Tranzistor

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Transistor (dezambiguizare) .
Unele dintre numeroasele tipuri de carcase utilizate pentru tranzistoare. Containerul este o indicație vagă a puterii pe care o poate manipula componenta; al treilea tranzistor cilindric din partea de sus este un element istoric de germaniu

Tranzistorul (termen englezesc , contracția trans (fer) "transfer [de sarcini electrice]" și (re) sistor " rezistor "; pronunție italianizată "transistor" [1] ) sau tranzistor este un dispozitiv semiconductor utilizat pe scară largă în electronica analogică .

Termenul care implică „radio cu tranzistoare” a fost adesea folosit în limbajul de zi cu zi și pentru a identifica radio portabil mic [1] , care a fost prima aplicație a acestor dispozitive care a ajuns pe piața de masă în anii cincizeci ai secolului al XX-lea .

Istorie

Fizicianul și inginerul Julius Edgar Lilienfeld a proiectat primul tranzistor din Canada în 1925 , descriind un dispozitiv similar tranzistorului cu efect de câmp actual [2] . Cu toate acestea, Lilienfeld nu a publicat nicio cercetare în acest sens și în 1934 inventatorul german Oskar Heil a brevetat un dispozitiv foarte similar. [3]

Replica primului tranzistor

Primul tranzistor a fost realizat cu doi electrozi, ale căror vârfuri, foarte subțiri și la o distanță de câteva sutimi de milimetru, pentru a fi precis de la 127 la 50 microni , au fost presate pe suprafața unei plăci dintr-un material foarte pur, policristalin și germaniu. cristal.de tip n. Tehnica de contact punctual era deja cunoscută și utilizată pentru construirea diodelor detectoare. Temporar, deoarece tranzistorul a funcționat în mod similar cu un triod , a fost numit triod în stare solidă : numele final derivă din unirea termenilor „ TRANSconductanță ” și „ rezistor ”. Primul prototip de lucru a fost construit în decembrie 1947 de doi cercetători de la Bell Labs : Walter Brattain și John Bardeen din grupul de cercetare condus de William Shockley .

Acesta a fost tranzistorul de contact punctual (cu vârf), în timp ce William Shockley a conceput, în ianuarie 1948 [4] , și formularea, în primăvara anului următor, a teoriei tranzistorului de joncțiune, numită inițial de Shockley însuși, în jurnalul său de laborator. , „sandwich cu tranzistor”. În 1956, cei trei cercetători au primitPremiul Nobel pentru fizică , cu motivația „pentru cercetarea semiconductoarelor și pentru descoperirea efectului tranzistorului”. Deja spre sfârșitul anilor 1950, producția de tranzistoare s-a îndreptat spre utilizarea siliciului ca element semiconductor și, în anii 1970, tranzistorul cu germaniu a devenit învechit.

Tipurile de containere pentru dispozitive s-au înmulțit și, de-a lungul anilor, au fost utilizate materiale precum ceramică , metal , plastic sau ansambluri mixte. În anii 1960, s-a folosit și sticla : producătorul european Philips a inclus dispozitivele sale de mică putere, de exemplu cele marcate cu OC70 și OC71, într-o cruce cilindrică din sticlă vopsită în negru, umplută cu grăsime de silicon . În cazul în care dispozitivul avea o disipare mai mare, ca și OC72, dispozitivul era pur și simplu acoperit cu un capac din aluminiu; având cabluri identice, colectorul era marcat de un punct de vopsea roșu închis. De-a lungul timpului, multe tipuri de containere au căzut în desuetudine în favoarea unor geometrii mai eficiente în eliminarea căldurii produse. Dispozitivele curente de joasă frecvență, inclusiv unele tipuri de diode și circuite integrate , sunt asamblate în containerul standard definit TO-3 , echipat cu două flanșe perforate adecvate pentru fixarea pe radiator prin intermediul unei perechi de șuruburi. Fabricat din oțel , cupru sau aluminiu , cu o temperatură ambiantă de 25 ° C, este capabil să transfere 300 de wați de putere termică generată de matriță la radiator.

În ceea ce privește mișcarea sarcinilor electrice în interiorul dispozitivului, tranzistoarele sunt denumite tranzistori bipolari , în care atât electronii, cât și găurile contribuie la trecerea curentului. Atât tranzistorul de contact punctual, cât și tranzistorul de joncțiune sunt tranzistori de tip bipolar. Tipul de contact punctual, de importanță istorică pentru a fi primul construit și pentru a găsi aplicații practice, deși într-o măsură limitată, a devenit în curând învechit pentru a fi înlocuit de cel de joncțiune, mai stabil și mai puțin zgomotos. Ulterior au fost create alte tipuri de tranzistoare, în care trecerea curentului a avut loc datorită unui singur tip de purtători de încărcare : aceste dispozitive sunt tranzistoarele cu efect de câmp . De-a lungul timpului, ambele au dat naștere la multe tipuri diferite de tranzistoare, utilizate în cele mai variate scopuri. Instrumentul de măsurare utilizat pentru verificarea și caracterizarea multiplilor parametri ai tranzistoarelor, precum și a diodelor , este trasorul curbei , termen dat instrumentului în raport cu semnalele electrice afișate sub forma unui grafic asemănător cu mai multe " curbe ", aspectul este similar cu un osciloscop : acest tip de instrument este produs istoric de compania Tektronix .

Descriere

Tranzistorul este compus dintr-un material semiconductor la care sunt aplicate trei terminale care îl conectează la circuitul extern.
Funcționarea tranzistorului se bazează pe joncțiunea pn , descoperită accidental de Russell Ohl la 23 februarie 1939 .

Principalele funcții care îi sunt încredințate în cadrul unui circuit electronic sunt:

Tipuri

Există în principal două tipuri diferite de tranzistoare: tranzistorul de joncțiune bipolar și tranzistorul cu efect de câmp și este posibilă miniaturizarea dispozitivelor din ambele categorii în cadrul circuitelor integrate , ceea ce le face componente fundamentale în domeniul microelectronicii .

KT819G tranzistor de joncțiune bipolar

Joncțiune bipolară sau BJT

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: tranzistor de joncțiune bipolar .

Tranzistorul de joncțiune bipolar, numit și prin acronimul BJT, este un tip de tranzistor utilizat pe scară largă în domeniul electronicii analogice .

Tranzistorul de joncțiune bipolar este o componentă electronică activă utilizată în principal ca amplificator și comutator.
Acestea sunt trei straturi de material semiconductor dopat , de obicei siliciu , în care stratul central are dopaj opus celorlalte două, astfel încât să formeze o joncțiune dublă pn , adică fie o joncțiune pnp, fie o npn. Fiecare strat este asociat cu un terminal: cel central ia numele de bază , cele externe se numesc colector și emițător . Principiul de funcționare al BJT se bazează pe posibilitatea de a controla conductivitatea electrică a dispozitivului și, prin urmare, curentul electric care trece prin acesta, prin aplicarea unei tensiuni între bornele sale. Acest dispozitiv implică atât purtători de încărcare majoritari, cât și minoritari și, prin urmare, acest tip de tranzistor se numește bipolar .

Un sistem format dintr-un singur tranzistor poate fi reprezentat ca un quadripol generic având două terminale de intrare și două terminale de ieșire. Cele trei terminale ale tranzistorului vor fi unul terminalul de intrare, celălalt terminalul de ieșire și al treilea în comun, adică conectat atât la intrare, cât și la ieșire. În funcție de care este terminalul comun, tranzistorul poate asuma următoarele configurații: bază comună, colector comun sau emițător comun .

Împreună cu tranzistorul cu efect de câmp , BJT este cel mai popular tranzistor din electronică, este capabil să ofere un curent de ieșire mai mare decât FET, în timp ce are dezavantajul că nu are terminalul de control izolat.

Tranzistor de putere cu efect de câmp N-canal

Efect de câmp sau JFET

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: tranzistor cu efect de câmp .

Tranzistorul cu efect de câmp, numit și prin acronimul FET, este un tip de tranzistor utilizat pe scară largă în domeniul electronicii digitale și difuzat, într-o măsură mai mică, și în electronica analogică .

Este un substrat din material semiconductor , de obicei siliciu , pe care se aplică patru terminale: poartă (poartă), sursă (sursă), drenaj (puț) și vrac (substrat); acesta din urmă, dacă este prezent, este în general conectat la sursă. Principiul de funcționare al tranzistorului cu efect de câmp se bazează pe posibilitatea de a controla conductivitatea electrică a dispozitivului și, prin urmare, curentul electric care trece prin el, prin formarea unui câmp electric în interiorul acestuia. Procesul de conducere implică doar purtătorii de sarcină majoritari, de aceea acest tip de tranzistor este numit unipolar .

Diversificarea metodelor și materialelor utilizate în realizarea dispozitivului a condus la distincția a trei familii principale de FET-uri: JFET , MESFET și MOSFET . JFET, prescurtare pentru Junction FET , este echipat cu o joncțiune pn ca electrod de rectificare; MESFET, prescurtare pentru Metal Semiconductor FET , o joncțiune Schottky care rectifică metal-semiconductor și MOSFET, prescurtare pentru Metal Oxide Semiconductor FET , generează câmpul electric datorită unei structuri metalice externe, separată de joncțiune printr-un strat de dielectric, oxidul .

Tranzistorul cu efect de câmp a fost inventat de Julius Edgar Lilienfeld în 1925, dar primele dispozitive construite, JFET-urile , datează din 1952, când a fost posibil din punct de vedere tehnologic să le realizăm. Cel mai popular FET este MOSFET , introdus de Kahng în 1960. [5]
Împreună cu tranzistorul de joncțiune bipolar , FET este cel mai comun tranzistor din electronică: spre deosebire de BJT are avantajul de a avea terminalul porții de control izolat de restul circuitului, în care nu curge curent; în timp ce are dezavantajul de a nu putea oferi mult curent de ieșire. De fapt, circuitele cu tranzistoare FET au, în general, o impedanță de ieșire ridicată, oferind astfel curenți foarte mici.

La electrochimice organice

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: tranzistoare organice electrochimice .

Tranzistoarele electrochimice organice (OECT) sunt una dintre cele mai profitabile aplicații ale PEDOT: PSS în forma sa subțire de film și accesibilitatea lor se datorează ușurinței de fabricație a acestuia și tensiunii reduse care este necesară pentru aplicarea lor pentru funcționarea lor.

Structura tranzistoarelor electrochimice este formată din două părți de bază: canal și poartă. Canalul, o peliculă subțire de polimer semiconductor (în acest caz PEDOT: PSS) depus pe un substrat izolator, are cele două contacte sursă și de scurgere la capete, exact ca în tranzistoarele cu efect de câmp, cu care împărtășesc și caracteristicile curbelor. . Pe de altă parte, poarta poate avea două forme. Primul este electrodul metalic care, scufundat în soluția electrolitică în care este situat canalul, îl alimentează cu tensiune de poartă; electrodul și canalul din PEDOT nu intră în contact unul cu celălalt. A doua formă a porții este pelicula subțire de PEDOT: PSS care, depusă pe același substrat cu canalul, este izolată de aceasta în absența unei soluții electrolitice.

Alte tipuri

Odată cu evoluția tehnologiei, au fost create alte câteva tipuri de tranzistoare, potrivite pentru utilizări speciale. Printre cele mai frecvente se numără tranzistorul unijunction , un generator de impulsuri care nu poate amplifica sau comuta și tranzistoarele bipolare cu poartă izolată , dispozitive hibride între tranzistoare bipolare și MOSFET-uri , potrivite pentru manipularea curenților mari. Există, de asemenea, tranzistoare dezvoltate pentru aplicații de cercetare, capabile să obțină performanțe precum rezistența la curenți mari sau la frecvențe mari de funcționare: în 2006 un tranzistor siliciu-germaniu a atins frecvența de comutare de 500 G Hz în laborator. [6]

Utilizare

Tranzistoarele sunt utilizate în principal ca amplificatoare de semnale electrice sau ca întrerupătoare electronice controlate și au înlocuit aproape peste tot tuburile termionice .

Tranzistoarele sunt elementul de bază al cipurilor (sau circuitelor integrate ), până la punctul în care prezența lor numerică în cadrul acestuia din urmă este declarată oficial ca un ordin de mărime: de exemplu, circuitele integrate simple au de la câteva zeci la câteva sute, complexe au câteva mii. Apple A13 are 8,5 miliarde de tranzistoare [7] .

Notă

  1. ^ a b transìstor , în Treccani.it - Vocabular online Treccani , Institutul Enciclopediei Italiene.
  2. ^ Lilienfeld, Julius Edgar, „Metodă și aparat pentru controlul curentului electric” ( EN ) US1745175 , United States Patent and Trademark Office , SUA. 1930-01-28 (depus în Canada 1925-10-22, în SUA 1926-10-08)
  3. ^ Heil, Oskar, "Îmbunătățiri în sau legate de amplificatoare electrice și alte dispozitive și dispozitive de control" Arhivat 23 februarie 2009 la Internet Archive ., Brevet nr. GB439457, Oficiul European de Brevete, depus în Marea Britanie 1934-03-02, publicat 1935-12-06 (inițial depus în Germania 1934-03-02).
  4. ^ din „Crystal Fire” de M. Riordan și L. Hoddeson - WW Norton & Company 1997
  5. ^ Computer History Museum - The Silicon Engine | 1960 - tranzistor cu oxid de metal semiconductor (MOS) demonstrat , pe computerhistory.org . Adus la 6 martie 2010 (Arhivat din original la 5 august 2012) .
  6. ^ Half teraherz for a transistor , in Le Scienze , 20 iunie 2006. Adus la 6 ianuarie 2020 (arhivat din original la 30 decembrie 2007) .
    „O relatare a cercetărilor care au condus la acest rezultat important va fi publicată în numărul din iulie al revistei„ IEEE Electron Device Letters ” .
  7. ^ https://www.iphoneitalia.com/707655/a13-bionic-nessuna-sorpresa-soc-potente-mercato

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

  • Transistor , în Treccani.it - ​​Enciclopedii on-line , Institutul Enciclopediei Italiene.
  • Transistor , în Treccani.it - ​​Enciclopedii on-line , Institutul Enciclopediei Italiene.
  • Transistor , în Enciclopedia științei și tehnologiei , Institutul Enciclopediei Italiene, 2007-2008.
Controlul autorității Tesauro BNCF 22961 · LCCN (EN) sh85136935 · GND (DE) 4060646-6 · BNF (FR) cb11933621t (dată) · NDL (EN, JA) 00.573.299
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Transistor&oldid=122032674 ”