Содержание

Введение. 3

История изобретения транзистора. 4

Устройство и принцип действия транзисторов. 5

Применение транзисторов. 7

Заключение. 9

Введение

Транзисторами называют трехэлектродные полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования различных электрических сигналов. Слово транзистор произошло от комбинации английских слов "transfer of resistor", что в переводе означает (преобразователь сопротивления). Их можно разделить на 2 основные группы - биполярные и полевые (униполярные), принцип действия которых отличается. В биполярных транзисторах происходит перемещение как основных, так и неосновных носителей заряда. В биполярных транзисторах управление потоком носителей заряда осуществляется путём изменения уровня их инжекции (или экстракции), в полевых транзисторах поток носителей заряда управляется электрическим полем.

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

Транзисторы имеют очень широкую сферу применения в жизни человека. Транзисторы используются в:

• радиоприёмниках
• магнитофонах
• детских игрушках
• карманных калькуляторах
• системах пожарной и охранной сигнализации

Задачи:

• Рассмотреть основные виды транзисторов.
• Ознакомиться с принципами их работы и строением
• Узнать о истории создания и предпосылках к их созданию

История изобретения транзистора

Первой известной попыткой создания кристаллического усилителя в США предпринял немецкий физик Юлиус Лилиенфельд, запатентовавший в 1930, 1932 и 1933 гг. три варианта усилителя на основе сульфида меди. В 1935 г. немецкий ученый Оскар Хейл получил британский патент на усилитель на основе пятиокиси ванадия. В 1938г. немецкий физик Поль создал действующий образец кристаллического усилителя на нагретом кристалле бромида калия. В довоенные годы в Германии и Англии было выдано еще несколько аналогичных патентов. Эти усилители можно считать прообразом современных полевых транзисторов. Однако построить устойчиво работающие приборы не удавалось, т.к. в то время еще не было достаточно чистых материалов и технологий их обработки. В первой половине тридцатых годов точечные триоды изготовили двое радиолюбителей – канадец Ларри Кайзер и тринадцатилетний новозеландский школьник Роберт Адамс. В июне 1948г. изготовили свой вариант точечного германиевого триода, названный ими транзитроном, жившие тогда во Франции немецкие физики Роберт Поль и Рудольф Хилш. В начале 1949 г. было организовано производство транзитронов, применялись они в телефонном оборудовании, причем работали лучше и дольше американских транзисторов. В России в 20-х годах в Нижнем Новгороде О.В.Лосев наблюдал транзисторный эффект в системе из трех – четырех контактов на поверхности кремния и корборунда. В середине 1939 г. он писал: «…с полупроводниками может быть построена трехэлектродная система, аналогичная триоду», но увлекся открытым им светодиодным эффектом и не реализовал эту идею.

Устройство и принцип действия транзисторов

Биполярный транзистор - это трёхэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими электронно-дырочными переходами. Он представляет собой трёхслойный полупроводниковый монокристалл с чередующимся типом электропроводности. Существуют n-p-n структуры и p-n-p структуры.

Центральную часть монокристалла называют базой (Б). С одной стороны к базе примыкает область с высокой концентрацией примеси, называемая эмиттером (Э), с другой – область с низкой концентрацией примеси, называемая коллектором (К). Между базой и эмиттером находится эмитерный переход (ЭП), между базой и коллектором – коллекторный переход (КП). Взаимодействие между переходами будет существовать, если толщина базы много меньше диффузионной длины не основных носителей заряда. На (рисунке 1) показана структура кремневого монокристалла, изготовленного по эпитаксиально-планарной технологии, которая характерна для большинства современных транзисторов.

Рисунок 1 – структура кремневого монокристалла

Существует два вида полевых транзисторов: с управлением p-n-переходом; с изолированным затвором. У полевых транзисторов с управляющем p-n-переходом с противоположных сторон основного полупроводника (в котором образуется проводящий канал) создаётся область противоположной проводимости. Она является затвором и управляет с помощью электрического поля током через канал (рис 1.1 ).

В зависимости от типа канала полевые транзисторы с управляющем p-n-переходом бывают (n) типа и (p) типа. условно графические обозначения этих транзисторов приведены на рис 1.1 (б), (в).

Рисунок 1.1

Применение транзисторов

Вне зависимости от типа транзистора, принцип применения его един:

· Источник питания питает электрической энергией нагрузку, которой может быть громкоговоритель, реле, лампа накаливания, вход другого, более мощного транзистора, электронной лампы и т.п. Именно источник питания даёт нужную мощность для "раскачки" нагрузки.

· Транзистор же используется для ограничения силы тока, поступающего в нагрузку, и включается в разрыв, между источником питания и нагрузкой. Т.е. транзистор представляет собой некий вариант полупроводникового резистора, сопротивление которого можно очень быстро изменять.

· Выходное сопротивление транзистора меняется в зависимости от напряжения на управляющем электроде. Важно то, что это напряжение, а также сила тока, потребляемая входной цепью транзистора гораздо меньше напряжения и силы тока в выходной цепи. Таким образом, за счёт контролируемого управления источником питания, достигается усиление сигнала.

· Если мощности входного сигнала недостаточно для "раскачки" входной цепи применяемого транзистора, или конкретный транзистор не даёт нужного усиления, применяют каскадное включение транзисторов, когда более чувствительный и менее мощный транзистор управляет энергией источника питания на входе более мощного транзистора. Также подключение выхода одного транзистора ко входу другого может использоваться в генераторных схемах типа мультивибратора. В этом случае применяются одинаковые по мощности транзисторы.

Транзистор применяется в:

· Усилительных схемах. Работает, как правило, в усилительном режиме.[2][3] Существуют экспериментальные разработки полностью цифровых усилителей, на основе ЦАП, состоящих из мощных транзисторов.[4][5] Транзисторы в таких усилителях работают в ключевом режиме.

· Генераторах сигналов. В зависимости от типа генератора транзистор может использоваться либо в ключевом (генерация прямоугольных сигналов), либо в усилительном режиме (генерация сигналов произвольной формы).

· Электронных ключах. Транзисторы работают в ключевом режиме. 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.

Транзисторы применяются в качестве активных (усилительных) элементов в усилительных и переключательных каскадах.

Реле и тиристоры имеют больший коэффициент усиления мощности, чем транзисторы, но работают только в ключевом (переключательном) режиме.

Заключение

В настоящее время транзисторы нашли себе широкое применение в качестве схем усилителей различных частот, преобразования импульсов, регулирования напряжения и тока. Они имеют множество различных характеристик и параметров, которые позволяют использовать их для необходимых целей, например усилителей низкой (КТ 819г) или высокой частоты (ГТ 322а).

Их различная структура n-p-n или p-n-p даёт нам возможность получать различные генераторы, которые позволяют нам преобразовать переменное напряжение из постоянного.

Список литературы

1. Пляц О. М. Справочник по электровакуумным, полупроводниковым приборам и интегральным схемам. – Минск: Вышэйшая школа, 1979.

2. Агаханян Т. М. Основы транзисторной электроники. – М.: Энергия, 1974.

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