Транзистор - це основа технологічної революції

Своїм технологічним могутністю людство багато в чому зобов'язане невеликому микроелектронному елементу, тому самому цеглинці, без якого технічна революція була б неможливою. Це транзистор. Даний елемент всіх електронних схем зараз став настільки малий, що без спеціальних приладів його і побачити-то не можна.

Термін

Зараз навіть школярам відомо, що транзистор – це невеликий прилад, що складається з трьох блоків полупроводящих матеріалів. Однак сама назва закріпилася за ним не відразу. Раніше даний прилад називався «триодом напівпровідниковим» і використовувався в лампової техніки. Про те, як саме з'явилося сучасне слово «транзистор», до цих пір немає єдиної думки. Зокрема, деякі вважають, що термін складається з двох складових – «трансфер» і «резистор». Тобто в даному випадку можна говорити про приладі, керуючому опором. В якійсь мірі так воно і є.

Пристрій

Сучасний транзистор – це обов'язковий компонент будь-якої електронної схеми. Конструктивно складається з трьох з'єднаних матеріалів, що володіють напівпровідниковими властивостями. Наприклад, кремній, германій та ін. Їх особливість полягає в тому, що струм через структуру протікає лише при певних умовах, а на кордоні їх зіткнення рух електронів взагалі підкоряється особливим законам. Є два типу провідності – діркова та електронна. Перша властива тим матеріалам, які є недолік негативно заряджених частинок – так звані «дірки», тобто, місця в атомах, де на орбітах є «вакансії» для електронів. Друга ж, навпаки, існує там, де є явний надлишок носіїв негативного заряду. Транзистор - це прилад, в якому в єдиному корпусі (або ізольованому ділянці, при літографії) об'єднані два блоки матеріалу з одним типом провідності і один – з іншим. З кожного виведений електрод, що дозволяє вмикатися в електричну ланцюг. Таким чином, транзистор – це пристрій, що складається з P-N-P (дірка – електрон – дірка) або N-P-N матеріалів.

Принцип роботи

Щоб зрозуміти, як працює транзистор на схемі, найлегше скористатися аналогією з водою. Уявімо собі якийсь прилад, що представляє собою три трубки, з'єднані в одній точці загальним протоком, - фактично, трійник. З одного боку подається вода (повертаючись до транзисторів, це емітер, тобто «дає»), з іншого краю вона кудись виливається (колектор), а ось середній патрубок (база) служить для регулювання інтенсивності напору. Так, направивши сюди додатковий потік, можна керувати водою на виході, посилюючи її або послаблюючи. Зрозуміло, приклад максимально спрощено, але для загального розуміння його достатньо. А так як транзистор – це не просто опір з трьома висновками, а напівпровідниковий елемент, то для управління досить зовсім незначного впливу струмом на електрод бази. Керуючий струм, що подається на середній ділянку приладу, служить тим поштовхом, який відкриває переходи для заряджених частинок, а його незначна зміна веде до збільшення або зменшення загальної «протоки» в кілька разів. Транзистор на схемі не завжди може бути використаний в такому простому схематичному рішенні. Якщо потрібно збільшити керуючий струм, що подається на електрод бази, то використовується цілий транзисторний каскад, в якому кожний наступний елемент підсилює сигнал від попереднього.

Характеристики транзисторів

Кожен подібний прилад характеризується, зокрема, мінімальним значенням струму бази, який необхідний для відкривання P-N-переходів. Без такого впливу прилад залишається «закритою», і рух заряджених частинок через нього не відбувається. Наступний важливий момент, який потрібно враховувати при експлуатації цих приладів, – значення напруги, при якому відбувається «пробій» переходів. Очевидно, що внутрішній опір може бути подолано і без «відкривання», але такий спосіб виводить транзистор з ладу. Таким чином, напруга пробою повинно вважатися граничним або гранично допустимим. Не менш важлива характеристика, що показує залежність зміни струму колектора від впливу на електрод бази. Існують графіки, де у вигляді кривої позначена ця залежність, названа передатної. З точки зору конструкції, існують польові і біполярні моделі. У перших заряд переносять лише позитивно (дірки) або негативно (електрони) заряджені частинки, а в другому беруть участь обидва типи носіїв. Наступна характеристика – опір на вході. З його зростанням зростає коефіцієнт підсилення і зменшується необхідний для управління струм. І, нарешті, ще одна найважливіша характеристика пов'язана з частотою струму, що пропускається. В залежності від типів використовуваних напівпровідникових матеріалів, транзистори можуть бути «звичайними» та високочастотними. Із-за особливостей протікання фізичних процесів (швидкість переходу зарядів через граничні області, ємність, опір) з ростом частоти зменшується коефіцієнт підсилення, знижуючись майже до нуля. Те значення, при якому таке відбувається, називається граничним.

Ключові параметри

Крім вищесказаного, є ще ряд особливостей даних пристроїв. Підбираючи подібні мікроелектронні прилади, важливо враховувати наступні параметри транзисторів: 1. Величину струму, що протікає через колектор. Очевидно, що нескінченне збільшення неможливо, а при спробі перевищити межа відбувається вихід з ладу приладу. 2. Граничне напруга, перевищення якого руйнує опір переходів. 3. Величина напруги, за якої подальше управління транзистором стає неможливим. Насправді параметрів дуже багато, всі вони зібрані в спеціальних довідниках.