Транзистор: описание электронного компонента

Транзистор
2
07/07/2018 10:33:59
Содержание:

Если давать широкое определение транзистору, можно уверенно назвать его главным элементом электроники. В настоящее время множество транзисторов занимают положенное место в различных микросхемах. В процессорах компьютеров счет им идет на миллионы. Но, несмотря на потребность в миниатюризации электронных схем, транзистор в единичном исполнении продолжает использоваться во множестве схемотехнических решений.

Некоторые важнейшие параметры, например, такие, как малый уровень шумов или значительная выходная мощность, наилучшим образом достигаются сочетанием микросхем с отдельными транзисторами. С ними связано так много разнообразных данных, что в одной статье невозможно охватить их все. Правильнее говорить о десятках, а то и сотнях книг о транзисторах. Поэтому в этой статье будет изложена лишь небольшая базовая часть информации об этих полупроводниковых приборах.

Устройство и принцип работы

Наверняка большинство наших читателей знает, что такое переменный резистор. Один из вариантов этого устройства, выполненного на основе проволоки из нихрома или аналогичного по свойствам сплава, и используемого в лабораторных работах по физике, называется реостатом. Перемещением ползунка достигается изменение величины сопротивления. В транзисторе происходит аналогичный процесс, но не от механического воздействия, а от управляющего сигнала. Как и в переменном резисторе, в транзисторе имеется три точки и соответствующие им контактные выводы для присоединения к электрической схеме.

Эти три ножки в корпусе соединены каждая с определенной зоной полупроводникового кристалла. Его материалом сегодня обычно выбирается кремний. Но также существуют кристаллы из других веществ, например, из германия. Выбор вещества обусловлен различными критериями. Кремний дешевле и более термостоек. Оттого и популярен. Упомянутые выше зоны именуются переходами. Они создаются добавлением в полупроводник иных веществ. В результате его сопротивление может изменяться под воздействием электрических параметров на контактные выводы.

Биполярные транзисторы

Мощный транзистор изнутри: третий вывод – это корпус, с которым гальванически связан кристалл кремния
Мощный транзистор изнутри: третий вывод – это корпус, с которым гальванически связан кристалл кремния

Переходы обозначаются буквами p-n в соответствии с теорией электронно-дырочной проводимости. Если к двум выводам транзистора присоединить источник сигнала, сопротивление между его третьим выводом и одним из упомянутых двух изменится. Транзистор, потребляющий от источника сигнала ток, именуется биполярным. Его контактные выводы называются эмиттер, база и коллектор. В зависимости от комбинации переходов биполярные транзисторы могут быть n-p-n и p-n-p.

Обозначение биполярных транзисторов
Обозначение биполярных транзисторов

Однако управляющий сигнал в любом биполярном транзисторе приложен к эмиттеру и базе. Именно в таком варианте диапазон изменения сопротивления между коллектором и эмиттером получается самым существенным для практического использования – получения выходного сигнала. То есть напряжения на резисторе-нагрузке, который одним своим выводом присоединен к транзистору (либо к коллектору, либо к эмиттеру), а другим – к полюсу источника питания.  

Электропитание всегда соответствует своим знаком комбинации переходов биполярного транзистора, + подается на коллектор n-p-n и эмиттер p-n-p транзистора. Таким образом, воздействие маломощным управляющим сигналом в электрической цепи базы и эмиттера обеспечивает появление более мощного выходного сигнала в цепи коллектора и эмиттера. То есть происходит усиление сигнала. Выходной сигнал повторяет по длительности входной сигнал, но имеет иные, более высокие значения силы тока и напряжения (в зависимости от связи нагрузочного резистора с коллектором или эмиттером). 

  • Входной и коллекторный выходной сигналы противофазные, а в сравнении с эмиттером – синфазные.
Проход тока
Проход тока

Биполярные транзисторы специализированы. В электронике существуют прикладные задачи, соответственно которым выпускаются те или иные модели этих транзисторов. Например, для усиления слабых сигналов применяются маломощные, малошумящие модели. Они, в свою очередь, делятся по частотному диапазону. Для усиления мощности существует отдельная группа этих полупроводниковых приборов. Однако и в ней существует разделение на более или менее высоковольтные и высокочастотные транзисторы.

Полевые транзисторы

Но все они объединены способом управления по току. А иному управлению, то есть по напряжению, соответствует класс полупроводниковых приборов, называемых полевыми транзисторами. Внешне они такие же, как и биполярные, но работают совершенно по-иному. Наименование их выводов – исток, затвор и сток. По отношению к входному и выходному сигналам затвор – это аналог базы, исток – эмиттера, сток – коллектора. Но разнообразие полевых транзисторов на элементарном уровне выше, чем у биполярных:

Схема
Схема
Разновидности полевых транзисторов
Разновидности полевых транзисторов

Конструкция и рекомендации по выбору

Число выводов у некоторых моделей транзисторов может быть отличным от трех. Это касается и биполярных, и полевых разновидностей. Но главный фактор, который определяет конструкцию корпуса любого транзистора, – это охлаждение. Оно обеспечивается радиаторами, к которым контактирующая часть корпуса должна прилегать максимально эффективно. Для этого применяются специальные пасты, которые заполняют неровности между транзистором и радиатором.

Разновидности корпусов транзисторов
Разновидности корпусов транзисторов

Корпус транзисторов малой мощности (до 100 мВт) может быть либо металлическим, либо пластиковым. При больших величинах мощности всегда хотя бы частично применяется металл для контакта с теплоотводом. Для всех разновидностей этих полупроводниковых приборов применяются такие схемы присоединения, в которых использовано слово «общий»:

Схема
Схема

а) эмиттер, исток;

б) коллектор, сток;

в) база, затвор.

При выборе транзистора необходимо обязательно сопоставить его параметры с условиями работы электронной схемы и решаемыми задачами. Температурный режим вместе с максимальными величинами тока и напряжения обуславливают ресурс этого полупроводникового прибора. Нарушение любого из перечисленных параметров приводит к необратимой порче транзистора. Но при оптимальном режиме работы его ресурс измеряется десятками лет.

Изображение пользователя Сергей Степанов
Сергей Степанов Инженер-электрик
комментарии:
Чтобы оставить отзыв, пожалуйста, авторизируйтесь используя социальные сети.
добавить комментарий:
Нажимая кнопку Отправить вы соглашаетесь с Пользовательским соглашением и Правилами размещения информации.
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора отзыва.
Сколько денег вы тратите на ремонтные работы в год?
от 10 000 до 100 000 рублей
60% (6 ответов)
от 1 000 до 10 000 рублей
40% (4 ответа)
до 1 000 рублей
0% (0 ответов)
Всего проголосовало: 10