Как работает транзистор для начинающих: Как работает транзистор [ПРОСТО И КРАТКО]

Как работает транзистор [ПРОСТО И КРАТКО]

Обновлена: 24 Ноября 2022 7820 1

Поделиться с друзьями

Транзистор – прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры. Полупроводниковые транзисторы пришли на смену морально устаревшим ламповым, которые устанавливались в старые телевизоры. Для изготовления полупроводниковых моделей ранее использовался германий, но сферы его применения ограничены из-за чувствительности к температурным колебаниям. На смену германию пришел кремний, т.к. кремниевые детали стоят дешевле германиевых и более устойчивы к скачкам температуры. Транзисторы небольшой мощности изготавливают в прямоугольных корпусах из полимерных материалов или в металлических цилиндрических. В этой статье мы постараемся простыми словами изложить, что такое транзистор, как он устроен и что делает. Транзисторы Устройство транзисторов Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора – биполярный. В устройство транзистора этого типа входит монокристалл, разделенный на 3 зоны: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э), каждая из которых имеет свой вывод. Б – база, очень тонкий внутренний слой; Э – эмиттер, предназначается для переноса заряженных частиц в базу; К – коллектор, составляющая, которая имеет тип проводимости, одинаковый с эмиттером, предназначена для сбора зарядов, поступивших с эмиттера. Типы проводимости: n-типа — носителями зарядов являются электроны. p-типа — носители зарядов – положительно заряженные «дырки». Требуемый тип проводимости достигается путем легирования различных частей кремниевого монокристалла. Легирование – это добавление в состав материала различных примесей для улучшения физических и химических свойств этого материала. Транзисторы по типу проводимости раздаются на два типа: n-p-n и p-n-p. Принцип работы транзистора Транзистор работает в режимах «Открыто» и «Закрыто». Рассмотрим, как работает транзистор биполярного типа на уровне «чайников», и на каких физических процессах основано его функционирование. В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей. Простое изложение принципа работы биполярного транзистора: Подключение к зажимам одноименного напряжения к эмиттеру и базе (p подсоединяется к «+», а n – к «-») приводит к появлению тока между эмиттером и базой. В базе образуются носители зарядов. Чем выше напряжение, тем больше количество носителей зарядов появляется в базе. Ток, подаваемый на базу, называется управляющим. Если к коллектору подключить обратное напряжение (n-коллектор подключается к плюсу, p-коллектор – к минусу), то между эмиттером и коллектором появится разница потенциалов, и между ними потечет ток. Чем больше носителей заряда скапливается в базе, тем сильнее будет ток между коллектором и эмиттером. При увеличении управляющего напряжения на базе растет ток «эмиттер-коллектор». Причем несущественный рост напряжения приводит к значительному усилению тока «эмиттер-коллектор». Этот принцип используется при производстве усилителей. Если к эмиттеру и базе подключают напряжение, противоположное по знаку, ток прекращается, и транзистор переходит в закрытое состояние. Кратко принцип работы полупроводникового транзистора можно изложить так: при подключении к зажимам эмиттера и базы напряжения одноименного заряда прибор переходит в открытое состояние, при подключении к этим выводам обратных зарядов транзистор закрывается. Как работает транзистор — видео Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по теме Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

устройство, классификация и работа простым языком

С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются. На ремонт уходит немало средств, порой, достигая до 50 процентов от стоимости аппарата. И что досадно, некоторые из этих поломок можно было устранить самому, имея начальные знания о том, как работает транзистор. Почему он? Именно транзисторы чаще всего выходят из строя.

• Виды транзистора
  • Биполярный
  • Полевой
• Принцип действия
  • Работа полевого
  • Как работает биполярный
• Меры предосторожности

Виды транзистора

Чтобы легче разобраться в работе транзистора, необходимо иметь представление о нем. Он является полупроводником, что указывает на его способность проводить ток в одном направлении и не пропускать в другом. Чтобы достичь таких характеристик используются разные способы изготовления. Все эти приборы по своему характеру работы делятся на две группы:

1. биполярные
2. полярные

Хотя и те и другие относятся к одному классу — транзисторы, происходящие в них процессы сильно отличаются.

Биполярный

Движение электронов по замкнутой цепи называется электрическим током. Грубо говоря, чем больше электронов, тем больше ток. Если атом отдает электроны, он становится положительно заряженным и, наоборот, притягивая лишние электроны, он становится отрицательно заряженным.

При добавлении в кремний и германий примесей они становятся необходимым материалом, из которых и изготавливаются биполярные транзисторы.

Биполярными называются электронные приборы, состоящие из двух, имеющие разные заряды слоев. Причем два крайних имеют одинаковый заряд. Тот слой, который имеет положительный заряд, называется «p», а отрицательный — «n». В связи с этим различают следующие типы:

• p-n-p
• n-p-n

Граница между этими слоями называется переход.

Внутреннюю область, разделенную двумя переходами, называют базой. Две внешние области называют эмиттер и коллектор. Монокристалл изготовлен таким образом, что одна внешняя область передает в базу носители энергии и называется эмиттером. Другая внешняя область забирает эти носители и называется коллектором.

На электрической схеме биполярный транзистор обозначается в виде круга, внутри которого нарисована черточка, а к ней подходят три прямые. Одна подходит под углом в 90 градусов и обозначает базу, две другие под наклоном. Та из них что имеет стрелку обозначает эмиттер, другая — коллектор. Сам прибор, как правило, имеет три вывода, соответствующих этим областям.

Полевой

Другой вид называется полевой или униполярный. В отличие от биполярного p-n переход работает иначе. Его монокристалл имеет однородный состав. Канал, по которому движутся энергоносители, может быть дырочным или электронным.

В дырочном носителем являются положительно заряженные неподвижные ионы, в электронном — отрицательно заряженные. Эти каналы также обозначаются буквами «p» и «n» соответственно.

Вокруг и почти по всей длине этого канала впрыскиваются, вживляются ионы противоположной полярности. Эта область называется затвором, она-то и регулирует проводимость канала. Тот край канала, через который заряженные частицы входят в кристалл, называется исток, а через который выходят — стоком.

Для улучшения электрических характеристик между металлическим каналом и затвором стали добавлять диэлектрик. Если классифицировать транзисторы по структуре, то можно выделить два семейства:

• МДП (к ним можно отнести и МОП — металл-оксид-проводник)
• JGBT

МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-проводник. Это полевой. Новый JGBT транзистор сочетает в себе достоинства биполярного, но имеет изолированный затвор.

Принцип действия

Один из сложных радиоэлементов — транзистор. Принцип работы его сводится к следующему:

• регулировка
• усиление
• генерация

Биполярные обладают большей мощностью и могут работать с большими частотами. Однако, если нужен широкий спектр усиления, то без полевого не обойтись.

Работа полевого

Рассмотрим, как работает транзистор. Для начинающих радиолюбителей трудно разобраться во всех этих переходах. Чтобы показать принцип работы транзистора простым языком, обратим внимание на следующий пример.

Водопроводный кран вентильного типа способен очень плавно менять напор воды. Это достигается благодаря постепенному изменению пропускного отверстия. На этом же принципе основана работа и полевого транзистора.

Затвор окружает пропускной канал. При подаче на него запирающего напряжения, электрическое поле как бы сдавливает проход, тем самым уменьшая поток заряженных частиц. Как и при закрывании крана необходимо прилагать небольшое усилие, так и мощность затвора, по сравнению с основным каналом, очень мала. Сходство также и в том, что при небольших изменениях напряжения на затворе, сечение прохода также меняется незначительно.

Как работает биполярный

Работа биполярного прибора несколько отличается от работы полевого. В первую очередь отличается способ управления движением заряженных частиц. В полевом используется электрическое поле, в биполярном — ток между базой и эмиттером.

В зависимости от типа прибора стрелочка эмиттера на схеме будет либо направлена к базе, тогда это тип p-n-p, либо от базы, тогда это n-p-n. При подключении к этим зажимам одноименного напряжения («p» подключается к «+», а «n» подключается к «-«) в цепи эмиттер — база возникает ток. В базе появляется больше носителей заряда и их становится тем больше, чем больше ток в этой цепи.

К коллектору подводится обратное напряжение, т. е. к «p» подключается «-«, а к «n» — «+». Поскольку между эмиттером и коллектором возникает разность потенциалов, между этими выводами появляется ток. Он будет тем больше, чем больше носителей заряда имеется в базе.

Когда к эмиттеру и базе подключают источник питания противоположного знака, ток прекращается, транзистор закрывается. Что поможет лучше понять работу транзистора? Для чайников важно понять одну истину. Если открыт переход эмиттер — база (подается прямое напряжение), то открыт и сам прибор, в противном случае он закрыт.

Меры предосторожности

Полевые транзисторы очень чувствительны к повышенному напряжению. При работе с ними необходимо предотвратить возможность попадания на них статистического напряжения. Этого можно достичь надев заземленный браслет. При подборе аналога важно учитывать не только рабочее напряжение, но и допустимый ток. А если прибор работает в частотном режиме, то и его частоту.

Основы, принцип работы, определение, применение

Транзисторные терминалыТипы транзисторовПрименение транзистора
Человеческий мозг содержит 100 миллиардов клеток, которые позволяют нам думать и запоминать вещи. Точно так же компьютер содержит миллиарды миниатюрных ячеек, известных как транзисторы. Это полупроводниковое устройство, изготовленное из кремния, химического соединения, обычно встречающегося в песке. Транзисторы произвели революцию в электронной промышленности с момента их изобретения. Он был изобретен Джоном Бардином, Уолтером Хаузером Браттейном и Уильямом Шокли в 1947. В этой статье мы подробно обсудим транзисторы.

Что такое транзистор?

Транзистор — это электронный компонент, который используется в схемах для усиления или переключения электрических сигналов или питания, что позволяет использовать его в широком спектре электронных устройств. Транзистор состоит из двух PN-диодов, соединенных встречно-параллельно. Он имеет три вывода, а именно эмиттер, базу и коллектор. Основная идея транзистора заключается в том, что он позволяет вам управлять потоком тока через один канал, изменяя интенсивность гораздо меньшего тока, протекающего через второй канал.

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, способный к усилению и выпрямлению.

Другие статьи о транзисторе

• Типы транзисторов
• Использование транзистора
• Характеристики транзистора
• Биполярный переходной транзистор
• Соединительный транзистор

Клеммы транзистора

Как обсуждалось в предыдущем разделе, транзистор состоит из трех выводов: эмиттер , коллектор, и база . В этом разделе мы подробно обсудим функциональные возможности каждого терминала.

База служит в качестве устройства управления воротами для более крупного электроснабжения. Коллектор представляет собой более крупный источник электропитания, а выход этого источника — эмиттер. Ток, протекающий через затвор от коллектора, можно регулировать, посылая различные уровни тока от базы. Таким образом, очень небольшое количество тока может использоваться для управления большим током, как в усилителях. Транзистор работает как переключатель или как усилитель.

Физические характеристики клемм

Эмиттер – Этот сегмент находится на левой стороне транзистора. Он среднего размера и сильно легирован. Основание – Этот сегмент находится в центре транзистора. Он тонкий и слегка легированный. Коллектор – Этот сегмент находится на правой стороне транзистора. Он больше, чем эмиттер, и умеренно легирован.

• Переход база-эмиттер с прямым смещением

– Имеется поток электронов (дырок) от эмиттера к базе и дырок (электронов) от базы к эмиттеру; однако, поскольку концентрация эмиттерных электронов (дырок) больше, чем базовых дырок (электронов), этот ток в основном состоит из электронов (дырок)
– Эти эмиттерные электроны (дырки) становятся неосновными носителями в базе; однако, поскольку база узкая, в базе происходит очень небольшая электронно-дырочная рекомбинация, и эти электроны (дырки) притягиваются к переходу коллектор-база

• Переход коллектор-база с обратным смещением

Когда эти эмиттерные электроны (дырки) достигают перехода коллектор-база, они втягиваются через переход в коллектор под действием электрического поля из-за ионов обедненной области.

Различные типы транзисторов и их применение

Существует много типов транзисторов, и каждый транзистор специализируется на своем применении. Но, основная классификация транзисторов такова:

В следующих нескольких разделах давайте подробно изучим эти транзисторы.

Биполярный переходной транзистор

Биполярный переходной транзистор, кратко называемый BJT, представляет собой управляемое током устройство, состоящее из двух PN-переходов для выполнения своих функций. Он конфигурируется двумя способами: NPN и PNP . Среди этих двух наиболее предпочтительным для удобства является NPN-транзистор. Транзистор NPN изготавливается путем помещения материала p-типа между двумя материалами n-типа. Точно так же PNP-транзистор изготавливается путем помещения материала n-типа между двумя материалами p-типа.

Полевой транзистор

Полевой транзистор, кратко называемый FET, является устройством, управляемым напряжением, в отличие от BJT, который является устройством, управляемым током. Полевой транзистор представляет собой униполярное устройство , что означает, что он изготовлен с использованием материала p-типа или n-типа в качестве основной подложки. Одним из многих его преимуществ является то, что он имеет очень высокий входной импеданс, порядка мегаом. Он имеет много других преимуществ, таких как низкое тепловыделение и низкое энергопотребление.

Биполярный переходной транзистор

и полевой транзистор

Теперь давайте посмотрим на различные различия между BJT и FET

.

Биполярный переходной транзистор	Полевой транзистор
Это биполярное устройство	Это однополярное устройство
Это устройство, управляемое током	Это устройство, управляемое напряжением
Низкое входное сопротивление	Высокое входное сопротивление
Низкий уровень шума	Высокий уровень шума
Меньшая термостойкость	Повышенная термическая стабильность

Транзистор в качестве усилителя и переключателя

Транзистор

в качестве усилителя служит усилителем энергии. Он входит в полезные вещи, такие как слуховые аппараты, которые являются одним из первых гаджетов, которые люди используют вместо транзистора. Слуховые аппараты состоят из крошечного микрофона, который улавливает звуки окружающего мира и преобразует их в различные электрические токи. Микрофоны также подключены к транзистору, который усиливает крошечный громкоговоритель, и вы слышите гораздо более громкую версию звука вокруг себя.

Транзисторы

также работают как переключатели. Небольшой электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может вызвать гораздо больший ток через другую часть. Так работают все компьютерные чипы. Например, микросхема памяти состоит из сотен транзисторов, каждый из которых может включаться и выключаться по отдельности. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух разных состояниях, он может отдельно хранить два числа ноль и единицу. Чип может хранить миллиарды нулей и единиц с миллиардами транзисторов и столько же букв и цифр.

Узнайте больше об этой концепции, перейдя по ссылке: Транзистор как устройство — переключатель и усилитель

Применение транзистора

Полупроводниковые материалы делают возможной работу транзистора. Большинство из вас должны быть знакомы с электропроводящими и непроводящими материалами. Металлы обычно считаются проводящими. Такие вещи, как пластик, дерево, керамика и стекло, являются изоляторами или непроводниками. Группа ученых обнаружила, как тестировать определенные типы кристаллов и использовать их в качестве электронных устройств управления, используя их полупроводниковые свойства.

Термовыключатель

• Термистор является одним из наиболее важных компонентов в цепи термовыключателя. Это своего рода резистор, реагирующий на температуру окружающей среды. Его сопротивление уменьшается при высокой температуре и наоборот.
• Сопротивление термистора падает, и более высокая доля напряжения питания падает на резистор R, когда термистор нагревается. Ток базы увеличивается, а затем увеличивается ток коллектора. В результате загорается лампочка и звучит сирена.
• Эти цепи в основном используются в системе пожарной сигнализации.

Интегральные схемы

• Интегральные схемы состоят из резисторов, транзисторов, диодов и конденсаторов, объединенных с кремниевой пластиной тонкой микросхемы, известной как микрочип.
Интегральные схемы
• потребляют меньше электроэнергии, занимают мало места, что уменьшает размер схемы, и могут быть построены с низкими затратами.

Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Q1

Кто изобрел транзистор?

В 1947 году Уолтер Хаузер Браттейн, Джон Бардин и Уильям Шокли изобрели транзистор.

Q2

Что такое транзистор?

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, используемый для усиления и выпрямления.

Q3

Какие три вывода транзистора?

Три вывода транзистора:

Излучатель

Коллектор

Base

Q4

Состояние истинное или ложное: полевой транзистор является униполярным устройством.

Q5

Что такое биполярный транзистор?

Транзистор с биполярным переходом представляет собой управляемое биполярным током устройство, состоящее из двух PN-переходов для выполнения своих функций.

Следите за новостями BYJU’S и продолжайте влюбляться в обучение!

Как работают транзисторы? — Объясните это.

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 8 декабря 2021 г.

Ваш мозг содержит около 100 миллиардов клеток, называемых нейронами, — крошечные переключатели, которые позволяют вам думать и запоминать вещи. Компьютеры содержат миллиарды миниатюрных «мозговых клеток». Они называются транзисторами и они сделаны из кремния, химического элемента, обычно встречающегося в песке. Транзисторы произвели революцию в электронике с момента их появления. изобретенный более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильям Шокли. Но что это такое и как они работают?

Фото: Насекомое с тремя ногами? Нет, обычный транзистор на электронной плате. Хотя простые схемы содержат такие отдельные транзисторы, сложные схемы внутри компьютеров также содержат микрочипы, внутри каждого из которых могут быть тысячи, миллионы или сотни миллионов транзисторов. (Технически, если вас интересуют более сложные детали, это кремниевый PNP-транзистор усилителя 5401B. Я объясню, что все это означает, через мгновение.)

Содержание

1. Что на самом деле делает транзистор?
2. Как делают транзистор?
3. Силиконовые бутерброды
4. Как работает переходной транзистор
5. Как работает полевой транзистор (FET)
6. Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?
7. Кто изобрел транзистор?
8. Узнать больше

Что на самом деле делает транзистор?

Фото: Подробный обзор модели 5401B.

Транзистор очень прост — и очень сложен. Давайте начнем с простая часть. Транзистор — это миниатюрный электронный компонент, может выполнять две разные работы. Он может работать либо как усилитель, либо как переключатель:

При работе в качестве усилителя требуется в крошечном электрическом токе на одном конце ( входной ток) и производит гораздо больший электрический ток (выходной тока) на другом. Другими словами, это своего рода усилитель тока. Это входит действительно полезно в таких вещах, как слуховые аппараты, одна из первых вещей люди использовали транзисторы для. В слуховом аппарате есть крошечный микрофон. который улавливает звуки окружающего мира и превращает их в колеблющиеся электрические токи. Они подаются на транзистор, который усиливает их и приводит в действие крошечный громкоговоритель, так что вы слышите гораздо более громкую версию звуков вокруг вас. Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, однажды объяснил студенту транзисторные усилители в более юмористическим способом: «Если взять тюк сена и привязать его к хвост мула, а затем зажег спичку и поджег стог сена, и если вы затем сравните энергию, израсходованную вскоре после этого мул с энергией, затраченной вами на зажигание спички, вы поймете концепцию усиления».0004

Транзисторы также могут работать как переключатели. А Крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может создать гораздо большую ток течет через другую его часть. Другими словами, малый ток переключается на больший. По сути, так работают все компьютерные чипы. Для например, микросхема памяти содержит сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов, каждый из которых может быть включен или выключен индивидуально. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух различных состояниях, он может хранить два разных числа, ноль и единицу. С миллиардами транзисторов чип может хранить миллиарды нулей и единиц, и почти столько же обычных цифр и букв (или символов, как мы их называем). Подробнее об этом чуть позже.

Фото: Компактные слуховые аппараты были одним из первых применений транзисторов, и это относится примерно к концу 1950-х или 1960-м годам. Размером с колоду игральных карт, он был предназначен для ношения в кармане пиджака или на нем. На другой стороне корпуса есть микрофон, который улавливает окружающие звуки. Вы можете ясно видеть четыре маленьких черных транзистора внутри, которые усиливают эти звуки, а затем направляют их в маленький громкоговоритель (внизу), который находится в вашем ухе.

Самое замечательное в машинах старого образца было то, что вы могли их друг от друга, чтобы понять, как они работают. Это никогда не было слишком сложно, с немного толкать и тыкать, чтобы узнать, какой бит сделал что и как дело привело к другому. Но электроника совсем другая. это все об использовании электронов для управления электричеством. Электрон – это минута частица внутри атома. Он такой маленький, он весит чуть меньше 0,0000000000000000000000000000001 кг! Работают самые современные транзисторы управляя движением отдельных электронов, так что вы можете представьте, какие они маленькие. В современном компьютерном чипе размер ноготь, вы, вероятно, найдете от 500 миллионов и два миллиарда отдельных транзисторов. Нет никакой возможности разобрать транзистор, чтобы узнать, как он работает. работает, поэтому мы должны понимать это с помощью теории и воображения. Во-первых, полезно знать, из чего сделан транзистор.

Как делают транзистор?

Фото: Кремниевая пластина. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

Транзисторы изготовлены из кремния, химического элемента, содержащегося в песке, который обычно не проводит электричество (он не позволяет электронам легко проходить через него). Кремний — это полупроводник, а значит, ни на самом деле проводник (что-то вроде металла, который пропускает электричество) ни изолятор (что-то вроде пластика, который останавливает ток). Если мы обрабатываем кремний примесями (процесс, известный как легирование), мы можем заставить его вести себя по-другому способ. Если мы легируем кремний химическими элементами мышьяком, фосфором, или сурьмы, кремний получает несколько дополнительных «свободных» электронов, которые может проводить электрический ток, поэтому электроны будут вытекать из него более естественно. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, кремний обработанный таким образом, называется n-типом (отрицательный тип). Мы также можем легировать кремний другими примесями, такими как бор, галлий и алюминий. В кремнии, обработанном таким образом, их меньше. «свободные» электроны, поэтому электроны в близлежащих материалах будут стремиться влиться в него. Мы называем этот вид кремния p-типа (положительный тип).

Вкратце, мимоходом, важно отметить, что ни кремний n-типа, ни кремний p-типа на самом деле не имеют заряда в себе : оба они электрически нейтральны. Это правда, что у кремния n-типа есть дополнительные «свободные» электроны, которые увеличивают его проводимость, в то время как у кремния p-типа этих свободных электронов меньше, что помогает увеличить его проводимость противоположным образом. В каждом случае дополнительная проводимость возникает из-за добавления нейтральных (незаряженных) атомов примесей к кремнию, составляющему нейтральный для начала — и мы не можем создавать электрические заряды из воздуха! Более подробное объяснение потребовало бы, чтобы я представил идею под названием ленточная теория, которая немного выходит за рамки этой статьи. Все, что нам нужно помнить, это то, что «лишние электроны» означают дополнительные свободных электронов, которые могут свободно перемещаться и помогают проводить электрический ток.

Силиконовые бутерброды

Теперь у нас есть два разных типа силикона. Если мы сложим их вместе в слоях, делая бутерброды из материала p-типа и n-типа, мы можем сделать различные виды электронных компонентов, которые работают во всех видах способы.

Рисунок: Соедините кремний n-типа с кремнием p-типа, и вы получите n-p переход, который является основой диодов и транзисторов.

Предположим, мы соединяем кусок кремния n-типа с кусочком p-типа. силикон и поставить электрические контакты с обеих сторон. Увлекательно и полезно вещи начинают происходить на стыке двух материалы. Если мы обратимся на токе, мы можем заставить электроны течь через переход от со стороны n-типа на сторону p-типа и наружу по схеме. Этот происходит из-за отсутствия электронов на стороне р-типа переход перетягивает электроны со стороны n-типа и наоборот. Но если мы реверсируем ток, электроны вообще не будут течь. Что у нас есть сделанный здесь называется диод (или выпрямитель). это электронный компонент, пропускающий ток только в одном направлении. Его полезно, если вы хотите превратить переменный (двусторонний) электрический ток в постоянный (односторонний) ток. Диоды тоже можно сделать так, чтобы они излучали светятся, когда через них проходит электричество. Вы могли видеть эти светодиоды (LED) на карманных калькуляторах и электронных дисплеи на стереоаппаратуре Hi-Fi.

Принцип работы переходного транзистора

Фото: Типичный кремниевый PNP-транзистор (A1048, предназначенный для усилителя звуковой частоты).

Теперь предположим, что вместо этого мы используем три слоя силикона в нашем бутерброде. из двух. Мы можем сделать бутерброд p-n-p (с кусочком n-типа кремния в качестве заполнения между двумя ломтиками p-типа) или n-p-n сэндвич (с p-типом между двумя плитами n-типа). Если мы присоединить электрические контакты ко всем трем слоям сэндвича, мы можем сделать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать его, либо выключен — другими словами, транзистор. Посмотрим, как это работает в случае n-p-n транзистор.

Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим имена трем электрические контакты. Мы позвоним двум контактам, соединенным с двумя кусочки кремния n-типа эмиттер и коллектор, и контакт соединенный с кремнием р-типа, мы назовем его основанием. Когда нет ток течет в транзисторе, мы знаем, что кремнию p-типа не хватает электронов (показанных здесь маленькими знаками плюс, представляющими положительные заряды), а два куска кремния n-типа имеют дополнительные электроны (показаны маленькими знаками минус, представляющими отрицательные заряды).

Другой способ взглянуть на это — сказать, что, хотя n-тип имеет избыток электронов, p-тип имеет дырки, где электроны должно быть. Обычно отверстия в основании действуют как барьер, предотвращая любое при этом протекает значительный ток от эмиттера к коллектору. транзистор находится в выключенном состоянии.

Транзистор работает, когда электроны и дырки начинают двигаться через два перехода между кремнием n-типа и p-типа.

Давайте подключите транзистор к некоторой мощности. Допустим, мы присоединяем небольшой положительное напряжение на базу, делает эмиттер отрицательно заряженным, и сделать коллектор положительно заряженным. Электроны вытягиваются из эмиттер в базу, а затем из базы в коллектор. И транзистор переходит в состояние «включено»:

Небольшой ток, который мы включаем на базе, создает большой ток поток между эмиттером и коллектором. Повернув небольшой вход ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель. Но он также действует как переключатель в то же время. Когда нет тока на база, между коллектором и эмиттер. Включите базовый ток и течет большой ток. Итак, база ток включает и выключает весь транзистор. Технически это тип транзистора называется биполярным, потому что два разных вида (или «полярности») электрического заряда (отрицательные электроны и положительные отверстия) участвуют в протекании тока.

Мы также можем понять транзистор, представив его как пару диодов. С база положительная, а эмиттер отрицательный, переход база-эмиттер подобен прямому смещению. диод, с электронами, движущимися в одном направлении через переход (слева направо в диаграмме) и отверстия, идущие в обратном направлении (справа налево). База-сборщик переход подобен диоду с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора тянет большая часть электронов проходит через внешнюю цепь и попадает во внешнюю цепь (хотя некоторые электроны действительно рекомбинируют с дырками в базе).

Как работает полевой транзистор (FET)

Все транзисторы работают, управляя движением электронов, но не все они делают это одинаково. Подобно переходному транзистору, полевой транзистор (полевой транзистор) имеет три разных вывода, но они имеют названия исток (аналог эмиттера), сток (по аналогии с коллектор), и затвор (аналог основания). В полевом транзисторе слои кремний n-типа и p-типа устроены немного по-разному и покрытые слоями металла и оксида. Это дает нам устройство, называемое МОП-транзистор (поле оксида металла и полупроводника) эффектный транзистор).

Хотя в истоке и стоке n-типа есть дополнительные электроны, они не могут течь от одного к другому из-за отверстий в ворота р-типа между ними. Однако, если мы присоединим положительный напряжение на затвор, там создается электрическое поле, позволяющее электроны текут по тонкому каналу от истока к стоку. Этот «эффект поля» позволяет течь току и включает транзистор:

транзистор потому что только один вид («полярность») электрического заряда участвует в том, чтобы заставить его работать.

Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

На практике вам не нужно ничего знать о электроны и дырки, если вы не собираетесь чтобы зарабатывать на жизнь разработкой компьютерных чипов! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя небольшой ток чтобы включить больший. Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает компьютерам хранить информацию и принимать решения?

Мы можем соединить несколько транзисторных переключателей, чтобы сделать что-то называется логическим вентилем, который сравнивает несколько входные токи и в результате дает другой выход. Логические ворота позволяют компьютерам делать очень простые решения с использованием математической техники, называемой булевой алгеброй. Ваш мозг принимает решения точно так же. Например, используя «входные данные» (вещи, которые вы знаете) о погоде и о том, что у вас есть в вашей прихожей, вы можете принять такое решение: «Если идет дождь И я возьми зонт, я пойду в магазины». Это пример булевой алгебры с использованием так называемого И «оператор» (слово «оператор» — это всего лишь немного математического жаргона для заставить вещи казаться сложнее, чем они есть на самом деле). Ты можешь сделать аналогичные решения с другими операторами. «Если ветрено ИЛИ идет снег, тогда я надену пальто» пример использования оператора ИЛИ. Или как насчет «Если идет дождь И я есть зонт ИЛИ у меня есть пальто, тогда можно выходить на улицу». Используя И, ИЛИ и другие операторы, называемые NOR, XOR, NOT и NAND, компьютеры могут складывать или сравнивать двоичные числа. Эта идея является краеугольным камнем компьютерных программ: логическое серия инструкций, которые заставляют компьютеры что-то делать.

Обычно переходной транзистор «выключен» при отсутствии базы тока и переключается в положение «включено», когда протекает базовый ток. Это означает, что это потребляет электрический ток для включения или выключения транзистора. Но такие транзисторы можно соединить с логическими вентилями, чтобы их выход соединения возвращаются на свои входы. Транзистор затем остается включенным даже при отключении базового тока. Каждый раз новый база течет ток, транзистор «щелкает» или выключается. Остается в одном из эти стабильные состояния (либо включено, либо выключено) до тех пор, пока другой ток приходит и переворачивает его в другую сторону. Такая договоренность известен как триггер, и он превращает транзистор в простой запоминающее устройство, в котором хранится ноль (когда он выключен) или единица (когда он на). Триггеры — это основная технология, используемая в микросхемах компьютерной памяти.

Кто изобрел транзистор?

Произведение: оригинальная конструкция точечного транзистора, как указано в Патент Джона Бардина и Уолтера Браттейна в США (2 524 035), поданный в июне 1948 г. (примерно через шесть месяцев после оригинальное открытие) и награжден 3 октября 1950 года. Это простой PN-транзистор с тонкий верхний слой германия P-типа (желтый) на нижнем слое германия N-типа (оранжевый). Три контакта: эмиттер (E, красный), коллектор (C, синий) и база (G, зеленый). Вы можете прочитать больше в оригинальном патентном документе, который указан в ссылках ниже. Работа предоставлена ​​Управлением по патентам и товарным знакам США.

Транзисторы были изобретены в Bell Laboratories в Нью-Джерси в 1947 году. тремя блестящими американскими физиками: Джоном Бардином (1908–1991), Уолтером Браттейн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).

Группа под руководством Шокли пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США, но что они на самом деле изобрели оказались гораздо более распространенными Приложения. Бардин и Браттейн создали первый практичный транзистор. (известный как точечный транзистор) во вторник, 16 декабря, 1947. Хотя Шокли сыграл большую роль в этом проекте, он был разъяренный и взволнованный тем, что его оставили в стороне. Вскоре после этого, во время остановиться в гостинице на конференции по физике, он в одиночку вычислил теория переходного транзистора — гораздо лучшего устройства, чем транзистор с точечным контактом.

В то время как Бардин ушел из Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил добиться еще большего успеха, изучая сверхпроводники в Иллинойском университете), Браттейн остался на некоторое время, прежде чем уйти на пенсию, чтобы стать учителем. Шокли основал собственную компанию по производству транзисторов и помог вдохновить современное явление, которое называется «Силиконовая долина» (процветающий район вокруг Пало-Альто, Калифорния, где корпорации электроники собрались). Двое его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, ушли основал Intel, крупнейшего в мире производителя микрочипов.

Бардин, Браттейн и Шокли ненадолго воссоединились несколько лет спустя, когда они разделили высшую науку в мире награда, т. Нобелевская премия по физике 1956 г., за их открытие. Их история захватывающая история о интеллектуальный блеск борется с мелкой завистью, и это хорошо стоит прочтения больше о. Вы можете найти несколько замечательных рассказов об этом среди книг и веб-сайты, перечисленные ниже.

Узнать больше

На этом сайте

• Компьютеры: краткая история
• Флэш-память
• Интегральные схемы
• Логические элементы
• Тиристоры

Другие веб-сайты

• The Journey Inside: образовательный веб-сайт Intel, посвященный транзисторам и интегральным схемам.
• Transistorized !: веб-сайт PBS о Бардине, Браттейне, Шокли и истории транзисторов.
• Транзистор: узнайте о транзисторах в увлекательной игровой форме с помощью игр и интерактивов на веб-сайте Нобелевской премии. [Архивировано через Wayback Machine.]

Книги

Технические и практические

• Марка: Electronics by Charles Platt. O’Reilly, 2015. Четкий, хорошо иллюстрированный учебник для начинающих в области электроники и отличное место для начала увлеченного подростка. Эксперимент 10 начинается с покрытия транзисторов.
• Начало работы с электроникой, Форрест М. Мимс III. Издательство Master Publishing, 2003 г. Надежное введение с множеством примеров схем, которые можно попробовать.
• «Искусство электроники» Пола Горовица, Winfield Hill. Издательство Кембриджского университета, 2015 г. Это гораздо более подробный учебник для студентов, которым я сам пользовался в колледже.
• «Почему все так, как оно есть», Б.С. Чандрасекар. Издательство Кембриджского университета, 1998. Относительно простое для понимания, в основном не математическое введение в физику твердого тела; по сути, это объясняет, как на самом деле работают твердые тела изнутри. Глава 10 объясняет электрические токи и полупроводники.

Исторический

• Электронная революция: изобретение будущего Дж. Б. Уильямса. Springer, 2017. Обширный обзор того, как электроника изменила нашу жизнь за последнее столетие или около того.
• Хрустальный огонь: The Изобретение транзистора и рождение века информации Майклом Риорданом и Лилиан Ходдесон. WW Norton & Co., 1998. Очень читаемая история транзисторов и интегральных схем.

Статьи

Технические

• Этот 40-летний транзистор изменил индустрию связи Джоанна Гудрич, IEEE Spectrum, 26 декабря 2019 г. Празднование быстро переключающихся транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT), изобретенных в 1979 Такаши Мимура из Fujitsu.
• Да здравствуют перовскитные транзисторы Дэвида Шнайдера. IEEE Spectrum, 16 января 2019 г. Как кристаллы перовскита можно «нарисовать» на подложке для изготовления полевых транзисторов.
• Является ли NanoRing от Qualcomm транзистором (ближайшего) будущего? Сэмюэл К. Мур. IEEE Spectrum, 14 декабря 2017 г. Как и почему Qualcomm остановилась на устройствах, называемых нанокольцами, в качестве потенциально новых типов транзисторов.
• Размеры затвора транзисторов в один нанометр были достигнуты Декстером Джонсоном. IEEE Spectrum, 7 октября 2016 г. Являются ли нанотранзисторы, сделанные из углеродных нанотрубок, будущим?
Преемник транзистора
• , установленный Венди М. Гроссман, скоро приведет к эпохе «Машины». Scientific American, 22 июля 2014 г. В основе компьютеров завтрашнего дня могут лежать мемристоры, а не транзисторы.
• Представляем вакуумный транзистор: устройство, сделанное из ничего, Джин-Ву Хан и Мейя Мейяппан. IEEE Спектр. 23 июня 2014 г. Частично вакуумная лампа, частично транзистор, он может работать в 10 раз быстрее, чем кремний, утверждают исследователи NASA Ames.
• Корпорация Intel переходит на 3D-технологии, реконструируя транзистор Чарльз Артур, Guardian, 4 мая 2011 г. Создание «трехмерных» транзисторов позволяет инженерам втиснуть еще больше их в одно и то же пространство.
• Прыжок в микромир после транзистора Джон Маркофф. The New York Times, 31 августа 2009 г. Какие устройства могут заменить транзисторы?

Исторический

• В картинках: Transistor History: BBC News, 15 ноября 2007 г. Фотографии пионеров транзисторов, первых транзисторов и схем.
• Утерянная история транзистора Майкла Риордана. IEEE Spectrum, 30 апреля 2004 г.
.
• Транзисторная физика У. Шокли. Американский ученый, 19 января.54, стр. 41–72.

Патенты

• Патент США: 2,524,035: Трехэлектродный элемент схемы с использованием полупроводниковых материалов: оригинальный патент на точечный транзистор, поданный Джоном Бардином и Уолтером Браттейном 17 июня 1948 г. и выданный в октябре 1950 г.
• Патент США: 2 569 347: элемент схемы, использующий полупроводниковый материал: это было яростное продолжение первоначального патента Шокли, поданного 26 июня 1948 г. (примерно через 10 дней после первоначального патента Бардина / Браттейна) и выданного 25 сентября 19 г.51.
• Патент США: 2 502 488: Полупроводниковый усилитель: еще один патент Шокли, поданный в сентябре 1948 г. и выданный в апреле 1950 г.

Видео

Технический

• MAKE представляет: The Transistor: отличное, понятное 9-минутное введение в тему транзисторов от Коллина Каннингема из MAKE.

  No related posts.