Транзистор
Тази статия е за полупроводниковия прибор. За транзисторния радиоапарат вижте радиоприемник.
Транзисторът (от английски: transistor) е полупроводников активен електронен компонент, който осъществява усилване, комутация и преобразуване на електрически сигнали. Транзисторите са в основата на всички съвременни електронни устройства и се използват практически във всички съвременни битови уреди – от компютъра базиран на милиони транзистори до усложненото съвременно електронно управление на климатика, хладилника, автомобила и прахосмукачката и др., без което те все пак са работели и преди „полупроводниковата“ ера. В наше време повечето транзистори се използват не самостоятелно, а в състава на интегралните схеми, като технологията на производството им позволява едновременното производство на милиони от тях на един полупроводников чип.
| Транзистор | |
 | |
| Вид | активен |
|---|---|
| Изобретен | 1947 г. |
| Транзистор в Общомедия | |
Транзисторът се изработва от германиева (по-старите) или силициева плочка с 3 зони с различно легиране които формират P-n преход (среща се и като електронно-дупчест преход/и), PNP или NPN. Изводите на транзистора имат следните наименования: емитер (Е), база (В) и колектор (С) – за биполярните, и съответно – сорс (S), гейт (G) и дрейн (D) – при полевите транзистори (среща се и като униполярни транзистори, обозначават се и с FET или MOSFET). При биполярните транзистори преходното съпротивление на всяка двойка от трите извода на транзистора може да се определи с омметър (поставен на позиция обозначена с диод), като практическо значение за проверка здрав/изгорял има измерването на BE и BC като диоди и EC за прекъснал/пробил. Изводът, който участва и в двата PN прехода е базата (В). Транзисторите се използват предимно като усилватели, превключватели и генератори. От гледна точка на популярна представа транзисторът може да се разглежда като управляемо съпротивление или управляем кран за течност.
История
редактиране
Физикът Джулиъс Едгар Лилиънфелд подава първата заявка за патент на транзистор в Канада през 1925 година, описвайки устройство, подобно на полеви транзистор.[1] Лилиънфелд не публикува своите изследвания в тази област, нито в патента му се споменават действително конструирани устройства. През 1934 година германският инженер Оскар Хайл патентова подобно електронно устройство.[2]
През 1942 година германецът Херберт Матаре започва да експериментира с т.нар. „дуодиоди“, докато работи върху детектор за доплерова радиолокаторна система. Дуо-диодите, конструирани от него, имат два отделни, но много близки, метални контакти върху полупроводниковата подложка. Той открива ефекти, които не могат да бъдат обяснени с работата на два независими диода, и достига до основната идея на по-късните точкови транзистори.
През 1947 година американците Джон Бардийн и Уолтър Братейн в Лабораториите Бел забелязват, че при поставяне на електрически контакти върху германиев кристал, изходното напрежение на променливата компонента на подадения сигнал е по-голямо от входното. Ръководителят на групата по физика на твърдото тяло в лабораторията Уилям Шокли оценява потенциала на това явление и през следващите няколко месеца фокусира усилията на екипа върху изследвания на полупроводниците. Самото наименование „транзистор“ е създадено от Джон Пиърс като съкращение на „трансферен резистор“.[3] За изобретяването на транзистора Бардийн, Бартейн и Шокли са удостоени с Нобелова награда за физика за 1956 година.
Първият силициев транзистор е създаден от Тексас Инструмънтс през 1954 година,[4] в резултат на работата на Гордън Тийл, специалист по нарастване на кристали с висока чистота, който преди това също работи в Лабораториите Бел.[5] Първият работещ МОП (униполярен) транзистор е конструиран в Лабораториите Бел през 1960 година.[6]
Трите основни схеми на свързване на транзистора като усилвател
редактиранеТрите основни схеми на свързване на биполярните транзистори са схема с общ емитер, общ колектор и обща база. Основните схеми на свързване се наричат на името на общия електрод на транзистора, т.е. – който участва във веригата и на входния и на изходния сигнал. Схемите за свързване са заимствани от вече разработените и използвани такива при триелектродната лампа (триода) – общ катод, общ анод и обща решетка. Общо схемата се нарича четириполюсник.
Класификация на транзисторите
редактиране- Биполярни транзистори
- Полеви транзистори (униполярни)
- MOS транзистори (униполярни, също и полеви транзистор с изолиран гейт)
- Специални типове транзистори
- Комбинирани транзистори
- Еднопреходни транзистори
- IGBT транзистор
- EOSFET транзистор
- JFET транзистор
- LDMOS транзистор
- MESFET транзистор
- MISFET транзистор
- MODFET транзистор
- MOSFET транзистор
- VMOS транзистор
Принципът на действие и способите за използване на транзисторите съществено зависят от техния тип. За подробна информация вижте съответстващите статии.
Според типа на използвания полупроводник транзисторите се разделят на силициеви, германиеви и други.
Според мощността се различават на маломощни транзистори (разсейваната мощност е в порядъка на миливати), средномощни транзистори (0,1 W до 1 W) и мощни транзистори (над 1 W).
Според изработката се различават дискретни транзистори и транзистори в състава на интегралните схеми.
Производство и приложение
редактиранеТранзисторът е основният активен компонент в практически всички съвременни електронни устройства и често е определян като едно от най-значимите изобретения на 20 век.[7] Широкото му значение днес се дължи на възможността за серийно производство с помощта на високо автоматизирани технологии, с които се постига изключително ниска себестойност на отделното устройство.
Макар че няколко компании произвеждат годишно по повече от 1 милиард самостоятелни транзистори, основната част от тях днес се произвеждат като част от интегрални схеми (чипове), които включват също диоди, резистори, кондензатори и други компоненти, обединени в сложна електронна схема. Например, логическите елементи обикновено включват до 20 транзистора, а към 2009 модерните микропроцесори могат да съдържат до 3 милиарда транзистора.[8] През 2002 година един коментатор пише: „Около 60 милиона транзистора бяха конструирани тази година само за вас, по 60 милиона за всеки от приятелите ви, ... по 60 милиона за [всеки] мъж, жена и дете на Земята.“[9]
Ниската стойност, гъвкавостта и надеждността превръщат транзистора в повсеместно използвано устройство. Транзисторните мехатронни схеми изместват електромеханичните устройства, използвани за управление на машини и други уреди. Често в тези случаи по-простото и евтино решение е да се използва стандартен микроконтролер със специфичен за съответната функция софтуер, отколкото да се проектира еквивалентна система за механичен контрол.
Бележки
редактиране
- ↑ Lilienfeld, Julius Edgar. Method and apparatus for controlling electric current // Google Patents. Google, 1930. Посетен на 27 юни 2011. (на английски)
- ↑ Heil, Oskar. Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices // espacenet.com. espacenet.com, 1935. Посетен на 27 юни 2011. (на английски)
- ↑ Bodanis, David. Electric Universe. New York, Crown Publishers, 2005. ISBN 0-7394-5670-9. (на английски)
- ↑ Chelikowski, J. Introduction: Silicon in all its Forms // Siffert, P. (ed.) et al. Silicon: evolution and future of a technology. Springer, 2004. ISBN 3-540-40546-1. p. 1. (на английски)
- ↑ McFarland, Grant. Microprocessor design: a practical guide from design planning to manufacturing. McGraw-Hill Professional, 2006. ISBN 0-07-145951-0. p. 10. (на английски)
- ↑ Heywang, W. et al. Silicon: The Semiconductor Material // Siffert, P. (ed.) et al. Silicon: evolution and future of a technology. Springer, 2004. ISBN 3-540-40546-1. p. 36. (на английски)
- ↑ Price, Robert W. Roadmap to Entrepreneurial Success. AMACOM Div American Mgmt Assn, 2004. ISBN 9780814471906. p. 42. (на английски)[неработеща препратка]
- ↑ Glaskowsky, Peter. ATI and Nvidia face off--obliquely // news.cnet.com. CBS Interactive, 2009. Архивиран от оригинала на 2012-01-27. Посетен на 27 юни 2011. (на английски)
- ↑ Turley, Jim. The Two Percent Solution // embedded.com. UBM Electronics, 2002. Архивиран от оригинала на 2011-04-04. Посетен на 27 юни 2011. (на английски)