Диоды и транзисторы

Диод Диод ( от др.- греч. δις два и - од от окончания - од термина электрод ; букв. « двухэлектродный »; корень - од происходит от др.- греч. δός « путь ») электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключаемый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт ( то есть имеет маленькое сопротивление ), называют анодом, подключаемый к отрицательному полюсу катодом.

История создания и развития диодов Развитие диодов началось в третьей четверти XIX века сразу по двум направлениям : в 1873 году британский учёный Фредерик Гутри открыл принцип действия термионных ( вакуумных ламповых с прямым накалом ) диодов, в 1874 году германский учёный Карл Фердинанд Браун открыл принцип действия кристаллических ( твёрдотельных ) диодов. Принципы работы термионного диода были заново открыты 13 февраля 1880 года Томасом Эдисоном, и затем, в 1883 году, запатентованы ( патент США ). Однако дальнейшего развития в работах Эдисона идея не получила.

В 1899 году германский учёный Карл Фердинанд Браун запатентовал выпрямитель на кристалле. Джэдиш Чандра Боус развил далее открытие Брауна в устройство применимое для детектирования радио. Около 1900 года Гринлиф Пикард создал первый радиоприёмник на кристаллическом диоде. Первый термионный диод был запатентован в Британии Джоном Амброзом Флемингом ( научным советником компании Маркони и бывшим сотрудником Эдисона ) 16 ноября 1904 года ( патент США от ноября 1905 года ). 20 ноября 1906 года Пикард запатентовал кремниевый кристаллический детектор ( патент США ).

В конце XIX века устройства подобного рода были известны под именем выпрямителей, и лишь в 1919 году Вильям Генри Иклс ввёл в оборот слово « диод », образованное от греческих корней «di» два, и «odos» путь. Ключевую роль в разработке первых отечественных полупроводниковых диодов в х годах сыграл советский физик Б. М. Вул.

Диоды бывают : электровакуумными ( кенотроны ), газонаполненными ( газотроны, игнитроны, стабилитроны ), полупроводниковыми и др. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.

Схематическое изображение вакуумного диода :

Транзистор Транзистор ( англ. transistor), полупроводниковый триод радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.

В полевых и биполярных транзисторах управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике ( аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы ( БТ ) ( международный термин BJT, bipolar junction transistor).

Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника ( логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми. В 1956 году за изобретение биполярного транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике.

По основному полупроводниковому материалу помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металлические выводы, изолирующие элементы, части корпуса ( пластиковые или керамические ). Иногда употребляются комбинированные наименования, частично описывающие материалы конкретной разновидности ( например, « кремний на сапфире » или « металл - окисел - полупроводник »). Однако основными являются транзисторы на основе кремния, германия, арсенида галлия.

Другие материалы для транзисторов до недавнего времени не использовались. В настоящее время имеются транзисторы на основе, например, прозрачных полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный материал для транзисторов полупроводниковые полимеры. Также имеются отдельные сообщения о транзисторах на основе углеродных нанотрубок, о графеновых полевых транзисторах.

Биполярные n-p-n структуры, « обратной проводимости ». p-n-p структуры, « прямой проводимости ». В биполярном транзисторе носители заряда движутся от эмиттера через тонкую базу к коллектору. База отделена от эмиттера и коллектора p–n переходами. Ток протекает через транзистор лишь тогда, когда носители заряда инжектируются из эмиттера в базу через p–n переход. В базе они являются неосновными носителями заряда и легко проникают через другой pn переход между базой и коллектором, ускоряясь при этом. В самой базе носители заряда движутся за счет диффузионного механизма, поэтому база должна быть достаточно тонкой. Управления током между эмиттером и коллектором осуществляется изменением напряжения между базой и эмиттером, от которой зависят условия инжекции носителей заряда в базу.

Полевые с p-n переходом. с изолированным затвором МДП - транзистор. В полевом транзисторе ток протекает от истока до стока через канал под затвором. Канал существует в легированном полупроводнике в промежутке между затвором и нелегированной подложкой, в которой нет носителей заряда, и она не может проводить ток. Преимущественно под затвором существует область обеднения, в которой тоже нет носителей заряда благодаря образованию между легированным полупроводником и металлическим затвором контакта Шоттки. Таким образом ширина канала ограничена пространством между подложкой и областью обеднения. Приложенное к затвору напряжение увеличивает или уменьшает ширину области обеднения и, тем самым, ширину канала, контролируя ток.

Разновидности транзисторов : Однопереходные ( Двухбазовый диод ) Криогенные транзисторы ( на эффекте Джозефсона ) Многоэмиттерные транзисторы Баллистические транзисторы Одномолекулярный транзистор

Комбинированные транзисторы : Транзисторы со встроенными резисторами (Resistor- equipped transistors (RETs)) биполярные транзисторы со встроенными в один корпус резисторами. Транзистор Дарлингтона, пара Шиклаи комбинация двух биполярных транзисторов, работающая как биполярный транзистор с высоким коэффициентом усиления по току. на транзисторах одной структуры на транзисторах разной структуры Лямбда - диод двухполюсник, комбинация из двух полевых транзисторов, имеющая, как и туннельный диод, значительный участок с отрицательным сопротивлением. Биполярный транзистор, управляемый полевым транзистором с изолированным затвором (IGBT) силовой электронный прибор, предназначенный в основном, для управления электрическими приводами

По мощности : маломощные транзисторы до 100 м Вт транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт мощные транзисторы ( больше 1 Вт ).

По исполнению : дискретные транзисторы корпусные Для свободного монтажа Для установки на радиатор Для автоматизированных систем пайки бескорпусные транзисторы в составе интегральных схем. По материалу и конструкции корпуса металлостеклянный металлокерамический пластмассовый

Прочие типы : Одноэлектронные транзисторы содержат квантовую точку ( т. н. « остров ») между двумя туннельными переходами. Ток туннелирования управляется напряжением на затворе, связанном с ним ёмкостной связью Биотранзистор