Транзисторы

Транзистор — это миниатюрный полупроводниковый компонент, который регулирует или контролирует поток тока/напряжения, дополнительно усиливая и генерируя эти электрические сигналы и действуя для них как переключатель/затвор. Обычно транзисторы состоят из трех слоев или выводов полупроводникового материала, каждый из которых может проводить ток.

Работая как усилитель, транзистор преобразует небольшой входной ток в больший выходной ток. Как переключателю, ему присуще пребывание в одном из двух состояний — включен или выключен, для управления потоком электронных сигналов через силовую цепь или электронное устройство.

Почему важны транзисторы

Сам по себе транзистор - лишь один из компонентов большинства схем. В небольших количествах транзисторы используются для создания простых электронных переключателей. Они являются основными элементами интегральных схем (ИС), которые состоят из большого количества транзисторов, соединенных между собой схемами и встроенных в один кремниевый микрочип.

В большом количестве транзисторы используются для создания микропроцессоров, где миллионы транзисторов встроены в одну ИС. Они также управляют микросхемами компьютерной памяти и запоминающими устройствами для MP3-плееров, смартфонов, фотоаппаратов и электронных игр. Транзисторы глубоко встроены почти во все ИС, которые являются частью каждого электронного устройства.

Транзисторы также применяются в низкочастотных высокомощных устройствах, например, инверторах блоков питания, преобразующих переменный ток в постоянный, либо, наоборот, высокочастотных, таких как генераторы радиосигналов. Купить транзисторы можно в интернет-магазине, на радиорынке и у специализированных поставщиков.

Что собой представляет транзистор

Транзистор – это устройство, проводящее электричество в зависимости от заданных условий, внутри которого полупроводник, находящийся между настоящим проводником, таким как медь, и изолятором из непроводящих полимеров. Хотя большинство транзисторов изготовлены из кремния (Si), встречаются и примеры из других материалов, например, германия. Цена транзистора зависит от многих факторов, в том числе используемых компонентов.

Кремний - это химический элемент, сам по себе не являющийся проводником электричества. Химический процесс, называемый легированием, при котором в полупроводник вводятся примеси для модуляции электрических, оптических и структурных свойств, позволяет кремнию получать свободные электроны, проводящие ток. Кремний можно классифицировать как полупроводник n или p-типа, с вытекающими и втекающими электронами, соответственно. В любом случае полупроводник позволяет транзистору функционировать как переключатель или усилитель.

Трехслойная структура транзистора содержит один из следующих слоев:

1. Полупроводниковый слой n-типа между двумя слоями p-типа в конфигурации положительный-отрицательный-положительный (PNP). 
2. Слой p-типа между двумя слоями n-типа в конфигурации отрицательный-положительно-отрицательный (NPN).

Независимо от наполнения, внутренний полупроводниковый слой выполняет роль управляющего электрода. Небольшое изменение тока или напряжения в этом слое вызывает большое и быстрое изменение тока, проходящего через весь компонент, что позволяет транзистору работать.

Принцип действия транзистора

Транзистор может функционировать как переключатель или блокиратор для электронных импульсов, открывая и закрывая электронный затвор много раз в секунду. Он гарантирует, что цепь включена, если ток течет, и выключена, если нет. Транзисторы используются в сложных коммутационных схемах, составляющих все современные телекоммуникационные системы. Схемы также предлагают очень высокие скорости переключения, такие как сотни Ггц или более 100 миллиардов циклов включения и выключения в секунду.

Транзисторы можно комбинировать, чтобы сформировать логический вентиль, который сравнивает несколько входных токов, чтобы обеспечить другой выход. Компьютеры с логическими вентилями могут принимать простые решения с помощью булевой алгебры. Эти методы являются основой современных вычислений и компьютерных программ.

Транзисторы также играют важную роль в усилении электронных сигналов. Например, в FM-радиоприемниках, где принимаемый электрический сигнал может быть слабым из-за помех, а для обеспечения звукового выхода требуется усиление. Транзисторы обеспечивают это усиление за счет увеличения мощности сигнала.

Компоненты транзистора

Транзистор подобен набору из двух диодов с их катодами или анодами, связанными вместе. Он имеет три клеммы, проводящие ток, которые помогают подключаться в схему:

• эмиттер, или отрицательный вывод;
• база - контакт, который активирует транзистор;
• коллектор - положительная клемма транзистора.

Все они имеют одинаковые функции в схеме. Единственная разница - в типе транзистора или направлении стрелки перехода эмиттер-база. Стрелка указывает на схему NPN или PNP.

Типы транзисторов

Базовая классификация транзисторов заключается в разделении на биполярные переходные и полевые типы.

Биполярный транзистор - наиболее распространенный тип, он бывает как NPN, так и PNP. В зависимости от компоновки слоев, он может усиливать электрический сигнал, включать или выключать ток.

Полевой транзистор тоже оснащен тремя клеммами — истоком, стоком и затвором. Они аналогичны эмиттеру, коллектору и базе биполярных версий, соответственно, но положительные и отрицательные слои кремния расположены иначе. В полевом транзисторе эффект поля обеспечивает протекание тока и активирует его. Электроны не могут течь от истока n-типа к стоку, потому что затвор p-типа между ними содержит дырки. Но приложение положительного напряжения к затвору создает электрическое поле, которое позволяет электронам течь от истока к стоку. Это создает эффект поля, который облегчает протекание тока в полевом транзисторе.

Другие типы транзисторов включают следующие:

• Полевой транзистор с переходом – трехконтактное устройство, необходимое для прецизионного управления напряжением в аналоговой электронике;

• Тонкопленочный транзистор - часто применяемый в жидкокристаллических дисплеях (LCD);

• Транзистор Шоттки - оснащенный одноименным диодом Шоттки для чрезвычайно быстрого переключения с целью отвода чрезмерного входного тока;

• Диффузионный транзистор - образованный диффузией легирующих примесей на подложку.

К совершенно отдельной категории следует отнести так называемые IGBT-транзисторы, специальные инверторные силовые модули для различных типов приложений.