Qué es el Transistor y Sus Funciones y Características [Video]
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Catálogo
Introducción
Catálogo
yo Lo que es el Transistor?
II Desarrollo de Transistores
2.1 Triodo de vacío
2.2 Transistores de contacto puntual
2.3 Transistores Bipolares y Unipolares
2.4 Transistores de silicio
2.5 Circuitos integrados
2.6 Transistores de efecto de campo (FET) y transistores MOS
2.7 Microprocesador (CPU)
III Clasificación del transistor
3.1 Cómo clasificar el transistor
3.2 Tipos de transistores y sus características
IV Parámetros principales de los Transistores
4.1 Factor de amplificación de Corriente CONTINUA
4.2 AC Factor de Amplificación de corriente
4.3 Potencia de disipación
4.4 Frecuencia Característica (fT)
4.5 Frecuencia Máxima (fM)
4.6 Corriente Máxima del Colector (ICM)
4.7 Voltaje Inverso máximo
Preguntas frecuentes sobre el Transistor y Sus Funciones y Características
Sugerencia de libro
Introducción
Este artículo presentará principalmente qué es exactamente un transistor y sus características y funciones detalladas. El transistor es un tipo de dispositivo semiconductor sólido, que tiene muchas funciones, como detección, rectificación, amplificación, conmutación, estabilización de voltaje, modulación de señal, etc. Como interruptor de corriente variable, el transistor puede controlar la corriente de salida en función del voltaje de entrada. A diferencia de los interruptores mecánicos generales (como los relés y los interruptores), los transistores utilizan señales de telecomunicaciones para controlar su encendido y apagado, y la velocidad de conmutación puede ser muy rápida, que puede alcanzar más de 100 GHz en el laboratory.In en 2016, un equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley rompió el límite físico y redujo el proceso de transistores más sofisticado disponible de 14 nm a 1 nm, lo que supuso un gran avance en la tecnología informática.
¿Qué es un Transistor? Definition, Function & Uses
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Article Core |
Introduction to transistors |
Purpose |
Introduce what is transistor and its functions and characteristics |
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English name |
Transistor |
Category |
Discrete Semiconductor Products |
|
Function |
Used as detector, rectifier, amplifier, switch, voltage stabilizer, signal modulation |
Feature |
de Alta respuesta y alta precisión |
¿Qué es Transistor?
Los transistores son dispositivos semiconductores, que se usan comúnmente en amplificadores o interruptores controlados eléctricamente. Los transistores son el componente básico que regula el funcionamiento de las computadoras, los teléfonos móviles y todos los demás circuitos electrónicos modernos.
Debido a su alta respuesta y alta precisión, los transistores se pueden usar para una amplia variedad de funciones digitales y analógicas, incluidos amplificadores, interruptores, estabilizadores de voltaje, modulación de señal y osciladores. Los transistores se pueden empaquetar de forma independiente o en un área muy pequeña, con capacidad para parte de 100 millones o más de circuitos integrados de transistores.
(tecnología de transistores Intel 3D)
Estrictamente hablando, los transistores se refieren a todos los elementos individuales basados en materiales semiconductores, incluidos diodos, transistores, transistores de efecto de campo, tiristores, etc. que está hecho de varios materiales semiconductores. Los transistores se refieren principalmente al triodo cristalino.
Los transistores se dividen en dos categorías principales: transistores bipolares (BJT) y transistores de efecto de campo (FET).
estructura del transistor
El transistor tiene tres polos: los tres polos del transistor bipolar se componen de tipo N y tipo P respectivamente: Emisor, Base y Colector; los polos del transistor de efecto de campo son: Fuente, Compuerta, Desagüe.
Debido a las tres polaridades del transistor, también hay tres formas de usarlas: emisor a tierra (también llamado amplificador de emisión común/configuración CE), base a tierra (también llamado amplificador de base común / configuración CB) y colector a tierra (también llamado amplificador de conjunto común / configuración CC/acoplador emisor).
II Desarrollo de Transistores
En diciembre de 1947, un equipo de Belle Labs, Shockley, Barding y Bratton, desarrolló un transistor de germanio de contacto puntual, cuyo advenimiento fue una invención importante en el siglo XX y el precursor de la Revolución de la Microelectrónica. Con la llegada de los transistores, las personas pudieron usar un dispositivo electrónico pequeño y de baja potencia en lugar de un tubo con gran volumen y gran consumo de energía. La invención del transistor sonó la bocina para el nacimiento del circuito integrado.
A principios de la década de 1910, los sistemas de comunicaciones han comenzado a utilizar semiconductores. En la primera mitad del siglo XX, las radios de mineral que son muy populares entre los amantes de la radio se utilizan para la detección mediante el uso de tales semiconductores. Las propiedades eléctricas de los semiconductores también se han aplicado en los sistemas telefónicos.
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2.1 Triodo de vacío
En febrero de 1939, hay un gran descubrimiento del laboratorio Bell —- la unión de silicio PN. En 1942, un estudiante llamado Seymour Benzer del grupo de investigación de la Universidad de Purdue dirigido por Lark Horovitz descubrió que los cristales individuales de germanio tienen excelentes propiedades rectificadoras que otros semiconductores no tienen. Estos dos descubrimientos cumplieron con los requisitos del gobierno de los Estados Unidos y sentaron las bases para la posterior invención de transistores.
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2.2 Transistores de contacto de punto
En 1945, el transistor de contacto de punto inventado por Shockley y otros científicos se convirtió en el precursor de la revolución microelectrónica humana. Por esta razón, Shockley presentó la solicitud de patente para el primer transistor de Bell. Finalmente, obtuvo la autorización de la primera patente de transistor.
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2.3 Transistores Bipolares y unipolares
En 1952, Shockley propuso el concepto de transistor de unión unipolar basado en transistor bipolar en 1952, que se llama transistor de unión hoy en día. Su estructura es similar a la del transistor bipolar PNP o NPN, pero hay una capa de agotamiento en la interfaz del material PN para formar un contacto rectificador entre la puerta y el canal conductor de drenaje de la fuente. Al mismo tiempo, el semiconductor en ambos extremos se utiliza como puerta. La corriente entre la fuente y el desagüe es ajustada por la compuerta.
Una mirada detallada de cómo funciona un transistor de unión bipolar NPN y qué hace
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2.4 transistor de silicio
Fairy Semiconductor que produce transistores ha pasado de ser una empresa de varias personas a ser una gran empresa con 12.000 empleados.
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2.5 Circuitos integrados
Después de la invención del transistor de silicio en 1954, la gran perspectiva de aplicación de los transistores ha sido cada vez más obvia. El siguiente objetivo de los científicos es conectar más transistores, cables y otros dispositivos de manera eficiente.
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Transistor de efecto de campo 2.6 (FET) y transistor MOS
En 1962, Stanley, Heiman y Hofstein, que trabajaron en el Grupo de Investigación de Integración de dispositivos RCA, descubrieron que los transistores, es decir, los transistores MOS, podían construirse mediante difusión y oxidación térmica de bandas conductoras, canales de alta resistencia y óxido aisladores en sustratos Si.
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2.7 Microprocesador (CPU)
Al principio de la fundación de Intel, la compañía todavía se centraba en las barras de memoria. Hoff integró todas las funciones del procesador central en un solo chip, además de la memoria. Y es el primer microprocesador del mundo—-4004 (1971). El nacimiento de 4004 marca el comienzo de una era. A partir de entonces, Intel se ha vuelto incontrolable y dominante en el campo de la investigación con microprocesadores.
En 1989, Intel introdujo los procesadores 80486. En 1993, Intel desarrolló una nueva generación de procesadores. Y en 1995, Intel lanzó Pentium_Pro. El procesador PentiumII se lanzó en 1997. En 1999, se lanza el procesador Pentium III, y el procesador Pentium 4 en el año 2000.
III Clasificación del transistor
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3.1 Cómo clasificar el transistor
> Material utilizado en el transistor
De acuerdo con los materiales semiconductores utilizados en el transistor, puede se divide en transistor de silicio y transistor de germanio. De acuerdo con la polaridad del transistor, se puede dividir en transistor NPN de germanio, transistor PNP de germanio, transistor NPN de silicio y transistor PNP de silicio.
> Tecnología
De acuerdo con su estructura y proceso de fabricación, los transistores se pueden dividir en transistores difusivos, transistores de aleación y transistores planos.
> Capacidad de corriente
De acuerdo con la capacidad de corriente, los transistores se pueden dividir en transistores de baja potencia, transistores de media potencia y transistores de alta potencia.
> Frecuencia de funcionamiento
Según la frecuencia de funcionamiento, los transistores se pueden dividir en transistores de baja frecuencia, transistores de alta frecuencia y transistores de ultra alta frecuencia.
> Estructura del paquete
De acuerdo con la estructura de embalaje, los transistores se pueden dividir en transistores de embalaje de metal, transistores de embalaje de plástico, transistores de embalaje de carcasa de vidrio, transistores de embalaje de superficie y transistores de embalaje de cerámica, etc.
> Funciones y usos
De acuerdo con las funciones y usos, los transistores se pueden dividir en transistores amplificadores de bajo ruido, transistores amplificadores de frecuencia media-alta, transistores de conmutación, transistores Darlington, transistores de alto voltaje de retorno, transistores de parada de banda, transistores amortiguadores, transistores de microondas, transistores ópticos y transistores magnéticos y muchos otros tipos.
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3.2 Tipos de transistores y sus características
> Transistor gigante (GTR)
El GTR es un transistor de unión bipolar de alta tensión y alta corriente (BJT), por lo que a veces se llama BJT de potencia.
Características: Alto voltaje, alta corriente, buenas características de conmutación, alta potencia de conducción, pero el circuito de conducción es complejo; El principio de funcionamiento de los transistores de unión bipolar ordinarios y GTR es el mismo.
> Fototransistores
Los fototransistores son dispositivos optoelectrónicos que consisten en transistores bipolares o transistores de efecto de campo. La luz se absorbe en la región activa de dichos dispositivos, produciendo portadores fotogenerados que pasan a través de un mecanismo interno de amplificación eléctrica y generan ganancia de fotocorriente. Los fototransistores funcionan en tres extremos, por lo que son fáciles de realizar el control electrónico o la sincronización eléctrica.
Los materiales utilizados en los fototransistores suelen ser GaAs, que se dividen principalmente en fototransistores bipolares, fototransistores de efecto de campo y sus dispositivos relacionados. Los fototransistores bipolares suelen tener una ganancia alta, pero no demasiado rápido. Para GaAs-GaAlAs, el factor de aumento puede ser mayor de 1000, el tiempo de respuesta es más largo que el nanosegundo, que a menudo se usa como fotodetector y amplificación óptica.
Los fototransistores de efecto de campo (FET) responden rápidamente (unos 50 picosegundos), pero la desventaja es que el área fotosensible y la ganancia son pequeñas, lo que a menudo se usa como fotodetector de velocidad ultra alta. Hay muchos otros dispositivos optoelectrónicos planos asociados, cuyas características son una alta velocidad de respuesta (el tiempo de respuesta es de decenas de picosegundos) y son adecuados para la integración. Se espera que este tipo de dispositivos se apliquen en la integración optoelectrónica.
> Transistor bipolar
El transistor bipolar es un tipo de transistor comúnmente utilizado en circuitos de audio. El bipolar resulta del flujo de corriente en dos tipos de materiales semiconductores. Los transistores bipolares se pueden dividir en tipo NPN o tipo PNP de acuerdo con la polaridad del voltaje de funcionamiento.
> Transistor de unión Bipolar (BJT)
«Bipolar» significa que tanto los electrones como los agujeros están en movimiento al mismo tiempo que funcionan. El transistor de unión bipolar, también conocido como triodo semiconductor, es un dispositivo que combina dos uniones PN a través de un proceso determinado. Hay dos estructuras combinadas de PNP y NPN. Extracción externa de tres polos: colector, emisor y base. BJT tiene función de amplificación, que depende de su corriente de emisor que se puede transmitir a través del área de base al área de colector.
Para garantizar este proceso de transporte, por un lado, se deben cumplir las condiciones internas, es decir, la concentración de impurezas en la región de emisión debe ser mucho mayor que la concentración de impurezas en la región de base, y el grosor de la superficie de base debe ser muy pequeño; por otro lado, se deben cumplir las condiciones externas. Es decir, la unión de emisión debe tener un sesgo positivo (más voltaje positivo), y la unión del colector debe estar sesgada inversamente. Hay muchos tipos de BJT, según la frecuencia, hay tubos de alta y baja frecuencia; según la potencia, hay tubos pequeños, medianos y de alta potencia; según el material semiconductor, hay tubos de silicio y germanio, etc. El circuito amplificador consta de emisor común, base común y colector común.
BJT
> Transistor de Efecto de Campo (FET)
El significado de «efecto de campo» es que el principio de que el transistor está basado en la electricidad de efecto de campo de los semiconductores.
Los transistores de efecto de campo son transistores que funcionan según el principio de los efectos de campo. Hay dos tipos principales de FET: FET de unión (JFET) y FETs Semiconductores de Óxido Metálico (MOS-FET). A diferencia del BJT, el FET consiste en un solo portador, por lo que también se le llama transistor unipolar. Pertenece a dispositivos semiconductores controlados por voltaje que tienen las ventajas de alta resistencia de entrada, bajo nivel de ruido, bajo consumo de energía, amplio rango dinámico, fácil integración, sin avería secundaria, amplia área de trabajo segura, etc.
El efecto de campo es cambiar la dirección o magnitud del campo eléctrico perpendicular a la superficie del semiconductor para controlar la densidad o el tipo de la mayoría de los portadores en la capa conductora del semiconductor (canal). La corriente en el canal es modulada por voltaje, y la corriente de trabajo es transportada por la mayoría de los portadores en el semiconductor. En comparación con los transistores bipolares, el FET se caracteriza por una alta impedancia de entrada, bajo nivel de ruido, alta frecuencia de límite, bajo consumo de energía, proceso de fabricación simple y buenas características de temperatura, que se utilizan ampliamente en diversos amplificadores, circuitos digitales y circuitos de microondas,etc. Los MOSFETs metálicos basados en silicio y el FET de barrera Schottky (MESFET) basado en GaAs son dos de los transistores de efecto de campo más importantes. Son los dispositivos básicos del circuito integrado de gran escala MOS y del circuito integrado de ultra alta velocidad MES, respectivamente.
FET
> Solo Electrón Transistor
Un transistor que permite grabar una señal con uno o una pequeña cantidad de electrones. Con el desarrollo de la tecnología de grabado de semiconductores, la integración de circuitos integrados a gran escala es cada vez más alta. Tome la memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM) como ejemplo, su integración está creciendo a un ritmo de casi cuatro veces cada dos años, y se espera que el transistor de un solo electrón sea el objetivo final.
En la actualidad, la memoria promedio contiene 200, 000 electrones, mientras que el transistor de un solo electrón contiene solo uno o unos pocos electrones, por lo que reducirá en gran medida el consumo de energía y mejorará la integración de circuitos integrados. En 1989, J. H. F. Scott-Thomas y otros investigadores descubrieron el fenómeno de Bloqueo de Coulomb. Cuando se aplica voltaje, no habrá corriente que pase a través del punto cuántico si el cambio en la cantidad de carga eléctrica en un punto cuántico es menor que un electrón.
Por lo tanto, la relación corriente-voltaje no es una relación lineal normal, sino una en forma de escalón.Este experimento es la primera vez en la historia que el movimiento de un electrón se controla manualmente, lo que proporciona la base experimental para la fabricación de un solo transistor de electrones.
> Transistor Bipolar de Puerta Aislante (IGBT)
El Transistor Bipolar de Puerta Aislante combina las ventajas del Transistor Gigante-GTR y los MOSFET de potencia. Tiene buenas propiedades y tiene una amplia gama de aplicaciones. IGBT es también un dispositivo de tres terminales: puerta, colector y emisor.
IV Parámetros principales de los transistores
Los parámetros principales del transistor incluyen el factor de amplificación de corriente, la potencia de disipación, la frecuencia característica, la corriente máxima del colector, el voltaje inverso máximo, la corriente inversa, etc.
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4.1 Factor de amplificación de corriente continua
El factor de amplificación de corriente continua, también llamado factor de amplificación de corriente estática o factor de amplificación de corriente continua, se refiere a la relación de IC de la corriente del colector del transistor a la corriente base IB, que generalmente se expresa por hFE o β, cuando la entrada de señal estática no se cambia.
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4.2 Factor de amplificación de corriente alterna
El factor de amplificación de corriente alterna, también llamado factor de amplificación de corriente alterna y factor de amplificación de corriente dinámica, se refiere a la relación de IC a IB en estado alterno, que generalmente se expresa por hfe o β. hfe y β están estrechamente relacionados, pero también son diferentes. Los dos parámetros son cercanos en baja frecuencia y tienen algunas diferencias en alta frecuencia.
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4.3 Potencia de disipación
La potencia de disipación, también conocida como la potencia de disipación máxima permitida del colector —- PCM, se refiere a la potencia de disipación máxima del colector cuando el parámetro del transistor no excede el valor permitido prescrito.
La potencia de disipación está estrechamente relacionada con la unión máxima permitida y la corriente de colector del transistor. No se permite que el consumo de energía real del transistor exceda el valor de PCM cuando se usa, de lo contrario, el transistor se dañará por sobrecarga.
El transistor cuya potencia de disipación PCM es inferior a 1W generalmente se denomina transistor de baja potencia, que es igual o superior a 1W, el transistor inferior a 5W se denomina transistor de potencia media, y el transistor cuyo PCM es igual o superior a 5W se denomina transistor de alta potencia.
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4.4 Frecuencia característica (fT)
Cuando la frecuencia de funcionamiento del transistor excede la frecuencia de corte fß o fa, el factor de amplificación de corriente β disminuirá con el aumento de la frecuencia. La frecuencia característica es la frecuencia del transistor a la que el valor β se reduce a 1.
Los transistores cuya frecuencia característica es menor o igual a 3MHZ se denominan generalmente transistores de baja frecuencia, los transistores con fT mayor o igual a 30MHZ se denominan transistores de alta frecuencia, los transistores con fT mayor que 3MHZ y los transistores de menos de 30MHZ se denominan transistores de frecuencia intermedia.
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4.5 Frecuencia máxima (fM)
La frecuencia de oscilación máxima es la frecuencia a la que la ganancia de potencia del transistor se reduce a 1.
En general, la frecuencia de oscilación máxima de los transistores de alta frecuencia es menor que la frecuencia de corte de base común fa, mientras que la frecuencia característica fT es mayor que la frecuencia de corte de base común fa y menor que la frecuencia de corte de colector común fß.
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4.6 Corriente máxima del colector (ICM)
Corriente máxima del colector (ICM) es la corriente máxima permitida a través del colector de transistores. Cuando el IC de corriente de colector del transistor excede el ICM, el valor β del transistor cambiará obviamente, lo que afectará su funcionamiento normal e incluso causará daños.
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4.7 Voltaje inverso máximo
El voltaje inverso máximo es el voltaje de funcionamiento máximo que el transistor puede aplicar cuando está en funcionamiento. Incluye el voltaje de ruptura inversa colector-emisor, el voltaje de ruptura inversa colector-base y el voltaje de ruptura inversa emisor-base.
> Voltaje de ruptura inverso Colector – colector
Este voltaje se refiere al voltaje inverso máximo permitido entre el colector y el emisor cuando el circuito base del transistor está abierto, generalmente expresado en VCEO o BVCEO.
> Voltaje de ruptura inverso Base – Base
El voltaje se refiere al voltaje inverso máximo permitido entre el colector y la base cuando se dispara el transistor, que se expresa en VCBO o BVCBO.
> Voltaje de ruptura inverso Emisor – Emisor
Este voltaje se refiere al voltaje inverso máximo permitido entre el emisor y la base cuando el colector del transistor está abierto, que se expresa en VEBO o BVEBO.
Corriente inversa entre el colector y el electrodo de base
> Corriente inversa de base de colector (ICBO)
ICBO, también llamada corriente de fuga inversa del colector, se refiere a la corriente inversa entre el colector y el electrodo de base cuando el emisor del transistor está abierto. La corriente inversa es sensible a la temperatura. Cuanto menor sea el valor, mejor será la característica de temperatura del transistor.
> Corriente de ruptura inversa del colector – emisor (ICEO)
Corriente de ruptura inversa ICEO entre el colector y el emisor
ICEO es la corriente de fuga inversa entre el colector y el emisor cuando la base del transistor está abierta. Cuanto menor sea la corriente, mejor será el rendimiento del transistor.
Preguntas frecuentes sobre el Transistor y Sus Funciones y Características
1. ¿Qué es un transistor y cómo funciona?Un transistor es un componente electrónico en miniatura que puede realizar dos trabajos diferentes. Puede funcionar como amplificador o interruptor: … Una pequeña corriente eléctrica que fluye a través de una parte de un transistor puede hacer que una corriente mucho más grande fluya a través de otra parte de él. En otras palabras, los interruptores de corriente pequeños en el más grande.
2. ¿Cuáles son las principales funciones de un transistor?Un transistor es un dispositivo semiconductor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas y energía eléctrica. Los transistores son uno de los componentes básicos de la electrónica moderna. Se compone de material semiconductor generalmente con al menos tres terminales para la conexión a un circuito externo.
3.¿Cuál es el principio del transistor?
Un transistor consiste en dos diodos PN conectados espalda con espalda. Tiene tres terminales, a saber, emisor, base y colector. La idea básica detrás de un transistor es que le permite controlar el flujo de corriente a través de un canal variando la intensidad de una corriente mucho más pequeña que fluye a través de un segundo canal.
4. ¿Cuáles son los dos tipos principales de transistores?Los transistores se clasifican básicamente en dos tipos; son Transistores de Unión Bipolar (BJT) y Transistores de Efecto de Campo (FET). Los BJT se clasifican de nuevo en transistores NPN y PNP.
5. ¿Cuántos tipos de transistores hay?
dos tipos
Hay dos tipos de transistores, que tienen ligeras diferencias en la forma en que se utilizan en un circuito. Un transistor bipolar tiene terminales etiquetados como base, colector y emisor.
6. ¿Qué es el transistor PNP y NPN?
En un transistor NPN, se da un voltaje positivo al terminal del colector para producir un flujo de corriente del colector al emisor. En un transistor PNP, se da un voltaje positivo al terminal emisor para producir flujo de corriente del emisor al colector.
7. ¿Cómo se miden las características de los transistores?La característica de salida del transistor se determina examinando el cambio de voltaje entre los terminales colector-emisor pertenecientes a la corriente del colector para diferentes corrientes de base. El experimento se inicia pulsando el botón «Característica de salida» en el dispositivo móvil.
8. ¿Qué es un transistor en una CPU?Un transistor es un componente eléctrico básico que altera el flujo de corriente eléctrica. Los transistores son los componentes básicos de los circuitos integrados, como los procesadores de computadora o las CPU. Los transistores en los procesadores de computadora a menudo encienden o apagan las señales.
9. ¿Cuál es el propósito de un transistor NPN?Definición: El transistor en el que se coloca un material de tipo p entre dos materiales de tipo n se conoce como transistor NPN. El transistor NPN amplifica la señal débil que entra en la base y produce señales de amplificación fuertes en el extremo del colector.
10. ¿Para qué se utilizan los transistores en un teléfono móvil?Almacenan una carga eléctrica. Almacenan datos. Amplifican la señal entrante del teléfono.
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