Транзистор, полупроводниковое устройство для усиления, управления и генерации электрических сигналов. Транзисторы являются активными компонентами интегральных схем, или "микрочипов", которые часто содержат миллиарды этих миниатюрных устройств, вытравленных на их блестящих поверхностях. Глубоко встроенные почти во все электронное, транзисторы стали нервными клетками эпохи информации.
Устройство
Есть, как правило, три электрических выводов в транзисторе, называемый эмиттер, коллектор, и база или, в современных коммутационных приложениях, источник, дренаж, и ворота. Электрический сигнал, подаваемый на основание (или затвор) влияет на способность полупроводникового материала проводить электрический ток, который течет между излучателем (или источником) и коллектором (или дренажа) в большинстве приложений. Источник напряжения, например, батарея, управляет током, в то время как скорость течения тока через транзистор в любой момент времени регулируется входным сигналом на затворе, например, смесительный клапан используется для регулирования течения воды через садовый шланг.
Виды транзисторов
NMOS транзистор. Отрицательно-канальные металлооксидные полупроводники (NMOS) используют положительное вторичное напряжение для переключения неглубокого слоя p-типа полупроводникового материала, находящегося под затвором, в n-тип. Для металлооксидных полупроводников с положительным каналом (PMOS) все эти полярности меняются на противоположные. NMOS-транзисторы дороже, но быстрее, чем PMOS-транзисторы.
Первые коммерческие применения транзисторов появились в 1950-х годах для слуховых аппаратов и "карманных" радиоприемников. Благодаря своим небольшим размерам и низкому энергопотреблению транзисторы были желательной заменой вакуумным трубкам (известным в Великобритании как "клапаны"), которые затем использовались для усиления слабых электрических сигналов и создания слышимых звуков. Транзисторы также начали заменять вакуумные трубки в цепях осцилляторов, используемых для генерации радиосигналов, особенно после того, как были разработаны специализированные структуры для работы с более высокими частотами и уровнями мощности. Низкочастотные, мощные приложения, такие как инверторы питания, которые преобразуют переменный ток (AC) в постоянный ток (DC), также были транзисторизированы. Некоторые силовые транзисторы теперь могут обрабатывать токи в сотни ампер при электрических потенциалах свыше тысячи вольт.
На сегодняшний день наиболее распространенным применением транзисторов являются микросхемы компьютерной памяти, в том числе твердотельные мультимедийные устройства хранения данных для электронных игр, фотоаппараты и MP3-плееры, а также микропроцессоры, в которых миллионы компонентов встроены в единую интегральную схему. Здесь напряжение, подаваемое на электрод затвора, как правило, несколько вольт или меньше, определяет, может ли ток протекать от источника транзистора к его выходу. В этом случае транзистор работает как выключатель: если протекает ток, задействованная цепь включена, а если нет, то выключена. Эти два различных состояния, единственные возможности в такой цепи, соответствуют, соответственно, двоичным 1 и 0, используемым в цифровых компьютерах. Подобные применения транзисторов встречаются в сложных коммутационных цепях, используемых во всех современных телекоммуникационных системах. Потенциальные скорости переключения этих транзисторов в настоящее время составляют сотни гигагерц, или более 100 миллиардов циклов включения-выключения в секунду.
Развитие транзисторов
Транзистор был изобретен в 1947-48 годах тремя американскими физиками - Джоном Бардином, Уолтером Х. Брэттейном и Уильямом Б. Шокли - в лаборатории "Белл" Американской телефонно-телеграфной компании. Транзистор оказался жизнеспособной альтернативой электронной трубке и к концу 1950-х годов вытеснил ее во многих областях применения. Его небольшие размеры, низкое тепловыделение, высокая надежность и низкое энергопотребление сделали возможным прорыв в миниатюризации сложных схем. В 1960-70-е годы транзисторы были встроены в интегральные схемы, в которых на одной "микросхеме" из полупроводникового материала образовалось множество компонентов (например, диодов, резисторов и конденсаторов).