Характеристики и задачи транзисторов.

Транзистор (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление) -  электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или более) вывода, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к  большему изменению выходного напряжения и тока. Данное усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).

   Транзистор в настоящее время является основным элементом современных микроэлектронных устройств. Новейшие технологии позволили создавать на одном кристалле полупроводника площадью 30—35 мм2 электронные устройства, насчитывающие до нескольких десятков тыс. транзисторов. Эти устройства, получившие название интегральных схем (ИС), являются основой радиоэлектронной аппаратуры. Примером такой аппаратуры являются  наручные электронные часы, содержащие от 600 до 1500 транзисторов, и карманные электронные вычислительные устройства (несколько тыс. транзисторов). Переход к использованию ИС определил новое направление в производстве малогабаритной и надёжной радиоэлектронной аппаратуры, получившее название микроэлектроники. Достоинства транзистора в сочетании с достижениями технологии их производства позволяют создавать ЭВМ, насчитывающие до нескольких сотен тыс. элементов, устанавливать сложные электронные устройства на борту самолётов и космических летательных аппаратов, изготовлять малогабаритную радиоэлектронную аппаратуру для использования в самых различных областях промышленности, в медицине, быту и т.д.

Срок службы транзисторов и их экономичность во много раз больше, чем у электронных ламп. За счёт этого они широко применяются  в микроэлектронике - теле-, видео-, аудио-, радиоаппаратуре и в компьютерах. Они заменяют электронные лампы во многих электрических цепях промышленной, научной и бытовой аппаратуры. Преимущества транзисторов по сравнению с электронными лампами -  отсутствие накалённого катода, потребляющего значительную мощность и требующего времени для его разогрева. Кроме того транзисторы во много раз меньше по массе и размерам, чем электрические лампы. Размеры полупроводникового элемента современного транзистора весьма малы: даже в самых мощных транзисторах площадь кристалла не превышает нескольких кв. мм. Кроме того они способны работать при более низких напряжениях и более высоких частотах, потребляя при этом токи в несколько мка. Однако имеются и недостатки: транзисторы очень чувствительны к электрическим перегрузкам, повышению температуры ( германиевые транзисторы работают при температурах не свыше 100 °С, кремниевые 200 °С) и ионизирующим излучениям. Наличие специального корпуса позволяют сделать транзистор более долговечным.

Существует 2 типа транзисторов: биполярные, доминирующие в аналоговой технике и полевые, применяемые широко в цифровой технике (процессоры, компьютеры, логика, память, цифровая связь и т. п.)

Полевой транзистор (металл-оксид-полупроводник)-транзистор (МОПТ) — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного тока электрического поля, создаваемого входным сигналом. В отличие от биполярных транзисторов управление большими токами производится не путем изменения управляющего тока, а путем изменения управляющего напряжения. Следовательно, для управления полевым транзистором теоретически не требуется затрат электроэнергии и экономия потребляемой энергии оказывается очень большой. Поэтому в настоящее время в большинстве цифровых устройств, начиная от простых цифровых микросхем и микросхем электронных часов и заканчивая большими интегральными микросхемами компьютерных процессоров, применяются полевые транзисторы. Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и являются основой  для построения микросхем логики, памяти, процессора и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 90 до 25 нм. В настоящее время на одном современном кристалле площадью 1—2 см² могут разместиться несколько миллиардов МОПТ. Постепенно происходит уменьшение размеров МОПТ и увеличение их количества на одном чипе, что  приводит  к повышению быстродействия процессоров, снижению энергопотребления и тепловыделения. Мощные транзисторы работают при напряжениях 10—30 В и токах до нескольких десятков А, отдавая в нагрузку мощность до 100 Вт и более.

 Полевые транзисторы делят на транзисторы с затвором в виде p-n-перехода и полевые транзисторы с изолированным затвором (или МОП-транзисторы).

В зависимости от проводимости канала полевые транзисторы делятся на полевые транзисторы с каналом р- типа и полевые транзисторы с каналом n- типа. Канал р- типа обладает дырочной проводимостью, а n- типа – электронной.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования выделяют npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют  эмиттером и коллектором.

К  комбинированному типу транзисторов  относятся :

  • транзисторы со встроенными резисторами— биполярные транзисторы со встроенными в один корпус резисторами.
  • Транзистор Дарлингтона — комбинация двух биполярных транзисторов, работающая как биполярный транзистор с высоким коэффициентом усиления по току (на транзисторах одной и разной полярности).

В соответствии с механизмом переноса не основных носителей через базу выделяют бездрейфовые транзисторы, в базе которых ускоряющее электрическое поле отсутствует и заряды переносятся от эмиттера к коллектору за счёт диффузии, и дрейфовые транзисторы, в которых одновременно действуют два механизма переноса зарядов в базе: их диффузия и дрейф в электрическом поле. По электрическим характеристикам и областям применения различают транзисторы маломощные малошумящие - до 100 мВт (используются во входных цепях радиоэлектронных усилительных устройств), импульсные (в импульсных электронных системах), мощные генераторные - больше 1 Вт (в радиопередающих устройствах), ключевые (в системах автоматического регулирования в качестве электронных ключей), фототранзисторы (в устройствах, преобразующих световые сигналы в электрические с одновременным усилением последних) и специальные. Различают также низкочастотные транзисторы (обычно для работы в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот), высокочастотные (до 300 Мгц) и сверхвысокочастотные (свыше 300 Мгц).

Основные  материалы, используемые для изготовления транзисторов — германий и  кремний, перспективные – арсенид галлия, сульфид цинка и полупроводниковые полимеры.

 В соответствии с технологией получения в кристалле зон с различными типами проводимости транзисторы разделяются  на сплавные, диффузионные,  сплавно-диффузионные, конверсионные мезатранзисторы, эпитаксиальные, планарные и планарно-эпитаксиальные. По конструкции транзисторы подразделяют на транзисторы в герметичных металлостеклянных, металлокерамических или пластмассовых корпусах и бескорпусные. Последние имеют временную защиту кристалла от воздействий внешней среды (тонкий слой смолы, лака, легкоплавкого стекла) и герметизируются совместно с устройством, в котором их устанавливают. Наибольшую популярность завоевали  планарные и планарно-эпитаксиальные кремниевые транзисторы.

С появлением транзисторов произошел качественный скачок в радиоэлектронной аппаратуре. Современная РЭА имеет в десятки и сотни раз меньшие габариты и массу, более высокую надёжность и потребляет значительно меньшую электрическую мощность. Данная тенденция будет продолжаться, что позволит в будущем уменьшать уровень помех и еще более повышать надежность радиопередатчиков.

дизайн
Компания Сансити