Транзистор

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Емблема за пояснителна страница Тази статия е за полупроводниковия прибор. За транзисторния радиоапарат вижте радиоприемник.

Транзистор
Transistors-white.jpg
Вид активен
Изобретен 1947 г.
Няколко различни модела транзистор
Няколко различни транзистора

Транзисторът е полупроводников активен електронен компонент, който осъществява усилване, комутация и преобразуване на електрически сигнали. Транзисторите са в основата на всички съвременни електронни устройства и се използват практически във всички съвременни битови уреди — от компютъра до хладилника и прахосмукачката. В наше време повечето транзистори се използват не самостоятелно, а в състава на интегралните схеми, като технологията на производството им позволява едновременното производство на милиони от тях на един полупроводников чип.

Транзисторът се състои от 3 последователно съединени зони с различно легиране, PNP или NPN. Изводите на транзистора имат следните наименования: емитер (Е), база (В) и колектор (С). С омметър се определя преходното съпротивлението на всяка двойка от трите извода на транзистора. Изводът, който участва в двата възможни нискоомни прехода (късо съединение), е базата (В). Транзисторите се използват предимно като усилватели и превключватели. Транзисторът може да се разглежда по принцип като резистор и управляемо съпротивление.

История[редактиране | edit source]

Реплика на първия действащ транзистор

Физикът Джулиъс Едгар Лилиънфелд подава първата заявка за патент на транзистор в Канада през 1925 година, описвайки устройство, подобно на полеви транзистор.[1] Лилиънфелд не публикува своите изследвания в тази област, нито в патента му се споменават действително конструирани устройства. През 1934 година германският инженер Оскар Хайл патентова подобно електронно устройство.[2]

През 1942 година германецът Херберт Матаре започва да експериментира с т.нар. „дуодиоди“, докато работи върху детектор за доплерова радиолокаторна система. Дуо-диодите, конструирани от него, имат два отделни, но много близки, метални контакти върху полупроводниковата подложка. Той открива ефекти, които не могат да бъдат обяснени с работата на два независими диода, и достига до основната идея на по-късните точкови транзистори.

През 1947 година американците Джон Бардийн и Уолтър Братейн в Лабораториите Бел забелязват, че при поставяне на електрически контакти върху германиев кристал, изходното напрежение е по-голямо от входното. Ръководителят на групата по физика на твърдото тяло в лабораторията Уилям Шокли оценява потенциала на това явление и през следващите няколко месеца фокусира усилията на екипа върху изследвания на полупроводниците. Самото наименование „транзистор“ е създадено от Джон Пиърс като съкращение на „трансферен резистор“.[3] Според историка Робърт Арнс Уилям Шокли и Джералд Пиърсън конструират действащи прототипи въз основа на патентите на Лилиънфелд, но самите те никога не споменават такова нещо в своите публикации.[4] За изобретяването на транзистора Бардийн, Бартейн и Шокли са удостоени с Нобелова награда за физика за 1956 година.

Първият силициев транзистор е създаден от Тексас Инструмънтс през 1954 година,[5] в резултат на работата на Гордън Тийл, специалист по нарастване на кристали с висока чистота, който преди това също работи в Лабораториите Бел.[6] Първият работещ МОП транзистор е конструиран в Лабораториите Бел през 1960 година.[7]

Трите основни схеми на свързване на транзистора като усилвател[редактиране | edit source]

Трите основни схеми на свързване на транзисторите са схема с общ емитер, общ колектор и обща база. Основните схеми на свързване се наричат на името на общия електрод на транзистора, които участва във веригата на входния и изходния сигнал. Схемите за свързване са заимствани от вече разработените и използвани такива при триелектродната лампа (триода) - общ катод, общ анод и обща решетка.

Класификация на транзисторите[редактиране | edit source]

Принципът на действие и способите за използване на транзисторите съществено зависят от техния тип. За подробна информация вижте съответстващите статии.

Според типа на използвания полупроводник транзисторите се разделят на силициеви, германиеви и други.

Според мощността се различават на маломощни транзистори (разсейваната мощност е в порядъка на миливати), средномощни транзистори ( 0,1 W до 1 W) и мощни транзистори (над 1 W).

Според изработката се различават дискретни транзистори и транзистори в състава на интегралните схеми.

Производство и приложение[редактиране | edit source]

Транзисторът е основният активен компонент в практически всички съвременни електронни устройства и често е определян като едно от най-значимите изобретения на 20 век.[8] Широкото му значение днес се дължи на възможността за серийно производство с помощта на високо автоматизирани технологии, с които се постига изключително ниска стойност на отделното устройство.

Макар че няколко компании произвеждат годишно по повече от 1 милиард самостоятелни транзистори, основната част от транзисторите днес се произвеждат като част от интегрални схеми (чипове), които включват също диоди, резистори, кондензатори и други компоненти, обединени в сложна електронна схема. Например, логическите елементи обикновено включват до 20 транзистора, а към 2009 модерните микропроцесори могат да съдържат до 3 милиарда транзистора.[9] През 2002 година един коментатор пише: „Около 60 милиона транзистора бяха конструирани тази година само за вас, по 60 милиона за всеки от приятелите ви, ... по 60 милиона за [всеки] мъж, жена и дете на Земята.“[10]

Ниската стойност, гъвкавостта и надеждността превръщат транзистора в повсеместно използвано устройство. Транзисторните мехатронни схеми изместват електромеханичните устройства, използвани за управление на машини и други уреди. Често в тези случаи по-простото и евтино решение е да се използва стандартен микроконтролер със специфичен за съответната функция софтуер, отколкото да се проектира еквивалентна система за механичен контрол.

Бележки[редактиране | edit source]

  1. ((en)) Lilienfeld, Julius Edgar. Method and apparatus for controlling electric current. // Google Patents. Google, 1930. Посетен на 27 юни 2011.
  2. ((en)) Heil, Oskar. Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices. // espacenet.com. espacenet.com, 1935. Посетен на 27 юни 2011.
  3. ((en)) Bodanis, David. Electric Universe. New York, Crown Publishers, 2005. ISBN 0-7394-5670-9.
  4. ((en)) Arns, Robert G.. The other transistor: early history of the metal-oxide-semiconductor field-effect transistor. // Engineering Science and Education Journal 7 (5). October 1998. DOI:10.1049/esej:19980509. с. 233–240.
  5. ((en)) Chelikowski, J.. Introduction: Silicon in all its Forms. // Siffert, P. (ed.) и др. Silicon: evolution and future of a technology. Springer, 2004. ISBN 3-540-40546-1. с. 1.
  6. ((en)) McFarland, Grant. Microprocessor design: a practical guide from design planning to manufacturing. McGraw-Hill Professional, 2006. ISBN 0-07-145951-0. с. 10.
  7. ((en)) Heywang, W. и др. Silicon: The Semiconductor Material. // Siffert, P. (ed.) и др. Silicon: evolution and future of a technology. Springer, 2004. ISBN 3-540-40546-1. с. 36.
  8. ((en)) Price, Robert W.. Roadmap to Entrepreneurial Success. AMACOM Div American Mgmt Assn, 2004. ISBN 9780814471906. с. 42.
  9. ((en)) Glaskowsky, Peter. ATI and Nvidia face off--obliquely. // news.cnet.com. CBS Interactive, 2009. Посетен на 27 юни 2011.
  10. ((en)) Turley, Jim. The Two Percent Solution. // embedded.com. UBM Electronics, 2002. Посетен на 27 юни 2011.