Транзистор
Тази статия е за полупроводниковия прибор. За транзисторния радиоапарат вижте радиоприемник.
| Транзистор | |
 | |
| Вид | активен |
|---|---|
| Изобретен | 1947 г. |
| Транзистор в Общомедия | |
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.
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 | редактиране на кода]
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
[редактиране | редактиране на кода]Трите 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 | редактиране на кода]- 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
[редактиране | редактиране на кода]Транзисторът 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 | редактиране на кода]
- ↑ 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)