Rodzaje tranzystorów i ich zastosowanie

Słowo „tranzystor” składa się z dwóch słów: przeniesienia i rezystora. Pierwsze słowo jest tłumaczone z angielskiego jako „transmisja”, drugie - „opór”. W ten sposób tranzystor Jest szczególnym rodzajem rezystancji, która jest regulowana przez napięcie między bazą a emiterem (prąd bazy) tranzystory bipolarneoraz napięcie między bramką a źródłem tranzystorów polowych.

Początkowo zaproponowano kilka nazw tego urządzenia półprzewodnikowego: trioda półprzewodnikowa, trioda krystaliczna, lotatron, ale w rezultacie skupili się na nazwie „tranzystor”, zaproponowanej przez Johna Pierce'a, amerykańskiego inżyniera i pisarza science fiction, przyjaciela Williama Shockleya.

Na początek zagłębimy się w historię, a następnie rozważmy niektóre rodzaje tranzystorów z elementów elektronicznych, które są dziś popularne na rynku.

William Shockley, Walter Brattain i John Bardin, pracujący jako zespół w laboratoriach Bell Labs, 16 grudnia 1947 r. Stworzyli pierwszy działający tranzystor bipolarny, który naukowcy zademonstrowali oficjalnie i publicznie 23 grudnia tego roku. To był tranzystor punktowy.

Po prawie dwóch i pół latach pojawił się pierwszy tranzystor złącza germanowego, następnie stopiony, elektrochemiczny, dyfuzyjny tranzystor mesowy, a wreszcie w 1958 r. Texas Instruments wypuścił pierwszy krzemowy tranzystor, a następnie, w 1959 r., Pierwszy płaski tranzystor krzemowy został stworzony przez Jeana Erniego, w rezultacie german został zastąpiony przez krzem, a technologia planarna zajęła pierwsze miejsce w głównej technologii produkcji tranzystorów.

Uczciwie zauważamy, że w 1956 roku William Shockley, John Bardin i Walter Brattain otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki „za badanie półprzewodników i odkrycie efektu tranzystora”.

Jeśli chodzi o tranzystory polowe, pierwsze zgłoszenia patentowe zostały złożone od połowy lat 20. XX wieku, na przykład fizyk Julius Edgar Lilienfeld w Niemczech opatentował zasadę tranzystorów polowych w 1928 r. Jednak bezpośredni tranzystor polowy został opatentowany po raz pierwszy w 1934 roku przez niemieckiego fizyka Oscara Haila.

Działanie tranzystora polowego zasadniczo wykorzystuje efekt elektrostatyczny pola, jest to fizycznie prostsze, ponieważ idea tranzystorów polowych pojawiła się wcześniej niż idea tranzystorów bipolarnych. Pierwszy tranzystor polowy został wyprodukowany po raz pierwszy w 1960 roku. W rezultacie, bliżej lat 90. XX wieku, technologia MOS (technologia tranzystorów polowych z tlenkiem metalu i półprzewodnikami) zaczęła dominować w wielu branżach, w tym w sektorze IT.

W większości zastosowań tranzystory zastąpiły lampy próżniowe, nastąpiła prawdziwa rewolucja krzemowa w tworzeniu układów scalonych. Tak więc dzisiaj w technologii analogowej częściej stosuje się tranzystory bipolarne, aw technologii cyfrowej - głównie tranzystory polowe.

Urządzenie i zasada działania pola i tranzystory bipolarne - To są tematy poszczególnych artykułów, więc nie będziemy rozwodzić się nad tymi subtelnościami, ale rozważymy ten temat z czysto praktycznego punktu widzenia z konkretnymi przykładami.

Jak już wiesz, zgodnie z technologią wytwarzania tranzystory dzielą się na dwa typy: efekt polowy i bipolarny. Bipolarne z kolei dzieli się przez przewodnictwo na tranzystory n-p-n o przewodnictwie zwrotnym i tranzystory p-n-p o przewodności bezpośredniej. Tranzystory polowe mają odpowiednio kanał typu n i p. Bramka tranzystorowa z efektem polowym może być izolowana (IGBT) lub jako złącze pn. JaTranzystory GBT pochodzą ze zintegrowanym kanałem lub z kanałem indukowanym.

Obszary zastosowania tranzystorów zależą od ich właściwości, a tranzystory mogą działać w dwóch trybach: w kluczu lub we wzmacniaczu.W pierwszym przypadku tranzystor jest albo całkowicie otwarty, albo całkowicie zamknięty podczas pracy, co pozwala kontrolować moc znacznych obciążeń przy użyciu małego prądu do sterowania. A we wzmacnianiu lub w inny sposób - w trybie dynamicznym właściwość tranzystora służy do zmiany sygnału wyjściowego z niewielką zmianą wejściowego sygnału sterującego. Następnie rozważamy przykłady różnych tranzystorów.

2N3055 - bipolarny tranzystor n-p-n w pakiecie TO-3. Jest popularny jako element stopni wyjściowych wysokiej jakości wzmacniaczy dźwięku, gdzie działa w trybie dynamicznym. Zwykle stosowany w połączeniu z komplementarnym zespołem p-n-p MJ2955. Tranzystor ten może również działać w trybie kluczowym, na przykład w transformatorowych przetwornicach niskiej częstotliwości od 12 do 220 woltów 50 Hz, para 2n3055 steruje przetwornikiem push-pull.

Warto zauważyć, że napięcie kolektor-emiter tego tranzystora podczas pracy może osiągnąć 70 woltów, a prąd 15 amperów. Obudowa TO-3 pozwala w razie potrzeby wygodnie przymocować ją do grzejnika. Współczynnik przenikania prądu statycznego wynosi od 15 do 70, wystarczy to, aby skutecznie kontrolować nawet potężne obciążenia, mimo że podstawa tranzystora może wytrzymać prąd do 7 amperów. Tranzystor może pracować na częstotliwościach do 3 MHz.

KT315 - legenda wśród domowych tranzystorów bipolarnych małej mocy. Ten tranzystor typu n-p-n został po raz pierwszy wprowadzony w 1967 roku i do dziś jest popularny w amatorskim środowisku radiowym. Komplementarną parą jest KT361. Idealny do trybów dynamicznych i kluczowych w obwodach małej mocy.

Przy maksymalnym dopuszczalnym napięciu kolektor-emiter 60 woltów ten tranzystor wysokiej częstotliwości jest w stanie przepuszczać przez siebie prąd do 100 mA, a jego częstotliwość odcięcia wynosi co najmniej 250 MHz. Współczynnik transferu prądu osiąga 350, mimo że prąd podstawowy jest ograniczony do 50 mA.

Początkowo tranzystor był produkowany tylko w plastikowej obudowie KT-13 o szerokości 7 mm i wysokości 6 mm, ale ostatnio można go również znaleźć w obudowie TO-92, na przykład wyprodukowanej przez Integral OJSC.

KP501 - izolowany n-kanałowy tranzystor bramkowy małej mocy. Ma wzbogacony kanał n, którego rezystancja wynosi od 10 do 15 omów, w zależności od modyfikacji (A, B, C). Tranzystor jest zaprojektowany, tak jak został ustawiony przez producenta, do stosowania w sprzęcie komunikacyjnym, telefonach i innym sprzęcie elektronicznym.

Ten tranzystor można nazwać sygnałem. Mały pakiet TO-92, maksymalne napięcie dren-źródło - do 240 woltów, maksymalny prąd drenu - do 180 mA. Pojemność migawki mniejsza niż 100 pF. Szczególnie godne uwagi jest to, że napięcie progowe żaluzji wynosi od 1 do 3 woltów, co pozwala na wdrożenie kontroli przy bardzo, bardzo niskich kosztach. Idealny jako konwerter poziomu sygnału.

irf3205 - n-kanałowy tranzystor polowy HEXFET. Jest popularny jako klucz do zasilania przetwornic wysokiej częstotliwości, na przykład samochodowych. Dzięki równoległemu połączeniu kilku budynków możliwe jest budowanie przetwornic zaprojektowanych na znaczne prądy.

Maksymalny prąd dla jednego takiego tranzystora sięga 75A (ogranicza go konstrukcja obudowy TO-220), a maksymalne napięcie źródła drenu wynosi 55 woltów. Rezystancja kanału wynosi tylko 8 mOhm. Pojemność migawki 3250 pF wymaga użycia potężnego sterownika do sterowania wysokimi częstotliwościami, ale dziś nie stanowi to problemu.

FGA25N120ANTD Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT) w pakiecie TO-3P. W stanie wytrzymać napięcie dren-źródło 1200 woltów, maksymalny prąd drenu wynosi 50 amperów. Cecha wytwarzania nowoczesnych tranzystorów IGBT na tym poziomie pozwala nam klasyfikować je jako wysokonapięciowe.

Obszarem zastosowania są przekształtniki mocy typu inwerterowe, takie jak nagrzewnice indukcyjne, spawarki i inne przetwornice wysokiej częstotliwości, przeznaczone do zasilania pod wysokim napięciem. Idealna do konwerterów rezonansowych mostkowych i półmostkowych o dużej mocy, a także do pracy w trudnych warunkach przełączania, ma wbudowaną diodę dużej prędkości.

Przebadaliśmy tutaj tylko kilka rodzajów tranzystorów, a to tylko niewielki ułamek liczby modeli komponentów elektronicznych dostępnych obecnie na rynku.

Tak czy inaczej, możesz łatwo wybrać odpowiedni tranzystor do swoich celów, ponieważ dokumentacja dla nich jest dostępna dziś w postaci arkuszy danych, w których wszystkie cechy są kompleksowo przedstawione. Rodzaje przypadków nowoczesnych tranzystorów są różne, a dla tego samego modelu często dostępne są zarówno wersje SMD, jak i wyjściowe.