Транзи?стор (англ. transfer — ?переносити? ? англ. resistance — ?оп?р?) — нап?впров?дниковий елемент електронно? техн?ки, який дозволя? керувати струмом, що прот?ка? кр?зь нього, за допомогою зм?ни вх?дно? напруги або струму, поданих на базу, або ?нший електрод. Невелика зм?на вх?дних величин, може призводити до сутт?во б?льшо? зм?ни вих?дно? напруги та струму.
Транзистори ? основними елементами сучасно? електрон?ки. Зазвичай вони застосовуються в п?дсилювачах ? лог?чних електронних схемах. У м?кросхемах в ?диний функц?ональний блок об'?днан? тисяч? й м?льйони окремих транзистор?в.
На принципових електричних схемах, транзистори б?ля умовних граф?чних позначень за ГОСТ 2.730-73[1] додатково позначають[2] л?терно-цифровими позначками, що складаються з двол?терного коду VT та числа-порядкового номера елемента у схем?, наприклад: VT1, VT24 тощо.
За будовою та принципом д??, транзистори под?ляють на два велик? класи: б?полярн? транзистори (БТ) й польов? транзистори (ПТ). До кожного з цих клас?в входять численн? типи транзистор?в, що в?др?зняються за будовою ? характеристиками.
Принцип д?? б?полярного транзистора
ред.Транзистор носить назву ?б?полярний? (англ. Bipolar Junction Transistor, BJT) оск?льки у його робот? одночасно беруть участь два типи нос??в заряду — негативн? (електрони) та позитивн? (д?рки) електричн? заряди. Цим в?н в?др?зня?ться в?д ун?полярного (польового) транзистора, в робот? якого, бере участь лише один тип нос??в заряду.
В б?полярному транзистор? нос?? заряду рухаються в?д ем?тера через тонкий шар бази до колектора. База в?дд?лена в?д ем?тера й колектора p-n переходами. Струм прот?ка? кр?зь транзистор лише тод?, коли нос?? заряду ?нжектуються з ем?тера до бази через p-n перех?д. В баз? вони ? неосновними нос?ями заряду й легко проникають через ?нший p-n перех?д м?ж базою й колектором, та пришвидшуються при цьому. В сам?й баз?, нос?? заряду рухаються за рахунок дифуз?йного механ?зму, тож база повинна бути досить тонкою. Управл?ння струмом м?ж ем?тером ? колектором зд?йсню?ться зм?ною напруги м?ж базою ? ем?тером, в?д яко? залежать умови ?нжекц?? нос??в заряду в базу.
Принцип д?? польового транзистора
ред.Польовий (ун?полярний) транзистор (англ. Field Effect Transistor, FET) — транзистор, у якому сила струму, що прот?ка? кр?зь нього, керу?ться зовн?шн?м електричним полем, тобто напругою. Це ? принциповою р?зницею м?ж ним ? б?полярним транзистором, де сила струму у вих?дному кол? регулю?ться струмом керування.
В польовому транзистор? струм прот?ка? в?д витоку до стоку через канал п?д затвором. Канал ?сну? в легованому нап?впров?днику в пром?жку м?ж затвором ? нелегованою п?дкладкою, в як?й нема? нос??в заряду, й вона не може проводити струм. Безпосередньо п?д затвором ?сну? область зб?днення, в як?й теж нема? нос??в заряду завдяки утворенню м?ж легованим нап?впров?дником ? металевим затвором контакту Шоттк?. Таким чином ширину каналу обмежено простором м?ж п?дкладкою та областю зб?днення. Прикладена до затвора напруга зб?льшу? чи зменшу? ширину област? зб?днення, а тим самим ширину каналу, контролюючи струм.
?стор?я
ред.
Перший патент на польовий транзистор отримав у 1925 роц? в Канад? уродженець Львова Юл?ус Едгар Л?л??нфельд[3], однак в?н не оприлюднив жодних досл?джень, пов'язаних ?з сво?м винаходом. У 1934 роц? н?мецький ф?зик Оскар Гайль запатентував ще один польовий транзистор[4]. У 1947 роц? Джон Бард?н та Волтер Браттейн ?з AT&T Bell Labs в?дкрили ефект п?дсилення в кристал? герман?ю. В?льям Шокл? побачив у цьому явищ? значний потенц?ал. Завдяки власн?й робот? над новим явищем, в?н може вважатися батьком транзистора. Терм?н ?транзистор? запропонував Джон П?рс.
у 1956 роц? Бард?н, Шокл? ? Браттейн отримали за винах?д транзистора Нобел?вську прем?ю.
Перший кремн??вий транзистор виготовили в Texas Instruments у 1954[5]. Це зробив Гордон Т?л, фах?вець ?з вирощування кристал?в високо? чистоти, який ран?ше працював у Bell Labs[6]. Перший МОН-транзистор зробили Канг та Аталла в Bell Labs у 1960[7].
У 50-х та 60-х роках 20 ст., транзистори швидко вит?снили вакуумн? лампи майже з ус?х областей застосування, завдяки сво?й компактност?, технолог?чност?, довгов?чност? та можливост? ?нтегрування у велик? й надвелик? електронн? схеми.
Р?зновиди
ред. |
PNP |  |
P-канальний |
 |
NPN |  |
N-канальний |
| Б?полярн? | Польов? |
| |
 |
 |
 |
P-канальний |
| |
 |
 |
 |
N-канальний |
| Польов? | Метал-оксидн? збагачення | Метал-оксидн? зб?днення | ||
Окр?м под?лу на б?полярн? та польов? транзистори, ?сну? багато р?зних тип?в, специф?чних за сво?ю будовою.
Б?полярн? транзистори розр?зняються за полярн?стю: вони бувають p-n-p та n-p-n типу. Середня л?тера в цих позначеннях в?дпов?да? типу пров?дност? матер?алу бази. Знайшли переважне застосування в аналогов?й електрон?ц?.
Польов? транзистори под?ляються на два типи — польов? транзистори з керувальним p-n переходом (англ. JFET: Junction-FET) та польов? транзистори з ?зольованим затвором (транзистори типу метал-д?електрик-нап?впров?дник — МДН, англ. MOSFET: Metal-Oxid-Semiconductor -FET) ? розр?зняються за типом пров?дност? в канал?: p-канальн? (основний тип пров?дност? — д?рковий) та n-канальн? — основний тип пров?дност? електронний. Польов? транзистори знайшли переважне застосування у цифров?й електрон?ц?.
Серед польових транзистор?в найпоширен?шими ? транзистори типу метал-оксид-нап?впров?дник, як? можуть використовувати або область збагачення, або область зб?днення. Свою назву МДН-транзистор (метал-д?електрик-нап?впров?дник) отримав завдяки тому, що в ньому металевий затвор, в?дд?лений в?д нап?впров?дника шаром д?електрика. Для транзистор?в на основ? кремн?ю цим д?електриком ? д?оксид кремн?ю, що технолог?чно утворю?ться при виб?рковому окисненн? нап?впров?дника.
Сво?р?дним г?бридом б?полярного та польового транзистора ? IGBT-транзистор (англ. Isolated Gate Bipolar Transistor — б?полярний транзистор з ?зольованим переходом), що знайшов широке використання в силов?й електрон?ц?.
?снують як окрем? IGBT, так ? силов? зб?рки (модул?) для керування мережами трифазного електричного струму. Д?апазон використання — в?д десятк?в до 1200 ампер по струму та в?д сотень вольт до 10 кВ за напругою.
Фототранзистор — транзистор (зазвичай, б?полярний), у якому використову?ться фотоелектричний ефект[8]. Служить для перетворення св?тлових сигнал?в на електричн? з одночасним п?дсиленням останн?х. Фототранзистор явля? собою монокристал?чну нап?впров?дникову пластину з герман?ю або кремн?ю, в як?й створено три област?, що мають назву, як ? у звичайному транзистор? — ем?тер, колектор ? база, причому остання, на в?дм?ну в?д транзистора, виводу може ? не мати. Кристал вбудову?ться в захисний корпус з прозорим вх?дним в?кном так, що зона бази ? доступною для св?тлового опром?нення. При осв?тленн? бази, в н?й в?дбува?ться фотогенерування нос??в заряд?в. Неосновн? нос?? заряду йдуть у колектор через закритий колекторний перех?д, а основн? скупчуються в баз?, п?двищуючи тим самим в?дкриваючу д?ю ем?терного переходу. Струм ем?тера, а отже, струм колектора зроста?. Значить, управл?ння колекторним струмом фототранзистора, зд?йсню?ться струмом бази транзистора, за рахунок чого, з'явля?ться можлив?сть керувати п?дсиленням струму за допомогою оптичного випром?нювання. На фототранзистор можна подавати оптичн? ? електричн? сигнали. Без вх?дного електричного сигналу, який зазвичай необх?дний для зм?щення ем?терного переходу, фототранзистор працю? як фотод?од з високою ?нтегральною чутлив?стю.
.svg){kind=small} |
.svg){kind=small}
|
транзистор?в з:
n-каналом(л?воруч);
p-каналом (праворуч)
Одноперех?дний транзистор (ОПТ) або двобазовий д?од — нап?впров?дниковий прилад з трьома електродами ? одним p-n переходом, що належить до с?мейства нап?впров?дникових прилад?в з вольт-амперною характеристикою, яка ма? д?лянку з в?д'?мним диференц?альним опором. Основою транзистора ? кристал нап?впров?дника (наприклад n-типу), який назива?ться базою. На к?нцях кристала ? ом?чн? контакти Б1 ? Б2, м?ж якими розташову?ться область, що ма? випрямний контакт Е з нап?впров?дником p-типу, котрий викону? роль ем?тера.
Одноперех?дн? транзистори, знайшли використання у р?зноман?тних пристроях автоматики, ?мпульсно? та вим?рювально? техн?ки — генераторах, порогових пристроях, д?льниках частоти, реле часу тощо. Через в?дносно великий обсяг бази, одноперех?дн? транзистори поступаються б?полярним за частотними характеристиками[9].
Багатоем?терний транзистор — це б?полярний транзистор, що ма? дек?лька ем?терних областей. Розр?зняють багатоем?терн? транзистори у яких ем?терн? област? об'?днан? одним зовн?шн?м виводом, ? транзистори, у котрих кожна ем?терна область ма? окремий зовн?шн?й вив?д. Останн? використовуються у транзисторно-транзисторн?й лог?ц? як лог?чний елемент ???. Багатоем?терн? транзистори з об'?днаними ем?терними областями, характеризуються великим значенням в?дношення периметра ем?тера до його площ?, що забезпечу? малий оп?р бази транзистора та висок? значення щ?льност? його ем?терного струму. Так? транзистори застосовують переважно як потужн? ВЧ та НВЧ елементи.
Транзистор Шоттк? — електронний компонент, що ? будовою з б?полярного транзистора та д?ода Шоттк?. Транзистор Шоттк? отриму?ться при?днанням д?ода Шоттк? м?ж базою ? колектором б?полярного транзистора, причому для створення n-p-n транзистора Шоттк?, до б?полярного n-p-n транзистора, д?од Шоттк? при?дну?ться анодом до бази, а катодом до колектора, а p-n-p транзистор Шоттк? — при?днанням до б?полярного p-n-p транзистора, д?ода Шоттк? катодом до бази й анодом до колектора.
Транзистор Шоттк? застосову?ться в м?кросхемах транзисторно-транзисторно? лог?ки Шоттк? (ТТЛШ), при цьому досяга?ться швидкод?я ТТЛШ значно вища в?д звичайно? ТТЛ на баз? багатоем?терного транзистора.
У флеш-пам'ят? використовуються польов? транзистори з плавним затвором — ?зольованою д?електриком пров?дною областю всередин? каналу, яка може захоплювати нос?? заряду й збер?гати ?х, ? таким чином, створювати можлив?сть для запису й зчитування ?нформац??.
Транзистори розр?зняються також за матер?алом, за максимальною потужн?стю, найб?льшою частотою, за призначенням, за типом корпуса.
Найпоширен?ший нап?впров?дниковий матер?ал для виробництва транзистор?в — кремн?й. Використовуються також герман?й, арсен?д гал?ю та ?нш? б?нарн? нап?впров?дники. З розвитком технолог?й, з'явились транзистори на основ?, наприклад, прозорих нап?впров?дникових матер?ал?в для використання у матрицях диспле?в. Перспективним матер?алом для транзистор?в, ? нап?впров?дников? пол?мери. З'явились пов?домлення про транзистори на основ? вуглецевих нанотрубок[10] та про графенов? польов? транзистори[11]. В 2024 роц?, за пов?домленням видання Live Science, в Япон?? створили перший у св?т? робочий n-канальний MOSFET-транзистор, виготовлений з використанням алмазу[12][13].
Характеристики
ред.
Оск?льки транзистор ма? три електроди, то для кожного ?з струм?в через два електроди транзистора, ?сну? с?мейство вольт-амперних характеристик за р?зних значень напруги на третьому електрод?, або струму, який прот?ка? кр?зь нього.
У багатьох застосуваннях, важлив? частотн? характеристики транзистор?в — швидк?сть перемикання м?ж р?зними станами.
Схеми ув?мкнення транзистора
ред.Для ув?мкнення в електричну схему, транзистор повинен мати чотири виводи — два вх?дних ? два вих?дних. Але транзистори вс?х р?зновид?в мають лише три виводи. Для при?днання тривив?дного приладу, необх?дно два виводи об'?днати, ? оск?льки таких комб?нац?й може бути лише три, то ?снують ? три базов? схеми вмикання транзистора.
Схеми вмикання б?полярного транзистора
ред.-
П?дсилювальний каскад за схемою з? сп?льним ем?тером на основ? n-p-n-транзистора -
Ем?терний повторювач на основ? n-p-n-транзистора -
П?дсилювальний каскад за схемою з? сп?льною базою на основ? n-p-n-транзистора
- з? сп?льним ем?тером (СЕ) — вх?дний сигнал пода?ться на базу, а зн?ма?ться з колектора. У цьому раз?, фаза вих?дного сигналу ? протилежною до фази вх?дного сигналу. Забезпечу? п?дсилення як струму, так ? напруги. ? найпоширен?шою схемою;
- з? сп?льним колектором (СК) — вх?дний сигнал пода?ться на базу, а зн?ма?ться з ем?тера. Застосову?ться для п?дсилення струму. Характеризу?ться високим коеф?ц??нтом п?дсиленням струму ? коеф?ц??нтом передач? напруги близьким до одиниц? (але меншим в?д не?). Використову?ться для узгодження високо?мпедансних джерел сигналу з низькоомними опорами навантажень;
- з? сп?льною базою (СБ) — характеризу?ться в?дсутн?стю п?дсилення по струму (коеф?ц??нт передач? близький до одиниц?, але менший в?д не?), високим коеф?ц??нтом п?дсилення напруги ? пом?рним (в пор?внянн? з? схемою з? сп?льним ем?тером) коеф?ц??нтом п?дсилення потужност?. Вх?дний сигнал пода?ться на ем?тер, а вих?дний зн?ма?ться з колектора. При цьому вх?дний оп?р дуже малий, а вих?дний — великий. Фази вх?дного ? вих?дного сигналу зб?гаються. Особлив?стю схеми з? сп?льною базою ? м?н?мальний, серед трьох типових схем п?дсилювач?в, ?паразитний? зворотний зв'язок з виходу на вх?д через конструктивн? елементи транзистора. Тому схема з? сп?льною базою, найчаст?ше використову?ться для побудови високочастотних п?дсилювач?в, особливо поблизу верхньо? границ? робочого д?апазону частот транзистора.
Схеми вмикання польового транзистора
ред.Польовий транзистор як з p-n переходом (канальний), так ? МДН-транзистор може бути ув?мкнений за трьома основними схемами:
- ?з загальним витоком (ЗВ);
- ?з загальним стоком (ЗС);
- ?з загальним затвором (ЗЗ).
-
Схема при?днання польового транзистора з керувальним p-n-переходом ?з загальним витоком. -
Схема п?дключення польового транзистора з керуючим p-n-переходом ?з загальним стоком. -
Схема п?дключення польового транзистора з керуючим p-n-переходом ?з загальним затвором.
На практиц?, найчаст?ше застосову?ться схема ?з загальним витоком, аналог?чна до схеми на б?полярному транзистор? ?з загальним ем?тером (ЗЕ). Каскад ?з загальним витоком да? дуже велике п?дсилення струму ? потужност?. Схема ?з загальним затвором, под?бна до схеми ?з загальною базою (ЗБ). Вона не да? п?дсилення за струмом, ? тому п?дсилення потужност? в н?й у багато раз?в менше, н?ж у схем? з ЗВ. Каскад ?з загальним затвором ма? низький вх?дний оп?р, тому р?дко застосову?ться у п?дсилювальн?й техн?ц?.
Схеми з в?дкритим колектором (стоком)
ред.В?дкритим колектором (стоком) називають ув?мкнення транзистора за схемою з? сп?льним ем?тером (витоком) у склад? електронного модуля чи м?кросхеми, коли колекторний (стоковий) вив?д не сполуча?ться з ?ншими елементами модуля (м?кросхеми), а безпосередньо виводиться назовн? (на роз'?м модуля або вив?д м?кросхеми). Виб?р навантаження транзистора й струму колектора (стоку) при цьому, залиша?ться за розробником к?нцево? схеми, у склад? яко? застосову?ться модуль або м?кросхема. Зокрема, навантаження такого транзистора, може бути при?днано до джерела живлення з вищою або нижчою напругою, н?ж напруга живлення модуля/м?кросхеми. Такий п?дх?д значно розширю? меж? застосовност? модуля або м?кросхеми, завдяки невеликому ускладненню к?нцево? схеми. Транзистори з в?дкритим колектором (стоком), застосовуються в лог?чних елементах ТТЛ, м?кросхемах з потужними ключовими вих?дними каскадами, перетворювачах р?вн?в, шинних формувачах тощо.
Р?дше застосову?ться зворотне ув?мкнення з в?дкритим ем?тером (витоком). Воно також, дозволя? обирати навантаження транзистора п?сля виготовлення основно? схеми, подавати на ем?тер/ст?к напругу полярност?, протилежну до напруги живлення основно? схеми (наприклад, в?д'?мна напруга для схем з б?полярними транзисторами n-p-n або N-канальными польовими) тощо.
Застосування
ред.Транзистор ма? два основн? застосування: як п?дсилювач ? як перемикач.
П?дсилювальн? властивост? транзистора зв'язан? з його здатн?стю контролювати великий струм м?ж двома електродами за допомогою малого струму м?ж двома ?ншими електродами. Таким чином, мал? зм?ни величини сигналу в одному електричному кол?, можуть в?дтворюватися з б?льшою ампл?тудою в ?ншому кол?.
Використання транзистора як перемикача пов'язане з тим, що приклавши в?дпов?дну напругу до одного з його вивод?в, можна зменшити практично до нуля струм м?ж двома ?ншими виводами, що називають запиранням транзистора. Цю властив?сть використовують для побудови лог?чних вентил?в.
Корпусування й монтаж
ред.Корпуси транзистор?в виготовляються з металу, керам?ки або пластику. Для транзистор?в велико? потужност?, треба додаткове охолодження.
Транзистори монтуються на друкованих платах за технолог??ю ?кр?зь отв?р?, або за технолог??ю поверхневого монтажу. При технолог?? ?через отв?р?, виводи транзистор?в вставляються в попередньо просвердлен? в плат? отвори. Корпуси транзистор?в стандартизовано, але посл?довн?сть вивод?в — н?, тож вона залежить в?д виробника.
Див. також
ред.Прим?тки
ред.- ↑ ГОСТ 2.730-73 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые.
- ↑ ГОСТ 2.710-81 Единая система конструкторской документации. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.
- ↑ Lilienfeld, Julius Edgar, ?Method and apparatus for controlling electric current?. US patent 1745175, 2025-08-05 (filed in Canada 2025-08-05, in US 2025-08-05).
- ↑ Heil, Oskar, ?Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices?, Patent No. GB439457, European Patent Office, filed in Great Britain 2025-08-05, published 2025-08-05 (originally filed in Germany 2025-08-05)
- ↑ J. Chelikowski, ?Introduction: Silicon in all its Forms?, Silicon: evolution and future of a technology (Editors: P. Siffert, E. F. Krimmel), p.1, Springer, 2004 ISBN 3-540-40546-1.
- ↑ Grant McFarland, Microprocessor design: a practical guide from design planning to manufacturing, p.10, McGraw-Hill Professional, 2006 ISBN 0-07-145951-0.
- ↑ W. Heywang, K. H. Zaininger, ?Silicon: The Semiconductor Material?, Silicon: evolution and future of a technology (Editors: P. Siffert, E. F. Krimmel), p.36, Springer, 2004 ISBN 3-540-40546-1.
- ↑ ДСТУ 2449-94 Прилади нап?впров?дников?. Терм?ни та визначення.]]
- ↑ В. В. Пасынков, Л. К. Чиркин Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов — 4-е изд. — М.: Высшая школа, 1987. — 478 с. ил.
- ↑ Константин Болотов На ветвях углеродного дерева вырос небывалый транзистор [Арх?вовано 2025-08-05 у Wayback Machine.]. // Сайт ?Membrana?, 16 серпня 2005. (рос.)
- ↑ Novoselov K. S. et al Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films // Science 306, 666 (2004) doi:10.1126/science.1102896
- ↑ New diamond transistor is a world-1st — paving the way for high-speed computing at the highest temperatures. // By Tim Danton published March 28, 2024
- ↑ Вчен? створили перший у св?т? алмазний транзистор. // Автор: В?ктор В?кторенко. 28.03.2024
Джерела
ред.- Нап?впров?дников? прилади : п?дручник / Л. Д. Василь?ва, Б. ?. Медведенко, Ю. ?. Якименко . — К.: Кондор, 2008. — 556 с. — ISBN 966-622-103-9.
- Воробйова О. М., ?ванченко В. Д. Основи схемотехн?ки : п?дручник. — 2-е вид. — Одеса : Фен?кс, 2009. — 388 с. — ISBN 978-966-438-204-2.
- Сосков А. Г., Колонта?вський Ю. П. Промислова електрон?ка : Теор?я ? практикум[недоступне посилання з липня 2019] : п?дручник / за ред. А. Г. Соскова. — К. : Каравела, 2013. — 496 с. — ISBN 978-966-2229-48-6.
- Терещук Р. М., Терещук К. М., Седов С. А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. — К. : Наукова думка, 1988. — С. 183 — 191. (рос.)
- Транзисторы : справочник / О. П. Григорьев, В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев, С. Л. Пожидаев. — М. : Радио и связь, 1989. — 272 с. — (Массовая радиобиблиотека ; вып. 1144). — ISBN 5-256-00236-8. (рос.)
- Мала г?рнича енциклопед?я : у 3 т. / за ред. В. С. Б?лецького. — Д. : Сх?дний видавничий д?м, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
Посилання
ред.