Транзисторы бывают разных типов, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и применение. Двумя наиболее распространенными типами являются биполярный переходной транзистор (BJT) и полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET).
BJT — это транзистор, в котором используются как электронные, так и дырочные носители заряда, и он бывает двух типов: NPN и PNP. Он состоит из трех слоев полупроводникового материала, называемых эмиттером, базой и коллектором, образующих два pn-перехода. BJT известны своим высоким коэффициентом усиления по току и обычно используются в аудиоусилителях и схемах обработки сигналов.
МОП-транзистор, с другой стороны, представляет собой тип полевого транзистора, который использует электрическое поле для управления потоком носителей заряда, и он бывает двух типов: n-канальный и p-канальный, в зависимости от того, используют ли они электроны. или дырки в качестве носителей заряда. Он имеет четыре вывода: исток, затвор, сток и корпус, тогда как напряжение на затворе определяет, проводит ли МОП-транзистор или изолирует. МОП-транзисторы широко используются в цифровых схемах и микропроцессорах из-за их высокого входного сопротивления и низкого энергопотребления.
В дополнение к этим двум типам, полевой транзистор (JFET) — это еще один транзистор, в котором для управления потоком носителей заряда используется pn-переход, а не слой оксида металла. JFET имеют высокий входной импеданс и обычно используются во входных каскадах усилителей и генераторов.
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) — это еще один тип транзистора, который сочетает в себе высокий входной импеданс MOSFET с высокой токопроводящей способностью BJT. IGBT обычно используются в силовой электронике, такой как инверторы и приводы электродвигателей.
Наконец, FinFET — это тип МОП-транзистора, который использует трехмерную структуру для улучшения управления током, что обеспечивает дальнейшую миниатюризацию и повышение производительности. FinFET используются в микропроцессорах и микросхемах памяти последнего поколения.
В заключение отметим, что каждый тип транзистора имеет свои преимущества и недостатки, и выбор того, какой из них использовать, зависит от конкретных требований приложения. Тем не менее, все транзисторы работают на основе одних и тех же основных принципов физики полупроводников и поведения носителей заряда.
Биполярные переходные транзисторы (BJT)
В NPN BJT эмиттер изготовлен из материала n-типа, база — из материала p-типа, а коллектор — из материала n-типа. И наоборот, в PNP BJT эмиттер изготовлен из материала p-типа, база — из материала n-типа, а коллектор — из материала p-типа.
Когда к переходу база-эмиттер прикладывается небольшой ток, он позволяет гораздо большему току течь от эмиттера к коллектору. Это усиление тока количественно определяется параметром, называемым текущим усилением и обозначаемым символом β. Коэффициент усиления по току представляет собой отношение выходного тока (тока коллектора) к входному току (току базы).
Биполярные транзисторы известны своим высоким коэффициентом усиления по току и высокой скоростью переключения, что делает их пригодными для широкого спектра применений, включая аудиоусилители, схемы обработки сигналов и силовую электронику. Кроме того, они также используются в аналоговых схемах, таких как операционные усилители и стабилизаторы напряжения, из-за их способности обеспечивать точный контроль над потоком тока, но очень важно управлять теплом, выделяемым во время их работы, чтобы обеспечить оптимальную производительность. Для отвода тепла и поддержания оптимальных условий эксплуатации часто используются радиаторы и другие методы управления температурным режимом.
Полевые транзисторы (FET)
Наиболее распространенным типом полевого транзистора является полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET). В MOSFET тонкий изолирующий слой оксида металла отделяет вывод затвора от полупроводникового материала. При подаче напряжения на затвор создается электрическое поле, которое управляет потоком носителей заряда между клеммами истока и стока.
МОП-транзисторы имеют ряд преимуществ перед биполярными транзисторами, включая более низкое энергопотребление, более высокий входной импеданс и возможность более легкой миниатюризации. Эти характеристики делают МОП-транзисторы идеальными для использования в цифровых схемах, таких как микропроцессоры и микросхемы памяти.
Другим типом полевого транзистора является полевой транзистор с переходом (JFET), который похож на MOSFET, но использует pn-переход вместо слоя оксида металла для управления потоком носителей заряда. JFET также бывают n-канальных и p-канальных и известны своим высоким входным сопротивлением. Они обычно используются в аналоговых схемах, таких как усилители и генераторы.
Полевые транзисторы широко используются в различных приложениях: от цифровых логических схем до силовой электроники и радиочастотных (РЧ) устройств. Их способность управлять потоком носителей заряда с помощью электрического поля делает их универсальными и эффективными компонентами современной электроники. Фактически, поскольку транзисторная технология продолжает развиваться, полевые транзисторы, вероятно, будут играть все более важную роль в разработке новых электронных устройств и систем.