Классификация транзисторов

Транзисторы широко используются в различных областях электроники, таких как усиление, генерирование, коммутация и преобразование сигналов. Транзисторы имеют разные типы, в зависимости от их структуры, принципа действия, параметров и области применения. Существует несколько способов классификации транзисторов, которые мы рассмотрим ниже.

Классификация транзисторов по материалу

Транзисторы изготавливаются из разных материалов, которые определяют их свойства, такие как скорость переноса заряда, температурный диапазон работы, максимальная частота и т.д. Среди основных материалов для транзисторов можно выделить следующие:

• Германий. Это один из первых материалов, из которого были сделаны транзисторы. Германий имеет низкую ширину запрещенной зоны, что позволяет ему легко переходить в проводящее состояние при небольшом напряжении. Однако германий также имеет низкую температурную стабильность, высокую чувствительность к загрязнениям и низкую максимальную частоту. Поэтому германиевые транзисторы сейчас редко используются, за исключением некоторых специальных областей, таких как детекторы инфракрасного излучения.

• Кремний. Это самый распространенный материал для транзисторов, который почти полностью вытеснил германий. Кремний имеет большую ширину запрещенной зоны, что делает его более устойчивым к температурным изменениям, меньше подверженным влиянию примесей и способным работать при высоких частотах. Кремний также имеет низкую стоимость, хорошую доступность и легкость обработки. Поэтому кремниевые транзисторы используются в большинстве электронных устройств и интегральных микросхем.

• Соединения полупроводников. Это материалы, состоящие из двух или более элементов, которые образуют химическое соединение с полупроводниковыми свойствами. Соединения полупроводников имеют разные характеристики, в зависимости от их состава, структуры и метода изготовления. Среди них можно выделить такие, как галлий-арсенид, галлий-нитрид, индий-фосфид, кремний-германий и т.д. Соединения полупроводников обладают высокой скоростью переноса заряда, высокой максимальной частотой, высокой температурной стабильностью и способностью работать при высоких напряжениях. Поэтому соединения полупроводников используются в современных транзисторах для микроволновой, оптоэлектронной, силовой и высокочастотной техники.

Классификация транзисторов по структуре и принципу действия

Транзисторы имеют разные структуры и принципы действия, которые определяют их основные параметры, такие как тип проводимости, способ управления, количество выводов и т.д. Среди основных типов транзисторов по структуре и принципу действия можно выделить следующие:

Биполярные транзисторы. Это транзисторы, в которых ток образуется потоком носителей заряда обоих типов — электронов и дырок.

Биполярные транзисторы состоят из трех слоев полупроводника с разным типом проводимости — эмиттера, базы и коллектора.

Эмиттер и коллектор имеют одинаковый тип проводимости, а база — противоположный. Между эмиттером и базой, а также между базой и коллектором образуются p-n-переходы, которые определяют направление тока в транзисторе.

Биполярные транзисторы управляются изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом ток через коллектор пропорционален току через базу. Они делятся на два подтипа — p-n-p и n-p-n, в зависимости от типа проводимости слоев.

Биполярные транзисторы имеют высокий коэффициент усиления, низкое входное сопротивление, высокое выходное сопротивление и среднюю скорость переключения. Биполярные транзисторы используются в аналоговой и цифровой технике для усиления, генерирования и коммутации сигналов.

Полевые транзисторы. Это транзисторы, в которых ток образуется потоком носителей заряда одного типа — электронов или дырок.

Полевые транзисторы состоят из двух электродов — истока и стока, между которыми расположен тонкий слой полупроводника — канал.

На канал воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора, которое изменяет сопротивление канала и тем самым регулирует ток между истоком и стоком. Они управляются изменением напряжения между затвором и истоком, при этом ток через сток не зависит от тока через затвор.

Полевые транзисторы делятся на два подтипа — с изолированным затвором (MOSFET) и с управляемым p-n-переходом (JFET), в зависимости от типа затвора.

Они также делятся на n-канальные и p-канальные, в зависимости от типа проводимости канала. Полевые транзисторы имеют низкий коэффициент усиления, высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и высокую скорость переключения.

Полевые транзисторы используются в цифровой и аналоговой технике для коммутации, усиления, генерирования и преобразования сигналов.

Туннельные транзисторы. Это современные транзисторы, в которых ток образуется потоком носителей заряда, которые проникают через потенциальный барьер по квантовому эффекту туннелирования.

Туннельные транзисторы состоят из трех слоев полупроводника с разным типом проводимости — эмиттера, базы и коллектора.

Эмиттер и коллектор имеют одинаковый тип проводимости, а база — противоположный. Между эмиттером и базой, а также между базой и коллектором образуются p-n-переходы, которые имеют очень тонкую запрещенную зону.

Туннельные транзисторы управляются изменением напряжения между базой и эмиттером, при этом ток через коллектор имеет нелинейную зависимость от напряжения на базе. Они делятся на два подтипа — p-n-p и n-p-n, в зависимости от типа проводимости слоев.

Туннельные транзисторы имеют высокий коэффициент усиления, низкое входное сопротивление, высокое выходное сопротивление и очень высокую скорость переключения.

Туннельные транзисторы используются в технике для генерирования и усиления высокочастотных сигналов.

Это основные типы транзисторов по структуре и принципу действия, которые следует знать.

Кроме того, существуют и другие типы транзисторов, такие как биполярно-полевые транзисторы, лавинные транзисторы, транзисторы с эффектом полевого эмиссионного катода и т.д. Однако они менее распространены и имеют специфические области применения.

Кроме классификации транзисторов по материалу и по структуре и принципу действия, существуют и другие способы разделения транзисторов на группы. Например, транзисторы можно классифицировать по следующим критериям:

• По мощности. Транзисторы бывают малой, средней и большой мощности, в зависимости от максимальной мощности, которую они могут рассеивать в виде тепла. Маломощные транзисторы используются в слаботочной электронике, среднемощные — в усилительных устройствах, большомощные — в силовой электронике.

• По частоте. Транзисторы бывают низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные, в зависимости от максимальной частоты, на которой они могут работать. Низкочастотные транзисторы используются в аудио- и видеоаппаратуре, среднечастотные — в радиосвязи и телевидении, высокочастотные — в микроволновой технике, сверхвысокочастотные — в радиолокации и оптоэлектронике.

• По способу изготовления. Транзисторы бывают планарные, эпитаксиальные, диффузионные, аллоевые и т.д., в зависимости от технологии, с помощью которой они создаются на кристалле полупроводника. Способ изготовления влияет на качество, надежность и стоимость транзисторов.

• По конструктивному оформлению. Транзисторы бывают дискретные, интегральные, поверхностно-монтированные, гибридные и т.д., в зависимости от того, как они упакованы и подключаются к схеме. Конструктивное оформление влияет на размер, массу, теплоотвод и защиту транзисторов.

Это не полный список способов классификации транзисторов, так как они могут быть разделены и по другим признакам, таким как например, по типу корпуса, по количеству выводов, по наличию дополнительных элементов и т.д. Однако, эти способы менее распространены и имеют меньшее практическое значение.

Смотрите также: Виды транзисторов и их применение

Яков Кузнецов