Понять, для чего нужен транзистор, лучше всего поможет такая аналогия: если маленькая клетка - кирпичик в живом организме, то транзистор - кирпич в цифровой революции. Без него все технологические чудеса, используемые нами каждый день (мобильные телефоны, компьютеры, автомобили), значительно отличались бы от современных, а то и вовсе не существовали бы.
Исторический обзор
Прежде чем были изобретены полупроводниковые элементы электрических схем, для тех же целей конструкторы использовали вакуумные лампы и механические выключатели. Лампы были далеки от идеала. Им требовался разогрев перед началом работы, они не могли похвастаться надёжностью ненадёжностью и компактностью, потребляли слишком много энергии. Все приборы, начиная от телевизоров до ранних компьютеров, были созданы на их основе.
После Второй мировой войны учёные активно искали альтернативу лампам и нашли ответ в работах Юлия Лилиенфельда конца 1920-х годов. Этот американский физик польского происхождения подал на патентование трёхэлектродное устройство, изготовленное из сульфида меди. К сожалению, нет доказательств, что он на самом деле сделал рабочий прибор. Но его исследования помогли создать то, что сегодня называется полевым транзистором.
Через 20 лет после Лилиенфельда компания Bell остро нуждалась в чём-то более совершенном для своих систем связи, чем лампы. Она собрала звёздную команду научных умов для работ по исследованию заменителей вакуумных элементов, в числе группы были:
- Джон Бардин;
- Уолтер Браттейн;
- Уильям Шокли.
В 1947 году Шокли был директором транзисторного исследования в Bell, Браттейн слыл авторитетом в физике твёрдого тела, а Бардин - инженером-электриком и физиком. В течение года они удачно экспериментировали с германием, и вскоре после этого Шокли усовершенствовал их идеи, разработав транзисторный переход. В следующем году Bell объявила всему миру об изобретении рабочего полупроводникового триода. В 1956 году команда учёных за это открытие получила Нобелевскую премию по физике.
Понимание масштабов изобретения и того, зачем нужны транзисторы, невозможно без осознания такого факта: эти маленькие устройства позволили сделать один из самых больших технологических скачков человечества. И это не преувеличение - они действительно изменили ход истории.
Упрощённая схема работы
Транзисторы - устройства, контролирующие движение электронов, а следовательно, электрический ток. Для понимания того, что делает транзистор, лучше всего подойдёт аналогия с водяным краном и потоком жидкости, но, в отличие от последнего, они не только могут пропустить или перекрыть поток, но также способны контролировать его количество. Применение транзисторов чрезвычайно широко и основано на том, что в качестве электронного компонента он может выполнять две разные функции:
Базовая структура
Корпус, изоляция, полупроводниковый кристалл, металлические выводы - вот из чего состоит транзистор. Различное легирование полупроводника позволяет создать два типа его структуры:
- p-тип;
- n-тип.
Сам кристалл представляет собой бутерброд из этих двух типов, расположенных так, что два одинаковых слоя сэндвича содержат между собой противоположные. В зависимости от их комбинации транзистор называют либо типом p-n-p, либо n-p-n. Названия трёх выводов, соединённых с соответствующими слоями, являются общими для всех видов биполярных и полевых транзисторов соответственно и отражают их назначение (в скобках указаны термины, применяемые в отношении полевых):
- база (затвор);
- коллектор (сток);
- эмиттер (исток).
База (затвор) принимает слабый управляющий сигнал, а сильный коллекторный ток (от истока к стоку) протекает между двумя другими контактами. Последний меняется в зависимости от тока базы. Внешне транзистор выглядит как радиоэлектронный компонент с тремя выводами.
Виды и типы
Время изобретения транзисторов не было случайным. Для правильной работы их кристаллы требуют чистых полупроводниковых материалов. Именно после Второй мировой войны прогресс технологии в получении германия, а также достижения в области легирования позволили получать материалы, пригодные для серийного изготовления полупроводниковых приборов.
Позже вместо германия в коммерческой электронике стали использовать кремний. Полупроводники на его основе более надёжны и доступны, чем германиевые. Кремниевые подходят для компьютерного производства. В чипах транзисторы не изолированы как отдельные компоненты, а являются частью того, что называется интегральной схемой, и располагаются на едином кристалле полупроводника вместе с другими элементами - конденсаторами и резисторами. Современные кремниевые устройства в составе микрочипа настолько малы, что их размеры измеряются в нанометрах.
Эволюция материалов для изготовления этих приборов не стоит на месте. Благодаря последним достижениям основой триодов в XXI веке может стать материал под названием графен. Он переносит электроны гораздо быстрее, чем кремний, и может стать основой компьютерных чипов, которые на порядки производительнее устроенных на базе кремния полупроводников.
То, какими бывают транзисторы, не исчерпывается их делением по материалу кристалла. Существуют две большие группы, отличающиеся способами управления:
- полевые;
- биполярные.
Слово «полевые» означает, что затвор управляется электрическим полем, то есть для изменения тока между стоком и истоком достаточно изменить напряжение. А в биполярных реакции коллекторного тока добиваются путём изменения тока на базе. Биполярные устройства массово использовались в 1960−70 годах и востребованы в наше время в качестве элементов аналоговых схем в основном благодаря тому, что они просты в изготовлении и обладают большой линейностью. Полевые захватили почти всю долю рынка цифровых схем.
Существуют и другие типы транзисторов. Их каталогизируют не только по принципу работы, но и по мощности, рабочим частотам, структуре, применению и другим показателям. Развитие этих устройств продолжается без снижения темпа. Например, учёными из Южной Кореи недавно создан p-n переход, изготовленный из одной молекулы бензола. Современные чипы производят много неиспользуемого тепла. В этой связи у молекулярных транзисторов может быть большое будущее - они способны стать ключом к повышению энергоэффективности.
Независимо от того, в каких направлениях будет осуществляться развитие технологий, очевидно, что благодаря активному исследованию способов совершенствования транзисторов компьютеры станут быстрее, дешевле и надёжнее, а сотовые телефоны - ещё легче и компактнее. Эти маленькие устройства продолжают менять технологический ландшафт и в конечном счёте наше общество в целом. Эта замечательная судьба для простого устройства, изобретённого более 60 лет назад.
Радиоэлектронный элемент из полупроводникового материала с помощью входного сигнала создает, усиливает, изменяет импульсы в интегральных микросхемах и системах для хранения, обработки и передачи информации. Транзистор – это сопротивление, функции которого регулируются напряжением между эмиттером и базой или истоком и затвором в зависимости от типа модуля.
Виды транзисторов
Преобразователи широко применяются в производстве цифровых и аналоговых микросхем для обнуления статического потребительского тока и получения улучшенной линейности. Типы транзисторов различаются тем, что одни управляются изменением напряжения, вторые регулируются отклонением тока.
Полевые модули работают при повышенном сопротивлении постоянного тока, трансформация на высокой частоте не увеличивает энергетические затраты. Если говорить, что такое транзистор простыми словами, то это модуль с высокой границей усиления. Эта характеристика у полевых видов больше, чем у биполярных типов. У первых нет рассасывания носителей заряда, что ускоряет работу.
Полевые полупроводники применяются чаще из-за преимуществ перед биполярными видами:
- мощного сопротивления на входе при постоянном токе и высокой частоте, это уменьшает потери энергии на управление;
- отсутствия накопления неосновных электронов, из-за чего ускоряется работа транзистора;
- переноса подвижных частиц;
- стабильности при отклонениях температуры;
- небольших шумов из-за отсутствия инжекции;
- потребления малой мощности при работе.
Виды транзисторов и их свойства определяют назначение. Нагревание преобразователя биполярного типа увеличивает ток по пути от коллектора к эмиттеру. У них коэффициент сопротивления отрицательный, а подвижные носители текут к собирающему устройству от эмиттера. Тонкая база отделена p-n-переходами, а ток возникает только при накоплении подвижных частиц и их инжекции в базу. Некоторые носители заряда захватываются соседним p-n-переходом и ускоряются, так рассчитаны параметры транзисторов.
Полевые транзисторы имеют еще один вид преимущества, о котором нужно упомянуть для чайников. Их соединяют параллельно без выравнивания сопротивления. Резисторы для этой цели не применяются, так как показатель растет автоматически при изменении нагрузки. Для получения высокого значения коммутационного тока набирается комплекс модулей, что используется в инверторах или других устройствах.
Нельзя соединять параллельно биполярный транзистор, определение функциональных параметров ведет к тому, что выявляется тепловой пробой необратимого характера. Эти свойства связаны с техническими качествами простых p-n каналов. Модули соединяются параллельно с применением резисторов для выравнивания тока в эмиттерных цепях. В зависимости от функциональных черт и индивидуальной специфики в классификации транзисторов выделяют биполярные и полевые виды.
Биполярные транзисторы
Биполярные конструкции производятся в виде полупроводниковых приборов с тремя проводниками. В каждом из электродов предусмотрены слои с дырочной p-проводимостью или примесной n-проводимостью. Выбор комплектации слоев определяет выпуск p-n-p или n-p-n типов приборов. В момент включения устройства разнотипные заряды одновременно переносятся дырками и электронами, задействуется 2 вида частиц.
Носители движутся за счет механизма диффузии. Атомы и молекулы вещества проникают в межмолекулярную решетку соседнего материала, после чего их концентрация выравнивается по всему объему. Перенос совершается из областей с высоким уплотнением в места с низким содержанием.
Электроны распространяются и под действием силового поля вокруг частиц при неравномерном включении легирующих добавок в массе базы. Чтобы ускорить действие прибора, электрод, соединенный со средним слоем, делают тонким. Крайние проводники называют эмиттером и коллектором. Обратное напряжение, характерное для перехода, неважно.
Полевые транзисторы
Полевой транзистор управляет сопротивлением с помощью электрического поперечного поля, возникающего от приложенного напряжения. Место, из которого электроны движутся в канал, называется истоком, а сток выглядит как конечная точка вхождения зарядов. Управляющее напряжение проходит по проводнику, именуемому затвором. Устройства делят на 2 вида:
- с управляющим p-n-переходом;
- транзисторы МДП с изолированным затвором.
Приборы первого типа содержат в конструкции полупроводниковую пластину, подключаемую в управляемую схему с помощью электродов на противоположных сторонах (сток и исток). Место с другим видом проводимости возникает после подсоединения пластины к затвору. Вставленный во входной контур источник постоянного смещения продуцирует на переходе запирающее напряжение.
Источник усиливаемого импульса также находится во входной цепи. После перемены напряжения на входе трансформируется соответствующий показатель на p-n-переходе. Модифицируется толщина слоя и площадь поперечного сечения канального перехода в кристалле, пропускающем поток заряженных электронов. Ширина канала зависит от пространства между обедненной областью (под затвором) и подложкой. Управляющий ток в начальной и конечной точках регулируется изменением ширины обедненной области.
Транзистор МДП характеризуется тем, что его затвор отделен изоляцией от канального слоя. В полупроводниковом кристалле, называемом подложкой, создаются легированные места с противоположным знаком. На них установлены проводники – сток и исток, между которыми на расстоянии меньше микрона расположен диэлектрик. На изоляторе нанесен электрод из металла – затвор. Из-за полученной структуры, содержащей металл, диэлектрический слой и полупроводник транзисторам присвоена аббревиатура МДП.
Устройство и принцип работы для начинающих
Технологии оперируют не только зарядом электричества, но и магнитным полем, световыми квантами и фотонами. Принцип действия транзистора заключается в состояниях, между которыми переключается устройство. Противоположный малый и большой сигнал, открытое и закрытое состояние – в этом заключается двойная работа приборов.
Вместе с полупроводниковым материалом в составе, используемого в виде монокристалла, легированного в некоторых местах, транзистор имеет в конструкции:
- выводы из металла;
- диэлектрические изоляторы;
- корпус транзисторов из стекла, металла, пластика, металлокерамики.
До изобретения биполярных или полярных устройств использовались электронные вакуумные лампы в виде активных элементов. Схемы, разработанные для них, после модификации применяются при производстве полупроводниковых устройств. Их можно было подключить как транзистор и применять, т. к. многие функциональные характеристики ламп годятся при описании работы полевых видов.
Преимущества и недостатки замены ламп транзисторами
Изобретение транзисторов является стимулирующим фактором для внедрения инновационных технологий в электронике. В сети используются современные полупроводниковые элементы, по сравнению со старыми ламповыми схемами такие разработки имеют преимущества:
- небольшие габариты и малый вес, что важно для миниатюрной электроники;
- возможность применить автоматизированные процессы в производстве приборов и сгруппировать этапы, что снижает себестоимость;
- использование малогабаритных источников тока из-за потребности в низком напряжении;
- мгновенное включение, разогревание катода не требуется;
- повышенная энергетическая эффективность из-за снижения рассеиваемой мощности;
- прочность и надежность;
- слаженное взаимодействие с дополнительными элементами в сети;
- стойкость к вибрации и ударам.
Недостатки проявляются в следующих положениях:
- кремниевые транзисторы не функционируют при напряжении больше 1 кВт, лампы эффективны при показателях свыше 1-2 кВт;
- при использовании транзисторов в мощных сетях радиовещания или передатчиках СВЧ требуется согласование маломощных усилителей, подключенных параллельно;
- уязвимость полупроводниковых элементов к воздействию электромагнитного сигнала;
- чувствительная реакция на космические лучи и радиацию, требующая разработки стойких в этом плане радиационных микросхем.
Схемы включения
Чтобы работать в единой цепи транзистору требуется 2 вывода на входе и выходе. Почти все виды полупроводниковых приборов имеют только 3 места подсоединения. Чтобы выйти из трудного положения, один из концов назначается общим. Отсюда вытекают 3 распространенные схемы подключения:
- для биполярного транзистора;
- полярного устройства;
- с открытым стоком (коллектором).
Биполярный модуль подключается с общим эмиттером для усиления как по напряжению, так и по току (ОЭ). В других случаях он согласовывает выводы цифровой микросхемы, когда существует большой вольтаж между внешним контуром и внутренним планом подключения. Так работает подсоединение с общим коллектором, и наблюдается только рост тока (ОК). Если нужно повышение напряжения, то элемент вводится с общей базой (ОБ). Вариант хорошо работает в составных каскадных схемах, но в однотранзисторных проектах ставится редко.
Полевые полупроводниковые приборы разновидностей МДП и с использованием p-n-перехода включаются в контур:
- с общим эмиттером (ОИ) – соединение, аналогичное ОЭ модуля биполярного типа
- с единым выходом (ОС) – план по типу ОК;
- с совместным затвором (ОЗ) – похожее описание ОБ.
В планах с открытым стоком транзистор включается с общим эмиттером в составе микросхемы. Коллекторный вывод не подсоединяется к другим деталям модуля, а нагрузка уходит на наружный разъем. Выбор интенсивности вольтажа и силы тока коллектора производится после монтажа проекта. Приборы с открытым стоком работают в контурах с мощными выходными каскадами, шинных драйверах, логических схемах ТТЛ.
Для чего нужны транзисторы?
Область применение разграничена в зависимости от типа прибора – биполярный модуль или полевой. Зачем нужны транзисторы? Если необходима малая сила тока, например, в цифровых планах, используют полевые виды. Аналоговые схемы достигают показателей высокой линейности усиления при различном диапазоне питающего вольтажа и выходных параметров.
Областями установки биполярных транзисторов являются усилители, их сочетания, детекторы, модуляторы, схемы транзисторной логистики и инверторы логического типа.
Места применения транзисторов зависят от их характеристик. Они работают в 2 режимах:
- в усилительном порядке, изменяя выходной импульс при небольших отклонениях управляющего сигнала;
- в ключевом регламенте, управляя питанием нагрузок при слабом входном токе, транзистор полностью закрыт или открыт.
Вид полупроводникового модуля не изменяет условия его работы. Источник подсоединяется к нагрузке, например, переключатель, усилитель звука, осветительный прибор, это может быть электронный датчик или мощный соседний транзистор. С помощью тока начинается работа нагрузочного прибора, а транзистор подсоединяется в цепь между установкой и источником. Полупроводниковый модуль ограничивает силу энергии, поступающей к агрегату.
Сопротивление на выходе транзистора трансформируется в зависимости от вольтажа на управляющем проводнике. Сила тока и напряжение в начале и конечной точке цепи изменяются и увеличиваются или уменьшаются и зависят от типа транзистора и способа его подсоединения. Контроль управляемого источника питания ведет к усилению тока, импульса мощности или увеличению напряжения.
Транзисторы обоих видов используются в следующих случаях:
- В цифровом регламенте. Разработаны экспериментальные проекты цифровых усилительных схем на основе цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).
- В генераторах импульсов. В зависимости от типа агрегата транзистор работает в ключевом или линейном порядке для воспроизведения прямоугольных или произвольных сигналов, соответственно.
- В электронных аппаратных приборах. Для защиты сведений и программ от воровства, нелегального взлома и использования. Работа проходит в ключевом режиме, сила тока управляется в аналоговом виде и регулируется с помощью ширины импульса. Транзисторы ставят в приводы электрических двигателей, импульсные стабилизаторы напряжения.
Монокристаллические полупроводники и модули для размыкания и замыкания контура увеличивают мощность, но функционируют только как переключатели. В цифровых устройствах применяют транзисторы полевого типа в качестве экономичных модулей. Технологии изготовления в концепции интегральных экспериментов предусматривают производство транзисторов на едином чипе из кремния.
Миниатюризация кристаллов ведет к ускорению действия компьютеров, снижению количества энергии и уменьшению выделения тепла.
В свое время транзисторы пришли на смену электронным лампах. Это произошло благодаря тому, что они имеют меньшие габариты, высокую надежность и менее затратную стоимость производства. Сейчас, биполярные транзисторы являются основными элементами во всех усилительных схемах.
Представляет собой полупроводниковый элемент, имеющий трехслойную структуру, которая образует два электронно-дырочных перехода . Поэтому транзистор можно представить в виде двух встречно включенных диода . В зависимости от того, что будет являться основными носителями заряда, различают p-n-p и n-p-n транзисторы.
База – слой полупроводника, который является основой конструкции транзистора.
Эмиттером называется слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.
Коллектором называется слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.
Как правило, эмиттер содержит намного большее количество основных зарядов, чем база. Это основное условие работы транзистора, потому что в этом случае, при прямом смещении эмиттерного перехода, ток будет обуславливаться основными носителями эмиттера. Эмиттер сможет осуществлять свою главную функцию – впрыск носителей в слой базы. Обратный ток эмиттера обычно стараются сделать как можно меньше. Увеличение основных носителей эмиттера достигается с помощью высокой концентрации примеси .
Базу делают как можно более тонкой . Это связано с временем жизни зарядов. Носители зарядов должны пересекать базу и как можно меньше рекомбинировать с основными носителями базы, для того чтобы достигнуть коллектора.
Для того чтобы коллектор мог наиболее полнее собирать носители прошедшие через базу его стараются сделать шире.
Принцип работы транзистора
Рассмотрим на примере p-n-p транзистора.
В отсутствие внешних напряжений, между слоями устанавливается разность потенциалов. На переходах устанавливаются потенциальные барьеры. Причем, если количество дырок в эмиттере и коллекторе одинаковое, тогда и потенциальные барьеры будут одинаковой ширины.
Для того чтобы транзистор работал правильно, эмиттерный переход должен быть смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном . Это будет соответствовать активному режиму работы транзистора. Для того чтобы осуществить такое подключение, необходимы два источника. Источник с напряжением Uэ подключается положительным полюсом к эмиттеру, а отрицательным к базе. Источник с напряжением Uк подключается отрицательным полюсом к коллектору, а положительным к базе. Причем Uэ < Uк.
Под действием напряжения Uэ, эмиттерный переход смещается в прямом направлении. Как известно, при прямом смещении электронно-дырочного перехода, внешнее поле направлено противоположно полю перехода и поэтому уменьшает его. Через переход начинают проходить основные носители, в эмиттере это дырки 1-5, а в базе электроны 7-8. А так как количество дырок в эмиттере больше, чем электронов в базе, то эмиттерный ток обусловлен в основном ими.
Эмиттерный ток представляет собой сумму дырочной составляющей эмиттерного тока и электронной составляющей базы.
Так как полезной является только дырочная составляющая, то электронную стараются сделать как можно меньше. Качественной характеристикой эмиттерного перехода является коэффициент инжекции .
Коэффициент инжекции стараются приблизить к 1.
Дырки 1-5 перешедшие в базу скапливаются на границе эмиттерного перехода. Таким образом, создается высокая концентрация дырок возле эмиттерного и низкая концентрация возле коллекторного перехода, в следствии чего начинается диффузионное движение дырок от эмиттерного к коллекторному переходу. Но вблизи коллекторного перехода концентрация дырок остается равной нулю, потому что как только дырки достигают перехода, они ускоряются его внутренним полем и экстрагируются (втягиваются) в коллектор. Электроны же, отталкиваются этим полем.
Пока дырки пересекают базовый слой они рекомбинируют с электронами находящимися там, например, как дырка 5 и электрон 6. А так как дырки поступают постоянно, они создают избыточный положительный заряд, поэтому, должны поступать и электроны, которые втягиваются через вывод базы и образуют базовый ток Iбр. Это важное условие работы транзистора – концентрация дырок в базе должна быть приблизительно равна концентрации электронов. Другими словами должна обеспечиваться электронейтральность базы.
Количество дырок дошедших до коллектора, меньше количество дырок вышедших из эмиттера на величину рекомбинировавших дырок в базе. То есть, ток коллектора отличается от тока эмиттера на величину тока базы.
Отсюда появляется коэффициент переноса носителей, который также стараются приблизить к 1.
Коллекторный ток транзистора состоит из дырочной составляющей Iкр и обратного тока коллектора.
Обратный ток коллектора возникает в результате обратного смещения коллекторного перехода, поэтому он состоит из неосновных носителей дырки 9 и электрона 10. Именно потому, что обратный ток образован неосновными носителями, он зависит только от процесса термогенерации, то есть от температуры. Поэтому его часто называют тепловым током .
От величины теплового тока зависит качество транзистора, чем он меньше, тем транзистор качественнее.
Коллекторный ток связан с эмиттерным коэффициентом передачи тока .
Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что делает, и как работает транзистор.
Что такое транзистор?
Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для управления электрическим током.
Где применяются транзисторы? Да везде! Без транзисторов не обходится практически ни одна современная электрическая схема. Они повсеместно используются при производстве вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.
Времена, когда советские микросхемы были самыми большими в мире , прошли, и размер современных транзисторов очень мал. Так, самые маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!
Приставка нано- обозначает величину порядка десять в минус девятой степени.
Однако существуют и гигантские экземпляры, использующиеся преимущественно в областях энергетики и промышленности.
Существуют разные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Тем не менее, в основе работы этих приборов лежит один и тот же принцип. Транзистор - прибор полупроводниковый. Как известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или дырки.
Область с избытком электронов обозначается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью – p (positive).
Как работает транзистор?
Чтобы все было предельно ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (самый популярный вид).
(далее – просто транзистор) представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего используется кремний или германий ), разделенный на три зоны с разной электропроводностью. Зоны называются соответственно коллектором , базой и эмиттером . Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же
Разделяют транзисторы прямой и обратной проводимости. Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.
Теперь о том, какие есть два режима работы транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу водопроводного крана или вентиля. Только вместо воды – электрический ток. Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).
Что это значит? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток. В открытом состоянии, когда на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.
Физические процессы в транзисторе
А теперь подробнее о том, почему все происходит именно так, то есть почему транзистор открывается и закрывается. Возьмем биполярный транзистор. Пусть это будет n-p-n транзистор.
Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, однако тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.
Если же подключить дополнительный источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (большая часть) направится к коллектору.
Таким образом, транзистор получается открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор. Если напряжение на базе увеличить, увеличится и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения наблюдается значительный рост тока через коллектор-эмиттер. Именно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.
Вот вкратце и вся суть работы транзисторов. Нужно рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже для новичка, если воспользоваться помощью специалистов нашего студенческого сервиса .
Не стесняйтесь обращаться за профессиональной помощью в таких важных вопросах, как учеба! А теперь, когда у вас уже есть представление о транзисторах, предлагаем расслабиться и посмотреть клип группы Korn “Twisted transistor”! Например, вы решили , обращайтесь в Заочник.
Существуют десятки тысяч транзисторов. Их все можно разделить на несколько типов по характеристикам. Я расскажу какие существуют виды транзисторов и чем они друг от друга отличаются.
Транзисторы можно разделить на виды по таким характеристикам как:
- Физическое строение
- Принцип действия
- Мощность
- Полоса пропускания частот
- Коэффициент усиления по току
- и т.д.
Но основными являются четыре: физическая структура транзистора, принцип действия транзистора, мощность и полоса рабочих частот транзистора.
По принципу действия все транзисторы можно разделить на две большие группы: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Различаются они как принципом действия, так и физическим строением. При этом различается как структура транзистора, так и принцип их функционирования. Внешне оба вида выполняют те же функции, но внутри у полевых и биполярных транзисторов всё работает иначе.
Посмотри на схему выше. Как ты уже заметил, и у биполярных и у полевых транзисторов есть общие характеристики: мощность и частота. Которые могут быть малыми, средними, высокими.
Рассеиваемая мощность транзистора
При это маломощными считаются транзисторы, которые в состоянии рассеять не более 0.3 Вт, транзисторы средней мощности в состоянии рассеять уже от 0.3 Вт до 1.5 Вт. Ну а мощные транзисторы рассеивают более 1.5Вт.
Полоса пропускания транзистора
Так называют диапазон частот, в которых транзистор сохраняет свои качества как транзистора. На выбор транзистора по частоте сильно влияет тип твоего устройства и с какими частотами сходящих сигналов оно должно уметь работать правильно.
Биполярный транзистор
Я не буду описывать строение транзистора, для этого сущесвуют другие статьи. В этот раз я хочу заострить твоё внимание на том, что в семейсве биполярных транзисторов есть два клана. Этоклан транзисторов со структурой N-P-N и клан со структурой P-N-P. Кроме физ. строения каких либо других различий между ними нет.
Полевые транзисторы
Полевые транзисторы также как и биполярные можно разделить на транзисторы P- и N-типа. Но помимо этого они делять ещё два вида: MOSFET и JFET. MOSFET -- это полевой транзистор с изолированным затвором и JFET -- это полевой транзистор с единственным PN-переходом.
| Разница между полевым и биполярным транзисторами | ||
| Принцип работы | биполярный | полевой |
| Управляются током. Для работы требуется подавать начальный ток смещения на базу | Управляются напряжением. Всё что им требуется для работы - это подача напряжения на затвор | |
|
Обладают сравнительно малым входным сопротивлением, поэтому потребляют от больший ток, чем полярные |
Обладают высоким входным сопротивлением, что означает практически отсутствующих входной ток транзистора. Позволяет меньше нагружатьисточник питания за счет меньшего потребления тока от источника | |
| Усиление по току | Биполярные транзисторы обладают больее высоким коэфф. усиления. | Коэфф. усиления меньше, чем в биполярном транзисторе. |
| Размер | Имеют средний и большой размер. | Полевые транзисторы можно производить для повернохстного монтажа. А также использовать в интегральных схемах. |
| Популярность | Сегодня биполярне транзисторы стали уступать свои позиции перед FET | FET-транзисторы сновятся все более популярны и активно используются в коммерческом ПО. |
| Стоимость | Биполярные транзисторы дешевы в производстве. | FET, а особенно MOSFET значительно дороже произвести, чем биполярные транзисторы. |
Вот и всё. Конечно за кадром остались глубокие принципы работы транзисторов. Но сделано это намеренно. О них я расскажу как-нибудь в другой раз.
Загрузка...
