Транзисторы

Транзисторы

В электронике, транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, который обычно используется для усиления или переключения электронных сигналов. Транзистор состоит из цельного куска некоторых полупроводниковых материалов с, как минимум, тремя клеммами для подключения к внешней цепи. Напряжение или ток, приложенные к одной паре выводов транзистора, изменяют ток, протекающий через другую пару выводов. Потому что контролируемая (выходная) мощность может быть гораздо больше, чем контрольная (входная) мощность, транзисторы обеспечивают усиление сигнала.

Транзистор является фундаментальным строительным блоком современных электронных устройств, а также он используется в радио, телефонах, компьютерах и других электронных системах. Некоторые транзисторы упакованы индивидуально, но большинство из них находятся в интегральных схемах.

Первый патент на принцип полевого транзистора был подан в Канаде одним австро-венгерским физиком Юлием Эдгаром Лилиенфельдом 22 октября 1925 года, но Лилиенфельд не публиковал научные статьи о своих устройств. В 1934 году один немецкий физик, доктор Оскар Хейл запатентовал другой полевой транзистор.

17 ноября 1947 года, Джон Бардин и Уолтер Браттейн, в AT & T Bell Labs, отметили, что, когда электрические контакты были приложены к кристаллу германия, выходная мощность была больше, чем вход ВиЮйам Шокли увидел потенциал в этом, и он работал в течение следующих нескольких месяцев над значительным расширением знаний о полупроводниках. Он, по мнению многих, был "отцом" транзистора. Термин - «транзистор» был придуман Джоном Р. Пирсом.

Транзистор, по мнению многих, являются величайшим изобретением ХХ века, или одним из величайших. Это ключевой активный компонент практически во всей современной электронике. Важность транзистора в современном обществе основывается способности его массового производства с использованием высоко автоматизированного процесса, который обеспечивает удивительно низкую цену.

Хотя есть несколько компаний, каждая из которых производит более миллиарда индивидуально упакованных (известных как дискретные) транзисторов каждый год, большое количество транзисторов изготавливаются в интегральных схемах (часто сокращается до ИС, микрочипы или просто чипы) для получения полных электронных схем. Логический вентиль состоит из около двадцати транзисторов в то время как передовые микропроцессоры, начиная с 2006 года, могут использовать до 1,7 млрд транзисторов.

Низкая стоимость, гибкость и надежность транзисторов, все эти факторы в совокупности сделали их повсеместными устройствами. Транзисторные мехатронные схемы заменили электромеханические устройства для контроля приборов и оборудования. Часто проще и дешевле использовать стандартные микроконтроллеры и написать компьютерную программу для выполнения функции управления, чем для разрабатывать эквивалентную механическую функцию контроля.

Использование

Биполярный плоскостной транзистор, или БПТ, был первым изобретенным транзистором, и на протяжении 1970-х годов, был наиболее часто используемым транзистором. Даже после того, МОП-транзисторы стали доступны, БПТ выбирался для многих аналоговых схем, таких как простые усилители в силу их большей линейности и простоты изготовления. Желательные свойства транзисторов, такие, как их полезность в маломощных устройствах позволило им захватить почти все доли рынка для цифровых схем, в последнее время, МОП-транзисторы захватили большинство аналоговых и силовых цепей, включая современные тактовые аналоговые схемы, регуляторы напряжения, усилители, передатчики мощности, драйвера моторов и т.д.

Как транзистор работает

Существенная польза транзистора происходит от его способности использовать небольшой сигнал, подаваемый между одной парой своих выводов, чтобы контролировать гораздо больший сигнал на другой паре выводов. Это свойство называется коэффициентом усиления. Транзистор может контролировать его выходной сигнал в пропорции к входному сигналу, то есть, он может выступать в качестве усилителя. Транзистор также может быть использован для включения или выключения тока в цепи, как электрически управляемый коммутатор, где величина тока определяется другими элементами схемы.

Два типа транзисторов имеют незначительные различия в том, как они используются в схеме. Биполярный плоскостной транзистор имеет выводы (названные базовыми), коллектор и эмиттер. Малый ток на базовом выводе может контролировать или переключать гораздо больший ток между коллектором и эмиттером. Для полевого транзистора, выводы названы вентилем, источником и стоком, и напряжение у вентиля может контролировать ток между источником и стоком.

Транзистор как переключатель

Транзисторы обычно используются в качестве электронных переключателей, как для высокомощных устройств, включая импульсные блоки питания, так и для и маломощных устройств, таких как логические вентили. Транзисторы действуют как переключатель, и этот тип операций является общим во всех цифровых схемах, где только "вкл" и "выкл" положения актуальны.

Транзистор как усилитель

Усилитель с общим эмиттером устроен так, что небольшие изменения в напряжении изменяют ток, текущий через базу транзистора и транзисторное усиления тока в сочетании со свойствами схемы означает, что небольшие колебания во входном напряжении производят большие изменения в выходном напряжении.

От мобильных телефонов до телевизоров, большое количество продукция включает в себя усилители для воспроизведения звука, радио передачи и обработки сигналов. Первые аудио усилители с дискретными транзисторами едва предлагали несколько сотен милливатт, но мощность и качество звука постепенно увеличивается, так как стали доступны лучшие транзисторы и архитектура усилителя развивалась. Современные транзисторные аудио усилители на несколько сотен ватт и являются общедоступными и относительно недорогими.

Некоторые производители музыкальных усилителей совмещают транзисторы и электронные лампы (вакуумные лампы) в одной и той же схеме, т.к. они уверены, что лампы имеют характерный звук.