Помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металл выводов, 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.Другие материалы для транзисторов до недавнего времени не использовались. В настоящее время имеются транзисторы на основе, например, прозрачных полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный материал для транзисторов — полупроводниковые полимеры. Также имеются отдельные сообщения о транзисторах на основе углеродных нанотрубок, о графеновых полевых транзисторах
Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»).
Рисунок 2.14 – УГО Биполярный транзистор
Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия «перпендикулярного» току электрического поля, создаваемого напряжением на затворе.
Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов (в отличие от биполярных).
Рисунок 2.15 – УГО полевой транзистор
Принцип действия и способы применения транзисторов существенно зависят от их типа и внутренней структуры:
¾ Биполярные;
¾ транзисторы n-p-n структуры, «обратной проводимости»;
¾ транзисторы p-n-p структуры, «прямой проводимости»;
¾ Полевые;
¾ с p-n переходом;
¾ с изолированным затвором;
¾ Однопереходные;
¾ Криогенные транзисторы (на эффекте Джозефсона);
¾ Многоэммитерные транзисторы;
¾ Баллистические транзисторы;
¾ Одномолекулярный транзистор;
¾ Комбинированные транзисторы.
Транзисторы со встроенными резисторами (Resistor-equipped transistors (RETs)) — биполярные транзисторы со встроенными в один корпус резисторами.
Транзистор Дарлингтона — комбинация двух биполярных транзисторов, работающая как биполярный транзистор с высоким коэффициентом усиления по току.
на транзисторах одной полярности
на транзисторах разной полярности
Рисунок 2.16 – УГО транзистор Дарлингтона
Лямбда диод — двухполюсник, комбинация из двух полевых транзисторов, имеющая, как и туннельный диод, значительный участок с отрицательным сопротивлением.
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) — силовой электронный прибор, предназначенный в основном, для управления электрическими приводами.
По мощности
По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:
¾ маломощные транзисторы до 100 мВт;
¾ транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт;
¾ мощные транзисторы (больше 1 Вт).
По исполнению:
¾ дискретные транзисторы;
¾ корпусные;
¾ для свободного монтажа;
¾ для установки на радиатор;
¾ для автоматизированных систем пайки;
¾ бескорпусные.
По материалу и конструкции корпуса:
¾ металло-стеклянный;
¾ пластмассовый;
¾ керамический.
Прочие типы
Биотранзистор — это транзистор, основанный на использовании биологически активных полимеров. Используется в сенсорных элементах, биотехнике, медицине, энергетике.
Одноэлектронные транзисторы содержат квантовую точку (т. н. «остров») между двумя туннельными переходами. Ток туннелирования управляется напряжением на затворе, связанном с ним ёмкостной связью.
Выделение по некоторым характеристикам
Транзисторы BISS (Breakthrough in Small Signal, дословно — «прорыв в малом сигнале») — биполярные транзисторы с улучшенными малосигнальными параметрами. Существенное улучшение параметров транзисторов BISS достигнуто за счёт изменения конструкции зоны эмиттера. Первые разработки этого класса устройств также носили наименование «микротоковые приборы».
Транзисторы со встроенными резисторами RET (Resistor-equipped transistors) — биполярные транзисторы со встроенными в один корпус резисторами. RET транзистор общего назначения со встроенным одним или двумя резисторами. Такая конструкция транзистора позволяет сократить количество навесных компонентов и минимизирует необходимую площадь монтажа. RET транзисторы применяются для контроля входного сигнала микросхем или для переключения меньшей нагрузки на светодиоды.
Применение транзисторов
Транзистор применяется в:
¾ Усилительных схемах. Работает, как правило, в усилительном режиме. Существуют экспериментальные разработки полностью цифровых усилителей, на основе ЦАП, состоящих из мощных транзисторов. Транзисторы в таких усилителях работают в ключевом режиме.
¾ Генераторах сигналов. В зависимости от типа генератора транзистор может использоваться либо в ключевом (генерация прямоугольных сигналов), либо в усилительном режиме (генерация сигналов произвольной формы).
¾ Электронных ключах. Транзисторы работают в ключевом режиме.
¾ Ключевые схемы можно условно назвать усилителями (регенераторами) цифровых сигналов. Иногда электронные ключи применяют и для управления силой тока в аналоговой нагрузке. Это делается, когда нагрузка обладает достаточно большой инерционностью, а напряжение и сила тока в ней регулируются не амплитудой, а шириной импульсов. На подобном принципе основаны бытовые диммеры для ламп накаливания и нагревательных приборов, а также импульсные источники питания.
¾ Транзисторы применяются в качестве активных (усилительных) элементов в усилительных и переключательных каскадах.
¾ Реле и тиристоры имеют больший коэффициент усиления мощности, чем транзисторы, но работают только в ключевом (переключательном) режиме.
Резисторы
Резисторы являются элементами РЭА и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем.. Они предназначены для перераспределения и регулирования электрической энергии между элементами схемы. Принцип действия резисторов основан на использовании свойства материалов оказывать сопротивление протекающему через них электрическому току. Особенностью резисторов является то, что электрическая энергия в них превращается в тепло, которое рассеивается в окружающую среду.
Рисунок 2.17 – УГО Резистор
Одной из основных характеристик является рассеиваемая мощность. Рассеиваемая мощность - это мощность, которую резистор может рассеять без повреждения. Измеряется в ваттах. Находится по формуле мощность=ток2* сопротивление, или P = I2R
У каждого вещества есть свое сопротивление, у некоторых оно очень большое (дерево, пластмасса), у других маленькое (металлы, жидкости). Сопротивление зависит от материала (у золота оно будет меньше чем у алюминия), от длины проводника (зависимость прямая: чем длиннее тем больше сопротивление) и от площади среза проводника (чем площадь больше тем сопротивление меньше).
| Стандартное обозначение |
| 0.05 Вт |
| 0.125 Вт |
| 0.25 Вт |
| 0.5 Вт |
| 1 Вт |
| 2 Вт |
Рисунок 2.18 – УГО. Разновидность резисторов по мощности