Tipos de transistores e sua aplicação

A palavra "transistor" é formada por duas palavras: transferência e resistor. A primeira palavra é traduzida do inglês como "transmissão", a segunda - "resistência". Desta maneira transistor É um tipo especial de resistência, que é regulada pela tensão entre a base e o emissor (corrente de base) na transistores bipolarese a tensão entre a porta e a fonte dos transistores de efeito de campo.

Inicialmente, vários nomes foram propostos para esse dispositivo semicondutor: um triodo semicondutor, um triodo cristalino, um lotatron, mas como resultado, eles se concentraram no nome "transistor", proposto por John Pierce, um engenheiro e escritor de ficção científica americano, amigo de William Shockley.

Para começar, vamos mergulhar um pouco na história e considerar alguns tipos de transistores dos componentes eletrônicos que são comuns no mercado hoje.

William Shockley, Walter Brattain e John Bardin, trabalhando em equipe nos laboratórios da Bell Labs, em 16 de dezembro de 1947, criaram o primeiro transistor bipolar operacional, demonstrado por cientistas oficialmente e publicamente em 23 de dezembro daquele ano. Era um transistor de ponto.

Depois de quase dois anos e meio, o primeiro transistor de junção de germânio apareceu, depois um transistor de mesa de difusão eletroquímico e fundido e, finalmente, em 1958, a Texas Instruments lançou o primeiro transistor de silício e, em 1959, o primeiro transistor de silício planar foi criado por Jean Ernie, como resultado, o germânio foi substituído pelo silício e a tecnologia planar ocupou um lugar de destaque na principal tecnologia para a produção de transistores.

Para ser sincero, observamos que em 1956, William Shockley, John Bardin e Walter Brattain receberam o Prêmio Nobel de Física "pelo estudo de semicondutores e pela descoberta do efeito do transistor".

Quanto aos transistores de efeito de campo, os primeiros pedidos de patente foram depositados desde meados dos anos 20 do século XX, por exemplo, o físico Julius Edgar Lilienfeld, na Alemanha, patenteou o princípio dos transistores de efeito de campo em 1928. No entanto, o transistor de efeito de campo direto foi patenteado pela primeira vez em 1934 pelo físico alemão Oscar Hail.

A operação de um transistor de efeito de campo basicamente usa o efeito eletrostático do campo, é fisicamente mais simples, porque a idéia de transistores de efeito de campo apareceu mais cedo que a idéia de transistores bipolares. O primeiro transistor de efeito de campo foi fabricado pela primeira vez em 1960. Como resultado, mais perto dos anos 90 do século XX, a tecnologia MOS (tecnologia de transistor de efeito de campo semicondutor de óxido de metal-semicondutor) começou a dominar em muitos setores, incluindo o setor de TI.

Na maioria das aplicações, os transistores substituíram os tubos de vácuo, uma verdadeira revolução de silício ocorreu na criação de circuitos integrados. Portanto, hoje em dia, na tecnologia analógica, os transistores bipolares são mais usados ​​e na tecnologia digital - principalmente os transistores de efeito de campo.

O dispositivo e o princípio de operação do campo e transistores bipolares - Estes são os tópicos de artigos individuais; portanto, não vamos nos aprofundar nessas sutilezas, mas considerar o assunto de um ponto de vista puramente prático, com exemplos específicos.

Como você já sabe, de acordo com a tecnologia de fabricação, os transistores são divididos em dois tipos: efeito de campo e bipolar. Os bipolares, por sua vez, são divididos pela condutividade em transistores n-p-n de condutividade reversa e transistores p-n-p de condutividade direta. Os transistores de efeito de campo são, respectivamente, com um canal do tipo n e do tipo p. A porta do transistor de efeito de campo pode ser isolada (IGBTs) ou como uma junção pn. EuTransistores GBT vem com um canal integrado ou com um canal induzido.

Os campos de aplicação dos transistores são determinados por suas características, e os transistores podem operar em dois modos: na chave ou no amplificador.No primeiro caso, o transistor é totalmente aberto ou completamente fechado durante a operação, o que permite controlar a fonte de alimentação de cargas significativas, usando uma pequena corrente para controle. E na amplificação, ou de outra maneira - no modo dinâmico, a propriedade do transistor é usada para alterar o sinal de saída com uma pequena alteração na entrada, sinal de controle. A seguir, consideramos exemplos de vários transistores.

2N3055 - transistor n-p-n-bipolar no pacote TO-3. É popular como um elemento dos estágios de saída dos amplificadores de som de alta qualidade, onde trabalha no modo dinâmico. Normalmente usado em conjunto com o conjunto p-n-p complementar MJ2955. Esse transistor também pode funcionar no modo de chave, por exemplo, em inversores de baixa frequência de transformadores de 12 a 220 volts e 50 Hz, um par de 2n3055 controla um conversor push-pull.

Vale ressaltar que a tensão coletor-emissor desse transistor durante a operação pode atingir 70 volts e a corrente 15 amperes. O gabinete TO-3 permite que você o fixe convenientemente em um radiador, se necessário. O coeficiente de transferência de corrente estática é de 15 a 70, o que é suficiente para controlar efetivamente até cargas poderosas, apesar do fato de que a base do transistor pode suportar corrente de até 7 amperes. Este transistor pode operar em frequências de até 3 MHz.

KT315 - uma lenda entre os transistores bipolares de baixa potência domésticos. Esse transistor do tipo n-p-n viu pela primeira vez a luz de 1967 e até hoje é popular no ambiente de rádio amador. Um par complementar é o KT361. Ideal para modos dinâmicos e principais em circuitos de baixa potência.

Com uma tensão máxima admissível em coletor-emissor de 60 volts, esse transistor de alta frequência é capaz de transmitir uma corrente de até 100 mA por si mesmo, e sua frequência de corte é de pelo menos 250 MHz. O coeficiente de transferência de corrente chega a 350, apesar de a corrente básica ser limitada a 50 mA.

Inicialmente, o transistor era produzido apenas em uma caixa plástica KT-13, 7 mm de largura e 6 mm de altura, mas recentemente também pode ser encontrada na caixa TO-92, por exemplo, fabricada pela Integral OJSC.

KP501 - transistor de canal n de efeito de campo de baixa potência com porta isolada. Possui um canal n enriquecido, cuja resistência é de 10 a 15 Ohms, dependendo da modificação (A, B, C). Este transistor foi projetado, conforme posicionado pelo fabricante, para uso em equipamentos de comunicação, telefones e outros equipamentos eletrônicos.

Este transistor pode ser chamado de sinal. Pacote pequeno TO-92, tensão máxima da fonte de dreno - até 240 volts, corrente máxima de dreno - até 180 mA. Capacidade do obturador menor que 100 pF. É especialmente digno de nota que a tensão limite do obturador é de 1 a 3 volts, o que permite implementar o controle com custos muito, muito baixos. Ideal como um conversor de nível de sinal.

irf3205 - transistor de efeito de campo HEXFET de canal n. É popular como chave de poder para impulsionar inversores de alta frequência, por exemplo, automóveis. Através da conexão paralela de vários edifícios, é possível construir conversores projetados para correntes significativas.

A corrente máxima para um desses transistores atinge 75A (a construção do gabinete do TO-220 o restringe) e a tensão máxima da fonte de drenagem é de 55 volts. A resistência do canal é de apenas 8 mOhm. Uma capacidade de obturador de 3250 pF requer o uso de um driver poderoso para controle em altas frequências, mas hoje isso não é um problema.

Transistor bipolar de porta isolada (IGBT) FGA25N120ANTD no pacote TO-3P. É capaz de suportar uma tensão de fonte de dreno de 1200 volts, a corrente máxima de dreno é de 50 amperes. O recurso de fabricação dos transistores IGBT modernos desse nível nos permite classificá-los como de alta tensão.

O escopo são conversores de potência do tipo inversor, como aquecedores por indução, máquinas de solda e outros conversores de alta frequência, projetados para fornecimento de alta tensão. Ideal para conversores ressonantes de ponte de alta potência e meia ponte, bem como para operação em condições de comutação rígida, existe um diodo incorporado de alta velocidade.

Examinamos aqui apenas alguns tipos de transistores, e essa é apenas uma pequena fração da abundância de modelos de componentes eletrônicos no mercado hoje.

De uma maneira ou de outra, você pode escolher facilmente o transistor adequado para seus propósitos, uma vez que a documentação para eles está disponível hoje na forma de folhas de dados, nas quais todas as características são apresentadas de forma abrangente. Os tipos de casos de transistores modernos são diferentes e, para o mesmo modelo, as versões SMD e de saída estão frequentemente disponíveis.