Что такое транзистор? Виды и применение

Тех, кто увлекается электротехникой, и студентов технических ВУЗов довольно часто интересует вопрос: «Что такое транзистор?» В общем случае им может считаться любое устройство, обладающее свойством изменять сигнал между двумя состояниями при перемене знака на главном электроде.

Транзистор – это полупроводниковый элемент, имеющий, как правило, три вывода:

1. Коллектор. На него подается ток большой силы.

2. База. На выводе находится управляющий ток (меньшей силы).

3. Эмиттер. На него подается ток с коллектора. При этом на третьем выходе его сила немного превышает ту, что на первом выводе.

Чтобы понять, что такое транзистор, следует упомянуть, что это главный компонент любой электросхемы. Без таких устройств не обойтись при производстве практически любых приборов. Они находят широкое применение в изготовлении радиотехники, телевизионной аппаратуры, музыкальных инструментов и даже простых «мигалок»; в генераторах сигналов и электронных ключах без них тоже не обойтись. Основная задача элемента – усилить слабую энергию сигнала за счет дополнительного источника питания.

Без преувеличений можно сказать, что все достижения микроэлектроники и других сегментов промышленности были бы недостижимы без изобретения полупроводниковых деталей. Сейчас невозможно представить хотя бы одно устройство, где не используются транзисторы.

Формы и размеры

Продолжая рассуждать на тему «что такое транзистор», необходимо обратить внимание на форм-факторы приборов. Устройство может производиться, как размером с чип, невидимый для человеческого глаза, так и иметь невообразимые габариты (примерно с жилой дом). Крупные полупроводниковые элементы могут иметь мощность в несколько сот МВт. Их, как правило, применяют на электростанциях или производстве. Чтобы обеспечить высокую проводимость, на контакты наносится позолота или тонкий слой серебра.

Условные обозначения устройств на схемах

Как и любой электроприбор, усилитель имеет свое изображение, используемое при составлении чертежей и схем. Обозначение транзистора может изображаться графически как на рисунке. Уже по множественности изображений можно понять, что и функционал деталей разнообразен.

При этом каждое обозначение транзистора отвечает определенному типу устройства (биполярные, полевые, элементы с индуцированным каналом и т. д.).

Питание полупроводниковых элементов

Один из контактов транзистора используется как входной. Поэтому вопрос выбора схемы питания усилителя считается крайне важным. Существует несколько видов подключения транзисторов к источникам. Стоит рассмотреть основные из них:

1. С коллекторной стабилизацией. Подходит для присоединения полупроводникового элемента в схеме с общим коллектором. Такое подключение эквивалентно по постоянному току.

2. С эмиттерной стабилизацией. Используется для подачи питания на вышеупомянутый тип транзистора. Такой вид стабилизации подразумевает применение отрицательной обратной связи по току.

3. С общим эмиттером. Схема ОЭ обладает значительным коэффициентом усиления. Считается наиболее распространенным вариантом подключения. Используется для изготовления интегральных микросхем.

Питание транзистора предпочтительнее всего обеспечивать по схеме подключения с общим эмиттером.

Классификация транзисторов

Существует несколько разновидностей полупроводниковых элементов. Среди них стоит выделить следующие:

1. Биполярные. Они могут быть многоэлектродными, p-n-p типа, n-p-n вида и на гетеропереходах.

2. Полевые. Они, в свою очередь, делятся на детали с управляющим переходом (диод Шоттки, гетеропереход) и с изолированным затвором (Mosfet транзистор, МДП, IGBT).

3. Однопереходные. Они разделены на устройства с p и n базой.

4. Лавинные транзисторы.

Одним из наиболее распространенных видов считаются МОП и МДП-устройства. В таких приборах область затвора не контактирует с полупроводником, где непосредственно находится канал протекания тока. Помимо вида затвора, Mosfet-транзистор отличается отсутствием монолитной структуры полупроводника, выполняющего функцию канала для тока.

Встречаются и промышленные варианты Mosfet с двумя затворами. При изготовлении предусматривается один или два последовательно соединенных канала. Если их два, то для управления каждым из них используется свой затвор.

Надежность устройств

В сегменте производства смартфонов, спутников, автомобилестроении и промышленном оснащении от транзисторов ждут высокого уровня надежности. В крупных системах насчитывается примерно миллион компонентов, среди которых есть и полупроводниковые элементы. При этом случаются неполадки в виде отказов устройств. Если это происходит не чаще одного раза на миллиард часов наработки, то схема системы считается надежной.

При этом надо помнить, что влага – враг любой электронной системы. Вода существенно укорачивает период функционирования транзисторов. Поэтому устройства нуждаются в герметичной оболочке. Влага может привести к появлению новых проводящих электричество каналов, в связи с чем периодически необходимо сбрасывать напряжение и высушивать прибор.

Как проверить строчный усилитель

Одна из наиболее часто встречающихся неисправностей – горение строчного транзистора. Часто удается починить телевизор или радио заменой единственного компонента, однако нередко этого бывает недостаточно.

Стоит провести несколько манипуляций для выявления причины неисправности:

• проверить напряжение строчной развертки;

• рассмотреть возможность нагрева полупроводникового элемента;

• проверить на работоспособность холодные пайки (чаще всего выходит из строя трансформатор драйвера).

Если же не хочется выпаивать строчный транзистор, но его нужно проверить, можно сделать это другим способом.

Достаточно лишь применить мультиметр, и он определит короткое замыкание.

Будущее транзисторов

Устройства совершенствуются с каждым годом, находятся другие области применения, например, ионная имплантация и другие. Что касается интегральных схем, то используемые в них приборы становятся более эргономичными, увеличивается их быстродействие, уменьшается потребление электроэнергии.

Развитие техники на транзисторах идет по двум направлениям:

• увеличение рабочей мощности;

• увеличение рабочего напряжения в дискретных системах.

В сфере устройств с низкой мощностью большое внимание уделяется интегральным схемам. Стандартный транзистор, цена которого сейчас составляет в среднем от 1 до 300 рублей, находит широкое применение в системах логических устройств. Однако постоянное усовершенствование производств и снижение стоимости влечет за собой интеграцию и в другие области вычислительной техники.

Ожидается применение нано- и квантовых приборов.

Одноэлектронные транзисторы, созданные на основе графена, могут быть меньше 10 нм. Но все это в будущем, а сейчас достаточно лишь знать, что такое транзистор.