Τύποι τρανζίστορ και η εφαρμογή τους

Η λέξη "τρανζίστορ" σχηματίζεται από δύο λέξεις: μεταφορά και αντίσταση. Η πρώτη λέξη μεταφράζεται από την αγγλική ως "μετάδοση", η δεύτερη - "αντίσταση". Με αυτόν τον τρόπο τρανζίστορ Είναι ένα ειδικό είδος αντίστασης, το οποίο ρυθμίζεται από την τάση μεταξύ βάσης και εκπομπού (ρεύμα βάσης) στο διπολικά τρανζίστορ, και την τάση μεταξύ της πύλης και της πηγής τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος.

Αρχικά, προτάθηκαν αρκετά ονόματα για αυτή τη συσκευή ημιαγωγών: ένα τριόδιο ημιαγωγού, ένα κρυσταλλικό τριόδιο, ένα lotatron, αλλά ως αποτέλεσμα, επικεντρώθηκαν στο όνομα "τρανζίστορ" που πρότεινε ο John Pierce, αμερικανός συγγραφέας μηχανικής και επιστημονικής φαντασίας, φίλος του William Shockley.

Αρχικά, ας σκεφτούμε λίγο την ιστορία, και στη συνέχεια να εξετάσουμε ορισμένους τύπους τρανζίστορ από τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που είναι κοινά στην αγορά σήμερα.

Ο William Shockley, ο Walter Brattain και ο John Bardin εργάστηκαν ως ομάδα σε εργαστήρια Bell Labs στις 16 Δεκεμβρίου 1947 και δημιούργησαν το πρώτο επιχειρησιακό διπολικό τρανζίστορ, το οποίο επιδείχθηκε επίσημα και δημοσίως από επιστήμονες στις 23 Δεκεμβρίου του ίδιου έτους. Ήταν ένα σημείο τρανζίστορ.

Μετά από σχεδόν δυόμισι χρόνια, εμφανίστηκε το πρώτο τρανζίστορ διασταύρωσης γερμανίου, έπειτα ένα συντηγμένο ηλεκτροχημικό τρανζίστορ διαχύσεως και τελικά το 1958 η Texas Instruments κυκλοφόρησε το πρώτο τρανζίστορ πυριτίου και το 1959 δημιουργήθηκε ο πρώτος πλανητικός τρανζίστορ πυριτίου από τον Jean Ernie, ως αποτέλεσμα, το γερμάνιο αντικαταστάθηκε από πυρίτιο, και η επίπεδη τεχνολογία κατέλαβε υπερηφάνεια της θέσης στην κύρια τεχνολογία για την παραγωγή τρανζίστορ.

Στην αλήθεια, σημειώνουμε ότι το 1956, ο William Shockley, ο John Bardin και ο Walter Brattain έλαβαν το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική «για τη μελέτη των ημιαγωγών και την ανακάλυψη του αποτελέσματος των τρανζίστορ».

Όσον αφορά τα τρανζίστορ πεδίου δράσης, οι πρώτες αιτήσεις για διπλώματα ευρεσιτεχνίας έχουν υποβληθεί από τα μέσα της δεκαετίας του 20ου αιώνα, για παράδειγμα, ο φυσικός Julius Edgar Lilienfeld στη Γερμανία κατοχύρωσε την αρχή των τρανζίστορ πεδίου δράσης το 1928. Ωστόσο, το άμεσο τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για πρώτη φορά το 1934 από τον γερμανό φυσικό Oscar Hail.

Η λειτουργία ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου βασικά χρησιμοποιεί το ηλεκτροστατικό αποτέλεσμα του πεδίου, είναι φυσικά απλούστερο, επειδή η ιδέα των τρανζίστορ φαινόμενου πεδίου εμφανίστηκε νωρίτερα από την ιδέα των διπολικών τρανζίστορ. Το πρώτο τρανζίστορ φαινομένου πεδίου κατασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1960. Ως αποτέλεσμα, πλησιέστερα στη δεκαετία του '90 του 20ου αιώνα, η τεχνολογία MOS (τεχνολογία τρανζίστορ πεδίου με ημιαγωγούς μεταλλικού οξειδίου και μετάλλου) άρχισε να κυριαρχεί σε πολλές βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένου του τομέα της πληροφορικής.

Στις περισσότερες εφαρμογές, τα τρανζίστορ έχουν αντικαταστήσει τους σωλήνες κενού, μια πραγματική επανάσταση του πυριτίου έχει συμβεί στη δημιουργία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Έτσι, σήμερα στην αναλογική τεχνολογία διπολικά τρανζίστορ χρησιμοποιούνται συχνότερα, και στην ψηφιακή τεχνολογία - κυρίως πεδίου τρανζίστορ αποτέλεσμα.

Η συσκευή και η αρχή της λειτουργίας πεδίου και διπολικά τρανζίστορ - αυτά είναι τα θέματα μεμονωμένων άρθρων, οπότε δεν θα σταθούμε σε αυτές τις λεπτές αποχρώσεις, αλλά εξετάζουμε το θέμα από καθαρά πρακτική άποψη με συγκεκριμένα παραδείγματα.

Όπως γνωρίζετε ήδη, σύμφωνα με την τεχνολογία κατασκευής, τα τρανζίστορ χωρίζονται σε δύο τύπους: φαινόμενο πεδίου και διπολικό. Τα διπολικά με τη σειρά τους διαιρούνται με αγωγιμότητα σε n-p-n τρανζίστορ αντίστροφης αγωγιμότητας και τρανζίστορ p-n-p άμεσης αγωγιμότητας. Τα τρανζίστορ φαινόμενου πεδίου είναι αντιστοίχως με ένα κανάλι τύπου ν και τύπου ρ. Η πύλη του τρανζίστορ για το πεδίο πεδίου μπορεί να απομονωθεί (IGBTs) ή ως μια σύνδεση pn. ΕγώΤρανζίστορ GBT έρχονται με ενσωματωμένο κανάλι ή με επαγόμενο κανάλι.

Τα πεδία εφαρμογής των τρανζίστορ καθορίζονται από τα χαρακτηριστικά τους και τα τρανζίστορ μπορούν να λειτουργούν σε δύο τρόπους: σε κλειδί ή σε ενισχυτή.Στην πρώτη περίπτωση, το τρανζίστορ είναι είτε πλήρως ανοιχτό είτε πλήρως κλειστό κατά τη λειτουργία, πράγμα που σας επιτρέπει να ελέγχετε την παροχή ρεύματος από σημαντικά φορτία, χρησιμοποιώντας ένα μικρό ρεύμα για έλεγχο. Και στην ενίσχυση ή με άλλο τρόπο - στη δυναμική λειτουργία, η ιδιότητα του τρανζίστορ χρησιμοποιείται για να αλλάξει το σήμα εξόδου με μια μικρή αλλαγή στο σήμα εισόδου, ελέγχου. Στη συνέχεια, εξετάζουμε παραδείγματα διαφόρων τρανζίστορ.

2N3055 - διπολικό n-p-n-τρανζίστορ στη συσκευασία TO-3. Είναι δημοφιλής ως στοιχείο σταδίων παραγωγής ενισχυτών ήχου υψηλής ποιότητας, όπου λειτουργεί σε δυναμική λειτουργία. Συνήθως χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το συμπληρωματικό συγκρότημα p-n-p MJ2955. Αυτό το τρανζίστορ μπορεί επίσης να λειτουργήσει σε λειτουργία κλειδιού, για παράδειγμα, σε μετατροπείς χαμηλής συχνότητας μετασχηματιστή 12 κατά 220 V 50 Hz, ένα ζεύγος 2n3055 ελέγχει έναν μετατροπέα push-pull.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η τάση του συλλέκτη-εκπομπού για αυτό το τρανζίστορ κατά τη λειτουργία μπορεί να φτάσει τα 70 volts και τα τρέχοντα 15 amperes. Η θήκη TO-3 σάς επιτρέπει να την προσαρμόσετε εύκολα σε ένα θερμαντικό σώμα, εάν χρειάζεται. Ο στατικός συντελεστής μεταφοράς ρεύματος κυμαίνεται από 15 έως 70, αυτό είναι αρκετό για να ελέγχει αποτελεσματικά ακόμη και τα ισχυρά φορτία, παρά το γεγονός ότι η βάση του τρανζίστορ μπορεί να αντέξει ρεύμα έως και 7 αμπέρ. Αυτό το τρανζίστορ μπορεί να λειτουργεί σε συχνότητες μέχρι 3 MHz.

KT315 - ένας θρύλος μεταξύ των εγχώριων διπολικών τρανζίστορ χαμηλής ισχύος. Αυτός ο τρανζίστορ τύπου n-p-n είδε για πρώτη φορά το φως του 1967 και μέχρι σήμερα είναι δημοφιλής στο ραδιοερασιτεχνικό περιβάλλον. Ένα συμπληρωματικό ζεύγος είναι το KT361. Ιδανικό για δυναμικούς και βασικούς τρόπους λειτουργίας σε κυκλώματα χαμηλής ισχύος.

Στη μέγιστη επιτρεπτή τάση συλλέκτη-εκπομπού 60 volts, αυτό το τρανζίστορ υψηλής συχνότητας είναι ικανό να περάσει ρεύμα έως και 100 mA μέσα από αυτό, και η συχνότητα αποκοπής του είναι τουλάχιστον 250 MHz. Ο συντελεστής μεταφοράς ρεύματος φτάνει τα 350, παρά το γεγονός ότι το ρεύμα βάσης περιορίζεται στα 50 mA.

Αρχικά, το τρανζίστορ παρήχθη μόνο σε πλαστική θήκη KT-13, πλάτους 7 mm και ύψους 6 mm, αλλά πρόσφατα μπορεί να βρεθεί και στην περίπτωση TO-92, για παράδειγμα, που κατασκευάζεται από την Integral OJSC.

KP501 - τρανζίστορ n-καναλιού χαμηλής ισχύος με επίδραση πεδίου με μονωμένη πύλη. Έχει εμπλουτισμένο n-κανάλι, η αντίσταση του οποίου είναι από 10 έως 15 Ohms, ανάλογα με την τροποποίηση (A, B, C). Αυτό το τρανζίστορ έχει σχεδιαστεί, όπως το τοποθετεί ο κατασκευαστής, για χρήση σε εξοπλισμό επικοινωνιών, σε τηλέφωνα και άλλο ηλεκτρονικό εξοπλισμό.

Αυτό το τρανζίστορ μπορεί να ονομαστεί σήμα. Μικρή συσκευασία TO-92, μέγιστη τάση αποστράγγισης - έως 240 βολτ, μέγιστο ρεύμα αποστράγγισης - έως 180 mA. Η χωρητικότητα του κλείστρου είναι μικρότερη από 100 pF. Είναι ιδιαίτερα αξιοσημείωτο ότι η τάση κατωφλίου του κλείστρου είναι από 1 έως 3 βολτ, πράγμα που σας επιτρέπει να εφαρμόσετε τον έλεγχο με πολύ, πολύ χαμηλό κόστος. Ιδανικός ως μετατροπέας επιπέδου σήματος.

irf3205 - τρανζίστορ με φαινόμενο πεδίου HEXFET n-καναλιών. Είναι δημοφιλής ως πλήκτρο ενεργοποίησης για την αναβάθμιση μετατροπέων υψηλής συχνότητας, για παράδειγμα, αυτοκινήτων. Μέσω της παράλληλης σύνδεσης διαφόρων κτιρίων, είναι δυνατή η κατασκευή μετατροπέων σχεδιασμένων για σημαντικά ρεύματα.

Το μέγιστο ρεύμα για ένα τέτοιο τρανζίστορ φτάνει τα 75Α (η κατασκευή του περιβλήματος TO-220 το περιορίζει) και η μέγιστη τάση αποστράγγισης είναι 55 βολτ. Η αντίσταση του καναλιού είναι μόνο 8 mOhm. Η χωρητικότητα του κλείστρου 3250 pF απαιτεί τη χρήση ενός ισχυρού προγράμματος οδήγησης για έλεγχο σε υψηλές συχνότητες, αλλά σήμερα αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα.

FGA25N120ANTD Διπολική τρανζίστορ πύλης με μόνωση ισχύος (IGBT) σε συσκευασία TO-3P. Αν είναι σε θέση να αντέξει την τάση αποστράγγισης-πηγή 1200 volts, το μέγιστο ρεύμα αποστράγγισης είναι 50 amp. Ένα χαρακτηριστικό της κατασκευής σύγχρονων τρανζίστορ IGBT αυτού του επιπέδου μας επιτρέπει να τα κατατάξουμε ως υψηλής τάσης.

Το πεδίο εφαρμογής είναι μετατροπείς ισχύος τύπου inverter, όπως επαγωγικοί θερμαντήρες, μηχανές συγκόλλησης και άλλοι μετατροπείς υψηλής συχνότητας, σχεδιασμένοι για παροχή υψηλής τάσης. Ιδανική για υψηλής απόδοσης μετατροπείς γείωσης και ημίσειας γέφυρας, καθώς και για λειτουργία σε δύσκολες συνθήκες μεταγωγής, υπάρχει μια ενσωματωμένη δίοδος υψηλής ταχύτητας.

Εξετάσαμε εδώ μερικά μόνο είδη τρανζίστορ και αυτό είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα της αφθονίας των μοντέλων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων στην αγορά σήμερα.

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, μπορείτε εύκολα να επιλέξετε το κατάλληλο τρανζίστορ για τους σκοπούς σας, δεδομένου ότι η τεκμηρίωση γι 'αυτούς είναι σήμερα διαθέσιμη με τη μορφή δελτίων δεδομένων, στα οποία παρουσιάζονται συνολικά όλα τα χαρακτηριστικά. Οι τύποι περιπτώσεων των σύγχρονων τρανζίστορ είναι διαφορετικοί, και για το ίδιο μοντέλο τόσο οι SMD όσο και οι εκδόσεις εξόδου είναι συχνά διαθέσιμες.