Транзистор - это основа технологической революции

Своим технологическим могуществом человечество во многом обязано небольшому микроэлектронному элементу, тому самому кирпичику, без которого техническая революция была бы невозможна. Это транзистор. Данный элемент всех электронных схем сейчас стал настолько мал, что без специальных приборов его и увидеть-то нельзя.

Термин

Сейчас даже школьникам известно, что транзистор – это небольшой прибор, состоящий из трех блоков полупроводящих материалов. Однако само название закрепилось за ним не сразу.

Ранее данный прибор назывался «триодом полупроводниковым» и использовался в ламповой технике. О том, как именно появилось современное слово «транзистор», до сих пор нет единого мнения. В частности, некоторые считают, что в термин состоит из двух составляющих – «трансфер» и «резистор». То есть в данном случае можно говорить о приборе, управляющем сопротивлением. В какой-то степени так оно и есть.

Устройство

Современный транзистор – это обязательный компонент любой электронной схемы. Конструктивно состоит из трех соединенных материалов, обладающих полупроводниковыми свойствами. Например, кремний, германий и пр. Их особенность состоит в том, что ток через структуру протекает лишь при определенных условиях, а на границе их соприкосновения движение электронов вообще подчиняется особым законам.

Есть два типа проводимости – дырочная и электронная. Первая присуща тем материалам, в которых есть недостаток отрицательно заряженных частиц – так называемые «дырки», то есть, места в атомах, где на орбитах есть «вакансии» для электронов. Вторая же, наоборот, существует там, где налицо явный избыток носителей отрицательного заряда. Транзистор - это прибор, в котором в едином корпусе (или изолированном участке, при литографии) объединены два блока материала с одним типом проводимости и один – с другим. Из каждого выведен электрод, позволяющий включаться в электрическую цепь. Таким образом, транзистор – это устройство, состоящее из P-N-P (дырка – электрон – дырка) или N-P-N материалов.

Принцип работы

Чтобы понять, как работает транзистор на схеме, легче всего воспользоваться аналогией с водой. Представим себе некий прибор, представляющий собой три трубки, соединенные в одной точке общим протоком, - фактически, тройник. С одной стороны подается вода (возвращаясь к транзисторам, это эмиттер, т. е. «дающий»), с другого края она куда-то выливается (коллектор), а вот средний патрубок (база) служит для регулировки интенсивности напора.

Так, направив сюда дополнительный поток, можно управлять водой на выходе, усиливая ее или ослабляя. Разумеется, пример максимально упрощен, но для общего понимания его достаточно. А так как транзистор – это не просто сопротивление с тремя выводами, а полупроводниковый элемент, то для управления достаточно совсем незначительного воздействия током на электрод базы. Управляющий ток, подающийся на средний участок прибора, служит тем толчком, который открывает переходы для заряженных частиц, а его незначительное изменение ведет к увеличению или уменьшению общего «протока» в несколько раз. Транзистор на схеме не всегда может быть использован в таком простом схематическом решении. Если нужно увеличить управляющий ток, подающийся на электрод базы, то используется целый транзисторный каскад, в котором каждый последующий элемент усиливает сигнал от предыдущего.

Характеристики транзисторов

Каждый подобный прибор характеризуется, в частности, минимальным значением тока базы, который необходим для открывания P-N-переходов. Без такого воздействия прибор остается «закрытым», и движение заряженных частиц через него не происходит.

Следующий важный момент, который нужно учитывать при эксплуатации данных приборов, – это значение напряжения, при котором происходит «пробой» переходов. Очевидно, что внутреннее сопротивление может быть преодолено и без «открывания», но такой способ выводит транзистор из строя. Таким образом, напряжение пробоя должно считаться граничным или предельно допустимым.

Не менее важна характеристика, показывающая зависимость изменения тока коллектора от воздействия на электрод базы. Существуют графики, где в виде кривой обозначена эта зависимость, названная передаточной.

С точки зрения конструкции, существуют полевые и биполярные модели. В первых заряд переносят лишь положительно (дырки) или отрицательно (электроны) заряженные частицы, а во втором участвуют оба типа носителей.

Следующая характеристика – сопротивление на входе. С его ростом увеличивается коэффициент усиления и уменьшается необходимый для управления ток.

И, наконец, еще одна важнейшая характеристика связана с частотой пропускаемого тока. В зависимости от типов используемых полупроводниковых материалов, транзисторы могут быть «обычными» и высокочастотными. Из-за особенностей протекания физических процессов (скорость перехода зарядов через граничные области, емкость, сопротивление) с ростом частоты уменьшается коэффициент усиления, снижаясь почти до нуля. То значение, при котором такое происходит, называется граничным.

Ключевые параметры

Кроме вышесказанного, есть еще ряд особенностей данных устройств. Подбирая подобные микроэлектронные приборы, важно учитывать следующие параметры транзисторов:

1. Величину тока, протекающего через коллектор. Очевидно, что бесконечное увеличение невозможно, а при попытке превысить предел происходит выход из строя прибора.

2. Предельное напряжение, превышение которого разрушает сопротивление переходов.

3. Величина напряжения, при которой дальнейшее управление транзистором становится невозможным.

На самом деле параметров очень много, все они собраны в специальных справочниках.