ТРАНЗИСТОРЫ

ТРАНЗИСТОР - - 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. Дискретные транзисторы

ИСТОРИЯ Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были зарегистрированы в Германии в 1928 году на имя австро - венгерского физика Юлия Эдгара Лилиенфельда. В 1934 году немецкий физик Оскар Хайл запатентовал полевой транзистор. Полевые транзисторы основаны на простом электростатическом эффекте поля, по физике они существенно проще биполярных транзисторов Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были зарегистрированы в Германии в 1928 году на имя австро - венгерского физика Юлия Эдгара Лилиенфельда. В 1934 году немецкий физик Оскар Хайл запатентовал полевой транзистор. Полевые транзисторы основаны на простом электростатическом эффекте поля, по физике они существенно проще биполярных транзисторов Копия первого в мире работающего транзистора

В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях впервые создали действующий биполярный транзистор, продемонстрированный 16 декабря. 23 декабря состоялось официальное представление изобретения и именно эта дата считается днём изобретения транзистора. По технологии изготовления он относился к классу точечных транзисторов. В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях впервые создали действующий биполярный транзистор, продемонстрированный 16 декабря. 23 декабря состоялось официальное представление изобретения и именно эта дата считается днём изобретения транзистора. По технологии изготовления он относился к классу точечных транзисторов. Позднее транзисторы заменили вакуумные лампы в большинстве электронных устройств, совершив революцию в создании интегральных схем и компьютеров. Позднее транзисторы заменили вакуумные лампы в большинстве электронных устройств, совершив революцию в создании интегральных схем и компьютеров. Бардин, Шокли и Браттейн в лаборатории, 1948

КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНЗИСТОРОВ По основному полупроводниковому материалу По основному полупроводниковому материалу Помимо основного полупроводникового материала, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металлические выводы, изолирующие элементы, части корпуса. 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.

По структуре По структуре структура « обратной проводимости » структура « прямой проводим ости »

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

По исполнению По исполнению Дискретные транзисторы Дискретные транзисторы Корпусные Корпусные Для свободного монтажа Для свободного монтажа Для установки на радиатор Для установки на радиатор Для автоматизированных систем пайки Для автоматизированных систем пайки Бескорпусные Бескорпусные Транзисторы в составе интегральных схем Транзисторы в составе интегральных схем

По материалу и конструкции корпуса По материалу и конструкции корпуса Металлостеклянный Металлостеклянный Металлокерамический Металлокерамический Пластмассовый Пластмассовый

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА с общим эмиттером ( ОЭ ) с общим эмиттером ( ОЭ ) осуществляет усиление как по току, так и по напряжению наиболее часто применяемая схема ; с общим коллектором ( ОК ) с общим коллектором ( ОК ) осуществляет усиление только по току применяется для согласования высокоимпедансных источников сигнала с низкоомными сопротивлениями нагрузок ; с общей базой ( ОБ ) с общей базой ( ОБ ) усиление только по напряжению, в силу своих недостатков в однотранзисторных каскадах усиления применяется редко, обычно в составных схемах. с общим истоком ( ОИ ) с общим истоком ( ОИ ) аналог ОЭ биполярного транзистора ; с общим стоком ( ОС ) с общим стоком ( ОС ) аналог ОК биполярного транзистора ; с общим затвором ( ОЗ ) с общим затвором ( ОЗ ) аналог ОБ биполярного транзистора. Схемы включения биполярного транзистора Схемы включения полевого транзистора

ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ Транзистор применяется в : Усилительных схемах. Работает, как правило, в усилительном режиме. Существуют экспериментальные разработки полностью цифровых усилителей, на основе ЦАП, состоящих из мощных транзисторов. Транзисторы в таких усилителях работают в ключевом режиме. Усилительных схемах. Работает, как правило, в усилительном режиме. Существуют экспериментальные разработки полностью цифровых усилителей, на основе ЦАП, состоящих из мощных транзисторов. Транзисторы в таких усилителях работают в ключевом режиме. Генераторах сигналов. В зависимости от типа генератора транзистор может использоваться либо в ключевом, либо в усилительном режиме. Генераторах сигналов. В зависимости от типа генератора транзистор может использоваться либо в ключевом, либо в усилительном режиме. Электронных ключах. Транзисторы работают в ключевом режиме. Ключевые схемы можно условно назвать усилителями цифровых сигналов. Иногда электронные ключи применяют и для управления силой тока в аналоговой нагрузке. Это делается, когда нагрузка обладает достаточно большой инерционностью, а напряжение и сила тока в ней регулируются не амплитудой, а шириной импульсов. На подобном принципе основаны бытовые диммеры для ламп накаливания и нагревательных приборов, а также импульсные источники питания. Электронных ключах. Транзисторы работают в ключевом режиме. Ключевые схемы можно условно назвать усилителями цифровых сигналов. Иногда электронные ключи применяют и для управления силой тока в аналоговой нагрузке. Это делается, когда нагрузка обладает достаточно большой инерционностью, а напряжение и сила тока в ней регулируются не амплитудой, а шириной импульсов. На подобном принципе основаны бытовые диммеры для ламп накаливания и нагревательных приборов, а также импульсные источники питания.

ПРЕИМУЩЕСТВА малые размеры и небольшой вес, что способствует развитию миниатюрных электронных устройств ; малые размеры и небольшой вес, что способствует развитию миниатюрных электронных устройств ; высокая степень автоматизации производственных процессов, что ведёт к снижению удельной стоимости ; высокая степень автоматизации производственных процессов, что ведёт к снижению удельной стоимости ; низкие рабочие напряжения, что позволяет использовать транзисторы в небольших, с питанием от батареек, электронных устройствах ; низкие рабочие напряжения, что позволяет использовать транзисторы в небольших, с питанием от батареек, электронных устройствах ; не требуется дополнительного времени на разогрев катода после включения устройства ; не требуется дополнительного времени на разогрев катода после включения устройства ; уменьшение рассеиваемой мощности, что способствует повышению энергоэффективности прибора в целом ; уменьшение рассеиваемой мощности, что способствует повышению энергоэффективности прибора в целом ; высокая надёжность и большая физическая прочность ; высокая надёжность и большая физическая прочность ; очень продолжительный срок службы некоторые транзисторные устройства находились в эксплуатации более 50 лет ; очень продолжительный срок службы некоторые транзисторные устройства находились в эксплуатации более 50 лет ; возможность сочетания с дополнительными устройствами, что облегчает разработку дополнительных схем, что не представляется возможным с вакуумными лампами ; возможность сочетания с дополнительными устройствами, что облегчает разработку дополнительных схем, что не представляется возможным с вакуумными лампами ; стойкость к механическим ударам и вибрации, что позволяет избежать проблем при использовании в микрофонах и в аудио устройствах. стойкость к механическим ударам и вибрации, что позволяет избежать проблем при использовании в микрофонах и в аудио устройствах.

НЕДОСТАТКИ Кремниевые транзисторы обычно не работают при напряжениях выше вольт. В отличие от вакуумных ламп, были разработаны транзисторы, способные работать при напряжении в несколько десятков тысяч вольт Кремниевые транзисторы обычно не работают при напряжениях выше вольт. В отличие от вакуумных ламп, были разработаны транзисторы, способные работать при напряжении в несколько десятков тысяч вольт высокая мощность, высокая частота, требующиеся для эфирного телевизионного вещания, лучше достигаются в вакуумных лампах в связи с большей подвижностью электронов в вакууме ; высокая мощность, высокая частота, требующиеся для эфирного телевизионного вещания, лучше достигаются в вакуумных лампах в связи с большей подвижностью электронов в вакууме ; кремниевые транзисторы гораздо более уязвимы, чем вакуумные лампы к действию электромагнитного импульса, в том числе и одного из поражающих факторов высотного ядерного взрыва ; кремниевые транзисторы гораздо более уязвимы, чем вакуумные лампы к действию электромагнитного импульса, в том числе и одного из поражающих факторов высотного ядерного взрыва ; чувствительность к радиации и космических ; чувствительность к радиации и космических ; вакуумные лампы менее " шумны " и предполагают использование меньшего числа каскадов усиления, в результате чего АЧХ лампового усилителя более ровная, возможно отсюда выражение " тёплый ламповый звук " вакуумные лампы менее " шумны " и предполагают использование меньшего числа каскадов усиления, в результате чего АЧХ лампового усилителя более ровная, возможно отсюда выражение " тёплый ламповый звук "

СХЕМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ТРАНЗИСТОРА Биполярный транзистор Биполярный транзистор – трехэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) – электронный тип примесной проводимости, p (positive) – дырочный ). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки ( от слова « би » – « два »). Электрод Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора – большая площадь p – n- перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА Принцип работы биполярного транзистора рассмотрим на примере транзистора p-n-p типа включенного по схеме с ( ОБ ) общей базой.

СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ

ПРОСТЕЙШИЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ТРАНЗИСТОРЕ Однако такая схема усилителя на транзисторе является неэффективной, так как в ней отсутствует усиление сигнала по току, и через источники входного сигнала протекает весь ток эмиттера I э. В реальных схемах усилителей на транзисторах источник переменного напряжения включают так, чтобы через него протекал только небольшой ток базы I б = I э – I к. Малые изменения тока базы вызывают значительные изменения тока коллектора. Усиление по току в таких схемах может составлять несколько сотен.

Фототранзистором называют полупроводниковый транзистор с двумя электронно - дырочными переходами, ток которого увеличивается за счет подвижных носителей заряда, образующихся при облучении прибора светом.