Надо Знать

добавить знаний



Транзистор



План:


Введение

Различные транзисторы

Транзистор - полупроводниковый элемент электронной техники, который позволяет управлять током, протекающим через него, с помощью прилагаемой к дополнительному электрода напряжения.

Транзисторы являются основными элементами современной электроники. Обычно они применяются в усилителях и логических электронных схемах. В микросхемах в единый функциональный блок объединены тысячи и миллионы отдельных транзисторов.

По строению и принципу действия транзисторы делятся на два больших класса: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Для каждого из этих классов входят многочисленные типы транзисторов, отличающихся по строению и характеристикам.


1. Принцип действия биполярного транзистора

Подробнее в статье Биполярный транзистор

В биполярном транзисторе носители заряда движутся от эмиттера через тонкую базу к коллектору. База отделена от эмиттера и коллектора pn переходами. Ток протекает через транзистор только тогда, когда носители заряда инжектируются из эмиттера в базу через pn переход. В базе они 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. Управление током между эмиттером и коллектором осуществляется изменением напряжения между базой и эмиттером, от которого зависят условия инжекции носителей заряда в базу.


2. Принцип действия полевого транзистора

Подробнее в статье полевой транзистор

В полевом транзисторе ток протекает от истока к стоку 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 носители заряда благодаря образованию между легированным полупроводником и металлическим затвором контакта Шоттки. Таким образом ширина канала ограничена пространством между подложкой и областью обеднения. Приложенная к затвору напряжение увеличивает или уменьшает ширину области обеднения, а тем самым ширину канала, контролируя ток.


3. История

Первый патент на полевой транзистор получил в 1925 году в Канаде уроженец Львова Юлиус Эдгар Лилиенфельд [1], однако он не опубликовал никаких исследований, связанных со своим изобретением. В 1934 году немецкий физик Оскар Хайль запатентовал еще один полевой транзистор [2]. В 1947 году Джон Бардин и Уолтер Браттейн с AT & T Bell Labs открыли эффект усиления в кристалле германия. Уильям Шокли увидел в этом явлении значительный потенциал. Благодаря своей работе над новым явлением он может считаться отцом транзистора. Термин "транзистор" предложил Джон Пирс.

в 1956 году Бардин, Шокли и Браттейн получили за изобретение транзистора Нобелевскую премию.

Первый кремниевый транзистор изготовили в Texas Instruments в 1954 [3]. Это сделал Гордон Тил, специалист по выращиванию кристаллов высокой чистоты, который ранее работал в Bell Labs [4]. Первый МОП-транзистор сделали Канг и Аталла в Bell Labs в 1960 [5].

В 50-х и 60-х годах 20 в. транзисторы быстро вытеснили вакуумные лампы почти из всех областей применения, благодаря своей компактности, технологичности, долговечности и возможности интеграции в большие и сверхбольшие электронные схемы.


4. Разновидности

BJT PNP symbol.svg PNP JFET P-Channel Labelled.svg P-канальный
BJT NPN symbol.svg NPN JFET N-Channel Labelled.svg N-канальный
Биполярные Полевые
Обозначение биполярных и полевых транзисторов
JFET P-Channel Labelled.svg IGFET P-Ch Enh Labelled.svg IGFET P-Ch Enh Labelled simplified.svg IGFET P-Ch Dep Labelled.svg P-канальный
JFET N-Channel Labelled.svg IGFET N-Ch Enh Labelled.svg IGFET N-Ch Enh Labelled simplified.svg IGFET N-Ch Dep Labelled.svg N-канальный
Полевые Металл-оксидные обогащения Металл-оксидные обеднение
Обозначения различных типов полевых транзисторов

Кроме разделения на биполярные и полевые транзисторы, существует много различных типов, специфических по своему строению.

Биполярные транзисторы различаются полярностью: они бывают pnp и npn типа. Средняя буква в этих обозначениях соответствует типу проводимости материала базы.

Полевые транзисторы различаются типом проводимости в канале: на p-канальные (основной тип проводимости - дырочная) и n-канальные - основной тип проводимости электронный.

Среди полевых транзисторов наиболее распространенные транзисторы типа металл-оксид-полупроводник, которые могут использовать или область обогащения или область обеднения. Свое название МДП-транзистор (металл-диэлектрик-полупроводник) получил благодаря тому, что в нем металлический затвор отделен от напивпроивдника слоем диэлектрика. Для транзисторов на основе кремния этим диэлектриком является диоксид кремния, технологически образуется при выборочном окислении полупроводника.

Своеобразным гибридом биполярного и полевого транзистора является IGBT-транзистор (англ. Isolated Gate Bipolar Transistor - биполярный транзистор с изолированным переходом), что сейчас широко используется в силовой электронике.

В флэш-памяти используются полевые транзисторы с плавающим затвором - изолированной диэлектриком ведущей областью внутри канала, которая может захватывать носители зяряду и сохранять их, создавая возможность для записи и считывания информации.

Транзисторы различаются также по материалом, по максимальной мощностью, максимальной чаcтотою, по назначению, по типу корпуса.

Самый распространенный полупроводниковый материал для производства транзисторов - кремний. Используются также германий, арсенид галлия и другие бинарные полупроводники.


5. Характеристики

Семейство вольт-амперных характеристик для МОП-транзистора. Каждая кривая показывает зависимость тока между истоком и стоком, в зависимости от напряжения между двумя электродами, для различных значений напряжения между истоком и затвором

Поскольку транзистор имеет три электрода, то для каждого из токов через два электрода транзистора, существует семейство вольт-амперных характеристик при различных значениях напряжения на третьем электроде, или тока, протекающего через него.

Во многих приложениях важны частотные характеристики транзисторов - скорость переключения между различными состояниями.


6. Применение

Транзистор имеет два основных применения: в качестве усилители в качестве переключателя.

Усилительные свойства транзистора связаны с его способностью контролировать большой ток между двумя электродами за счет малого тока между двумя другими электродами. Таким образом малые изменения величины сигнала в одном электрической цепи могут воспроизводиться с большей амплитудой в другом кругу.

Использование транзистора в качестве переключателя связано с тем, что приложив соответствующее напряжение к одному из его выводов, можно уменьшить практически до нуля ток между двумя другими выводами, которые называют запиранием транзистора. Это свойство используют для построения логических вентилей.


7. Корпусирования и монтаж

Корпуса транзисторов изготавливаются из металла, керамики или пластика. Для транзисторов большой мощности необходимо дополнительное охлаждение.

Транзисторы устанавливаются на печатных платах по технологии "через отверстие", или по технологии поверхностного монтажа. При технологии "через отверстие", выводы транзисторов вставляются в предварительно просверленные в плате отверстия. Корпуса транзисторов стандартизированы, но последовательность выводов нет, она зависит от производителя.


См.. также

Источники

  • Полупроводниковые приборы: Учебник / Л. Д. Васильева, Б. И. Медведенко, Ю. И. Якименко. - К.: Кондор, 2008. - ISBN 978-966-622-103-9.
  • Терещук Р. М., Терещук К.М., Седов С. А. полупроводниковы приемно-усилительный устройства. - К.: Наукова думка, 1988. - С. 183 - 191. (Рус.)

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам