Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника » Виды транзисторов и их применение
Количество просмотров: 126734
Комментарии к статье: 5


Виды транзисторов и их применение


Слово «транзистор» образованно из двух слов: transfer и resistor. Первое слово переводится с английского как «передача», второе — «сопротивление». Таким образом, транзистор — это особого рода сопротивление, которое регулируется напряжением между базой и эмиттером (током базы) у биполярных транзисторов, и напряжением между затвором и истоком у полевых транзисторов.

Изначально названий для этого полупроводникового прибора предлагалось несколько: полупроводниковый триод, кристаллический триод, лотатрон, но в результате остановились именно на названии «транзистор», предложенном Джоном Пирсом, - американским инженером и писателем-фантастом, другом Уильяма Шокли.

Для начала окунемся немного в историю, затем рассмотрим некоторые виды транзисторов из распространенных сегодня на рынке электронных компонентов.

Виды транзисторов и их применение

Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин, работая командой в лабораториях Bell Labs, 16 декабря 1947 года создали первый работоспособный биполярный транзистор, который был продемонстрирован учеными официально и публично 23 декабря того же года. Это был точечный транзистор.

Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин

Спустя почти два с половиной года, появился первый германиевый плоскостной транзистор, затем сплавной, электрохимический, диффузионный меза-транзистор, и наконец, в 1958 году Texas Instruments выпустила первый кремниевый транзистор, затем, в 1959 году Жаном Эрни был создан первый планарный кремниевый транзистор, в итоге германий был вытеснен кремнием, а планарная технология заняла почетное место главной технологии производства транзисторов.

Справедливости ради отметим, что в 1956 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Первые транзисторы

Что касается полевых транзисторов, то первые патентные заявки подавались с середины 20-х годов 20 века, например в Германии физик Юлий Эдгар Лилиенфельд в 1928 году запатентовал принцип работы полевых транзисторов. Однако, непосредственно полевой транзистор был запатентован впервые в 1934 году немецким физиком Оскаром Хайлом.

Работа полевого транзистора в основе своей использует электростатический эффект поля, физически это проще, потому и сама идея полевых транзисторов появилась раньше, чем идея биполярных транзисторов. Изготовлен же первый полевой транзистор был впервые в 1960 году. В итоге, ближе к 90-м годам 20 века, МОП-технология (технология полевых транзисторов «металл-оксид-полупроводник») стала доминировать во многих отраслях, включая IT-сферу.

В большинстве применений транзисторы заменили собой вакуумные лампы, свершилась настоящая кремниевая революция в создании интегральных микросхем. Так, сегодня в аналоговой технике чаще используют биполярные транзисторы, а в цифровой технике — преимущественно полевые.

Устройство и принцип действия полевых и биполярных транзисторов — это темы отдельных статей, поэтому останавливаться на данных тонкостях не будем, а рассмотрим предмет с чисто практической точки зрения на конкретных примерах.

Как вы уже знаете, по технологии изготовления транзисторы подразделяются на два типа: полевые и биполярные. Биполярные в свою очередь делятся по проводимости на n-p-n – транзисторы обратной проводимости, и p-n-p – транзисторы прямой проводимости. Полевые транзисторы бывают, соответственно, с каналом n-типа и p-типа. Затвор полевого транзистора может быть изолированным (IGBT-транзисторы) или в виде p-n-перехода. IGBT-транзисторы бывают со встроенным каналом или с индуцированным каналом.

Области применения транзисторов определяются их характеристиками, а работать транзисторы могут в двух режимах: в ключевом или в усилительном. В первом случае транзистор в процессе работы или полностью открыт или полностью закрыт, что позволяет управлять питанием значительных нагрузок, используя малый ток для управления. А в усилительном, или по-другому — в динамическом режиме, используется свойство транзистора изменять выходной сигнал при малом изменении входного, управляющего сигнала. Далее рассмотрим примеры различных транзисторов.

биполярный n-p-n-транзистор в корпусе ТО-3

2N3055 – биполярный n-p-n-транзистор в корпусе ТО-3. Популярен в качестве элемента выходных каскадов высококачественных звуковых усилителей, где он работает в динамическом режиме. Как правило, используется совместно с комплементарным p-n-p собратом MJ2955. Данный транзистор может работать и в ключевом режиме, например в трансформаторных НЧ инверторах 12 на 220 вольт 50 Гц, пара 2n3055 управляет двухтактным преобразователем.

Примечательно, что напряжение коллектор-эмиттер для данного транзистора в процессе работы может достигать 70 вольт, а ток 15 ампер. Корпус ТО-3 позволяет удобно закрепить его на радиатор в случае необходимости. Статический коэффициент передачи тока — от 15 до 70, этого достаточно для эффективного управления даже мощными нагрузками, при том, что база транзистора выдерживает ток до 7 ампер. Данный транзистор может работать на частотах до 3 МГц.

КТ315

КТ315 — легенда среди отечественных биполярных транзисторов малой мощности. Данный транзистор n-p-n – типа впервые увидел свет 1967 году, и по сей день пользуется популярностью в радиолюбительской среде. Комплементарной парой к нему является КТ361. Идеален для динамических и ключевых режимов в схемах малой мощности.

При максимально допустимом напряжении коллектор-эмиттер 60 вольт, этот высокочастотный транзистор способен пропускать через себя ток до 100 мА, а граничная частота у него не менее 250 МГц. Коэффициент передачи тока достигает 350, при том, что ток базы ограничен 50 мА.

Изначально транзистор выпускался только в пластмассовом корпусе KT-13, 7 мм в ширину и 6 мм высотой, но в последнее время можно его встретить и в корпусе ТО-92, например производства ОАО «Интеграл».

КП501

КП501 — полевой n-канальный транзистор малой мощности с изолированным затвором. Имеет обогащенный n-канал, сопротивление которого составляет от 10 до 15 Ом, в зависимости от модификации (А,Б,В). Предназначен данный транзистор, как его позиционирует производитель, для использования в аппаратуре связи, в телефонных аппаратах и другой радиоэлектронной аппаратуре.

Этот транзистор можно назвать сигнальным. Небольшой корпус ТО-92, максимальное напряжение сток-исток — до 240 вольт, максимальный ток стока — до 180 мА. Емкость затвора менее 100 пф. Особенно примечательно то, что пороговое напряжение затвора составляет от 1 до 3 вольт, что позволяет реализовать управление с очень-очень малыми затратами. Идеален в качестве преобразователя уровней сигналов.

irf3205 – n-канальный полевой транзистор

irf3205 – n-канальный полевой транзистор, изготовленный по технологии HEXFET. Популярен в качестве силового ключа для повышающих высокочастотных инверторов, например автомобильных. Посредством параллельного включения нескольких корпусов представляется возможность построения преобразователей, рассчитанных на значительные токи.

Максимальный ток для одного такого транзистора достигает 75А (ограничение вносит конструкция корпуса ТО-220), а максимальное напряжение сток-исток составляет 55 вольт. Сопротивление канала при этом всего 8 мОм. Емкость затвора в 3250 пф требует применения мощного драйвера для управления на высоких частотах, но сегодня это не является проблемой.

FGA25N120ANTD мощный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT-транзистор)

FGA25N120ANTD мощный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT-транзистор) в корпусе TO-3P. Способен выдержать напряжение сток-исток 1200 вольт, максимальный ток стока составляет 50 ампер. Особенность изготовления современных IGBT-транзисторов такого уровня позволяет отнести их к классу высоковольтных.

Область применения — силовые преобразователи инверторного типа, такие как индукционные нагреватели, сварочные аппараты и другие высокочастотные преобразователи, рассчитанные на питание высоким напряжением. Идеален для мощных мостовых и полумостовых резонансных преобразователей, а также для работы в условиях жесткого переключения, имеется встроенный высокоскоростной диод.

Мы рассмотрели здесь только несколько видов транзисторов, и это лишь мизерная часть из обилия моделей электронных компонентов, представленных на рынке сегодня.

Так или иначе, вы с легкостью сможете подобрать подходящий транзистор для своих целей, благо, документация на них доступна сегодня в сети в виде даташитов, в которых исчерпывающе представлены все характеристики. Типы корпусов современных транзисторов различны, и для одной и той же модели зачастую доступны как SMD исполнение, так и выводное. 

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • IGBT-транзисторы - основные компоненты современной силовой электроники
  • Биполярные и полевые транзисторы - в чем различие
  • Как подобрать аналог транзистора
  • Классификация транзисторов
  • Как проверить полевой транзистор
  • Почему горят транзисторы
  • Силовые MOSFET и IGBT транзисторы, отличия и особенности их применения
  • Драйвер полевого транзистора из дискретных компонентов
  • Полевые транзисторы: принцип действия, схемы, режимы работы и моделирование
  • История транзисторов
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

    Транзисторы для чайников, SMD компоненты, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Станислав |

    А что означает драйвер для транзисторов упомянутые в этой статье?

    И еще возник вопрос что такое корпуск транзистора почему важно понимать его модель и что такое SMD исполнение?

      Комментарии:

    #2 написал: Андрей |

    Станислав, существуют специальные драйверы для управления затвором полевых транзисторов (IGBT, MOSFET и GaN-транзисторов). По второму вопросу - разные транзисторы выпускаются в разных корпусах, SMD - транзисторы поверхностного монтажа. SMD - технология (от англ. surface mounted device — прибор, монтируемый на поверхность).

      Комментарии:

    #3 написал: Даниил |

    Основой транзистора является очень тонкая полупроводниковая пластина, так называемая база, на которую с двух сторон напылен PN или NP переход. В зависимости от того, имеет ли база транзистора проводимость N-типа или P-типа, мы называем транзистор PNP или NPN. Базовый тип указывает среднюю букву. Используется соединение с общей базой или общим эмиттером. Переход с большей площадью контакта с базой — коллектор, с меньшей площадью — эмиттер. База либо кремний, тогда кремниевый транзистор, либо он германиевый и транзистор называется германиевым. Явление транзистора возникает, когда база подключена к другой цепи с собственным источником напряжения, где переход между эмиттером и базой соединяется по прямой линии. Феномен транзистора заключается в том, что током коллектора можно управлять небольшими изменениями тока в цепи базы. Отношение изменения тока коллектора и тока базы является так называемым коэффициентом усиления тока транзистора. У некоторых транзисторов коэффициент усиления по току больше сотни, поэтому через коллектор проходит ток в 100 с лишним раз больше, чем через базу.

      Комментарии:

    #4 написал: Роберт |

    Самое простое объяснение того, что такое транзистор, можно получить в довольно простом предложении: транзистор состоит из 3 электродов (трех выводов) или иногда из 4 электродов, полупроводникового электронного элемента с возможностью усиления электрического сигнала, который может действовать как устройство контроля тока в электрической цепи. Появление транзисторов в середине прошлого века полностью изменило развитие всех технологий, в том числе и электроники. Замена больших, энергоемких электронных ламп этими миниатюрными элементами, производимыми теперь в нанометровых размерах, как в случае с компьютерными микропроцессорами, ускорила развитие техники и вывела нас на нынешний уровень цивилизационного прогресса. Транзисторы классифицируются по нескольким критериям, наиболее важными из которых являются следующие типологии: Биполярные и униполярные транзисторы, германиевые, кремниевые и другие транзисторы для техники очень высоких частот (карбид кремния, нитрид галлия, арсенид галлия). Транзисторы малой или большой мощности и в то же время низкой или высокой частоты. Последние два относятся к материалам, используемым для изготовления транзисторов, и к основным параметрам и не так важны, как систематика. Эта типология имеет решающее значение, поскольку фактически описывает два основных типа транзисторов, различающихся принципом действия: полевые (униполярные) транзисторы и биполярные транзисторы. Конечно, внутри каждого из этих типов есть дополнительные подтипы транзисторов (MOSFET, JFET, IGBT и др.), но ключевой принцип работы у них общий.

      Комментарии:

    #5 написал: Ротабор |

    КП501 - это полевой n-канальный транзистор малой мощности, который используется в различных электронных устройствах. Этот транзистор имеет изолированный затвор, что позволяет ему работать с более высоким напряжением и более высокой частотой, чем традиционные биполярные транзисторы. Но КП501 имеет некоторые ограничения, такие как низкая мощность, высокое сопротивление и ограниченный температурный диапазон. В некоторых случаях, более мощные и высокочастотные транзисторы могут быть более подходящими.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.