Druhy tranzistorů a jejich aplikace

Slovo „tranzistor“ je tvořeno dvěma slovy: přenos a odpor. První slovo je přeloženo z angličtiny jako „přenos“, druhé - „odpor“. Tímto způsobem tranzistor Je to zvláštní druh odporu, který je regulován napětím mezi základnou a emitorem (základní proud) na bipolární tranzistorya napětí mezi hradlem a zdrojem tranzistorů s efektem pole.

Zpočátku bylo pro toto polovodičové zařízení navrženo několik jmen: polovodičová trioda, krystalická trioda, lotatron, ale v důsledku toho se zaměřili na jméno „tranzistor“, které navrhl John Pierce, americký inženýr a spisovatel science fiction, přítel Williama Shockleyho.

Nejprve se trochu ponoříme do historie, pak vezmeme v úvahu některé typy tranzistorů z elektronických součástek běžných dnes na trhu.

William Shockley, Walter Brattain a John Bardin, pracující jako tým v laboratořích Bell Labs, vytvořili 16. prosince 1947 první funkční bipolární tranzistor, který vědci oficiálně a veřejně demonstrovali 23. prosince téhož roku. Byl to bodový tranzistor.

Po téměř dvou a půl letech se objevil první tranzistor germania, pak se objevil kondenzovaný, elektrochemický, difúzní mesa tranzistor a v roce 1958 společnost Texas Instruments uvolnila první křemíkový tranzistor, poté v roce 1959 první rovinný křemíkový tranzistor vytvořil Jean Ernie, v důsledku toho bylo germanium nahrazeno křemíkem a planární technologie se pyšnila místem v hlavní technologii pro výrobu tranzistorů.

Spravedlivě si všimneme, že v roce 1956 William Shockley, John Bardin a Walter Brattain obdrželi Nobelovu cenu za fyziku „za studium polovodičů a objev tranzistorového efektu“.

Pokud jde o tranzistory s polním efektem, první patentové přihlášky byly podány od poloviny 20. let 20. století, například fyzik Julius Edgar Lilienfeld v Německu patentoval v roce 1928 princip tranzistorů s polním efektem. Přímý tranzistor s efektem pole byl poprvé patentován německým fyzikem Oscarem Hailem v roce 1934.

Provoz tranzistoru s polním efektem v zásadě využívá elektrostatický efekt pole, je fyzicky jednodušší, protože myšlenka tranzistorů s polním efektem se objevila dříve než myšlenka bipolárních tranzistorů. První tranzistor s efektem pole byl vyroben poprvé v roce 1960. Výsledkem bylo, že v devadesátých letech 20. století začaly v mnoha průmyslových odvětvích, včetně odvětví IT, dominovat technologie MOS (tranzistorová technologie s polovodičovým kovovým oxidem a polovodičem).

Ve většině aplikací tranzistory nahradily vakuové trubice, při vytváření integrovaných obvodů došlo ke skutečné křemíkové revoluci. Dnes se v analogové technologii častěji používají bipolární tranzistory a v digitální technologii - zejména tranzistory s polním efektem.

Zařízení a princip činnosti pole a bipolární tranzistory - To jsou témata jednotlivých článků, takže se nebudeme zabývat těmito jemnostmi, ale uvažujeme o tématu z čistě praktického hlediska s konkrétními příklady.

Jak již víte, podle výrobní technologie se tranzistory dělí na dva typy: pole a bipolární. Bipolární se dělí vodivostí na n-p-n tranzistory s reverzní vodivostí a p-n-p tranzistory s přímou vodivostí. Tranzistory s polním efektem mají kanál typu n a p. Brána tranzistoru s polním efektem může být izolována (IGBT) nebo jako pn křižovatka. JáTranzistory GBT přicházejí s integrovaným kanálem nebo s indukovaným kanálem.

Oblasti použití tranzistorů jsou určeny jejich charakteristikami a tranzistory mohou pracovat ve dvou režimech: v klíči nebo v zesilovači.V prvním případě je tranzistor během provozu buď úplně otevřený nebo zcela uzavřený, což vám umožňuje řídit napájení významného zatížení pomocí malého proudu pro řízení. A v zesílení nebo jiným způsobem - v dynamickém režimu se vlastnost tranzistoru používá ke změně výstupního signálu s malou změnou vstupního, řídícího signálu. Dále uvažujeme příklady různých tranzistorů.

2N3055 - bipolární n-p-n-tranzistor v balíčku TO-3. Je oblíbený jako prvek výstupních fází vysoce kvalitních zvukových zesilovačů, kde pracuje v dynamickém režimu. Obvykle se používá ve spojení s doplňkovou sestavou p-n-p MJ2955. Tento tranzistor může také pracovat v klíčovém režimu, například v nízkofrekvenčních měničích transformátoru 12 až 220 voltů 50 Hz, pár 2n3055 řídí push-pull konvertor.

Je pozoruhodné, že napětí kolektor-emitor pro tento tranzistor během provozu může dosáhnout 70 voltů a proud 15 ampér. Pouzdro TO-3 vám v případě potřeby umožňuje pohodlně jej upevnit na chladič. Koeficient statického přenosu proudu je od 15 do 70, což je dostačující pro účinnou kontrolu i silných zátěží, a to i přesto, že základna tranzistoru vydrží proud až 7 ampérů. Tento tranzistor může pracovat při frekvencích až 3 MHz.

KT315 - legenda mezi domácími bipolárními tranzistory s nízkým výkonem. Tento tranzistor typu n-p-n poprvé viděl světlo roku 1967 a dodnes je oblíbený v amatérském rádiovém prostředí. Doplňkovým párem je KT361. Ideální pro dynamické a klíčové režimy v obvodech s nízkým výkonem.

Při maximálním přípustném napětí kolektor-emitor 60 voltů je tento vysokofrekvenční tranzistor schopen projít proudem až 100 mA přes sebe a jeho mezní frekvence je alespoň 250 MHz. Koeficient přenosu proudu dosahuje 350, přestože základní proud je omezen na 50 mA.

Zpočátku byl tranzistor vyráběn pouze v plastovém pouzdře KT-13, šířce 7 mm a výšce 6 mm, ale v poslední době je také možné nalézt v pouzdru TO-92 například výrobce Integral OJSC.

KP501 - tranzistorový n-kanálový tranzistor s nízkým výkonem s izolovaným hradlem. Má obohacený n-kanál, jehož odpor je v závislosti na úpravě (A, B, C) od 10 do 15 Ohmů. Tento tranzistor je navržen tak, jak je umístěn výrobcem, pro použití v komunikačních zařízeních, v telefonech a jiných elektronických zařízeních.

Tento tranzistor lze nazvat signálem. Malý balíček TO-92, maximální napětí zdroje - až 240 V, maximální proud - až 180 mA. Kapacita závěrky menší než 100 pF. Je pozoruhodné, že prahové napětí závěrky je od 1 do 3 voltů, což vám umožňuje implementovat ovládání s velmi, velmi nízkými náklady. Ideální jako převodník úrovně signálu.

irf3205 - n-kanálový tranzistor s efektem pole HEXFET. Je populární jako klíč pro napájení vysokofrekvenčních měničů, například automobilových. Díky paralelnímu propojení několika budov je možné stavět převodníky určené pro významné proudy.

Maximální proud pro jeden takový tranzistor dosahuje 75 A (konstrukce pouzdra TO-220 ho omezuje) a maximální napětí zdroje odpadu je 55 voltů. Odpor kanálu je pouze 8 mOhm. Kapacita závěrky 3250 pF vyžaduje použití výkonného ovladače pro řízení na vysokých frekvencích, ale dnes to není problém.

FGA25N120ANTD výkonově izolovaný hradlový bipolární tranzistor (IGBT) v balíčku TO-3P. Maximální výtokový proud je schopen odolať zdroji napětí-výboje 1200 V, 50 ampérů. Funkce výroby moderních IGBT tranzistorů této úrovně nám umožňuje klasifikovat je jako vysokonapěťové.

Rozsahem jsou invertorové výkonové měniče, jako jsou indukční ohřívače, svařovací stroje a další vysokofrekvenční konvertory, určené pro napájení vysokým napětím. Ideální pro vysokovýkonné můstkové a poloviční můstkové rezonanční měniče, stejně jako pro provoz v tvrdých spínacích podmínkách je vestavěná vysokorychlostní dioda.

Zkoumali jsme zde jen několik typů tranzistorů, což je jen nepatrný zlomek hojnosti modelů elektronických součástek na dnešním trhu.

Tak či onak, můžete si snadno vybrat vhodný tranzistor pro vaše účely, protože dokumentace k nim je dnes k dispozici ve formě datových listů, ve kterých jsou všechny vlastnosti komplexně prezentovány. Typy případů moderních tranzistorů jsou různé a pro stejný model jsou často k dispozici verze SMD i verze.