Tranzystor jest element elektroniczny , który jest stosowany w większości układów elektronicznych ( układów logicznych , wzmacniacz , stabilizatory napięcia , modulację z sygnałem , etc. ), jak również na niskie wysokie napięcie .
Tranzystor jest urządzeniem półprzewodnikowym z trzema aktywnymi elektrodami , co umożliwia sterowanie prądem lub napięciem na elektrodzie wyjściowej ( kolektor dla tranzystora bipolarnego i dren na tranzystorze polowym ) dzięki wejściu elektrody ( baza na tranzystorze bipolarnym i bramce dla tranzystora polowego).
Obwód podłączony do zacisków „kolektora” i „emitera”, tranzystor izoluje bez napięcia na zacisku Base i przewodzi napięcie na zacisku Base.
Innymi słowy, jest to przełącznik sterowany elektronicznie, bez części mechanicznej.
Jest podstawowym elementem urządzeń elektronicznych i układów logicznych .
Termin „ tranzystor” pochodzi od angielskiego „ trans fer res istor” (oporność przenoszenia). Został wybrany przez dwadzieścia sześć-osobowego komitetu sterującego z Bell Labs na28 maja 1948Z następujących proponowanych nazwami: triody półprzewodnikowego , stanów powierzchniowych triody , krystalicznej triody , stałej triody , iotatron , tranzystor . Ze względów komercyjnych potrzebna była krótka nazwa, jednoznaczna z technologią lamp elektronowych, a słowo Tranzystor zostało zachowane.
Przez metonimię termin tranzystor często oznacza odbiorniki radiowe wyposażone w tranzystory (pierwotnie nazywane stacją tranzystorową ).
W wyniku prac nad półprzewodnikami wynaleziono tranzystor23 grudnia 1947przez Amerykanów John Bardeen , William Shockley i Walter Brattain naukowcy z Bell Laboratories . Badacze ci otrzymali za ten wynalazek Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1956 roku .
Herbert Mataré i Heinrich Welker, dwaj niemieccy fizycy, również niezależnie i niezależnie opracowali „francuski tranzystor” w czerwcu 1948, kiedy pracowali w Compagnie des Freins et Signaux w Paryżu. Złożyli swój pierwszy wniosek patentowy na tranzystor13 sierpnia 1948. Z przeprowadzonych przez komisarzy badań wynika, że nie polegali oni na zapowiedzi tranzystora z amerykańskiego laboratorium, ale jednocześnie mieli pomysł. 18 maja 1949, ten europejski wynalazek jest prezentowany przez prasę publiczności pod nazwą „Transistron”. Celem jest zatem podbicie najpierw rynku światowego. Prasa techniczna dawała wówczas przewagę transistronowi uważanemu za bardziej wytrzymały i stabilniejszy. Jednak francuski rząd skupiony na technologii jądrowej, tranzyt jest odsunięty na bok i traci przewagę nad tranzystorem. W 1952 roku Herbert Mataré stworzył firmę Intermetall, która jako pierwsza wyprodukowała tranzystory, a która osiągnęła swój szczyt rok później, prezentując pierwsze radio tranzystorowe rok przed Texas Instrument. W 1954 firma Texas Instrument udoskonaliła swoje prototypowe radio tranzystorowe, które zostało uprzemysłowione przez firmę IDEA (Industrial Development Engineering Associates).
Już wcześniej Herbert Mataré zbliżył się do efektu tranzystora pracując dla armii niemieckiej podczas II wojny światowej w celu ulepszenia radarów. Nagłość wojny uniemożliwiła mu dalsze zagłębianie się w temat i nazwał to zjawisko „ ingerencją ”. Kiedy Rosja odbiła wioskę, w której pracował w Polsce, Herbert Mataré musiał spalić wszystkie te notatki w obawie, że wpadną w ręce wroga.
Tranzystor jest uważany za ogromny postęp w stosunku do lampy elektronowej : znacznie mniejszy, lżejszy i bardziej wytrzymały, działający przy niskich napięciach, pozwalający na zasilanie z baterii, działa niemal natychmiast po włączeniu, w przeciwieństwie do lamp elektronowych, które wymagały około dziesięciu sekund nagrzewania, generował znaczne zużycie i wymagane źródło wysokiego napięcia (kilkaset woltów ).
Po odkryciu tranzystora otwarcie dla ogółu społeczeństwa nie było natychmiastowe. Pierwsze zastosowanie tranzystora miało miejsce w radio w 1954 roku, 7 lat po odkryciu tranzystora. Ale od tego czasu jego wpływ na społeczeństwo wzrastał wykładniczo, zwłaszcza wśród naukowców i przemysłowców. W rzeczywistości od połowy lat pięćdziesiątych zaczęliśmy używać tranzystorów w komputerach , co czyni je dość niezawodnymi i stosunkowo małymi do ich komercjalizacji. Od 1957 roku IBM budował wszystkie nowe komputery z tranzystorami zamiast lamp próżniowych.
Po wynalezieniu układu scalonego w 1958 r., grupującego w niewielkiej ilości kilka tranzystorów i komponentów, w 1969 r. wynaleziono mikroprocesor , pozwalający na harmonijną pracę tysięcy tranzystorów na wsporniku, co po raz kolejny jest rewolucją dla nowoczesnych komputerów. Intel 4004 , wydany w marcu 1971 roku na zlecenie Busicom , zawiera 2250 tranzystorów i wykonuje 60000 operacji na sekundę.
W dzisiejszych czasach tranzystor jest wszechobecny w większości urządzeń naszego codziennego życia. Liczba tranzystorów w mikroprocesorze znacznie wzrosła a jego wielkość zmniejszyła się po prawa Moore'a , z na przykład 18 miliardów tranzystorów na 398 mm 2 w roku 2018. To przyczyniło się do rozwoju wielu różnych dziedzinach.. Jest obecny we wszystkim, co zawiera nawet odrobinę elektroniki, od naszych ekspresów do kawy, przez samochody, po sygnalizację świetlną. Gdy tylko istnieje bardziej złożony wybór niż otwarty / zamknięty w urządzeniu elektronicznym, włącza się tranzystor.
Tranzystor bipolarny to urządzenie elektroniczne oparte na półprzewodniku, którego zasada działania opiera się na dwóch złączach PN , jedno w kierunku bezpośrednim, a drugie w odwrotnej kolejności.
W przeciwieństwie do tranzystora bipolarnego bramka działa na zasadzie „efektu pola” (stąd jego nazwa), a nie poprzez przepływ prądu elektrycznego.
Wśród tranzystorów polowych (lub FET, dla tranzystorów polowych ) można wyróżnić następujące rodziny:
Tak zwany tranzystor jednozłączowy jest już prawie nie używany, ale został wykorzystany do stworzenia oscylatorów relaksacyjnych .
IGBT jest dwubiegunowy i MOSFET hybrydowy, używane głównie w energoelektroniki .
Dwa główne rodzaje tranzystorów umożliwi zaspokojenie potrzeb analogowych i cyfrowych elektroniki, jak również te, o mocy i wysokiego napięcia elektroniki .
W tranzystorach IGBT stosuje się mieszankę tych dwóch technologii .
Stosowane podłoża to german (seria AC, obecnie przestarzały), krzem , arsenek galu , krzem-german, a ostatnio węglik krzemu , azotek galu , antymonek indu. 10 maja 1954, Texas Instruments wypuszcza pierwszy na świecie tranzystor krzemu.
W ogromnej większości zastosowań wykorzystuje się krzem, podczas gdy bardziej egzotyczne materiały, takie jak arsenek galu i azotek galu, są raczej wykorzystywane do wytwarzania tranzystorów mikrofalowych i mikrofalowych.
Te trzy połączenia nazywają się:
| tranzystory bipolarne |
symbol | tranzystor polowy efekt |
symbol |
|---|---|---|---|
| kolektor | VS | spustowy | re |
| podstawa | b | siatki | sol |
| nadajnik | mi | źródło | S |
W obu typach tranzystorów bipolarnych elektroda, przez którą przepływa cały prąd, nazywana jest emiterem. Prąd w emiterze jest równy sumie prądów kolektora i bazy.
Strzałka identyfikuje emiter i podąża za kierunkiem prądu; wskazuje na zewnątrz w przypadku NPN, do wewnątrz w przypadku PNP. Elektroda podłączona do środka pręta centralnego jest podstawą, a trzecią elektrodą jest kolektor.
W przypadku efektu pola strzałka znika, ponieważ urządzenie jest symetryczne (odpływ i źródło są wymienne). Ukośne linie są zwykle zastępowane liniami prostymi.
W przypadku tranzystora MOS bramka jest odłączona od pozostałych elektrod, aby wskazać izolację spowodowaną obecnością tlenku.
W rzeczywistości istnieje czwarte połączenie dla tranzystorów polowych, podłoże (czasami nazywane masą ), które zwykle jest połączone ze źródłem (jest to połączenie między S a dwiema pionowymi liniami na schemacie).
Pierwsze tranzystory wykorzystywały german jako półprzewodnik . Ten materiał, ponownie użyty do pewnych zastosowań, został szybko zastąpiony krzemem, który jest bardziej wytrzymały, bardziej elastyczny w użyciu, mniej wrażliwy na temperaturę. Istnieją również tranzystory z arsenku galu używane w szczególności w polu mikrofalowym .
Tranzystory polowe efekt wykorzystywane są głównie w dużych wzmocnienia amplifikacji o niskiej amplitudzie, bardzo niskiego napięcia sygnałów . Są bardzo wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne .
Rozwój technologiczny sprawił, że tranzystory mocy MOS lub przełączniki są coraz częściej stosowane we wszystkich zastosowaniach przełączania wysokich mocy (klasa D) i niskiego napięcia , ponieważ nie mają prawie żadnej odporności na dreny . W przeciwieństwie do tranzystorów nie nagrzewają się i dlatego nie wymagają chłodzenia (grzejniki).
Graphene , obiecujący nowy materiał o wysokiej wydajności może zastąpić krzem w kolejnych tranzystorów generacji.
Tranzystory MOS i bipolarne działają na bardzo różne sposoby:
Tranzystor bipolarny wzmacniacz prądu , prąd jest wstrzykiwany do przestrzeni baza / emiter w celu wytworzenia prądu pomnożonego przez wzmocnienie tranzystora między emiterem a kolektorem. Że tranzystory bipolarne NPN (ujemne dodatnie ujemne), które opuszczają przepływający prąd bazowy (+) z nadajnikiem (-), są szybsze i mają wyżej wytrzymywać napięcia niż tranzystorów podstawy PNP (-), nadajnik (+), ale może być produkowane z dodatkowymi właściwościami przez producentów do zastosowań tego wymagających. Tranzystor polowy Jego organem kontrolnym jest brama . Wymaga to tylko napięcia (lub potencjału) między bramką a źródłem, aby kontrolować prąd między źródłem a drenem. Brama prąd wynosi zero (lub pomijalne) w trybie statycznym, ponieważ brama zachowuje się vis-à-vis obwodzie sterującym jak kondensator o małej pojemności. Istnieje kilka rodzajów polowe tranzystory: wyczerpanie , wzbogacenie (zdecydowanie najliczniejsza) i skrzyżowanie (JFET) tranzystory . W każdej rodzinie możliwe jest użycie kanału typu N lub typu P, co daje w sumie sześć różnych typów.Każdy z tych tranzystorów charakteryzuje się napięciem progowym, odpowiadającym napięciu bramki, które powoduje przejście między zachowaniem zablokowanym tranzystora a jego zachowaniem przewodzenia. W przeciwieństwie do tranzystorów bipolarnych, których napięcie progowe zależy tylko od użytego półprzewodnika (krzemu, germanu lub As-Ga), napięcie progowe tranzystorów polowych jest ściśle zależne od technologii i może się znacznie zmieniać nawet w czasie w ramach tej samej partii. Tranzystor polowy zubożony w kanale N jest półprzewodnikiem, którego charakterystyka najbardziej przypomina stare lampy próżniowe (triody). Przy równej mocy tranzystory N są mniejsze niż P. Przy równej geometrii tranzystory N są również szybsze niż P. Rzeczywiście, większość nośników w kanale N to elektrony , które poruszają się lepiej niż dziury , głównie w kanale P. Przewodność kanał N jest zatem większy niż kanał P o tym samym wymiarze.
Większość cyfrowych układów scalonych (w szczególności mikroprocesory ) wykorzystuje technologię CMOS , która umożliwia integrację na dużą skalę (kilka milionów) komplementarnych tranzystorów polowych (wzbogacających) (czyli można znaleźć N i P). Dla tej samej funkcji integracja tranzystorów bipolarnych pochłonęłaby znacznie więcej prądu. Rzeczywiście, obwód CMOS pobiera prąd tylko podczas przełączania. Konsumpcja bramę CMOS jest tylko ładunek elektryczny potrzebny do naładowania wyjściowej pojemności . Ich rozpraszanie jest zatem prawie zerowe, jeśli częstotliwość zegara jest umiarkowana; pozwala to na rozwój obwodów komórkowych lub bateryjnych (telefony lub laptopy, aparaty fotograficzne itp.).
Inne tranzystoryZ wyjątkiem dziedziny wysokich mocy rzadko zdarza się, aby w pudełku znajdował się tylko jeden tranzystor (w przypadku dużych mocy wybierzemy zespół Darlingtona , pozwalający na uzyskanie większego wzmocnienia prądowego).
Układ scalony pozwolił połączyć najpierw tysiące, potem miliony. Integracja ponad miliarda tranzystorów na jednym komponencie została osiągnięta dzięki:czerwiec 2008przez Nvidię z GT200. Układ stosowany jako procesora graficznego (GPU) osiągnie 1,4 miliardów części elektrycznych wygrawerowane w 65 nm, na powierzchni około 600 mm 2 .
Te układy scalone są używane do tworzenia mikroprocesorów , pamięci i większości aktywnych komponentów .
|
Procesory konsumenckie:
Wykres domeny :
Serwery :
|
