполняется 75 лет.
Спенсер Чин | 09 декабря 2022 г.
Первый транзистор был успешно продемонстрирован в Bell Laboratories в Мюррей-Хилл, штат Нью-Джерси, в 1947. Это устройство с тремя терминалами породило множество электронных устройств, которые делают возможными многие из продуктов, которые мы считаем само собой разумеющимися сегодня. Из транзистора вышли полевые МОП-транзисторы в различных его воплощениях, интегральные схемы и микропроцессоры.
В то время как ранние транзисторы производили скромные изобретения, такие как транзисторные радиоприемники, последующие усовершенствования в технологии транзисторов позже привели к появлению калькуляторов, персональных компьютеров и устройств силовой электроники.
Ниже приводится краткое изложение наиболее значительных достижений в богатой истории транзисторов. Новости дизайна благодарит Википедию за информацию в этой истории.
Ранняя история Согласно Википедии, первый патент на полевой транзистор был подан австрийско-венгерским физиком Юлиусом Эдгаром Лилиенфилдом 25 октября 1925 г.
, но, поскольку он не публиковал исследовательских статей о своих устройствах, его работа был проигнорирован промышленностью.
Усилия Bell Lab по разработке транзисторов были связаны с усилиями военного времени по производству сверхчистых германиевых смесительных диодов, используемых в радиолокационных устройствах в качестве элемента смесителя частоты в микроволновых радиолокационных приемниках. После Второй мировой войны ученые Bell Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн начали работу над полупроводниковым устройством, подобным триоду. Хитрость заключалась в том, чтобы создать постоянный поток электронов между эмиттером и коллектором устройства, что стало возможным благодаря размещению выводов эмиттера и коллектора очень близко друг к другу, а вывод управления у основания кристалла.
Аспирант Университета Пердью, присоединившийся к исследовательской работе, отметил, что при применении не было сопротивления, что породило идею инъекции неосновных носителей.
Декабрь 1947 г.
: первый работающий транзистор Вооружившись этими знаниями, ученые Bell провели несколько пусков и остановок, прежде чем 16 декабря 1947 г., наконец, построили первый работающий транзистор. Транзистор с точечным контактом имеет два близко расположенных золотых контакта. присоединен небольшой кусочек германия.
Барден, Шокли и Браттейн получили Нобелевскую премию по физике за свои усилия.
Изображение предоставлено PBH Images / Alamy
Ученые компании Bell (слева направо) Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн, изобретавшие транзистор в 1947 году. используемый транзистор германия, этот материал не был практичным долгосрочным решением из-за его ограниченного диапазона рабочих температур и трудностей с очисткой соединения. Команда Bell Labs под руководством Морриса Таненбаума разработала первый работающий кремниевый транзистор 16 января 19 года.54. Несколько месяцев спустя подобное устройство было разработано Гордоном Тилом из Texas Instruments.
В 1955 году ученые лаборатории Белла обнаружили пассивирующий эффект окисления на поверхности полупроводника. Метод поверхностной пассивации является ключевой вехой для транзисторов, поскольку позже он сделал возможным массовое производство ИС.
1959: Планарный процесс и полевой МОП-транзисторУспешная демонстрация пассивации поверхности кремния оксидом кремния, впервые проведенная Мохамедом Аталла из Bell Labs и Джин Хорни из Fairchild, привела к планарному процессу, который привел к массовому производству кремниевых ИС. возможный.
В том же 1959 году был произведен первый МОП-транзистор. Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET) был изобретен Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs. Они изготовили устройство в ноябре 1959 года и в начале 1960 года представили его как «поверхностное устройство, индуцируемое полем кремния и диоксида кремния». создавать интегральные схемы высокой плотности (ИС), позволяющие интегрировать более 10 000 транзисторов в одну ИС.
По сравнению с биполярными транзисторами полевые МОП-транзисторы не потребляют ток , кроме , при переключении состояний и имеют более высокую скорость переключения.
Изображение предоставлено Zoonar GmbH / Alamy
Разработка MOSFET в 1959 году стала ключевым шагом в эволюции транзисторов.
1963: CM0SКМОП (комплементарная МОП) была изобретена Чжи-Тан Сахом и Фрэнком Ванлассом из Fairchild Semiconductor, а в феврале 1963 года они опубликовали это изобретение в исследовательской статье. Технология КМОП окажется полезной при разработке интегральных схем (ИС), включая микропроцессоры, микроконтроллеры и микросхемы памяти.
1967: Транзистор с плавающим затвором Первый отчет о FGMOS был сделан Давоном Кангом и Саймоном Мин Сзе из Bell Labs и датируется 1967 годом. МОП-транзистор с плавающим затвором (FGMOS), также известный как плавающий затвор МОП-транзистор или транзистор с плавающим затвором – это тип полевого транзистора металл-оксид-полупроводник (MOSFET), в котором затвор электрически изолирован, создавая плавающий узел в постоянном токе, а ряд вторичных затворов или входов расположен выше.
плавающего затвора (FG) и электрически изолированы от него. Эти входы только емкостно подключены к FG.
Первоначальным применением FGMOS была цифровая полупроводниковая память для хранения энергонезависимых данных в EPROM, EEPROM и флэш-памяти.
1967: самовыравнивающийся затворМОП-транзистор с самовыравнивающимся затвором (кремниевым затвором) был изобретен Робертом Кервином, Дональдом Кляйном и Джоном Сараче в Bell Labs в 1967 году. Исследователи Fairchild Semiconductor Федерико Фаггин и Том Кле в позже использовали МОП-транзисторы с самовыравнивающимся затвором для разработки первой интегральной схемы МОП-транзистора с кремниевым затвором.
1979: Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)Основной режим работы IGBT, в котором PNP-транзистор управляется MOSFET, был впервые предложен К. Ямагами и Ю. Акагири из Mitsubishi Electric в японском патенте. S47-21739, подана в 1968 году.
После коммерциализации мощных полевых МОП-транзисторов в 1970-х годах Б.
Джаянт Балига в 1977 году представил в General Electric (GE) раскрытие патента, описывающее силовое полупроводниковое устройство с режимом работы IGBT, включая МОП-затворы тиристоров, четырехслойная структура VMOS (V-канавка MOSFET) и использование МОП-затворов для управления четырехслойным полупроводниковым устройством. Он начал изготовление устройства IGBT с помощью Маргарет Лазери из GE в 19 году.78 и успешно завершил проект в 1979 г. Результаты экспериментов были представлены в 1979 г. бумаге, а затем как «выпрямитель с изолированным затвором» (IGR), транзистор с изолированным затвором (IGT), полевой транзистор с модуляцией проводимости (COMFET) и «биполярный полевой МОП-транзистор».
Изображение предоставлено dpa picture Alliance / Alamy
В конце 1970-х годов был разработан IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором).
1989: Fin Field-Effect Transistor (FinFET) FinFET – это многозатворное устройство, MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), построенное на подложке, где затвор размещается с двух, трех или четырех сторон канала или оборачивается вокруг канала, образуя двойную или даже многозатворную структуру.
