Транзистор что это такое: Эта страница ещё не существует

Режимы работы и схемы включения полевых транзисторов

Анализируя возможность использования полевых транзисторов для усиления электрических сигналов мы ограничивались только одним частным случаем подачи на электроды транзистора определенных напряжений и не рассматривали некоторые достаточно важные физические процессы в полупроводниках. Но помимо уже описанной ситуации возможны и другие, приводящие, например, к протеканию в канале тока не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку и т.п. В общем случае для полевого транзистора, так же как и для биполярного, возможны различные устойчивые состояния (режимы работы). Они отличаются друг от друга тем, в каком состоянии находится канал, соединяющий исток и сток транзистора, а также направлением тока, протекающего в канале. В полевых транзисторах дополнительно принято классифицировать также режим воздействия затвора на канал (стимулирует или подавляет протекание тока в нем). Ниже при описании режимов работы полевых транзисторов мы применим ту же терминологию, какая используется для биполярных транзисторов. Однако следует понимать, что в полевых транзисторах физические процессы протекают иначе и зачастую нельзя однозначно утверждать, что транзистор находится в таком-то режиме без некоторых уточнений. Например, в нашей транскрипции активный режим и режим насыщения могут существовать одновременно независимо друг от друга.   Активный режим — соответствует случаям, рассмотренным при анализе усилительных свойств полевых транзисторов. Именно в активном режиме транзистор наилучшим образом проявляет свои усилительные свойства. Часто такой режим называюют основным, усилительным или нормальным (на усилительные свойства полевого транзистора также оказывает влияние состояние канала, а именно находится ли он в режиме насыщения — см. ниже). При рассмотрении полевых транзисторов мы практически всегда (за исключением ключевых схем) имеем дело с активным режимом, но здесь имеется одна тонкость, о которой также часто говорят как о режиме работы транзистора (или как о режиме работы затвора). В различных видах полевых транзисторов и при различных внешних напряжениях затвор может оказывать два вида воздействий на канал: в первом случае (например, в полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом при напряжениях на электродах, соответствующих рис. 2-1.5) он препятствует протеканию тока через канал, уменьшая число носителей зарядов, проходящих через него (такой режим называют режимом обеднения канала), во втором случае (например, в МДП-транзисторах с индуцированным каналом, включенных в соответствии с рис. 2-1.7) затвор, наоборот, стимулирует протекание тока через канал, увеличивая число носителей зарядов в потоке (режим обогащения канала). Часто просто говорят о режиме обеднения и режиме обогащения. Заметим, что МДП-транзисторы с индуцированным каналом могут находиться в активном режиме только в случае режима обогащения канала, а для МДП-транзисторов со встроенным каналом это может быть и режим обогащения, и режим обеднения. В полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом попытка приложить прямое смещение на этот переход вызывает его открытие и протекание существенного тока в цепи затвора. Реальные процессы в транзисторе в этом случае сильно зависят от его конструкции, практически никогда не документируются и трудно предсказуемы. Поэтому говорить о режиме обогащения для полевых транзисторов с управляющим переходом не принято да и просто бессмысленно. Инверсный режим — по процессам в канале противоположен активному режиму, т.е. поток носителей зарядов в канале протекает не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку. Для инверсного режима требуется только изменение полярности напряжения на канале, полярность напряжения на затворе остается неизменной. В таком режиме транзистор также может использоваться для усиления. Обычно из-за конструктивных различий между областями стока и истока усилительные свойства транзистора в инверсном режиме проявляются хуже, чем в режиме активном. Впрочем, в некоторых видах МДП-транзисторов конструктивная ассиметрия минимальна, что приводит к симметричности выходных статических характеристик такого транзистора относительно изменения полярности напряжения сток—исток. Данный режим практически никогда не используется в усилительных схемах, но для аналоговых переключателей на полевых транзисторах он оказывается полезен. Однако здесь есть одна ловушка, в которую довольно легко попасть начинающему. Дело в том, что в большинстве МДП-транзисторов (особенно в мощных) производители соединяют подложку с истоком внутри корпуса прибора, что фактически означает, что в этих транзисторах между истоком и стоком имеется диод который не позволяет подавать на переход исток—сток инверсное напряжение, превышающее прямое падение напряжения на этом диоде, т.е. инверсный режим в таком транзисторе попросту невозможен. Вообще, в случае полевых транзисторов о режиме работы вспоминают гораздо реже, чем для биполярных. Дело здесь в том, что каждый конкретный тип полевого транзистора имеет конструкцию строго ориентированную на выполнение какой-то конкретной функции (усиление слабых сигналов, ключ и т.п.), все документируемые параметры транзистора в этом случае характеризуют его работу именно в основном режиме при выполнении предназначенной функции. Поэтому имеет смысл говорить просто о нормальном режиме работы, когда все соответствует документации, или о ненормальном, который в документации просто не предусмотрен (да и вряд ли кому-то понадобиться использовать его в схемах). Режим насыщения — характеризует состояние не всего транзистора в целом, как это было для биполярных приборов, а только токопроводящего канала между истоком и стоком. Данный режим соответствует насыщению канала основными носителями зарядов. Такое явление как насыщение является одним из важнейших физических свойств полупроводников. Оказывается, что при приложении внешнего напряжения к полупроводниковому каналу, ток в нем линейно зависит от этого напряжения лишь до определенного предела (напряжение насыщения), а по достижении этого предела стабилизируется и остается практически неизменным вплоть до пробоя структуры. В приложении к полевым транзисторам это означает, что при превышении напряжением сток—исток некоторого порогового уровня оно перестает влиять на ток в цепи. Если для биполярных транзисторов режим насыщения означал полную потерю усилительных свойств, то для полевых это не так. Здесь наоборот, насыщение канала приводит к повышению коэффициента усиления и уменьшению нелинейных искажений. До достижения напряжением сток—исток уровня насыщения ток через канал линейно увеличивается с ростом напряжения (т.е. ведет себя так же, как и в обычном резисторе). Автору неизвестно какого-либо устоявшегося названия для такого состояния полевого транзистора (когда ток через канал идет, но канал ненасыщен), будем называть его режимом ненасыщенного канала (он находит применение в аналоговых ключах на полевых транзисторах). Режим насыщения канала обычно является нормальным при включении полевого транзистора в усилительные цепи, поэтому в дальнейшем при рассмотрении работы транзисторов в схемах мы не будем делать особого акцента на этом, подразумевая, что между стоком и истоком транзистора присутствует напряжение, достаточное для насыщения канала. Режим отсечки — режим, в котором ток через канал полевого транзистора не протекает. Переход полевого транзистора в режим отсечки происходит по достижении напряжением на затворе определенного порога (напряжение отсечки). В полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом это имеет место при постепенном увеличении обратного смещения на перереходе, а в МДП-транзисторах со встроенным каналом при увеличении разности потенциалов между истоком и затвором при условии работы в режиме обеднения канала. В МДП-транзисторах с индуцированным каналом режим отсечки имеет место при нулевой разности напряжений между истоком и затвором, а по достижении напряжения отсечки (или порогового напряжения) канал открывается. Поскольку выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, он используется в ключевых схемах и соответвует размыканию транзисторного ключа. Помимо режима работы для эксплуатации полевых транзисторов имеет значение то, каким образом транзистор включен в каскад усиления (как поданы питающие напряжения на его электроды, в какие цепи включены нагрузка и источник сигнала). Так же как и для биполярных транзисторов, здесь различают три основных способа (рис. 2-1.8): схема с общим истоком (ОИ), схема с общим стоком (ОС) и схема с общим затвором (ОЗ).   Рис. 2-1.8. Схемы включения полевых транзисторов (направления токов соответствуют активному режиму работы)   Для полевых транзисторов полностью сохраняется понятие класса усиления в том же виде, в каком оно описано в подразделе Классы усиления для биполярных транзисторов. Отличие лишь в том, что критерием нахождения транзистора в режиме усиления здесь служит наличие потока зарядов через канал от истока к стоку.     < Предыдущая   Следующая >

Как работает транзистор npn, pnp (полевой n-канальный и p-канальный)

 Нашу сильную зависимость от электроники в современном мире не описать. Если сказать, что без электроники мы не проживем, это не сказать ничего. Она уже сродни самому неотъемлемому, самому нужному и востребованному.  То количество мест и гаджетов, где мы с ней встречаемся, мы даже перечислять не будем, на это хватит фантазии и у вас. Мы же хотели рассказать об одном обязательной составляющей каждого электронного девайса, о транзисторе.

 Именно на транзисторах строятся все аналоговые и цифровые схемы применяемые в современных устройствах. А значит, от его работы зависит то, как эти самые гаджеты будут работать и то, как впоследствии электроника будет работать на нас. Такая неоспоримая цепочка…

Какие бывают транзисторы

 Мы не будем вводить вас в далекий экскурс с чего все начиналось, что электронные лампы были дедушками и бабушками современных транзисторов. Не будем рассказывать об электронной эмиссии. О том, что процесс в этих самых лампах схож с транзисторами. Не будем описывать и различия между ними.  Мы сразу приступим к главному. Надеясь на то, что все мы пропустили хотя и останется темным пятном, но не станет обременяющим обстоятельством препятствующим пониманию того, как же все-таки работает транзистор.
 Итак, транзисторы бывают биполярные и полевые. Суть работы тех и других одинакова, разве что их кристаллы, вернее то как сращены разные типы кристаллов, различны.

В биполярных транзисторах это своеобразный гамбургер, если хотите пирог: p-n-p или n-p-n. То есть кристаллы с различной проводимостью напаяны последовательно друг за друга. Таким образуют они образуют своеобразный «бутерброд».

 В полевых транзисторах есть также n кристалл и p кристалл, но они между спаяны не последовательно, а параллельно. При этом ток не проходит через разные типы проводимости кристаллов, а идет все время по одному типу. А запирается в этом случае проводимый кристалл с помощью электрического поля управляющего затвора. Отсюда и название полевой.

 Еще транзисторы бывают низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные.  А также могут работать  с различными токами, но это все нюансы…

Как работает транзистор (картинка с анимацией – видео)

Итак, теперь непосредственно о насущном. То есть о том, ради чего мы собственно и начали эту статью.

 Самое сложное, что нам придется вам объяснить, так это то, что как раз и скрыто от глаз человека. Ведь движение тока в проводнике, в различного рода проводимости кристаллах, не посмотришь и не увидишь. Именно поэтому необходимо иметь большую фантазию и очень наглядное пособие, чтобы довести до вас принцип работы транзистора.
 Есть и еще одно «но». Человек всегда привык строить какие-то эквивалентные системы, если непосредственно изучаемая система не дает ему полного представления, а самое главное наглядного примера  о том, как же все-таки все устроено. Так и в нашем случае, взгляните на картинку…

 

Работа транзистора представлена в виде канала с управляемой средой, даже здесь два канала. В качестве каналов выступают контакты транзистора, а управляемой средой является ток. Управляя запорным клапаном на базе или затворе (маленький канал) мы тем самым открываем и большой канал, между эмиттером и коллектором или стоком и истоком. Именно этот большой канал и является нашей целью управления. Открывая маленький канал, мы открываем и большой! Вот главное правило работы транзистора. По-другому не бывает, по крайней мере, в нормальных режимах работы транзистора без пробоев. Управляющий клапан на базе, то есть  малый канал открывается первым, тем самым провоцируя и открывание большого канала.
 Не знаем, нужны ли вам другие описания почему именно так? Если кратко, то потому что есть зоны запирания, есть сопротивления этих зон и изменения сопротивления в зависимости от потенциала, подаваемого на них. Конечно это не описывает особенностей работы транзистора полностью и подробно, но об этом мы вам и не обещали рассказать. Самое главное было рассказать о принципе срабатывания и показать это на наглядной картинке, что собственно мы и выполнили. Принцип работы в этом случае действителен для всех видов транзисторов о которых, мы упоминали в нашем предыдущем абзаце. А также, для того чтобы закрепить ваше визуально- ассоциативное мышление с реальной невидимой действительностью необходимо взглянуть и на нижний правый угол картинки.
 На нем видно как в зависимости от пропуска тока, через контакты транзистора будут происходить и коммутации вокруг его выводов.

Схема подключения транзисторов npn pnp (полевых транзистор)

Теперь о том же самом, но на примере подключения транзистора в схеме. На входе имеется сигнал достаточный для свечения лампы (светодиода) даже с учетом сопротивления транзистора. Но если подать на управляющий вывод (затвор) запирающий потенциал, то сопротивление увеличиться и лампа погаснет.

* – гиф анимация описывает работу полевого транзистора, когда есть поле, которое и управляет проводимостью в элементе.

На самом деле это лишь один из примеров подключения транзистора. Вариаций его подключений великое множество. Здесь главное донести суть работы радиоэлемента, а не саму схему подключения.

Последнее о чем хотелось сказать в статье о принципах работы транзистора, так это о том, что база должна всегда оставаться чуть «зажата», то есть ограничена сопротивлением. 

  Это позволяет разграничить управляющий малый ток и большой управляемый. Если же убрать сопротивление, то ток будет течь по пути с наименьшим сопротивлением, то есть весь или преимущественно через базу… В этом случае теряется весь смысл транзистора, так как он ничем ни будет управлять, а будет просто пропускать через себя ток. При этом “большой” ток пойдет через базу и может еще и вывести его из строя, что нам совсем не нужно!

Из особенностей надо отметить несколько разные сферы применяемости транзисторов. NPN, PNP транзисторы способны открываться как бы постепенно, и быстродействие у них ниже. То есть они более подходят для аналоговых схем, а вот полевые срабатывают быстрее.  При этом свойства статичного поля может быть использовано даже без подачи какого-либо напряжения на него, если это поле создать за счет подкладки, находящейся в зоне управления тоннелем по которому протекает ток. В итоге получается уже не транзистор, а ячейка памяти. Такие ячейки активно используются в современных SSD дисках.

Биполярный транзистор: принцип работы | joyta.ru

В этой статье постараемся описать принцип работы самого распространенного типа транзистора — биполярного. Биполярный транзистор является одним из главных активных элементов радиоэлектронных устройств. Предназначение его – работа по усилению мощности электрического сигнала поступающего на его вход. Усиление мощности осуществляется посредством внешнего источника энергии. Транзистор — это радиоэлектронный компонент, обладающий тремя выводами

 

Конструкционная особенность биполярного транзистора

Для производства биполярного транзистора нужен полупроводник дырочного или электронного типа проводимости, который получают методом диффузии либо сплавления акцепторными примесями. В результате этого с обоих сторон базы образуются области с полярными видами проводимостей.

Биполярные транзисторы  по проводимости бывают двух видов: n-p-n и p-n-p. Правила работы, которым подчинен биполярный транзистор, имеющий n-p-n проводимость (для p-n-p необходимо поменять полярность приложенного напряжения):

1.  Положительный потенциал на коллекторе имеет большее значение по сравнению с эмиттером.
2. Любой транзистор имеет свои максимально допустимые параметры Iб, Iк и Uкэ, превышение которых в принципе недопустимо, так как это может привести к разрушению полупроводника.
3. Выводы  база — эмиттер и база — коллектор функционируют наподобие диодов.  Как правило, диод по направлению база — эмиттер открыт, а по направлению база — коллектор смещен в противоположном  направлении, то есть поступающее напряжение мешает протеканию электрического тока через него.
4. Если пункты с 1 по 3 выполнены, то ток Iк прямо пропорционален току Iб и  имеет вид: Iк = hэ21*Iб, где hэ21 является коэффициентом усиления по току. Данное правило характеризует главное качество транзистора, а именно то, что малый ток базы оказывает управление мощным током коллектора.

Для разных биполярных транзисторов одной серии показатель  hэ21 может принципиально разниться от 50 до 250. Его величина так же зависит от протекающего тока коллектора, напряжения между эмиттером  и коллектором, и от температуры окружающей среды.

 

Изучим правило №3. Из него вытекает, что напряжение, приложенное между эмиттером и базой не следует значительно увеличивать, поскольку, если напряжение базы будет больше эмиттера на 0,6…0,8 В (прямое напряжение диода), то появится крайне большой ток. Таким образом, в работающем транзисторе напряжения на эмиттере и базе взаимосвязаны по формуле: Uб =Uэ + 0,6В (Uб=Uэ+Uбэ)

Еще раз напомним, что все указанные моменты относятся к транзисторам, имеющим n-p-n проводимость. Для типа p-n-p все следует изменить на противоположное.

Еще следует обратить внимание на то, что ток коллектора не имеет связи с проводимостью диода, поскольку, как правило, к диоду коллектор — база поступает обратное напряжение. В добавок , ток протекающий через коллектор весьма мало зависит от потенциала на коллекторе (данный диод аналогичен малому источнику тока)

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Биполярный транзистор  принцип работы

При включении транзистора в режиме усиления, эмиттерный переход получается открытым, а переход коллектора закрыт. Это получается путем подключения источников питания.

 

Поскольку эмиттерный переход открыт, то через него будет проходить эмиттерный ток, возникающий из-за перехода дырок из базы в эмиттер, а так же электронов из эмиттера в базу. Таким образом, ток эмиттера содержит две составляющие – дырочную и электронную. Коэффициент инжекции определяет эффективность эмиттера. Инжекцией зарядов именуют перенос носителей зарядов из зоны, где они были основными в зону, где они делаются неосновными.

В базе электроны рекомбинируют, а их концентрация в базе восполняется от плюса источника ЕЭ. В результате этого в электрической цепи базы будет течь довольно слабый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под разгоняющим воздействием поля запертого коллекторного перехода, как неосновные носители, будут перемещаться в коллектор, создавая коллекторный ток. Перенос носителей зарядов из зоны, где они были неосновными, в зону, где они становятся основными, именуется экстракцией электрических зарядов.

Виды транзисторов и область их применения. Общие сведения

Здравствуйте, дорогие читатели. В данной статье рассмотрим виды транзисторов и область их применения. И так…

Транзистор, это радиоэлектронный компонент из полупроводникового  материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи. Это позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем.

   Виды транзисторов

О том что такое транзистор, читайте в статье «Что означает слово транзистор? Назначение и устройство.» Здесь лишь отметим, 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 так же темы отдельных статей, поэтому останавливаться на данных тонкостях не будем, а рассмотрим предмет с чисто практической точки зрения на конкретных примерах.

Полевые и биполярные транзисторы

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.

   Виды транзисторов, p–n–p и n–p–n проводимость

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.

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)

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.

Рекомендации по эксплуатации транзисторов

Значения большинства параметров транзисторов зависят от реального режима работы и температуры, причем с увеличением температуры параметры транзисторов могут меняться. В справочнике приведены, как правило, типовые (усредненные) зависимости параметров транзисторов от тока, напряжения, температуры, частоты и т. п.

Для обеспечения надежной работы транзисторов необходимо принимать меры, исключающие длительные электрические нагрузки, близкие к предельно допустимым. Например заменять транзистор на аналогичный но меньшей мощности не стоит, это касается не только мощностей, но и других параметров транзистора. В некоторых случаях для увеличения мощности транзисторы можно включать параллельно, когда эмиттер соединяется с эмиттером, коллектор с коллектором и база – с базой. Перегрузки могут быть вызваны разными причинами, например от перенапряжения, для защиты от перенапряжения часто применяют быстродействующие диоды.

Что касается нагрева и перегрева транзисторов, температурный режим транзисторов не только оказывает влияние на значение параметров, но и определяет надежность их эксплуатации. Следует стремиться к тому, чтобы транзистор при работе не перегревался, в выходных каскадах усилителей транзисторы обязательно нужно ставить на большие радиаторы. Защиту транзисторов от перегрева нужно обеспечивать не только во время эксплуатации, но и во время пайки. При лужении и пайке следует принимать меры, исключающие перегрев транзистора, транзисторы во время пайки желательно держать пинцетом, для защиты от перегрева.

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. 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.

Видео, виды транзисторов

 

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Как работают транзисторы (BJT и MOSFET)

Транзистор – это простой компонент, который можно использовать для создания множества интересных проектов. В этом практическом руководстве вы узнаете, как работают транзисторы, и сможете использовать их в своей следующей схеме.

На самом деле это довольно просто, если вы изучите основы. Мы сосредоточимся на двух наиболее распространенных транзисторах; BJT и MOSFET .

Транзистор работает как электронный переключатель. Он может включать и выключать ток.Проще всего представить себе транзистор как реле без каких-либо движущихся частей. Транзистор похож на реле в том смысле, что вы можете использовать его для включения и выключения чего-либо.

Но транзистор также можно частично включить, что полезно для создания усилителей.

Как работают транзисторы (БЮТ)

Начнем с классического транзистора NPN. Это биполярный транзистор (BJT) , имеющий три ножки:

• База (б)
• Коллектор (в)
• Излучатель (д)

Если вы включите его, через него может течь ток от коллектора к эмиттеру.Когда он выключен, ток не может течь.

В приведенном ниже примере схемы транзистор выключен. Это означает, что через него не может протекать ток, поэтому светоизлучающий диод (LED) также выключен.

Чтобы включить транзистор, необходимо напряжение около 0,7 В между базой и эмиттером.

Если бы у вас была батарея 0,7 В, вы могли бы подключить ее между базой и эмиттером, и транзистор включился бы.

Поскольку у большинства из нас нет 0.Аккумулятор 7В, как включить транзистор?

Легко! Часть транзистора база-эмиттер работает как диод. Диод имеет прямое напряжение , которое он «берет» из имеющегося напряжения. Если вы добавите резистор последовательно, остальная часть напряжения упадет на резисторе.

Таким образом, вы автоматически получите около 0,7 В, добавив резистор.

Это тот же принцип, который вы используете для ограничения тока через светодиод, чтобы он не взорвался.

Если вы также добавите кнопку, вы можете управлять транзистором и, следовательно, светодиодом, включаться и выключаться с помощью кнопки:

Выбор значений компонентов

Чтобы выбрать значения компонентов, вам нужно знать еще одну вещь о том, как работают транзисторы:

Когда ток течет от базы к эмиттеру, транзистор включается, так что больший ток может течь от коллектора к эмиттеру.

Существует связь между величинами двух токов.Это называется усилением транзистора.

Для транзистора общего назначения, такого как BC547 или 2N3904, это может быть около 100.

Это означает, что если у вас есть ток 0,1 мА от базы к эмиттеру, у вас может быть 10 мА (в 100 раз больше), протекающее от коллектора к эмиттеру.

Резистор какого сопротивления нужен для R1, чтобы получить ток 0,1 мА?

Если батарея 9В, а база-эмиттер транзистора захватывает 0.7 В, на резисторе осталось 8,3 В.

Вы можете использовать закон Ома, чтобы найти номинал резистора:

Треугольник закона Ома

Значит нужен резистор на 83 кОм. Это не стандартное значение, но 82 кОм, и это достаточно близко.

R2 предназначен для ограничения тока светодиода. Вы можете выбрать значение, которое вы выбрали бы, если бы вы подключили светодиод и резистор непосредственно к батарее 9 В, без транзистора. Например, 1 кОм должен работать нормально.

Посмотрите видеообъяснение транзистора, которое я сделал несколько лет назад (простите за олдскульное качество):

Как выбрать транзистор

NPN-транзистор является наиболее распространенным из биполярных переходных транзисторов (BJT) . Но есть еще один, называемый PNP-транзистором, который работает точно так же, только все токи имеют противоположное направление.

При выборе транзистора важно помнить о том, какой ток транзистор может выдерживать.Это называется током коллектора (I _C ).

БЕСПЛАТНЫЙ бонус: Загрузите основные электронные компоненты [PDF] – мини-книгу с примерами, которая научит вас, как работают основные компоненты электроники.

Как работает полевой МОП-транзистор

MOSFET-транзистор – еще один очень распространенный тип транзисторов. Он также имеет три контакта:

• Gate (g)
• Source (s)
• Drain (d)

Символ MOSFET (N-канал)

MOSFET работает аналогично BJT-транзистору, но с одним важным отличием:

В биполярном транзисторе , ток от базы к эмиттеру определяет, сколько тока может протекать от коллектора к эмиттеру.

В MOSFET-транзисторе , напряжение между затвором и истоком определяет, сколько тока может протекать от стока к истоку.

Пример: как включить полевой МОП-транзистор

Ниже приведен пример схемы включения полевого МОП-транзистора.

Чтобы включить MOSFET-транзистор, вам необходимо напряжение между затвором и истоком, которое выше порогового напряжения вашего транзистора. Например, BS170 имеет пороговое напряжение затвор-исток , равное , равное 2.1В. (Вы найдете эту информацию в таблице).

Пороговое напряжение полевого МОП-транзистора – это фактически напряжение, при котором он отключается. Итак, чтобы правильно включить транзистор, вам нужно напряжение немного выше этого.

Насколько выше, зависит от того, какой ток вы хотите иметь (и вы найдете эту информацию в таблице данных). Если вы поднимете на пару вольт выше порогового значения, этого обычно более чем достаточно для слаботочных вещей, таких как включение светодиода.

Обратите внимание, что даже если вы используете достаточно высокое напряжение для протекания тока 1 А, это не означает, что вы получите 1 А.Это просто означает, что у может быть ток с током 1А, если вы захотите. Но то, что вы к нему подключаете, определяет фактический ток.

Таким образом, вы можете подниматься настолько высоко, насколько хотите, при условии, что вы не превышаете максимально допустимое напряжение затвор-исток (которое составляет 20 В для BS170).

В приведенном выше примере ворота подключаются к напряжению 9 В, когда вы нажимаете кнопку. Это включает транзистор.

Выбор значений компонентов

Значение R1 не критично, но около 10 кОм должно работать нормально.Его цель – отключить MOSFET (подробнее об этом ниже).

R2 устанавливает яркость светодиода. 1 кОм подойдет для большинства светодиодов.

Q1 может быть практически любым n-канальным MOSFET, например BS170.

Как выключить полевой МОП-транзистор?

Одна важная вещь, которую нужно знать о MOSFET, заключается в том, что он также действует как конденсатор. То есть часть затвор-исток. Когда вы прикладываете напряжение между затвором и истоком, это напряжение остается там, пока не разрядится.

Без резистора (R1) в приведенном выше примере транзистор не выключился бы. С резистором есть путь для разряда конденсатора затвор-исток, чтобы транзистор снова отключился.

Как выбрать полевой МОП-транзистор

В приведенном выше примере используется полевой МОП-транзистор с N-каналом . P-channel MOSFET работают точно так же, только ток течет в противоположном направлении, а напряжение затвор-исток должно быть отрицательным, чтобы включить его.

Существуют тысячи различных полевых МОП-транзисторов на выбор. Но если вы хотите построить схему, приведенную выше, и получить конкретную рекомендацию, BS170 и IRF510 – два обычных.

При выборе полевого МОП-транзистора следует учитывать две вещи:

• Пороговое напряжение затвор-исток . Для включения транзистора вам потребуется более высокое напряжение.
• Непрерывный ток утечки . Это максимальное количество тока, которое может протекать через транзистор.

Есть и другие важные параметры, о которых следует помнить, в зависимости от того, что вы делаете. Но это выходит за рамки данной статьи. Помните об этих двух параметрах, и у вас будет хорошая отправная точка.

MOSFET Ток затвора

Если вы хотите управлять полевым МОП-транзистором, например, с Arduino или Raspberry Pi, вам нужно иметь в виду еще одну вещь; ток, который течет в затвор при включении транзистора.

Как вкратце упоминалось выше, затвор-исток полевого МОП-транзистора действует как конденсатор.

Это означает, что после зарядки через него больше не протекает ток. Поэтому, когда полевой МОП-транзистор включен, через затвор не течет ток.

Но когда полевой МОП-транзистор включен на , есть ток, как при зарядке конденсатора. В течение небольшой доли секунды может протекать большой ток.

Чтобы защитить ваш Arduino (или что-то еще, что вы используете) от слишком большого тока, вам нужно добавить резистор затвора MOSFET:

Часто для этого достаточно 1000 Ом.Используйте закон Ома, чтобы проверить свой конкретный случай.

Зачем нужен транзистор?

Мне часто задают вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к аккумулятору?

Преимущество транзистора заключается в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большими током и напряжением.

Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое с Raspberry Pi / Arduino / микроконтроллера.Выходные контакты этих плат обычно могут обеспечить всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять уличным освещением 110 В для патио, вы не можете сделать это напрямую с помощью булавки.

Вместо этого вы можете сделать это через реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить вывод. Итак, вам понадобится транзистор для управления реле:

Подключите левую сторону резистора к выходному контакту (например, от Arduino) для управления реле.

Но транзисторы также полезны для более простых схем датчиков, таких как эта схема светового датчика, схема сенсорного датчика или схема H-моста.

Транзисторы используются практически во всех схемах. Это действительно самый важный компонент в электронике.

Транзистор как усилитель

Транзистор – это еще и то, что заставляет работать усилители. Вместо двух состояний (ВКЛ. / ВЫКЛ.) Он также может находиться в любом месте между «полностью включено» и «полностью выключено».

Это означает, что слабый сигнал почти без энергии может управлять транзистором, чтобы создать гораздо более сильную копию этого сигнала в части коллектор-эмиттер (или сток-исток) транзистора.Таким образом, транзистор может усиливать слабые сигналы.

Ниже представлен простой усилитель для управления динамиком. Чем выше входное напряжение, тем выше ток от базы к эмиттеру и тем выше ток через динамик.

Изменяющееся входное напряжение приводит к изменению тока в динамике, что создает звук.

Усилитель с общим эмиттером

Обычно вы добавляете еще пару резисторов к смещению транзистора. В противном случае вы получите много искажений.Но это уже для другой статьи.

Если вы хотите узнать больше об использовании транзистора в качестве усилителя, на сайте electronics-lab.com есть несколько хороших руководств по трем основным настройкам усилителя BJT.

Вопросы?

Вы понимаете, как сейчас работают транзисторы? Или вы все еще в замешательстве? Позвольте мне знать в комментариях ниже.

Как работает транзистор?

Спросил: Тони Уилан

Ответ

Конструкция транзистора позволяет ему работать как усилитель или переключатель.Это достигается за счет использования небольшого количества электричества для управления воротами на гораздо большем подача электричества, очень похожая на поворот клапана для управления подачей воды. Транзисторы

состоят из трех частей: базы, коллектора и эмиттера. База это устройство управления затвором для большего источника электроэнергии. Коллекционер – это большее электрическое питание, и эмиттер является выходом для этого источника. Отправив различные уровни тока от базы, количество тока, протекающего через затвор от коллектора может регулироваться.Таким образом, очень небольшое количество тока может быть используется для управления большим током, как в усилителе. Тот же процесс используется для создать двоичный код для цифровых процессоров, но в этом случае порог напряжения для открытия коллекторного затвора необходимо пять вольт. Таким образом, транзистор используется в качестве переключателя с двоичной функцией: пять вольт – включено, менее пяти вольт – выключено.

Полупроводящие материалы – вот что делает возможным создание транзисторов.Большинство людей знакомы с электропроводящими и непроводящими материалами. Металлы обычно считаются как проводящие. Такие материалы, как дерево, пластик, стекло и керамика непроводящие или изоляторы. В конце 1940-х годов группа ученых, работающая в Bell Лаборатории в Нью-Джерси обнаружили, как брать определенные типы кристаллов и использовать их в качестве электронные устройства управления за счет использования их полупроводниковых свойств. неметаллические кристаллические структуры обычно считаются изоляторами.Но по заставляя кристаллы германия или кремния расти с примесями, такими как бор или фосфора кристаллы приобретают совершенно другие электропроводящие свойства. К помещая этот материал между двумя проводящими пластинами (эмиттером и коллектором), транзистор сделан. Подавая ток на полупроводниковый материал (основание), электроны собираться до тех пор, пока не будет сформирован эффективный канал, по которому проходит электричество Учеными, ответственными за изобретение транзистора, были Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли.Их патент назывался: «Три Элемент электродной цепи из полупроводниковых материалов ».

Артикул:

Ответил: Стивен Портц, учитель технологий, средняя школа космического побережья, Флорида

Существует два основных типа транзисторов-переходных транзисторов и полевых транзисторов. Каждый работает по-своему. Но полезность любого транзистора заключается в его возможность управления сильным током при слабом напряжении. Например, транзисторы в система громкой связи усиливает (усиливает) слабое напряжение, возникающее, когда человек говорит в микрофон.Электричество, идущее от транзисторов, достаточно сильное, чтобы использовать громкоговоритель, который издает звуки намного громче, чем голос человека.

ПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Соединительный транзистор состоит из тонкого кусочка одного типа полупроводниковый материал между двумя более толстыми слоями противоположного типа. Например, если средний слой p-типа, внешние слои должны быть n-типа. Такой транзистор – это Транзистор NPN. Один из внешних слоев называется эмиттером, а другой известен. как коллекционер.Средний слой – это основа. Места присоединения эмиттера к база и база, соединяющая коллектор, называются узлами.

Слои NPN-транзистора должны иметь правильное напряжение, подключенное к ним. В Напряжение базы должно быть положительнее, чем у эмиттера. Напряжение коллектор, в свою очередь, должен быть более положительным, чем у цоколя. Напряжения питается от батареи или другого источника постоянного тока. Эмиттер подает электроны.База оттягивает эти электроны от эмиттера, потому что он имеет более положительное напряжение, чем эмиттер. Это движение электронов создает поток электричества через транзистор.

Ток проходит от эмиттера к коллектору через базу. Изменения в напряжение, подключенное к базе, изменяет поток тока, изменяя количество электроны в базе. Таким образом, небольшие изменения в базовом напряжении могут вызвать большие изменения тока, вытекающего из коллектора.

Производители также производят соединительные транзисторы PNP. В этих устройствах эмиттер и коллектор – это полупроводниковый материал p-типа и база n-типа. Соединение PNP Транзистор работает по тому же принципу, что и транзистор NPN. Но он отличается в одном уважать. Основной поток тока в транзисторе PNP регулируется путем изменения количество дырок, а не количество электронов в основании. Также этот тип Транзистор работает правильно только в том случае, если отрицательные и положительные соединения к нему являются обратная сторона транзистора NPN.

ТРАНЗИСТОРЫ ПОЛЕВОГО ЭФФЕКТА

Полевой транзистор имеет только два слоя полупроводника. материал, один поверх другого. Электричество проходит через один из слоев, называемый канал. Напряжение, подключенное к другому слою, называемому затвором, мешает ток, протекающий в канале. Таким образом, напряжение, подключенное к затвору, управляет сила тока в канале. Существует две основных разновидности полевого эффекта. транзисторы – полевой транзистор (JFET) и металлооксидный полупроводник полевой транзистор (MOSFET).Большинство транзисторов, содержащихся в сегодняшних интегральные схемы – это МОП-транзисторы.
Ответил: Джастин Шорс, ученик старшей школы

Транзисторы – мир современных электронов | ОРЕЛ

Добро пожаловать в мир современной электроники! У нас есть самопосадочные ракетные корабли, дроны, которые доставят посылки к вашему порогу за считанные минуты, и вездеходы, прочесывающие самые дальние уголки нашей галактики.Без знаменитого транзистора ни одно из этих современных чудес никогда не было бы возможным! Миллионы этих транзисторов втиснуты в микропроцессор, питающий ваш компьютер, но что, черт возьми, они там делают?

Давай узнаем.

Просто прославленный коммутатор?

Транзистор сравнивают с простым переключателем, но не обманывайтесь; это гораздо больше. Транзистор выполняет две важные задачи, в том числе:

Усиливающий ток

Транзистор может взять небольшой ток и превратить его в огромный! Подумайте о слуховых аппаратах; они содержат миниатюрный микрофон, который улавливает звук из повседневной среды, который затем поглощается транзистором и превращается в мощный звук, который может слышать больное человеческое ухо.Мой дедушка передает привет, Транзистор.

Ой, как далеко продвинулся слуховой аппарат, благодаря транзистору. (Источник изображения)

Ток переключения

Транзисторы

также работают как мощный переключатель, позволяя току течь только при соблюдении определенных условий. Когда току позволяют течь, это создает состояние «включено», или 1. Когда ток не может протекать, транзистор находится в состоянии «выключено», или 0. Эта двоичная система единиц и нулей формирует строительные блоки нашего мира современной электроники.

Эта знаменитая сцена из «Матрицы» обретает новую жизнь, когда вы понимаете, как это происходит с помощью транзисторов! (Источник изображения)

Как заставить транзистор работать

Если сложить два диода, то получится транзистор! Транзисторы имеют три вывода, каждый из которых выполняет свои собственные специализированные функции. В демонстрационных целях мы сосредоточимся на транзисторе NPN. Мы объясним более подробно ниже.

• База. База отвечает за контроль того, может ли ток течь через транзистор при подаче питания.Вы можете думать о нем как о привратнике.
• Коллекционер. Когда на базу подается питание, ток коллектора может течь к эмиттеру.
• Излучатель. Эмиттер принимает электрический ток, который может послать коллектор, для использования в других частях вашей цепи.

Простая схема, показывающая, как база позволяет току течь от эмиттера к коллектору. (Источник изображения)

Небольшое количество электрического тока, которое получает база, открывает ток от коллектора, чтобы выпустить его (больший) ток.Сбрасывает весь накопленный ток на эмиттер, запитывая другие части вашей цепи.

Но если убрать источник тока с базы, то ток не будет течь между коллектором и эмиттером. Этот процесс как управления током, так и его усиления между базой и эмиттером – вот что делает транзистор поистине уникальным компонентом.

Другой легированный компонент

Как и его младший брат диод, транзистор представляет собой еще один полупроводниковый компонент, сделанный из кремния.Что такое полупроводник? Это материал, который находится где-то посередине между проводником (материалом, через который любит течь электричество) и изолятором (материалом, которого избегает электричество). Похоже на нерешительность, правда?

Полупроводники бывают разных форм и размеров в промышленных формах, таких как эта интегральная схема. (Источник изображения)

Добавляя примеси в полупроводники, известные как легирование, мы можем добиться уникального поведения этих материалов.Например:

• Создание кремния N-типа. Допирование кремния химическим элементом мышьяком, фосфором или сурьмой даст нашему кремнию дополнительные электроны, позволяя ему проводить электрический ток. Это создает кремний n-типа.
• Создание кремния P-типа. Допирование кремния химическими элементами бором, галлием или алюминием лишает кремний свободных электронов, притягивая внешние электроны. Это создает кремний p-типа.
• Создание транзисторов. Когда вы соединяете эти два типа кремния, рождаются транзисторы! Они объединены в «кремниевый сэндвич», который позволяет току течь интересными способами.

Теперь у нас есть сырые ингредиенты для транзистора, кремний n-типа и кремний p-типа, но как они вместе образуют этот компонент? Есть два способа построить транзистор:

Транзисторы NPN

Эти транзисторы создаются при соединении трех слоев кремния, включая два кремния n-типа и один кремний p-типа.N-типы служат коллектором и эмиттером, а p-тип – базой. Все это вместе формирует так называемый NPN-транзистор. В этих транзисторах электроны переходят от эмиттера к коллектору после получения разрешения от базы.

Транзисторы PNP

Эти транзисторы рождаются, когда вы объединяете вместе еще три слоя кремния, только в другой комбинации. В этом случае мы имеем два силикона p-типа и один кремний n-типа.Эта комбинация создает эффект, обратный NPN-транзистору, где вместо того, чтобы посылать ток на эмиттер, коллектор посылает положительно заряженные «дыры» на коллектор. Вы можете думать об этих дырах как о пустых пространствах, в которых нет электронов.

Простой способ визуализировать, как кремний собран вместе в транзисторе.

Типы транзисторов

, которые вы встретите

Во время своего путешествия в мир электроники вы обязательно столкнетесь с двумя основными типами транзисторов – биполярным переходным транзистором (BJT) и полевым транзистором (FET).Давайте посмотрим на каждый:

Биполярный переходной транзистор (BJT)

Это транзистор, о котором мы говорили во всех наших примерах. Он поставляется в двух версиях, NPN и PNP, и имеет три клеммы, базу, эмиттер и коллектор. Вам знаком схематический символ ниже? Если диод пришел в голову, значит вы уже близко! Три клеммы соединительных транзисторов будут помечены стрелкой, показывающей, в каком направлении будет течь ток.

Транзисторы NPN и PNP, обратите внимание, как стрелка показывает поток тока для каждого из них.

В NPN-транзисторе все, что вам нужно, – это приложить к базе напряжение около 0,7 В, чтобы получить огромный скачок тока, протекающего через коллектор к эмиттеру. Это включит транзистор, создав двоичную единицу.

Полевой транзистор (FET)

Полевой транзистор появился на свет после BJT, и, хотя у него три вывода, они названы немного по-другому.У вас есть затвор , , который похож на базу, исток , , который аналогичен коллектору, и, наконец, сток , , который похож на эмиттер. Этот тип транзистора также включает слои кремния n-типа и p-типа, но они покрыты слоями металлов и ионов кислорода, что дало этому транзистору уникальное название MOSFET (полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника). Это полный рот!

Два типа полевых транзисторов, n-канальный и p-канальный.(Источник изображения)

В транзисторах этого типа подключение положительного напряжения к затвору позволяет электронам проходить через очень тонкий канал между истоком и стоком. И хотя этот процесс визуально отличается, это тот же основной принцип: небольшое количество тока позволяет протекать большему источнику тока.

Эго и рождение транзистора

Это изобретение возникло в недрах лабораторий Белла в Нью-Джерси тремя физиками, Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли.Команда была собрана под руководством Шокли для разработки замены ненадежной вакуумной лампе, которая использовалась для усиления сигналов в телефонной системе США.

С этим трио дела идут плохо.

Три блестящих физика работают над заменой вакуумной лампы. (Источник изображения)

Во-первых, и Бардин, и Браттейн ушли работать самостоятельно, создав то, что мы теперь знаем как первый транзистор с точечным контактом, 16 декабря 1947 года.Они намеренно исключили Шокли из всего процесса, и, возможно, по уважительной причине, поскольку он, как сообщается, был немного придурком.

Конечно, Шокли был расстроен тем, что его оставили в стороне, так что же он сделал? Он заперся в гостиничном номере на несколько дней с карандашом и бумагой, а затем изложил теорию известного теперь переходного транзистора, который был гораздо более технологичен, чем точечный транзистор.

Шокей – 1, Бардин и Браттейн – 0.

Не очень гламурный первый транзистор, созданный на пластине германия.(Источник изображения)

В конце концов, все трое этих джентльменов получили признание за изобретение транзистора. Шокли даже основал свою собственную компанию по производству полупроводников, Shockley Semiconductor Laboratory, и после серьезной ссоры с некоторыми из его сотрудников, Intel и Fairchild Semiconductor родились после компании Шокли.

Bell Labs и не только

С момента своего создания в Bell Labs транзистор имеет дикая и безумная история.Промышленные транзисторы использовались в качестве усилителей, и именно в 1952 году стали доступны первые транзисторные слуховые аппараты. Но это не совсем помогло производителям и потребителям, которые по-прежнему считали технологию электронных ламп единственным вариантом усиления.

Обратите внимание на разницу в размерах! Первый транзисторный слуховой аппарат (вверху) и ламповый слуховой аппарат (внизу). (Источник изображения)

Это восприятие вскоре изменилось, когда в радио появились транзисторы.Звуки можно было послать через микрофон, превратить в электрическую цепь и усилить с помощью транзистора, чтобы произвести довольно удивительные звуки в таком маленьком корпусе.

Настоящим гвоздем в гроб для электронных ламп стал карманный радиоприемник, разработанный Texas Instruments в 1954 году и получивший название Regency TR-1. Этому миниатюрному радиоприемнику требовалось несколько новых деталей, чтобы поместиться в таком маленьком корпусе, включая тщательно спроектированные динамики, конденсаторы и, конечно же, транзисторы.

Благо вся эта инженерия?

Texas Instruments доказала, что транзисторы могут быть массовыми и экономичными.И такие компании, как Emerson, General Electric и Raytheon, наконец, начали серьезно относиться к транзисторам.

Первое в мире карманное радио на транзисторе. (Источник изображения)

1954 ознаменовал замену кремния в качестве предпочтительного материала для производства транзисторов, который оказался более надежным и менее дорогим в производстве, чем транзисторы на основе германия. Развитие продолжалось в течение 60-х годов, и в 1970-х годах появился первый полевой МОП-транзистор, основанный на успехе переходного транзистора Уильяма Шокли.

Что ждет транзисторы в будущем?

Что ж, это еще предстоит выяснить. В настоящее время ученые работают над первым в мире молекулярным транзистором, состоящим из одной молекулы бензола. Этот тип транзисторов не выделяет столько тепла, сколько наши современные кремниевые транзисторы.

Мы также пытаемся заменить кремний графеном, который может переносить электроны намного быстрее, чем кремний. Единственное зависание? Мы до сих пор не можем придумать, как надежно производить графен.Если мы сможем заставить его работать по разумной цене, графен сделает наши компьютерные процессоры в 1000 раз быстрее, чем кремний.

Роль транзисторов в вычислительной технике

Давайте вернемся в настоящее, чтобы понять, как транзисторы полностью изменили компьютеры в двух областях – логике и памяти.

Транзисторы и логика

Соединив множество транзисторов вместе, вы можете создать нечто, называемое логическим вентилем. Это позволяет вам сравнивать входящие токи и отправлять разные выходы в зависимости от вашей запрограммированной логики.

Эти логические элементы позволяют компьютеру принимать решения с помощью булевой алгебры. Если вы пробовали программировать, они должны быть вам знакомы, в том числе логические значения, такие как AND, OR, NOT и т. Д. Объединение всей этой логики вместе – это то, что заставляет наше компьютерное программное обеспечение работать, обеспечивая серию инструкций для наших компьютеров. .

Транзисторы и память Транзисторы

также используются для питания всей памяти в наших компьютерах. Подключив логические вентили по определенному шаблону, вы можете создать выходные соединения, которые обратятся к входным соединениям.Это создает своего рода схему, при которой транзисторы будут оставаться включенными даже после того, как их базовый ток будет снят, оставляя транзистор в так называемом стабильном состоянии: включено или выключено. Умножьте это на миллионы или миллиарды транзисторов со стабильным состоянием, и вскоре вы обнаружите, что постоянно включаются и выключаются транзисторы, которые могут хранить данные как в единицах, так и в виде нулей.

Они идут меньше, но где остановятся, никто не знает!

Появившись только около 70 лет назад, транзисторы были чертовски быстры, выросли с десятков до сотен, а теперь даже миллионов и миллиардов транзисторов в наших повседневных вычислительных устройствах! Эти полупроводниковые компоненты завершают наш взгляд на увлекательный мир активных компонентов, которые играют динамическую роль в развитии наших электронных разработок.

Можем ли мы продолжать использовать все больше и больше транзисторов в наших интегральных схемах, как гласит закон Мура? Мы начинаем достигать физических пределов кремния и электронов. Похоже, пора вложить деньги в исследования и разработки графена и фотонов. Мир современной электроники ждет!

Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE предлагает массу бесплатных библиотек транзисторов, готовых к использованию? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня, чтобы начать работу!

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 NPN-транзистор.

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.

Стоит 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 смещенное состояние 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 NPN-диодами (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.
Транзисторы
5. NPN используются в приложениях, где требуется приемник тока.
6. Некоторые классические схемы усилителя, такие как «двухтактные» схемы усилителя, используют этот компонент.
7. Например, в датчиках температуры.
8. Приложения с чрезвычайно высокой частотой.
9. В логарифмических преобразователях используется эта переменная.
10. Потому что усиление сигнала осуществляется на транзисторах NPN. В усилительных схемах он используется именно так.
11. Логарифмические преобразователи – еще одна область, где он используется.
12. 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.

Что такое транзистор и какое влияние его изобретение оказало на компьютеры?

… Hemera Technologies / PhotoObjects.net / Getty Images

Транзистор – это миниатюрный электронный компонент, сделанный из полупроводникового материала, такого как кремний. До появления транзисторов единственным способом управления током в электронной схеме было использование больших энергоемких электронных ламп, что ограничивало размер и мощность компьютеров, которые можно было построить.Изобретение транзисторов произвело революцию в компьютерном дизайне: современный микропроцессор обычно содержит сотни миллионов транзисторов на одном кремниевом кристалле.

1 Изобретение транзистора

Транзистор был изобретен в 1947 году Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли в Bell Laboratories в Нью-Джерси. Изобретение стало кульминацией длительных усилий по разработке жизнеспособной альтернативы вакуумной лампе с использованием полупроводниковой технологии.Он принес Бардину, Браттейну и Шокли Нобелевскую премию по физике в 1956 году. По сравнению с электронными лампами транзисторы имеют множество преимуществ: они меньше и менее хрупкие, для работы им требуется меньше энергии и они могут работать при более низких напряжениях.

2 Как работает транзистор

Если электрический ток проходит между двумя из трех выводов транзистора, величиной этого тока можно управлять с помощью напряжения, приложенного к третьему выводу. Он имеет два основных применения – либо в качестве переключателя, либо в качестве усилителя.Первое широкое применение транзистора было в качестве усилителя в портативных радиоприемниках. Однако в компьютерах он используется скорее как переключатель, чем как усилитель. Компьютеры, использующие вакуумные лампы в качестве переключателей, были ограничены размерами до нескольких тысяч таких устройств. С изобретением транзистора ситуация резко изменилась.

3 Влияние на компьютеры

Транзисторные компьютеры были не только меньше своих предшественников на электронных лампах, но и более мощными, поскольку внутри можно было разместить больше компонентов.Транзисторизация также сделала компьютеры быстрее, потому что более компактные размеры означали, что электрические сигналы не должны распространяться так далеко. Шло время, и количество транзисторов, которые можно было изготовить на одном кремниевом кристалле, увеличивалось. Этот эффект был количественно определен в 1960-х годах Гордоном Муром в математической зависимости, известной как закон Мура.

4 транзистора в эпоху цифровых технологий

Транзисторы стали одним из основных строительных блоков современной технологической жизни.Являясь важным коммутационным устройством во всех типах микропроцессоров, они используются в смартфонах, цифровых камерах, электронных играх и системах спутниковой навигации, а также в настольных и портативных компьютерах. Обычно современный микропроцессор содержит сотни миллионов транзисторов, хотя в самых передовых конструкциях количество транзисторов превышает 2 миллиарда.

Что такое транзистор Почему он так называется Какие классы физики 12 CBSE

Подсказка: Определите рабочую концепцию транзистора.Отсюда можно сказать, почему он называется транзистором. Сравните его с вакуумной трубкой, чтобы узнать о преимуществах. И вакуумная лампа, и транзисторы используются одинаково, но их конструкция и принципы работы различаются.

Полный пошаговый ответ:
Транзисторы – это полупроводниковые устройства, с помощью которых мы можем получить желаемый ток и напряжение. Его можно использовать как выключатель и как усилитель.

Слово «транзистор» означает сочетание передачи и сопротивления.Это потому, что он передает сопротивление с одного конца устройства на другой конец, или, можно сказать, передачу сопротивления. Отсюда и название транзистор. Транзисторы
имеют очень высокое входное сопротивление и очень низкое выходное сопротивление. Это трехконечное устройство. Одна клемма называется клеммой управления, потому что напряжение на этой клемме определяет сопротивление между двумя оставшимися клеммами.
Вакуумная трубка – это герметичная стеклянная трубка, внутри которой находится почти вакуум, и через нее проходит контролируемый электрический ток.Он может управлять потоком электронов внутри и используется в качестве переключателя и усилителя в электрическом оборудовании.
Из-за многих преимуществ транзисторов перед электронными лампами в настоящее время используются транзисторы.
Преимущества транзисторов перед электронными лампами –
1). Транзисторы меньше электронных ламп.
2). Стоимость транзисторов ниже, чем у электронных ламп.
3). Транзисторы потребляют низкую мощность, меньше тепловыделений, в то время как электронным лампам требуется больше энергии.
4). Транзисторы имеют более высокий КПД, чем электронные лампы.
5). Транзисторы имеют долгий срок службы.
6). Поскольку транзисторы малы и производят меньше тепла, они предпочтительны для небольших электрических цепей.

Примечание: у нас есть два типа транзисторов – BJT и FET. BJT или транзисторы с биполярным переходом классифицируются как транзисторы NPN и PNP. Полевые транзисторы или полевые транзисторы классифицируются как полевые транзисторы JFET или переходные полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы или металлооксидные полупроводниковые транзисторы.

Что такое транзистор? – Определение, функции и использование – Видео и стенограмма урока

Типы транзисторов

В зависимости от того, где три вывода транзистора расположены на полупроводнике, у нас может быть либо транзистор npn, либо транзистор pnp.В символе транзистора стрелка между эмиттером и базой указывает направление тока.

Обозначения транзисторов npn и pnp

Последовательность легированных областей в транзисторе pnp :

• коллектор p-области
• база n-региона
• Излучатель p-области

Последовательность легированных областей в транзисторе npn :

• Коллектор n-области
• основание p-области
• Излучатель n-области

Блок-схемы npn и pnp транзисторов

Состав транзисторов

Мы можем представить себе транзистор как состоящий из двух диодов, направленных либо навстречу друг другу, либо от них.

npn и pnp транзисторы с использованием диодов

Прежде чем мы углубимся в их значение, давайте познакомимся с терминологией, которая используется для описания диодов.

• Электроны – отрицательно заряженные носители тока
• Отверстия – положительно заряженные носители тока
• Ток – Результат потока носителей заряда – дырок и электронов
• Легирование – Добавление примесей в полупроводник для образования областей, богатых электронами или дырками – в полупроводник добавляются доноры электронов (например, фосфор) или акцепторы электронов (например, бор).
• n-область – Отрицательно заряженная область полупроводника, в которую добавлены электронно-донорные атомы, так что есть дополнительный электрон, который может свободно улетать на каждый донорный атом
• p-область – Положительно заряженная область полупроводника, в которую добавлены электронные акцепторные атомы, так что на каждый акцепторный атом создается дополнительное пространство или дыра.
• pn переход – Область пересечения p- и n-областей, позволяющая электронам и дыркам диффундировать через

Вверху: pn переход диода; Внизу: символ диода

• Смещение – Процесс добавления внешнего источника напряжения, чтобы диод вел себя определенным образом
• С прямым смещением – Подключение источника напряжения таким образом, что его положительный вывод соединяется с p-областью, а отрицательный вывод – с n-областью диода; напряжение больше на заднем конце по сравнению с заостренным концом символа диода
• с обратным смещением – Подключение источника напряжения таким образом, что его положительный вывод соединяется с n-областью, а отрицательный вывод – с p-областью диода; напряжение выше на остром конце по сравнению с концом диодного символа

Поскольку количество электронов и дырок в pn-переходах разное, они пытаются распространить свой градиент концентрации из одной области в другую.Эта диффузия продолжается до тех пор, пока с обеих сторон не станет равное количество представителей каждого вида, и это состояние называется равновесием.

Режимы работы транзисторов

Что делает транзисторы действительно полезными, так это то, что мы можем тщательно откалибровать их так, чтобы электроны и дырки двигались так, как мы хотим. Транзистор может работать в четырех различных режимах:

• Насыщение – Переход эмиттер-база и переход коллектор-база смещены в прямом направлении.Транзистор замыкается на короткое замыкание.
• Отсечка – переход эмиттер-база и переход коллектор-база имеют обратное смещение. Транзистор становится разомкнутой.
• Активный в прямом направлении – Переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении.
• Обратно-активный – Переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, а переход коллектор-база смещен в прямом направлении.

В прямом активном и обратном активном режимах ток, протекающий от эмиттера к коллектору, пропорционален току, протекающему в базе.

Использование транзисторов

Транзисторы – основа современной электроники. Например, в усовершенствованной интегральной схеме их могут быть миллионы, чтобы помочь увеличить вычислительную мощность компьютера. В цифровых логических схемах транзистор используется для переключения между стадиями ВКЛ / ВЫКЛ, в зависимости от того, находится ли транзистор в режиме полного насыщения или в режиме отсечки соответственно.

Силовой транзистор на аудиоусилителе

Транзисторы также используются для усиления небольших сигналов, включая ток, напряжение и мощность, путем смещения их в активный прямой режим и наложения малых синусоидальных сигналов на сигналы постоянного тока (DC).Существуют однотранзисторные усилители, а также многокаскадные транзисторы, которые используют несколько транзисторов в схеме.

Резюме урока

Транзисторы являются мощными устройствами из-за их способности управлять током, протекающим по цепи, который генерируется потоком электронов и дырок. Есть два типа: npn (отрицательный положительный отрицательный) и pnp (положительный отрицательный положительный). Использование внешних источников напряжения между тремя выводами – эмиттер , излучающий ток; Коллектор , собирающий ток; и база , которая является промежуточной областью – транзисторы могут иметь прямое или обратное смещение в четырех рабочих режимах:

• Насыщение – переход эмиттер-база и переход коллектор-база смещены в прямом направлении до создать короткое замыкание.
• Отсечка – Переход эмиттер-база и переход коллектор-база смещены в обратном направлении для создания разомкнутой цепи.
• Активный в прямом направлении – Переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении.