Qual è il transistor e le sue funzioni e caratteristiche [Video]

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Catalogo

Introduzione

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I Che cos’è il transistor?

II Sviluppo di transistor

2.1 Triodo a vuoto

Transistor a contatto a 2,2 punti

2.3 Transistor bipolari e unipolari

2.4 Transistor al silicio

2.5 Circuiti integrati

2.6 transistor a effetto di Campo (FET) e MOS del transistor

2.7 Microprocessore (CPU)

III Classificazione del Transistor

3.1 Come classificare il transistor

3.2 Tipi di transistor e le loro caratteristiche

IV Principali Parametri dei Transistor

4.1 DC Corrente Fattore di Amplificazione

4.2 Corrente AC Fattore di Amplificazione

4.3 Dissipazione di Potenza

4.4 Frequenza Caratteristica (fT)

4.5 Massima Frequenza (fM)

4.6 Massima Corrente di Collettore (ICM)

4.7 Tensione inversa massima

Domande frequenti sul transistor e sulle sue funzioni e caratteristiche

Suggerimento del libro

Introduzione

Questo articolo introdurrà principalmente cos’è esattamente un transistor e le sue caratteristiche e funzioni dettagliate. Il transistor è un tipo di dispositivo a semiconduttore solido, che ha molte funzioni, come la rilevazione, la rettifica, l’amplificazione, la commutazione, la stabilizzazione della tensione, la modulazione del segnale e così via. Come un interruttore di corrente variabile, transistor in grado di controllare la corrente di uscita in base alla tensione di ingresso. A differenza di generali interruttori meccanici (come relè ans interruttori), transistor uso di telecomunicazione di segnali per controllare la loro accensione e spegnimento, e la velocità di commutazione può essere molto veloce, che può raggiungere più di 100 GHz in laboratorio.Nel 2016, una squadra al Lawrence Berkeley National Laboratory ha rotto il limite fisico e tagliare la parte più sofisticata del transistor processo disponibile da 14nm a 1nm, facendo un passo avanti nel campo della tecnologia informatica.

Che cos’è un transistor? Definition, Function & Uses

I Che cosa è transistor?

I transistor sono dispositivi a semiconduttore, comunemente utilizzati negli amplificatori o negli interruttori a comando elettrico. I transistor sono il blocco di base che regolano il funzionamento di computer, telefoni cellulari e tutti gli altri circuiti elettronici moderni.

A causa della sua elevata risposta e di alta precisione, transistor può essere utilizzato per una vasta gamma di funzioni digitali e analogiche, tra cui amplificatori, interruttori, stabilizzatori di tensione, modulazione del segnale e oscillatori. I transistor possono essere confezionati indipendentemente o in un’area molto piccola, ospitando parte di 100 milioni o più circuiti integrati a transistor.

(Intel 3D transistor technology)

In senso stretto, i transistor si riferiscono a tutti i singoli elementi basati su materiali semiconduttori, inclusi diodi, transistor, effetti di campo transistor, tiristori, ecc. che ha fatto da vari materiali semiconduttori. I transistor si riferiscono principalmente al triodo cristallino.

I transistor sono divisi in due categorie principali: transistor bipolari (BJT) e transistor ad effetto di campo (FET).

struttura del transistor

Il transistor è a tre poli: i tre poli del transistor bipolare sono composti di tipo N e tipo P, rispettivamente: Emettitore, Base e Collettore; i tre poli di transistor a effetto di campo sono: Sorgente, Cancello, Scarico.

A causa delle tre polarità del transistor, ci sono anche tre modi di usarli: emettitore a terra (chiamato anche amplificatore di emissione comune / configurazione CE), base a terra (chiamato anche amplificatore di base comune / configurazione CB) e collettore a terra (chiamato anche amplificatore di serie comune / configurazione CC/accoppiatore emettitore).

II Sviluppo di transistor

Nel dicembre 1947, un team di Belle Labs, Shockley, Barding e Bratton, sviluppò un transistor al germanio a contatto puntuale, il cui avvento fu un’invenzione importante nel 20 ° secolo e il precursore della rivoluzione della microelettronica. Con l’avvento dei transistor, le persone sono state in grado di utilizzare un piccolo dispositivo elettronico a bassa potenza invece di un tubo con un grande volume e un grande consumo energetico. L’invenzione del transistor suonò il clacson per la nascita del circuito integrato.

Nei primi anni 1910, i sistemi di comunicazione hanno iniziato a utilizzare semiconduttori. La prima metà del 20 ° secolo, le radio minerali che sono ampiamente popolari negli amanti della radio vengono utilizzate per il rilevamento utilizzando tali semiconduttori. Le proprietà elettriche dei semiconduttori si sono applicate anche nei sistemi telefonici.

• 2.1 Triodo di vuoto

Nel febbraio 1939, c’è una grande scoperta del laboratorio di Bell —- la giunzione di silicio PN. Nel 1942, uno studente di nome Seymour Benzer del gruppo di ricerca della Purdue University guidato da Lark Horovitz ha scoperto che i singoli cristalli di germanio hanno eccellenti proprietà rettificanti che altri semiconduttori non lo fanno. Queste due scoperte hanno soddisfatto i requisiti del governo degli Stati Uniti e hanno preparato il terreno per la successiva invenzione dei transistor.

• 2.Transistor a contatto a 2 punti

Nel 1945, il transistor a contatto a punti inventato da Shockley e altri scienziati divenne il precursore della rivoluzione microelettronica umana. Per questo motivo, Shockley ha presentato la domanda di brevetto per il primo transistor per Bell. Infine, ha ottenuto l’autorizzazione del primo brevetto transistor.

• 2.3 Transistor bipolari e unipolari

Nel 1952, Shockley propose ulteriormente il concetto di transistor a giunzione unipolare basato sul transistor bipolare nel 1952, che oggi è chiamato transistor a giunzione. La sua struttura è simile a quella del transistor bipolare PNP o NPN, ma c’è uno strato di esaurimento all’interfaccia del materiale PN per formare un contatto raddrizzatore tra il cancello e il canale conduttivo di scarico della sorgente. Allo stesso tempo, il semiconduttore ad entrambe le estremità viene utilizzato come gate. La corrente tra la sorgente e lo scarico viene regolata dal cancello.

dettaglio come un NPN transistor a giunzione bipolare funziona e cosa fa

• 2.4 Silicio del transistor

Fata Semiconduttore che produrre transistor è sviluppato da una società di più persone in una grande azienda con 12.000 dipendenti.

• 2.5 Circuiti integrati

Dopo l’invenzione del transistor al silicio nel 1954, la grande prospettiva di applicazione dei transistor è stata sempre più ovvia. Il prossimo obiettivo degli scienziati è quello di collegare ulteriormente transistor, fili e altri dispositivi in modo efficiente.

• 2.6 Transistor ad effetto di campo (FET) e transistor MOS

Nel 1962, Stanley, Heiman e Hofstein, che lavoravano nel gruppo di ricerca RCA Device Integration, scoprirono che i transistor, cioè i transistor MOS, potevano essere costruiti mediante diffusione e ossidazione termica di bande conduttive, canali ad alta resistenza e isolanti Substrati Si.

• 2.7 Microprocessore (CPU)

All’inizio della fondazione di Intel, l’azienda si concentrava ancora sulle barre di memoria. Hoff ha integrato tutte le funzioni del processore centrale su un singolo chip, oltre alla memoria. Ed è il primo microprocessore al mondo—-4004 (1971). La nascita del 4004 segna l’inizio di un’era. Da allora in poi, Intel è diventata incontrollabile e dominante nel campo della ricerca sui microprocessori.

Nel 1989, Intel ha introdotto i processori 80486. Nel 1993, Intel ha sviluppato una nuova generazione di processori. E nel 1995, Intel ha rilasciato Pentium_Pro. Processore PentiumII viene rilasciato nel 1997. Nel 1999 viene rilasciato il processore Pentium III e il processore Pentium 4 è nel 2000.

III Classificazione del Transistor

• 3.1 Come classificare il transistor

> Materiale usato nella transistor

Secondo l’materiali semiconduttori utilizzati nel transistor, può essere diviso in silicio e transistor, transistor al germanio. Secondo la polarità del transistor, può essere diviso in transistor NPN al germanio, transistor PNP al germanio, transistor NPN al silicio e transistor PNP al silicio.

> Tecnologia

In base alla loro struttura e al processo di fabbricazione, i transistor possono essere suddivisi in transistor diffusivi, transistor in lega e transistor planari.

> Capacità di corrente

In base alla capacità di corrente, i transistor possono essere suddivisi in transistor a bassa potenza, transistor a media potenza e transistor ad alta potenza.

> Frequenza operativa

In base alla frequenza operativa, i transistor possono essere suddivisi in transistor a bassa frequenza, transistor ad alta frequenza e transistor ad altissima frequenza.

>Struttura del pacchetto

Secondo la struttura di imballaggio, i transistor possono essere suddivisi in transistor di imballaggio in metallo, transistor di imballaggio in plastica, transistor di imballaggio in vetro, transistor di imballaggio superficiale e transistor di imballaggio in ceramica,ecc.

> Funzioni e usi

Secondo le funzioni e gli usi, i transistor possono essere suddivisi in basso rumore amplificatore a transistor, medio-alta frequenza di un amplificatore a transistor, transistor di commutazione, transistor Darlington, torna ad alta tensione transistor, banda transistor, smorzamento transistor, transistor a microonde, transistor ottico e magnetico transistor e molti altri tipi.

• 3.2 Tipi di transistor e le loro caratteristiche

> Giant Transistor (GTR)

GTR è un ad alta tensione, ad alta corrente bipolare transistor a giunzione (BJT), in modo che è a volte chiamato potere BJT.

Caratteristiche: Alta tensione, alta corrente, buone caratteristiche di commutazione, alta potenza di guida, ma il circuito di pilotaggio è complesso; Il principio di funzionamento di GTR e transistor a giunzione bipolare ordinario è lo stesso.

>Fototransistor

I fototransistori sono dispositivi optoelettronici costituiti da transistor bipolari o transistor ad effetto di campo. La luce viene assorbita nella regione attiva di tali dispositivi, producendo portatori foto-generati che passano attraverso un meccanismo di amplificazione elettrica interno e generano guadagno fotocorrente. I fototransistori funzionano a tre estremità, quindi sono facili da realizzare controllo elettronico o sincronizzazione elettrica.

I materiali utilizzati nei fototransistori sono solitamente GAAS, che sono principalmente suddivisi in fototransistori bipolari, fototransistori ad effetto di campo e relativi dispositivi. I fototransistori bipolari di solito hanno un guadagno elevato, ma non troppo veloce. Per GaAs-GaAlAs, il fattore di ingrandimento può essere maggiore di 1000, il tempo di risposta è più lungo del nanosecondo, che viene spesso utilizzato come fotorivelatore e amplificazione ottica.

I fototransistori ad effetto di campo (FET) rispondono rapidamente (circa 50 picosecondi), ma lo svantaggio è che l’area fotosensibile e il guadagno sono piccoli, che vengono spesso utilizzati come fotorivelatori ad altissima velocità. Ci sono molti altri dispositivi optoelettronici planari associati, le cui caratteristiche sono l’alta velocità di risposta (il tempo di risposta è di decine di picosecondi) e sono adatti per l’integrazione. Questo tipo di dispositivi dovrebbe essere applicato nell’integrazione optoelettronica.

>Transistor bipolare

Il transistor bipolare è un tipo di transistor comunemente usato nei circuiti audio. I risultati bipolari dal flusso di corrente in due tipi di materiali semiconduttori. I transistor bipolari possono essere suddivisi in tipo NPN o tipo PNP in base alla polarità della tensione operativa.

>Transistor a giunzione bipolare (BJT)

“Bipolare” significa che sia gli elettroni che i fori sono in movimento nello stesso momento in cui funzionano. Transistor a giunzione bipolare, noto anche come triodo semiconduttore, è un dispositivo che combina due giunzioni PN attraverso un determinato processo. Ci sono due strutture combinate di PNP e NPN. Elicitazione esterna di tre poli: collettore, emettitore e base. BJT ha funzione di amplificazione, che dipende dalla sua corrente dell’emettitore può essere trasmessa attraverso l’area di base all’area del collettore.

al fine di garantire questo processo di trasporto, da un lato, le condizioni interne devono essere soddisfatti, che è, la concentrazione di impurità nell’area di emissione dovrebbe essere molto più grande del impurità concentrazione in base alla regione e lo spessore della superficie di base dovrebbe essere molto piccolo; d’altra parte, le condizioni esterne devono essere soddisfatti. Vale a dire, la giunzione di emissione dovrebbe essere polarizzata positiva (più tensione positiva) e la giunzione del collettore dovrebbe essere inversamente polarizzata. Ci sono molti tipi di BJT, in base alla frequenza, ci sono tubi ad alta e bassa frequenza; in base al potere, ci sono tubi di piccola, media e alta potenza; in base al materiale semiconduttore, ci sono tubi di silicio e germanio, ecc. Il circuito amplificatore è costituito da emettitore comune, base comune e collettore comune.

BJT

> Transistor a Effetto di Campo (FET)

Il significato di “effetto di campo” è che il principio del transistor è basato sull’elettrico a effetto di campo dei semiconduttori.

I transistor ad effetto di campo sono transistor che funzionano secondo il principio degli effetti di campo. Esistono due tipi principali di FET: FET a giunzione (JFET) e FET a semiconduttore a ossido di metallo (MOS-FET). A differenza di BJT, FET è costituito da un solo vettore, quindi è anche chiamato un transistor unipolare. Appartiene a dispositivi a semiconduttore controllati in tensione che presentano i vantaggi di un’elevata resistenza di ingresso, basso rumore, basso consumo energetico, ampia gamma dinamica, facile integrazione, nessuna rottura secondaria, ampia area di lavoro sicura e così via.

L’effetto di campo consiste nel cambiare la direzione o la grandezza del campo elettrico perpendicolare alla superficie del semiconduttore per controllare la densità o il tipo della maggior parte dei vettori nello strato conduttore del semiconduttore (canale). La corrente nel canale è modulata dalla tensione e la corrente di lavoro viene trasportata dalla maggior parte dei portatori nel semiconduttore. Rispetto ai transistor bipolari, il FET è caratterizzato da un’elevata impedenza di ingresso, bassa rumorosità, alta frequenza limite, basso consumo energetico, processo di produzione semplice e buone caratteristiche di temperatura, ampiamente utilizzate in vari amplificatori, circuiti digitali e circuiti a microonde,ecc. I MOSFET metallici a base di silicio e i FET a barriera Schottky (MESFET) basati su GaAs sono due dei più importanti transistor ad effetto di campo. Sono i dispositivi di base del circuito integrato su larga scala MOS e del circuito integrato ad altissima velocità MES, rispettivamente.

FET

> Transistor a Singolo Elettrone

Un transistor in grado di registrare un segnale con uno o una piccola quantità di elettroni. Con lo sviluppo della tecnologia di incisione a semiconduttore, l’integrazione di circuiti integrati su larga scala sta diventando sempre più elevata. Prendere dynamic random access memory (DRAM) come esempio, la sua integrazione sta crescendo ad un ritmo di quasi quattro volte ogni due anni, e si prevede che il transistor a singolo elettrone sarà l’obiettivo finale.

Allo stato attuale, la memoria media contiene 200.000 elettroni, mentre il transistor a singolo elettrone contiene solo uno o pochi elettroni, quindi ridurrà notevolmente il consumo energetico e migliorerà l’integrazione dei circuiti integrati. Nel 1989, J. H. F. Scott-Thomas e altri ricercatori hanno scoperto il fenomeno di blocco di Coulomb. Quando c’è tensione applicata, non ci sarà corrente che passa attraverso il punto quantico se la variazione della quantità di carica elettrica in un punto quantico che è inferiore a un elettrone.

Quindi la relazione corrente-tensione non è una normale relazione lineare, ma una a forma di passo.Questo esperimento è la prima volta nella storia che il moto di un elettrone è controllato manualmente, che fornisce la base sperimentale per la fabbricazione di un singolo transistor elettrone.

>Isolare Gate Bipolar Transistor (IGBT)

Isolare Gate Bipolar Transistor combina i vantaggi di Giant Transistor-GTR e MOSFET di potenza. Ha buone proprietà e ha una vasta gamma di applicazioni. IGBT è anche un dispositivo a tre terminali: cancello, collettore ed emettitore.

IV Parametri principali dei transistor

I parametri principali del transistor includono fattore di amplificazione di corrente, potenza di dissipazione, frequenza caratteristica, corrente massima del collettore, tensione inversa massima, corrente inversa e così via.

• 4.1 DC fattore di amplificazione di corrente

DC fattore di amplificazione di corrente, chiamato anche fattore di amplificazione di corrente statica o DC fattore di amplificazione, si riferisce al rapporto di IC di transistor collettore di corrente di base IB, che di solito è espresso da hFE o β, quando il segnale di ingresso statico non

• 4.2 AC Fattore di amplificazione di corrente

AC fattore di amplificazione di corrente, chiamato anche AC fattore di amplificazione e fattore di amplificazione di corrente dinamica, si riferisce al rapporto di IC a IB in stato AC, che di solito è espresso da hfe o β. hfe e β sono strettamente correlati ma anche diversi. I due parametri sono vicini a bassa frequenza e presentano alcune differenze ad alta frequenza.

• 4.3 Potenza di dissipazione

Potenza di dissipazione, noto anche come la massima potenza di dissipazione consentita del collettore – – – – PCM, si riferisce alla massima potenza di dissipazione del collettore quando il parametro del transistor non supera il valore consentito prescritto.

La potenza di dissipazione è strettamente correlata alla corrente massima consentita di giunzione e collettore del transistor. Il consumo effettivo del transistor non è consentito superare il valore PCM quando viene utilizzato altrimenti il transistor sarà danneggiato da sovraccarico.

Il transistor la cui potenza di dissipazione PCM è inferiore a 1 W è solitamente chiamato un transistor a bassa potenza, che è uguale o superiore a 1 W, il transistor inferiore a 5 W è chiamato un transistor di potenza centrale, e il transistor la cui PCM è uguale o superiore a 5 W è chiamato un transistor ad alta potenza.

• 4.4 Frequenza caratteristica (fT)

Quando la frequenza operativa del transistor supera la frequenza di taglio fß o fa, il fattore di amplificazione di corrente β diminuirà con l’aumento della frequenza. La frequenza caratteristica è la frequenza del transistor alla quale il valore β è ridotto a 1.

I transistor la cui frequenza caratteristica è inferiore o uguale a 3 MHZ sono solitamente chiamati transistor a bassa frequenza, transistor con fT maggiore o uguale a 30 MHZ sono chiamati transistor ad alta frequenza, transistor con fT maggiore di 3 MHZ e transistor inferiore a 30 MHZ sono chiamati transistor a frequenza intermedia.

• 4.5 Frequenza massima (fM)

La frequenza massima di oscillazione è la frequenza alla quale il guadagno di potenza del transistor è ridotto a 1.

In generale, la frequenza massima di oscillazione dei transistor ad alta frequenza è inferiore alla frequenza di taglio di base comune fa, mentre la frequenza caratteristica fT è superiore alla frequenza di taglio di base comune fa e inferiore alla frequenza di taglio del collettore comune fß.

• 4.6 Corrente massima del collettore (ICM)

La corrente massima del collettore (ICM) è la corrente massima permessa attraverso il collettore del transistor. Quando il collettore corrente IC del transistor supera ICM, il valore β del transistor cambierà ovviamente, che influenzerà il suo normale funzionamento e anche causare danni.

• 4.7 Tensione inversa massima

La tensione inversa massima è la tensione operativa massima che il transistor può applicare quando è in funzione. Esso comprende la tensione di rottura inversa collettore-emettitore, la tensione di rottura inversa collettore-base e la tensione di rottura inversa emettitore-base.

> Collector-Collector Reverse Breakdown Voltage

Questa tensione si riferisce alla tensione inversa massima consentita tra il collettore e l’emettitore quando il circuito di base del transistor è aperto, solitamente espressa in VCEO o BVCEO.

> Base – Base Reverse Breakdown Voltage

La tensione si riferisce alla tensione inversa massima consentita tra il collettore e la base quando il transistor viene attivato, che è espressa in VCBO o BVCBO.

> Emettitore-Tensione di rottura inversa dell’emettitore

Questa tensione si riferisce alla tensione inversa massima consentita tra l’emettitore e la base quando il collettore del transistor è aperto, che è espressa in VEBO o BVEBO.

Corrente inversa tra collettore e elettrodo di base

>Collettore – Base Corrente inversa (ICBO)

ICBO, chiamato anche collettore corrente di dispersione inversa, si riferisce alla corrente inversa tra collettore e elettrodo di base quando l’emettitore del transistor è aperto. La corrente inversa è sensibile alla temperatura. Più piccolo è il valore, migliore è la caratteristica di temperatura del transistor.

>Collector – Emitter Reverse Breakdown Current (ICEO)

Reverse breakdown current ICEO tra collector e emettitore

ICEO è la corrente di dispersione inversa tra il collettore e l’emettitore quando la base del transistor è aperta. Più piccola è la corrente, migliori sono le prestazioni del transistor.

Domande frequenti sul transistor e sulle sue funzioni e caratteristiche

1. Cos’è un transistor e come funziona?
Un transistor è un componente elettronico in miniatura che può fare due lavori diversi. Può funzionare sia come un amplificatore o un interruttore: … Una piccola corrente elettrica che scorre attraverso una parte di un transistor può fare un flusso di corrente molto più grande attraverso un’altra parte di esso. In altre parole, la piccola corrente si accende su quella più grande.

2. Quali sono le funzioni principali di un transistor?
Un transistor è un dispositivo a semiconduttore utilizzato per amplificare o commutare segnali elettronici e potenza elettrica. I transistor sono uno degli elementi costitutivi di base dell’elettronica moderna. È composto da materiale semiconduttore solitamente con almeno tre terminali per il collegamento a un circuito esterno.

3.Qual è il principio del transistor?
Un transistor è costituito da due diodi PN collegati back to back. Ha tre terminali cioè emettitore, base e collettore. L’idea di base alla base di un transistor è che consente di controllare il flusso di corrente attraverso un canale variando l’intensità di una corrente molto più piccola che scorre attraverso un secondo canale.

4. Quali sono i due tipi principali di transistor?
I transistor sono fondamentalmente classificati in due tipi; sono transistor a giunzione bipolare (BJT) e transistor ad effetto di campo (FET). I BJT sono nuovamente classificati in transistor NPN e PNP.

5. Quanti tipi di transistor ci sono?
due tipi
Ci sono due tipi di transistor, che hanno lievi differenze nel modo in cui vengono utilizzati in un circuito. Un transistor bipolare ha terminali etichettati base, collettore ed emettitore.

6. Che cosa è PNP e NPN transistor?
In un transistor NPN, una tensione positiva viene data al terminale del collettore per produrre un flusso di corrente dal collettore all’emettitore. In un transistor PNP, una tensione positiva è data al terminale dell’emettitore per produrre il flusso di corrente dall’emettitore al collettore.

7. Come transistor sono misurati caratteristiche?
La caratteristica di uscita del transistor è determinata esaminando la variazione della tensione tra i terminali collettore-emettitore appartenenti alla corrente del collettore per diverse correnti di base. L’esperimento viene avviato premendo il pulsante “Caratteristica di uscita” sul dispositivo mobile.

8. Cos’è un transistor in una CPU?
Un transistor è un componente elettrico di base che altera il flusso di corrente elettrica. I transistor sono gli elementi costitutivi dei circuiti integrati, come i processori per computer o le CPU. I transistor nei processori di computer spesso accendono o spengono i segnali.

9. Qual è lo scopo di un transistor NPN?
Definizione: Il transistor in cui un materiale di tipo p è posto tra due materiali di tipo n è noto come transistor NPN. Il transistor NPN amplifica il segnale debole entra nella base e produce forti segnali di amplificazione all’estremità del collettore.

10. A cosa servono i transistor in un telefono cellulare?
Memorizzano una carica elettrica. Memorizzano i dati. Amplificano il segnale in arrivo del telefono.

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