El transistor, también conocido como triodo, es un dispositivo semiconductor sólido que se puede utilizar para detección, rectificación, amplificación, conmutación, estabilización de voltaje, modulación de señal y otras funciones. Como interruptor variable, el transistor controla la corriente de salida de acuerdo con el voltaje de entrada, por lo que puede usarse como interruptor de corriente. A diferencia de los interruptores mecánicos generales (como relés e interruptores), el transistor está controlado por una señal eléctrica y el. velocidad de conmutación Puede ser muy rápido y la velocidad de conmutación en el laboratorio puede alcanzar más de 100 GHz.
Un transistor semiconductor es un dispositivo semiconductor con dos uniones PN en su interior y normalmente tres electrodos terminales en su exterior. Tiene la función de amplificar y conmutar señales eléctricas y es ampliamente utilizado. Tanto la etapa de entrada como la etapa de salida utilizan circuitos lógicos de transistores, llamados circuitos lógicos de transistor-transistor, denominados circuitos TTL en libros, revistas y aplicaciones prácticas. Es un tipo de circuito integrado semiconductor, el más utilizado de los cuales es la puerta TTL NAND. Una puerta TTL NAND es un sistema de circuito compuesto por varios transistores y componentes de resistencia, fabricados en un pequeño chip de silicio y empaquetados en un componente independiente. El transistor semiconductor [font color=#000000] es uno de los dispositivos más utilizados en circuitos. Indicado por "V" o "VT" (las palabras antiguas son "Q", "GB", etc.).
Los transistores semiconductores se dividen principalmente en dos categorías: transistores bipolares (BJT) y transistores de efecto de campo. transistores (FET). Un transistor tiene tres electrodos: los tres polos de un transistor bipolar están compuestos por emisores, bases y colectores de tipo N y tipo P; los tres polos de un transistor de efecto de campo son la fuente, la compuerta y el drenaje. Los transistores tienen tres polaridades, por lo que pueden usarse de tres maneras: conexión a tierra del emisor (también llamada amplificación de emisor común y configuración CE) y conexión a tierra de base (también llamada amplificación de señal), seguida de adaptación de impedancia, conversión de señal, etc. Los transistores son componentes muy importantes en los circuitos y muchos componentes de precisión están hechos principalmente de transistores.
El hecho de que un transistor esté encendido o apagado depende de la polarización de CC aplicada a la base del transistor. A medida que esta corriente cambia, el estado operativo del transistor cambia de la región no lineal al estado de saturación. Si el transistor Ib (punto de polarización de CC) no cambia, el transistor opera en la región lineal. En este momento, el cambio de corriente Ic solo cambia con la señal de CA de Ib, Ib continúa aumentando y el transistor entra en un estado saturado. En este momento, el transistor Ic ya no cambiará y el transistor funcionará en el estado de conmutación.
Cuando el triodo se usa como tubo de conmutación, funciona en el estado de saturación de 1, y no es muy científico usar el estado de amplificación de 1.
Consulte el IB del manual del transistor; para conocer la curva Ic, consulte mi respuesta para comprender el estado de funcionamiento del transistor. La unión be y la unión ce del transistor pueden realizar el funcionamiento normal. el transistor.
Si el transistor no está polarizado en CC, durante el semiciclo positivo de la señal sinusoidal de CA de entrada en el circuito de amplificación, la base es positiva para el emisor. Debido a que se aplica un voltaje inverso a la unión del emisor, no hay corriente de base ni corriente de colector en este momento. En este momento, el cambio de la corriente del colector es opuesto al de la base y el potencial del emisor es positivo en relación con el potencial de la base durante el semiciclo negativo del voltaje de entrada. En este momento, debido a que se aplica un voltaje CC al emisor, solo pasan las corrientes de base y colector. En este momento, la corriente del colector cambia en la misma fase que la base. Cuando el transistor no está polarizado por CC, la unión be y la unión ce del transistor son conductoras y el circuito amplificador del transistor solo emitirá media onda, lo que provocará una distorsión grave.
El transistor está considerado uno de los mayores inventos de la historia moderna, comparable en importancia a inventos como la imprenta, el automóvil y el teléfono. Los transistores son los componentes activos clave de prácticamente todos los electrodomésticos modernos. La importancia de los transistores en la sociedad actual se debe principalmente a su capacidad para utilizar procesos altamente automatizados y producirse a gran escala, lo que les permite alcanzar costos unitarios increíblemente bajos.
Aunque todavía hay millones de transistores individuales en uso, la mayoría de los transistores se ensamblan en microchips (chips) junto con resistencias y condensadores para formar circuitos completos. Analógico o digital o ambos integrados en el mismo chip. El costo de diseñar y desarrollar un chip complejo es bastante alto, pero cuando se distribuye en millones de unidades de producción, el precio por chip es mínimo.
Una puerta lógica contiene 20 transistores y, en 2005, un microprocesador avanzado utilizó 289 millones de transistores.
El bajo coste, la flexibilidad y la fiabilidad de los transistores los han convertido en dispositivos versátiles para tareas no mecánicas, como los cálculos numéricos. Los circuitos de transistores también están reemplazando a los dispositivos de motor en el control de aparatos eléctricos y maquinaria, ya que generalmente son más baratos y eficientes, ya que solo requieren el uso de circuitos integrados estándar y escribir un programa de computadora para realizar la misma tarea mecánica, utilizando controles electrónicos en lugar de diseñar uno. etc. Control mecánico efectivo.
Por el bajo coste de los transistores y la ola de ordenadores electrónicos y de información digital. Debido a que las computadoras brindan la capacidad de encontrar, clasificar y procesar información digital rápidamente, cada vez se invierte más energía en la digitalización de la información. Hoy en día, muchos medios se distribuyen electrónicamente y, en última instancia, se convierten y presentan en forma analógica mediante computadoras. Los sectores afectados por la revolución digital incluyen la televisión, la radio y los periódicos.
Clasificación de transistores
Clasificación por material semiconductor y polaridad
Los materiales semiconductores utilizados en los transistores se pueden dividir en transistores de silicio y transistores de germanio. Según 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.
Clasificación por estructura y proceso de fabricación
Los transistores se pueden dividir en transistores de difusión, transistores de aleación y transistores planos según su estructura y proceso de fabricación.
Clasificación por capacidad de corriente
Los transistores se pueden dividir en transistores de pequeña potencia, transistores de media potencia y transistores de alta potencia según la capacidad de corriente.
Clasificación por frecuencia de funcionamiento
Los transistores se pueden dividir en transistores de baja frecuencia, transistores de alta frecuencia y transistores de frecuencia ultraalta según la frecuencia de funcionamiento.
Clasificación por estructura de embalaje
Según la estructura del embalaje, los transistores se pueden dividir en transistores con embalaje de metal, transistores con embalaje de plástico, transistores con embalaje de vidrio, transistores con embalaje de superficie y transistores con embalaje de cerámica. Su embalaje viene en varias formas.
Clasificados por función y uso
Los transistores se pueden dividir en transistores de amplificación de bajo ruido, transistores de amplificación de media y alta frecuencia, transistores de amplificación de baja frecuencia, transistores de conmutación, transistores Darlington , Transistores de alta contrapresión, transistores de parada de banda, transistores de amortiguación, transistores de microondas, transistores fotosensibles y transistores magnetosensibles.
Transistor gigante. ※
Giant Transistor se traduce literalmente como transistor gigante en inglés. Es un transistor de unión bipolar - BJT (transistor gigante). Tiene alto voltaje y alta resistencia a la corriente, por lo que a veces se le llama BJT de potencia. ;. Sus características son: alta tensión soportada, gran corriente y buenas características de conmutación, pero el circuito de accionamiento es complejo y la potencia de accionamiento es alta. El principio de funcionamiento de GTR es el mismo que el de los transistores de unión bipolar ordinarios.
※Fototransistor
El fototransistor es un dispositivo optoelectrónico compuesto por dispositivos de tres terminales como transistores bipolares o transistores de efecto de campo. La luz se absorbe en la región activa de dichos dispositivos, produciendo portadores fotogenerados y generando ganancia de fotocorriente a través de mecanismos internos de amplificación eléctrica. Los fototransistores funcionan en tres terminales, por lo que se logra fácilmente el control eléctrico o la sincronización eléctrica. El material utilizado en los fototransistores suele ser arseniuro de galio (CaAs), que se divide principalmente en fototransistores bipolares, fototransistores de efecto de campo y dispositivos relacionados. Los fototransistores bipolares suelen tener mayor ganancia, pero no son muy rápidos. Para GaAs-GaAlAs, el aumento puede ser superior a 1000 y el tiempo de respuesta es superior a nanosegundos. Se utilizan habitualmente en fotodetectores y también se pueden utilizar para amplificación óptica. Los fototransistores de efecto de campo tienen una velocidad de respuesta rápida (alrededor de 50 picosegundos), pero las desventajas son una pequeña área fotosensible y una pequeña ganancia (el aumento puede ser superior a 10). A menudo se utilizan como fotodetectores de velocidad ultraalta. En relación con esto, existen muchos otros dispositivos optoelectrónicos planos que se caracterizan por su alta velocidad (tiempo de respuesta de decenas de picosegundos) y son adecuados para la integración. Se espera que estos dispositivos encuentren aplicación en la integración optoelectrónica.
※Transistor bipolar
El transistor bipolar se refiere a un transistor ampliamente utilizado en circuitos de audio. La bipolaridad resulta de la relación entre el flujo de corriente en dos materiales semiconductores.
Los transistores bipolares se pueden clasificar como NPN o PNP según la polaridad del voltaje de funcionamiento.
El transistor de unión bipolar (Transistor de unión bipolar, BJT), también conocido como transistor semiconductor, es un dispositivo que combina dos uniones PN mediante un proceso determinado, que incluye una estructura de unión PNP y NPN. ※Conductores externos tripolares: colector, emisor y base. El colector sale del área del colector, el emisor sale del área del emisor y la base sale del área de la base (el área de la base está en el medio). amplificación La función se realiza principalmente transmitiendo la corriente del emisor al área del colector a través del área de la base. Para garantizar este proceso de transmisión, por un lado, se deben cumplir condiciones internas, es decir, la concentración de impurezas de la región emisora es mucho mayor que la de la región base, y el espesor de la región base debe ser muy pequeño. Por otro lado, se deben cumplir las condiciones externas, es decir, la unión del emisor debe tener polarización directa (agregando voltaje de CC), y la unión del colector debe tener polarización inversa. Hay muchos tipos de BJT, que se dividen en alta. tubos de frecuencia y tubos de baja frecuencia según frecuencia, tubos de pequeña, media y alta potencia según potencia, y tubos de silicio y tubos de germanio según materiales semiconductores. Las formas de circuitos de amplificación incluyen: circuitos amplificadores de emisor común, base común y colector común.
※Transistor de efecto de campo
El transistor de efecto de campo (FET) es un transistor que funciona según el principio de efecto de campo. La abreviatura inglesa FET. El efecto de campo consiste en cambiar la dirección o magnitud del campo eléctrico aplicado perpendicular a la superficie del semiconductor para controlar la densidad o el tipo de portadores mayoritarios en la capa conductora del semiconductor (canal). Modula la corriente en el canal mediante voltaje y su corriente operativa es transportada por los portadores mayoritarios del semiconductor. Este tipo de transistor con un solo portador de polaridad también se llama transistor unipolar. En comparación con los transistores bipolares, los transistores de efecto de campo tienen las características de alta impedancia de entrada, bajo ruido, alta frecuencia límite, bajo consumo de energía, proceso de fabricación simple y buenas características de temperatura. Se utilizan ampliamente en varios circuitos amplificadores, circuitos digitales y microondas. circuitos. ¿Metal a base de silicio? ¿Óxido? El transistor de efecto de campo semiconductor (MOSFET) y el transistor de efecto de campo de puerta de barrera Schottky (MESFET) basado en arseniuro de galio son los dos transistores de efecto de campo más importantes, que son la base de los circuitos integrados de gran escala MOS y de los circuitos integrados de ultra alta velocidad MES. respectivamente.
※Transistor de inducción estática
SIT (Transistor de inducción estática (SIT)) nació en 1970. En realidad, es un transistor de efecto de campo de unión que combina dispositivos SIT de baja potencia para información. procesamiento La estructura conductora lateral se cambia a una estructura conductora vertical, que se puede convertir en un dispositivo SIT de alta potencia. SIT es un dispositivo conductor de múltiples protones, la frecuencia de funcionamiento es equivalente o incluso superior a la del MOSFET de potencia. La capacidad de potencia también es mayor que la del MOSFET de potencia, por lo que es adecuado para aplicaciones de alta frecuencia y alta potencia; se ha utilizado ampliamente en algunos campos profesionales como equipos de comunicación por radar, amplificación de potencia ultrasónica, amplificación de potencia de pulso, calentamiento por inducción de alta frecuencia, etc.
Sin embargo, cuando no se aplica ninguna señal a la puerta, el SIT se enciende. Cuando se aplica una polarización negativa a la puerta, el SIT se apaga. un dispositivo normalmente abierto, que es incómodo de usar. Además, la resistencia en estado encendido del SIT es grande, lo que hace que la pérdida en estado encendido sea grande, por lo que el SIT no se usa en la mayoría de los equipos electrónicos de potencia. p>
※Transistor de un solo electrón
Un transistor que puede registrar señales con uno o varios electrones. Con el desarrollo de la tecnología y los procesos de grabado de semiconductores, los circuitos integrados a gran escala se han vuelto más populares. La integración es cada vez mayor. Tomando como ejemplo la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), su nivel de integración aumenta 4 veces cada dos años y se espera que el objetivo final sea un transistor de un solo electrón. contiene 200.000 componentes electrónicos, mientras que cada elemento de almacenamiento de un 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 los circuitos integrados. En 1989, Scottus et al. Se fabrica un electrodo metálico con un área pequeña sobre el gas de electrones bidimensional formado por dopaje de modulación de interfaz, de modo que se puede formar un punto cuántico en el gas de electrones bidimensional. Solo puede acomodar muy pocos electrones. su capacitancia es muy pequeña, menos de uno? F (10 ~ 15 faradios). Cuando se aplica un voltaje, si el cambio de voltaje hace que la carga en el punto cuántico cambie menos que la carga de un electrón, no habrá corriente. fluir.
No fluye corriente hasta que el voltaje aumenta lo suficiente como para provocar un cambio en la carga del electrón. Por lo tanto, la relación corriente-voltaje no es una relación habitual en línea recta, sino una relación escalonada. Este experimento fue la primera vez en la historia en que el movimiento de un electrón se controló manualmente, proporcionando una base experimental para la fabricación de transistores de un solo electrón. Para aumentar la temperatura de funcionamiento de los transistores de un solo electrón, los puntos cuánticos deben tener un tamaño inferior a 10 nm. Actualmente, laboratorios de todo el mundo están trabajando para solucionar este problema. Algunos laboratorios afirman haber fabricado transistores de un solo electrón que funcionan a temperatura ambiente y observaron la curva escalonada de corriente-voltaje formada por el transporte de electrones, pero todavía están lejos de su uso práctico.
※Transistor bipolar de puerta aislada
El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) combina las ventajas del transistor gigante (GTR) y el transistor de efecto de campo de potencia (MOSFET de potencia), y tiene buenas características y Amplia aplicación. IGBT es también un dispositivo de tres terminales: compuerta, colector y emisor.
Parámetros principales
Los principales parámetros del transistor incluyen el coeficiente de amplificación de corriente, la potencia disipada, las características de frecuencia, la corriente máxima del colector, el voltaje inverso máximo, la corriente inversa, etc.
※Coeficiente de amplificación actual
El coeficiente de amplificación actual, también conocido como coeficiente de amplificación actual, se utiliza para indicar la capacidad de amplificación del transistor.
Según los diferentes estados de funcionamiento del transistor, el factor de amplificación de corriente se puede dividir en factor de amplificación de corriente CC y factor de amplificación de corriente CA.
1. Coeficiente de amplificación de corriente CC El coeficiente de amplificación de corriente CC, también conocido como coeficiente de amplificación de corriente estática o coeficiente de amplificación de CC, se refiere a la relación entre la corriente del colector del transistor ic y la corriente base IB cuando una señal estática no cambia. es la entrada generalmente representada por hFE o β.
2. Coeficiente de amplificación de corriente CA. El coeficiente de amplificación de corriente CA también se denomina coeficiente de amplificación de corriente dinámica o coeficiente de amplificación de CA. Se refiere a la diferencia entre el cambio de corriente del colector del transistor △IC y la corriente base. cambia △IB en el estado AC, generalmente expresado como hfe o β.
HFE o β son ambos diferentes y están estrechamente relacionados. Los valores de los dos parámetros son cercanos en bajas frecuencias pero tienen algunas diferencias en altas frecuencias.
※Potencia disipada
La potencia disipada también se denomina potencia disipada máxima permitida del PCM del colector. Se refiere a la disipación máxima del colector cuando los cambios de parámetros del transistor no exceden el. potencia permitida especificada.
El consumo de energía está estrechamente relacionado con la temperatura máxima permitida de la unión y la corriente máxima del colector del transistor. Cuando el transistor está en uso, no se permite que su consumo de energía real exceda el valor PCM; de lo contrario, el transistor se dañará debido a una sobrecarga.
Generalmente, los transistores con potencia disipada PCM inferior a 1W se denominan transistores de baja potencia, los transistores con PCM igual o superior a 1W y menor a 5W se denominan transistores de media potencia, y los transistores con PCM igual a o superiores a 5W se denominan transistores de alta potencia.
※Características de frecuencia
El coeficiente de amplificación actual del transistor está relacionado con la frecuencia de funcionamiento. Si el transistor excede su rango de frecuencia operativa, la capacidad de amplificación se reducirá o incluso se perderá.
Los parámetros característicos de frecuencia del transistor incluyen principalmente la frecuencia característica fT y la frecuencia máxima de oscilación fM.
1. Cuando la frecuencia de funcionamiento del transistor fT de frecuencia característica excede la frecuencia de corte fβ o fα, su coeficiente de amplificación actual β disminuirá a medida que aumenta la frecuencia. La frecuencia característica se refiere a la frecuencia de funcionamiento del transistor cuando el valor β cae a 1.
Generalmente, los transistores con una frecuencia característica fT menor o igual a 3MHZ se denominan transistores de baja frecuencia, los transistores con fT mayor o igual a 30MHZ se denominan transistores de alta frecuencia y los transistores con fT mayor o igual a 3MHZ y menos de 30 MHZ se denominan transistores de frecuencia media.
2. Frecuencia máxima de oscilación fM La frecuencia máxima de oscilación se refiere a la frecuencia correspondiente a cuando la ganancia de potencia del transistor cae a 1.
Generalmente, la frecuencia de oscilación más alta de los transistores de alta frecuencia es menor que la frecuencia de corte base común fα, mientras que la frecuencia característica fT es mayor que la frecuencia de corte base común fα y menor que la frecuencia de corte del colector común. fβ.
Corriente máxima de colector ICM
La corriente máxima de colector se refiere a la corriente máxima permitida por el colector del transistor. Cuando la corriente del colector IC del transistor excede el ICM, parámetros como el valor β del transistor cambiarán significativamente, afectando su funcionamiento normal o incluso dañándose.
Voltaje inverso máximo
El voltaje inverso máximo se refiere al voltaje de funcionamiento más alto que se permite aplicar cuando el transistor está funcionando. Incluye voltaje de ruptura inverso colector-emisor, voltaje de ruptura inverso colector-base y voltaje de ruptura inverso emisor-base.
1. Voltaje de ruptura inverso colector-emisor Este voltaje se refiere al voltaje inverso máximo permitido entre el colector y el emisor cuando la base del transistor está en circuito abierto.
2. Tensión de ruptura inversa colector-base. Esta tensión se refiere a la tensión inversa máxima permitida entre el colector y la base del transistor cuando el emisor está en circuito abierto, expresado como VCBO o BVCBO.
3. Tensión de ruptura inversa emisor-base. Esta tensión se refiere a la tensión inversa máxima permitida entre el emisor y la base cuando el colector del transistor está abierto, y está representada por VEBO o BVEBO.
※Corriente inversa
La corriente inversa de un transistor incluye la corriente inversa ICBO entre el colector y la base y la corriente de ruptura inversa entre el colector y el emisor.
1. La corriente inversa ICBO entre el colector y la base ICBO, también conocida como corriente de fuga inversa de la unión del colector, se refiere a la corriente inversa entre el colector y la base cuando el emisor del transistor está abierto. . hacia la corriente. ICBO es muy sensible a la temperatura. Cuanto menor sea el valor, mejores serán las características de temperatura del transistor.
2. La corriente de ruptura inversa ICEO entre el colector y el emisor ICEO se refiere a la corriente de fuga inversa entre el colector y el emisor del transistor cuando la base del transistor está en circuito abierto, también conocida como corriente de ruptura. . Cuanto menor sea el valor actual, mejor será el rendimiento del transistor.