Применение транзисторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) /Университет машиностроения/

Физические основы микроэлектроники.

Контрольная работа

Транзисторы

Демидов Александр Алексеевич

Москва 2014 г.

Содержание

транзистор полупроводниковый триод

Введение

1. Транзисторы

2. Классификация транзисторов

3. Схемы включения транзисторов

Заключение

Список литературы

Введение

Полупроводниковые приборы (диоды и транзисторы) благодаря малым габаритам и массе, незначительному потреблению электроэнергии, высокой надёжности и долговечности широко применяются в различной радиоэлектронной аппаратуре. В настоящее время почти вся бытовая радиоэлектронная техника, включая телевизоры, приёмники, магнитофоны и др., работает на полупроводниковых приборах и микросхемах. Применение полупроводниковых приборов в электронных вычислительных машинах позволило решить проблему достижения высоких эксплуатационных параметров ЭВМ при обеспечении требуемой надёжности. Для конструирования надёжных схем на транзисторах, то есть для правильного выбора типа транзистора, грамотного расчёта схем, выбора оптимального теплового и электрического режимов, необходимо располагать подробными сведениями, характеризующими эксплуатационные свойства транзисторов.

Действие транзистора можно сравнить с действием плотины. С помощью постоянного источника (течения реки) и плотины создан перепад уровней воды. Затрачивая очень небольшую энергию на вертикальное перемещение затвора, мы можем управлять потоком воды большой мощности, т.е. управлять энергией мощного постоянного источника.

Срок службы полупроводниковых триодов и их экономичность во много раз больше, чем у электронных ламп. За счёт чего транзисторы нашли широкое применение в микроэлектронике -- теле-, видео-, аудио-, радиоаппаратуре и, конечно же, в компьютерах. Они заменяют электронные лампы во многих электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры.

Преимущества транзисторов по сравнению с электронными лампами - те же, как и у полупроводниковых диодов - отсутствие накалённого катода, потребляющего значительную мощность и требующего времени для его разогрева. Кроме того, транзисторы сами по себе во много раз меньше по массе и размерам, чем электрические лампы, и транзисторы способны работать при более низких напряжениях и более высоких частотах.

Но наряду с положительными качествами, триоды имеют и свои недостатки. Как и полупроводниковые диоды, транзисторы очень чувствительны к повышению температуры, электрическим перегрузкам и сильно проникающим излучениям (чтобы сделать транзистор более долговечным, его помещают в специальные корпуса).

Основные материалы, из которых изготовляют транзисторы -- кремний и германий, перспективные - арсенид галлия, сульфид цинка и широко зонные проводники.

1. Транзисторы

Транзистор полупроводниковый триод -- радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде. В полевых и биполярных транзисторах управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

2. Классификация транзисторов.

Существует 2 типа транзисторов: биполярные и полевые:

По основному полупроводниковому материалу.

Помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металлические выводы, изолирующие элементы, части корпуса (пластиковые или керамические). Иногда употребляются комбинированные наименования, частично описывающие материалы конкретной разновидности (например, «кремний на сапфире» или «металл-окисел-полупроводник»). Однако основными являются транзисторы на основе кремния, германия, арсенида галлия.

По структуре.

Принцип действия и способы применения транзисторов существенно зависят от их типа и внутренней структуры, поэтому подробная информация об этом отнесена в соответствующие статьи.

Биполярные:

- n-p-n структуры, «обратной проводимости».

- p-n-p структуры, «прямой проводимости».

В биполярном транзисторе носители заряда движутся от эмиттера через тонкую базу к коллектору. База отделена от эмиттера и коллектора p-n переходами. Ток протекает через транзистор лишь тогда, когда носители заряда инжектируются из эмиттера в базу через p-n переход. В базе они являются неосновными носителями заряда и легко проникают через другой pn переход между базой и коллектором, ускоряясь при этом. В самой базе носители заряда движутся за счет диффузионного механизма, поэтому база должна быть достаточно тонкой. Управления током между эмиттером и коллектором осуществляется изменением напряжения между базой и эмиттером, от которой зависят условия инжекции носителей заряда в базу.

Полевые:

- с p-n переходом.

- с изолированным затвором -- МДП-транзистор.

В полевом транзисторе ток протекает от истока до стока через канал под затвором. Канал существует в легированном полупроводнике в промежутке между затвором и нелегированной подложкой, в которой нет носителей заряда, и она не может проводить ток. Преимущественно под затвором существует область обеднения, в которой тоже нет носителей заряда благодаря образованию между легированным полупроводником и металлическим затвором контакта Шоттки. Таким образом ширина канала ограничена пространством между подложкой и областью обеднения. Приложенное к затвору напряжение увеличивает или уменьшает ширину области обеднения и, тем самым, ширину канала, контролируя ток.

По мощности.

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:

- маломощные транзисторы до 100 мВт.

- транзисторы средней мощности от 0,1 до 1Вт.

- мощные транзисторы (более 1Вт).

3. Схемы включения транзисторов

Для включения в схему транзистор должен иметь четыре вывода -- два входных и два выходных. Но транзисторы всех разновидностей имеют только три вывода. Для включения трёхвыводного прибора необходимо один из выводов объединить, и поскольку таких комбинаций может быть только три, то существуют три базовых схемы включения транзистора:

Схемы включения биполярного транзистора

с общим эмиттером (ОЭ) -- осуществляет усиление как по току, так и по напряжению -- наиболее часто применяемая схема;

с общим коллектором (ОК) -- осуществляет усиление только по току -- применяется для согласования высокоимпедансных источников сигнала с низкоомными сопротивлениями нагрузок;

с общей базой (ОБ) -- усиление только по напряжению, в силу своих недостатков в однотранзисторных каскадах усиления применяется редко (в основном в усилителях СВЧ), обычно в составных схемах (например, каскодных).

Схемы включения полевого транзистора

Полевые транзисторы, как с p-n переходом (канальные), так и МОП (МДП) имеют следующие схемы включения:

с общим истоком (ОИ) -- аналог ОЭ биполярного транзистора;

с общим стоком (ОС) -- аналог ОК биполярного транзистора;

с общим затвором (ОЗ) -- аналог ОБ биполярного транзистора.

Схемы с открытым коллектором (стоком)

«Открытым коллектором (стоком)» называют включение транзистора по схеме с общим эмиттером (истоком) в составе электронного модуля или микросхемы, когда коллекторный (стоковый) вывод не соединяется с другими элементами модуля (микросхемы), а непосредственно выводится наружу (на разъем модуля или вывод микросхемы). Выбор нагрузки транзистора и тока коллектора (стока) при этом оставляется за разработчиком конечной схемы, в составе которой применяются модуль или микросхема. В частности, нагрузка такого транзистора может быть подключена к источнику питания с более высоким или низким напряжением, чем напряжение питания модуля/микросхемы. Такой подход значительно расширяет рамки применимости модуля или микросхемы за счет небольшого усложнения конечной схемы. Транзисторы с открытым коллектором (стоком) применяются в логических элементах ТТЛ, микросхемах с мощными ключевыми выходными каскадами, преобразователях уровней, шинных формирователях (драйверах) и т. п.

Реже применяется обратное включение - с открытым эмиттером (истоком). Оно также позволяет выбирать нагрузку транзистора после изготовления основной схемы, подавать на эмиттер/сток напряжение полярности, противоположной напряжению питания основной схемы (например, отрицательное напряжение для схем с биполярными транзисторами n-p-n или N-канальными полевыми), и т.п.

Заключение

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в устройствах, осуществляющих генерацию и усиление электрических колебаний. Основой любого транзистора является кристаллическая пластинка полупроводника, в котором используются те или иные свойства полупроводникового материала и электронно-дырочных переходов, в результате чего представляется возможным с помощью слабых управляющих токов или напряжений получать более мощные электрические колебания требуемого вида.

Подобно тому, как существует большое множество разновидностей диодов, известно большое число видов и разновидностей транзисторов.

Транзисторы различаются по числу основных видов носителей заряда, используемых при работе прибора. Транзисторы, в которых используются оба вида носителей, дырки и электроны, называются биполярными. В зависимости от геометрической структуры размещения зон с различной проводимостью они могут быть прямой (p - n - p) или обратной проводимости (n - p - n). Транзисторы, у которых используется только один основной носитель заряда, например, только дырки или только электроны, называются полярными.

Самыми известными и доступными являются биполярные транзисторы прямой (p - n - p) и обратной (n - p - n) проводимости. Менее известны и доступны полевые транзисторы с каналом p и n типа.

Список литературы

1. Агаханян Т.М. Основы транзисторной электроники. - М.: Энергия, 1974.

2. Бергельсон И.Г., Минц В.И. Транзисторы биполярные. - М.: Сов. Радио, 1976.

3. Васильев В.А. Радиолюбителю о транзисторах. - М.: Досааф, 1973.

4. Диоды и транзисторы/ Под редакцией Чернышёва. - М.: Энергия, 1976.

5. Петухов В.М., Таптыгин В.И., Хрулев А.К. Транзисторы полевые. - М.: Сов. Радио, 1978.

6. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам/ Под редакцией Н.И. Горюнова. - М.: Энергия, 1979.

7. Транзисторы/ Под редакцией А.А. Чернышёва. - М.: Энергия, 1979.

Размещено на Allbest.ru