Wie funktioniert ein Transistor und wo wird er eingesetzt?

Ein funkelektronisches Element aus Halbleitermaterial erzeugt, verstärkt und ändert Impulse in integrierten Schaltkreisen und Systemen zum Speichern, Verarbeiten und Übertragen von Informationen unter Verwendung eines Eingangssignals. Ein Transistor ist ein Widerstand, dessen Funktionen je nach Modultyp durch die Spannung zwischen Emitter und Basis oder Source und Gate geregelt werden.

Arten von Transistoren

Konverter werden häufig bei der Herstellung von digitalen und analogen Mikroschaltungen verwendet, um den statischen Verbraucherstrom auf Null zu setzen und eine verbesserte Linearität zu erzielen. Die Transistortypen unterscheiden sich dadurch, dass einige durch eine Spannungsänderung gesteuert werden, letztere durch eine Stromabweichung geregelt werden.

Die Feldmodule arbeiten mit erhöhtem DC-Widerstand, die Hochfrequenztransformation erhöht die Energiekosten nicht.Wenn wir in einfachen Worten sagen, was ein Transistor ist, dann ist dies ein Modul mit einer hohen Verstärkungsspanne. Diese Eigenschaft ist bei Feldarten größer als bei bipolaren Arten. Erstere haben keine Ladungsträgerresorption, was den Betrieb beschleunigt.

Feldhalbleiter werden aufgrund ihrer Vorteile gegenüber bipolaren Typen häufiger eingesetzt:

• starker Widerstand am Eingang bei Gleichstrom und Hochfrequenz, dies reduziert den Energieverlust für die Steuerung;
• Mangel an Ansammlung von Nebenelektronen, was den Betrieb des Transistors beschleunigt;
• Transport bewegter Teilchen;
• Stabilität bei Temperaturabweichungen;
• geringes Geräusch aufgrund fehlender Einspritzung;
• geringer Stromverbrauch während des Betriebs.

Die Art der Transistoren und ihre Eigenschaften bestimmen den Zweck. Das Erhitzen des Wandlers vom bipolaren Typ erhöht den Strom entlang des Pfades vom Kollektor zum Emitter. Sie haben einen negativen Widerstandskoeffizienten und mobile Ladungsträger fließen vom Emitter zur Sammelvorrichtung. Die dünne Basis ist durch p-n-Übergänge getrennt, und der Strom entsteht nur, wenn sich bewegende Partikel ansammeln und in die Basis injiziert werden. Einige Ladungsträger werden von einem benachbarten p-n-Übergang eingefangen und beschleunigt, so werden die Parameter von Transistoren berechnet.

FETs haben einen weiteren Vorteil, der für Dummies erwähnt werden muss. Sie werden ohne Widerstandsausgleich parallel geschaltet. Widerstände werden zu diesem Zweck nicht verwendet, da die Anzeige bei Laständerungen automatisch ansteigt. Um einen hohen Wert des Schaltstroms zu erhalten, wird ein Modulkomplex rekrutiert, der in Wechselrichtern oder anderen Geräten verwendet wird.

Es ist unmöglich, einen Bipolartransistor parallel zu schalten, die Bestimmung von Funktionsparametern führt dazu, dass ein irreversibler thermischer Durchbruch erkannt wird. Diese Eigenschaften beziehen sich auf die technischen Qualitäten einfacher p-n-Kanäle. Die Module werden mit Widerständen parallel geschaltet, um den Strom in den Emitterkreisen auszugleichen. Je nach Funktionsmerkmalen und individuellen Besonderheiten werden bei der Klassifizierung von Transistoren Bipolar- und Feldtypen unterschieden.

Bipolartransistoren

Bipolare Designs werden als Halbleiterbauelemente mit drei Leitern hergestellt. Schichten mit Loch-p-Leitfähigkeit oder Störstellen-n-Leitfähigkeit sind in jeder der Elektroden vorgesehen. Die Wahl eines vollständigen Satzes von Schichten bestimmt die Freigabe von p-n-p- oder n-p-n-Typen von Vorrichtungen. In dem Moment, in dem das Gerät eingeschaltet wird, werden gleichzeitig verschiedene Arten von Ladungen durch Löcher und Elektronen übertragen, es sind 2 Arten von Teilchen beteiligt.

Träger bewegen sich aufgrund des Diffusionsmechanismus. Atome und Moleküle einer Substanz dringen in das intermolekulare Gitter eines benachbarten Materials ein, woraufhin sich ihre Konzentration im gesamten Volumen einpendelt. Der Transport erfolgt von Bereichen mit hoher Verdichtung zu Bereichen mit geringem Inhalt.

Elektronen breiten sich auch unter Einwirkung eines Kraftfeldes um Partikel mit einem ungleichmäßigen Einschluss von Legierungszusätzen in die Grundmasse aus. Um den Betrieb der Vorrichtung zu beschleunigen, wird die mit der Mittelschicht verbundene Elektrode dünn gemacht. Die äußersten Leiter heißen Emitter und Kollektor. Die Sperrspannungscharakteristik des Übergangs ist unwichtig.

FETs

Der Feldeffekttransistor steuert den Widerstand über ein elektrisches Querfeld, das sich aus der angelegten Spannung ergibt. Der Ort, von dem aus die Elektronen in den Kanal eintreten, wird Source genannt, und der Drain sieht aus wie der Endpunkt des Ladungseintritts. Die Steuerspannung geht durch einen Leiter, der als Gate bezeichnet wird. Geräte werden in 2 Typen unterteilt:

• mit Steuerung p-n-Übergang;
• MIS-Transistoren mit isoliertem Gate.

Geräte des ersten Typs enthalten in der Bauform einen Halbleiterwafer, der über Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten (Drain und Source) mit der gesteuerten Schaltung verbunden ist. Nachdem die Platte mit dem Gate verbunden ist, entsteht eine Stelle mit einem anderen Leitfähigkeitstyp. Eine in den Eingangskreis eingefügte konstante Vorspannungsquelle erzeugt eine Sperrspannung am Verbindungspunkt.

Die Quelle des verstärkten Impulses liegt ebenfalls im Eingangskreis. Nach Änderung der Spannung am Eingang wird der entsprechende Indikator am p-n-Übergang transformiert. Die Schichtdicke und die Querschnittsfläche des Kanalübergangs im Kristall, der den Fluss geladener Elektronen überträgt, wird modifiziert. Die Kanalbreite hängt vom Abstand zwischen dem Verarmungsgebiet (unter dem Gate) und dem Substrat ab. Der Steuerstrom an den Start- und Endpunkten wird durch Ändern der Breite des Verarmungsbereichs gesteuert.

Der MIS-Transistor zeichnet sich dadurch aus, dass sein Gate durch Isolation von der Kanalschicht getrennt ist. In einem Halbleiterkristall, Substrat genannt, entstehen Dotierungsstellen mit entgegengesetztem Vorzeichen. Auf ihnen sind Leiter installiert - ein Drain und eine Source, zwischen denen sich ein Dielektrikum in einem Abstand von weniger als einem Mikrometer befindet. Auf dem Isolator befindet sich eine Metallelektrode - ein Verschluss.Aufgrund der resultierenden Struktur aus einem Metall, einer dielektrischen Schicht und einem Halbleiter erhalten die Transistoren das Kürzel MIS.

Gerät und Funktionsprinzip für Einsteiger

Technologien arbeiten nicht nur mit einer Ladung Strom, sondern auch mit einem Magnetfeld, Lichtquanten und Photonen. Das Funktionsprinzip des Transistors liegt in den Zuständen, zwischen denen das Gerät umschaltet. Gegenüber Klein- und Großsignal, geöffneter und geschlossener Zustand – das ist die Doppelarbeit von Geräten.

Zusammen mit dem Halbleitermaterial in der Zusammensetzung, das in Form eines an einigen Stellen dotierten Einkristalls verwendet wird, hat der Transistor in seinem Design:

• Schlussfolgerungen aus Metall;
• dielektrische Isolatoren;
• Gehäuse von Transistoren aus Glas, Metall, Kunststoff, Cermet.

Vor der Erfindung bipolarer oder polarer Bauelemente wurden elektronische Vakuumröhren als aktive Elemente verwendet. Die dafür entwickelten Schaltungen werden nach Modifikation bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet. Sie könnten als Transistor geschaltet und verwendet werden, da viele der funktionellen Eigenschaften der Lampen geeignet sind, den Betrieb von Feldspezies zu beschreiben.

Vor- und Nachteile des Ersatzes von Lampen durch Transistoren

Die Erfindung von Transistoren ist ein Impulsgeber für die Einführung innovativer Technologien in der Elektronik. Das Netzwerk verwendet moderne Halbleiterelemente, im Vergleich zu den alten Lampenschaltungen haben solche Entwicklungen Vorteile:

• kleine Abmessungen und geringes Gewicht, was für Miniaturelektronik wichtig ist;
• die Fähigkeit, automatisierte Prozesse bei der Herstellung von Geräten anzuwenden und die Stufen zu gruppieren, was die Kosten senkt;
• die Verwendung kleiner Stromquellen aufgrund des Bedarfs an Niederspannung;
• sofortiges Einschalten, Beheizung der Kathode ist nicht erforderlich;
• erhöhte Energieeffizienz durch reduzierte Verlustleistung;
• Stärke und Zuverlässigkeit;
• gut koordiniertes Zusammenspiel mit weiteren Elementen im Netzwerk;
• Vibrations- und Schockfestigkeit.

Nachteile treten in den folgenden Bestimmungen auf:

• Siliziumtransistoren funktionieren nicht bei Spannungen über 1 kW, Lampen sind bei Raten über 1-2 kW wirksam;
• bei Verwendung von Transistoren in Hochleistungs-Rundfunknetzen oder Mikrowellensendern ist eine Anpassung von parallel geschalteten Verstärkern kleiner Leistung erforderlich;
• die Anfälligkeit von Halbleiterelementen gegenüber den Wirkungen eines elektromagnetischen Signals;
• eine empfindliche Reaktion auf kosmische Strahlen und Strahlung, was die Entwicklung von strahlungsresistenten Mikroschaltkreisen in dieser Hinsicht erfordert.

Schaltschemata

Um in einer einzigen Schaltung zu arbeiten, benötigt der Transistor 2 Ausgänge am Ein- und Ausgang. Fast alle Arten von Halbleiterbauelementen haben nur 3 Verbindungspunkte. Um aus einer schwierigen Situation herauszukommen, wird eines der Enden als gemeinsames zugewiesen. Dies führt zu 3 gängigen Verbindungsschemata:

• für Bipolartransistor;
• polares Gerät;
• mit offenem Ablauf (Kollektor).

Das bipolare Modul ist mit einem gemeinsamen Emitter sowohl für die Spannungs- als auch für die Stromverstärkung (MA) verbunden. In anderen Fällen passt es zu den Pins eines digitalen Chips, wenn zwischen dem äußeren Stromkreis und dem inneren Verdrahtungsplan eine große Spannung anliegt.So funktioniert die gemeinsame Kollektorverbindung, und es wird nur ein Anstieg des Stroms (OK) beobachtet. Wenn Sie die Spannung erhöhen müssen, wird das Element mit einer gemeinsamen Basis (OB) eingeführt. Die Option funktioniert gut in zusammengesetzten Kaskadenschaltungen, wird aber selten in Einzeltransistorprojekten eingestellt.

In der Schaltung sind Feldhalbleitergeräte von MIS-Varianten enthalten, die einen pn-Übergang verwenden:

• mit einem gemeinsamen Emitter (CI) - eine Verbindung ähnlich dem OE eines bipolaren Moduls
• mit einer einzigen Ausgabe (OS) - ein Plan vom Typ OK;
• mit einem gemeinsamen Verschluss (OZ) - eine ähnliche Beschreibung des OB.

In Open-Drain-Plänen wird der Transistor mit einem gemeinsamen Emitter als Teil der Mikroschaltung eingeschaltet. Der Kollektorausgang ist nicht mit anderen Teilen des Moduls verbunden, und die Last geht zum externen Anschluss. Die Wahl der Spannungsstärke und Kollektorstromstärke erfolgt nach der Installation des Projekts. Open-Drain-Geräte arbeiten in Schaltungen mit leistungsstarken Ausgangsstufen, Bustreibern und TTL-Logikschaltungen.

Wozu dienen Transistoren?

Der Geltungsbereich ist je nach Gerätetyp – Bipolarmodul oder Feld – eingegrenzt. Warum werden Transistoren benötigt? Wenn ein geringer Strom benötigt wird, beispielsweise in digitalen Plänen, werden Feldansichten verwendet. Analoge Schaltungen erreichen eine hohe Verstärkungslinearität über einen Bereich von Versorgungsspannungen und Ausgängen.

Einbaugebiete für Bipolartransistoren sind Verstärker, deren Kombinationen, Detektoren, Modulatoren, Transistor-Logikschaltungen und logische Inverter.

Die Einsatzorte von Transistoren hängen von ihren Eigenschaften ab. Sie arbeiten in 2 Modi:

• in verstärkender Weise Ändern des Ausgangsimpulses bei kleinen Abweichungen des Steuersignals;
• In der Schlüsselregelung, die die Stromversorgung von Lasten mit schwachem Eingangsstrom steuert, ist der Transistor vollständig geschlossen oder geöffnet.

Die Art des Halbleitermoduls ändert nicht die Bedingungen seines Betriebs. Die Quelle ist mit der Last verbunden, beispielsweise ein Schalter, ein Verstärker, ein Beleuchtungsgerät, es kann sich um einen elektronischen Sensor oder einen leistungsstarken benachbarten Transistor handeln. Mit Hilfe von Strom beginnt der Betrieb des Lastgeräts und der Transistor wird an den Stromkreis zwischen der Installation und der Quelle angeschlossen. Das Halbleitermodul begrenzt die Stärke der dem Gerät zugeführten Energie.

Der Widerstand am Ausgang des Transistors transformiert sich abhängig von der Spannung am Steuerleiter. Die Stromstärke und die Spannung am Anfangs- und Endpunkt der Schaltung ändern und erhöhen oder verringern sich und hängen von der Art des Transistors und seiner Beschaltung ab. Die Ansteuerung einer geregelten Stromversorgung führt zu einer Stromerhöhung, einem Leistungsimpuls oder einer Spannungserhöhung.

Transistoren beider Typen werden in folgenden Fällen verwendet:

1. In der digitalen Regulierung. Es wurden experimentelle Designs digitaler Verstärkerschaltungen basierend auf Digital-Analog-Umsetzern (DAC) entwickelt.
2. bei Impulsgeneratoren. Abhängig von der Art der Bestückung arbeitet der Transistor in einer Schlüssel- oder linearen Reihenfolge, um rechteckige bzw. willkürliche Signale zu reproduzieren.
3. In elektronischen Hardwaregeräten. Zum Schutz von Informationen und Programmen vor Diebstahl, illegalem Hacking und Nutzung. Die Bedienung erfolgt im Tastenmodus, die Stromstärke wird analog gesteuert und über die Pulsweite geregelt.Transistoren werden in die Antriebe von Elektromotoren eingebaut und schalten Spannungsstabilisatoren.

Monokristalline Halbleiter und Open-and-Close-Module erhöhen die Leistung, funktionieren aber nur als Schalter. In digitalen Geräten werden Feldtransistoren als kostengünstige Module verwendet. Fertigungstechnologien im Konzept integrierter Experimente sehen die Herstellung von Transistoren auf einem einzigen Siliziumchip vor.

Die Miniaturisierung von Kristallen führt zu schnelleren Computern, weniger Energie und weniger Wärme.

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