Транзисторы

Что такое транзистор?

Транзистор — полупроводниковый прибор, используемый в электронных схемах для усиления электрических сигналов и управления потоком электроэнергии.

Транзисторы используются в различных электронных устройствах.

Приложения, использующие усилительное действие, включают аудиоусилители и схемы обнаружения датчиков.

Приложения, использующие коммутационное действие, включают логические схемы, составляющие интегральные схемы и выпрямительные схемы для источников питания.

Структура транзистора представляет собой комбинацию полупроводников n-типа и p-типа.

Обычно они изготавливаются на кремниевых (Si) подложках, хотя в зависимости от области применения могут также использоваться составные полупроводники, такие как SiGe, GaAs, SiC и GaN.

Как работают транзисторы

Транзистор — это трехконтактное устройство, состоящее из тонкой полупроводниковой базы p-типа, зажатой между коллектором и эмиттером полупроводника n-типа.

Это известно как транзистор NPN-типа.

Существует также транзистор PNP-типа, в котором полупроводник n-типа зажат между полупроводником p-типа.

Эти типы NPN и PNP можно комбинировать для создания электронных схем с различными функциональными возможностями.

В случае транзистора типа PNP полярность напряжения и направление тока меняются местами.

При использовании транзистора типа NPN на базу и коллектор подается положительное напряжение относительно эмиттера.

В результате в коллекторе будет протекать ток, в десятки-сотни раз превышающий ток, текущий в базе.

Другими словами, выход тока коллектора может управляться входом тока базы, обеспечивая эффекты усиления и переключения.

Отношение тока базы к току коллектора называется коэффициентом усиления тока, hFE, и является одним из важных показателей эффективности транзистора.

Типы транзисторов

Существует несколько типов транзисторов в зависимости от их структуры. Транзисторы можно разделить на две категории: биполярные транзисторы и униполярные транзисторы.

Термин «биполярный» означает двухполюсный, потому что для проведения электрического тока задействованы электроны и дырки.

С другой стороны, униполярные транзисторы называются так, потому что для проведения тока задействованы либо электроны, либо дырки.

1. Биполярный транзистор (БПТ)

Биполярные транзисторы изготавливаются из комбинации полупроводников P-типа и N-типа с NPN или PNP-переходами.

Термин транзистор просто относится к биполярному транзистору, в то время как NPN или PNP-транзистор называется BJT.

2. Фототранзистор

Тип транзистора, в котором ток коллектора может контролироваться падающим светом. Он может выводить больший фототок по сравнению с фотодиодом.

Их следует выбирать в соответствии с областью применения.

3. Полевой транзистор (FET)

В то время как транзисторы управляют током коллектора, изменяя ток базы, полевые транзисторы управляют током с помощью напряжения.

Поскольку транзисторы управляются напряжением, они требуют меньшей мощности привода и могут легко управляться на высоких скоростях по сравнению с BJT. С другой стороны, они уступают по выдерживаемому высокому напряжению и току.

FET также включают в себя JFET-транзисторы (JFET) и металлооксидные полупроводниковые FET-транзисторы ( MOSFET ), каждый из которых имеет N-канальный тип и P-канальный тип.

Транзисторы потребляют много энергии и выделяют много тепла, поэтому их нельзя использовать в плотных цепях.

В отличие от транзисторов, полевые транзисторы потребляют меньше энергии и могут быть меньше по размеру, поэтому они широко используются в интегральных схемах, таких как ИС и БИС.

4. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

IGBT являются одними из мощных транзисторов, используемых в мощных устройствах, а их структура обеспечивает высокий ток и высокое выдерживаемое напряжение.

Транзисторный режим работы

Транзисторы бывают NPN и PNP-типов и представляют собой полупроводниковые приборы с тремя электродами: базой, коллектором и эмиттером.

Когда положительный электрод сухой батарейки подключен к базе, а отрицательный электрод к эмиттеру, электроны текут из эмиттера в базу.

Некоторые из этих электронов объединяются с дырками в базе, в то время как оставшиеся электроны текут в поверхность соединения базы и коллектора.

Ток, текущий от базы к эмиттеру, называется током базы, в то время как ток, текущий от коллектора к эмиттеру, называется током коллектора.

Ток коллектора намного больше тока базы, и небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора.

Это называется усиливающим эффектом транзистора.