Транзисторы – это полупроводниковые приборы, используемые для управления электрическим током. Они являются основными элементами в современной электронике и играют ключевую роль в работе множества устройств, начиная от компьютеров и мобильных телефонов, и заканчивая телевизорами и радиоприемниками.
Небольшая история о них.
История развития транзисторов началась в 1947 году, когда ученые Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лаборатории Bell Labs создали первый твердотельный транзистор. Этот изобретение стало переломным моментом в истории электроники, так как транзисторы стали заменой устаревшим электронным лампам, которые были громоздкими, ненадежными и высокотемпературными.
Со временем транзисторы были усовершенствованы и развивались, появились новые типы и виды. Сейчас существует несколько основных типов транзисторов.
Типы транзисторов.
1. Биполярные транзисторы – это электронные устройства, которые используются для усиления сигналов, коммутации электрических сигналов и других целей в электронике. Они состоят из трех слоев полупроводникового материала – эмиттера, базы и коллектора.
Принцип работы биполярного транзистора основан на управлении потоком электронов или дырок между электродами, изменяя напряжение или ток на одном из электродов. В зависимости от типа полупроводникового материала и способа изготовления, биполярные транзисторы могут быть NPN или PNP.
NPN-транзистор состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: negative-positive-negative.
- negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped),
- positive — с избытком положительных (p-doped).
Структура PNP-транзистора включает три слоя p и n полупроводников, расположенных в порядке p-n-p:
- Эмиттер (E) — сильно легированный слой, который является источником носителей электрического тока (дырок в PNP-транзисторе).
- База (B) — тонкий и слабо легированный слой, который управляет электрическим током, протекающим через транзистор.
- Коллектор (C) — собирает заряды, протекающие через транзистор.
На стыке полупроводниковых слоев в транзисторе образуются два p-n-перехода, через которые диффундируют носители.
Биполярные транзисторы имеют несколько ключевых характеристик, таких как коэффициент усиления тока (β), рабочая частота, максимальная мощность и максимальное напряжение пробоя. Они широко используются в цифровой и аналоговой электронике, включая усилители мощности, ключевые устройства и другие устройства.
Так же, биполярные транзисторы обладают хорошей линейностью и могут работать при высоких температурах. Однако они требуют управляющего сигнала, чтобы контролировать ток через устройство, и могут иметь высокое потребление энергии
2. Полевые транзисторы – используются в большинстве цифровых устройств, таких как микропроцессоры и транзисторы.
Полевые транзисторы, также известные как полевые эффектные транзисторы (field-effect transistors, FET), – это электронные элементы, которые используются в усилителях, переключателях, устройствах памяти и других электронных устройствах. Они работают на основе электрического поля, в отличие от биполярных транзисторов, которые основаны на токе.
Полевые транзисторы имеют три вывода: исток (source), сток (drain) и затвор (gate). Приложение различных напряжений к затвору изменяет проводимость канала между истоком и стоком, что позволяет управлять током, который протекает через устройство.
Существует несколько типов полевых транзисторов, включая метало-оксидные полевые эффектные транзисторы (MOSFET), полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET) и полевые транзисторы с полупроводниковым затвором (JFET).
Основные преимущества полевых транзисторов включают высокую импедансную нагрузку, низкое потребление энергии, высокие скорости переключения и высокую работоспособность на высоких частотах. Они также более устойчивы к температурным колебаниям и имеют более линейную зависимость между током и напряжением.
3. МОП-транзисторы – это самый современный тип транзисторов, используемых в интегральных схемах.
МОП-транзисторы имеют два типа: n-канальные (N-MOSFET) и p-канальные (P-MOSFET). Они отличаются по типу подстрочника, который определяет направление движения заряда в канале. В N-MOSFET заряд движется от источника к дрену, а в P-MOSFET - от дрена к источнику.
Принцип работы МОП-транзистора заключается в управлении потоком зарядов в канале с помощью напряжения на затворе. Когда на затвор подается положительное напряжение относительно источника (для N-MOSFET) или отрицательное напряжение (для P-MOSFET), канал открывается и заряд начинает свободно двигаться от источника к дрену или наоборот, образуя проводящий канал.
МОП-транзисторы обладают высоким коэффициентом усиления, высокой скоростью работы, малым потреблением мощности и высоким уровнем интеграции. Они широко применяются в цифровых интегральных микросхемах, усилителях, источниках питания, переключателях и других устройствах.
МОП-транзистор (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET) — это тип полевого транзистора, который используется в цифровых и аналоговых электронных устройствах. Он состоит из металлического затвора, оксидного изолятора и полупроводникового материала.
МОП-транзисторы имеют два типа: n-канальные (N-MOSFET) и p-канальные (P-MOSFET). Они отличаются по типу подстрочника, который определяет направление движения заряда в канале. В N-MOSFET заряд движется от источника к дрену, а в P-MOSFET — от дрена к источнику.
Принцип работы МОП-транзистора заключается в управлении потоком зарядов в канале с помощью напряжения на затворе. Когда на затвор подается положительное напряжение относительно источника (для N-MOSFET) или отрицательное напряжение (для P-MOSFET), канал открывается и заряд начинает свободно двигаться от источника к дрену или наоборот, образуя проводящий канал.
МОП-транзисторы обладают высоким коэффициентом усиления, высокой скоростью работы, малым потреблением мощности и высоким уровнем интеграции. Они широко применяются в цифровых интегральных микросхемах, усилителях, источниках питания, переключателях и других устройствах.
Однако МОП-транзисторы имеют ряд недостатков, включая собственную тепловую генерацию, возможность статического разряда и недостаточную устойчивость к перенапряжению. Тем не менее благодаря своим преимуществам МОП-транзисторы широко используются в современной электронике.
4. Дарлингтонов транзистор – это комбинация двух биполярных транзисторов, обеспечивающая большее усиление сигнала.
Транзистор Дарлингтона - это биполярный транзистор, который состоит из двух биполярных транзисторов, соединенных в одном корпусе. Он обладает высоким коэффициентом усиления и используется в усилителях и других устройствах для увеличения усиления сигнала.
Транзистор Дарлингтона имеет три вывода: эмиттер, база и коллектор. Он работает по принципу управления электрическим током через базу. При подаче напряжения на базу транзистора, электроны начинают двигаться от эмиттера к коллектору, что приводит к увеличению выходного тока.
Основное преимущество транзистора Дарлингтона заключается в его высоком коэффициенте усиления, что позволяет эффективно усиливать слабые сигналы. Кроме того, он имеет высокое входное сопротивление, что уменьшает нагрузку на предыдущие элементы схемы.
Транзистор Дарлингтона широко используется в устройствах усиления сигнала, включая усилители мощности, стабилизаторы напряжения и другие электронные устройства, где требуется высокий уровень усиления и стабильность работы.
По итогу.
Транзисторы используются во многих областях, включая электронику, радио-инженерию, автомобильную промышленность, медицину, телекоммуникации и многие другие. Они могут выполнять различные функции, такие как усиление сигнала, переключение и стабилизацию напряжения.
Примеры использования транзисторов включают в себя создание усилителей для звука, управление светодиодами в LED-дисплеях, формирование сигналов в радиоприемниках, обработку сигналов в мобильных телефонах и многое другое.
