Tranzistorius

Straipsnis iš Enciklopedijos Lietuvai ir Pasauliui (ELIP).
Tranzistoriai

Tranzistoriumi elektronikoje vadinamas puslaidininkinis įtaisas, paprastai naudojamas elektroniniams signalams sustiprinti ar nukreipti. Tranzistorius yra fundamentali kompiuterių ir kitų modernių elektroninių prietaisų detalė. Pradėtas taikyti apie 1950 metais, jis daug kur visiškai išstūmė anksčiau naudotas lempas, reles ir kitus komponentus. Tai vienas svarbiausių XX amžiaus išradimų.[1]

Tranzistoriai gali būti gaminami po vieną (atskirame korpuse), po du (dažniausiai jei svarbu turėti du kartu pagamintus panašių parametrų tranzistorius) arba po daug. Šiuolaikinės procesorių integrinės mikroschemos gali turėti milijardą ir daugiau tranzistorių.[2].

Tipai

Labiausiai žinomi bipoliariniai ir lauko tranzistoriai. Abiem šiem tipam gali galimi du vienas kitą papildantys variantai (bipoliariniams p-n-p arba n-p-n, lauko - p arba n kanalo). Anksčiau pasirodę bipoliariniai tranzistoriai pavieniui ir dabar plačiau tebenaudojami, tačiau daugumoje skaitmeninių integrinių mikroschemų naudojami lauko tranzistoriai.

Abu šie tipai turi labai daug specifinių variantų.

Bipoliarinis tranzistorius

Bendro emiterio schema (stiprintuvo pavyzdys).

Bipoliarinio tranzistoriaus pagrindinė dalis yra vienu ar kitu būdu sukurti trys besiliečiantys puslaidininkio sluoksniai, iš kurių vidurinis yra skirtingo laidumo tipo (p arba n) nei kraštiniai. Galimi tiek p-n-p, tiek ir n-p-n tipo tranzistoriai. Nuo kiekvieno sluoksnio išvedami išvadai tranzistoriui prijungti (vidurinis išvadas - bazė, kraštiniai - kolektorius bei emiteris). Labiausiai paplitusioje bendro emiterio schemoje, esant tarp kolektoriaus ir emiterio elektros įtampai, srovė tarp jų labai priklauso nuo tarp bazės ir emiterio tekančios srovės. Palyginus nedideli bazės - emiterio srovės pokyčiai gali sukelti dešimtis ar net šimtus kartų didesnius kolektoriaus - emiterio srovės pokyčius. Įtampos svyravimai apkrovos rezistoriuje RC (V+-Vout) taip pat gali daug kartų viršyti įtampos svyravimus bazės grandinėje (Vin). Pagaliau, didinant bazės įtampą ir tranzistoriui atsidarant, įtampa jo kolektoriaus taške, priešingai, mažėja - taigi tranzistorius gali dirbti ir kaip loginis elementas, invertorius.

Nedideli bazės srovės pokyčiai geriausiai sustiprinami ir neiškraipomi esant apgalvotai parinktoms bazės, emiterio bei kolektoriaus srovėms pastovioms dedamosioms. Darbo režimas nustatomas schemoje parodytais rezistoriais. Įėjimo ir išėjimo kondensatoriai atskiria stiprintuvo schemą nuo optimalų režimą trukdančių nustatyti pastovių srovės bei įtampos komponenčių. Kondensatorius emiterio grandinėje (panašus yra ir schemoje su lauko tranzistoriumi) šuntuoja emiterio rezistorių kuris reikalingas tik pastoviai srovei riboti (stiprintuvo temperatūriniam stabilumui padidinti).

Bipoliarinis tranzistorius gali sustiprinti tiek įtampą, tiek ir srovę, tačiau (nors tai priklauso ir nuo jungimo schemos) gana daug apkrauna signalo šaltinį (paprastai gana nedidelė įėjimo varža).

Lauko tranzistorius

Stiprintuvas su lauko tranzistoriumi

Lauko tranzistorius (MOP tranzistorius) yra paprastesnis bei darbo principais panašesnis į elektroninę lempą; būtent lauko tranzistoriai buvo pirmieji atrasti bei užpatentuoti. Tačiau juo pagaminti ilgą laiką buvo sunkiau. Lauko tranzistoriuje srovė teka vieno laidumo tipo puslaidininkio tūriu, varoma dviejų elektrodų (santakos bei ištakos) sukurto išilginio elektros lauko. Priklausomai nuo šio tūrio laidumo tipo, lauko tranzistoriai gali būti p-kanaliniai arba n-kanaliniai. Valdančio elektrodo (užtūros) įtampa sukuria ir keičia šį tūrį veikiantį skersinį elektros lauką. Tranzistoriaus konstrukcija parinkta tokia jog šio skersinio lauko pokyčiai smarkiai įtakotų tranzistoriumi tekančią srovę.

Lauko tranzistorius turi palyginus su bipoliariniu labai didelę įėjimo varžą.

Privalumai

  • Maži matmenys bei svoris.
  • Gerai tinka masinei gamybai ir yra palyginus pigūs. 2012 metais kiekvienam Žemės žmogui jų buvo pagaminta milijonais.[3]
  • Maža darbo įtampa.
  • Gali dirbti beveik iškart prijungus srovę (lempai reikia laiko katodui įkaitinti).
  • Didesnis nei lempų naudingumo koeficientas.
  • Didesnis patikimumas, atsparumas sutrenkimams, ilgesnis tarnavimo laikas. Tranzistorius gali dirbti iki 50 metų.
  • Galimi papildančios struktūros (p-n-p ir n-p-n) tranzistoriai su kuriais galima surinkti lempinių analogų neturinčias schemas.

Trūkumai

  • Ribota maksimali darbo įtampa (silicio tranzistoriams - ne daugiau 1000 V, silicio karbido iki 3000 V). Lempos darbo įtampa gali siekti dešimtis tūkstančių voltų.
  • Ribotos galimybės didelės galios ir labai aukštų dažnių srityje, kur vis dar tebenaudojamos lempos.
  • Jautrumas elektromagnetiniams laukams, susidarantiems, pavyzdžiui, branduolinio sprogimo metu.
  • Jautrumas radiacijai, kosminiams spinduliams (kosminiuose laivuose naudojamos specialios, labiau radiacijai atsparios mikroschemos).

Nuorodos

Commons-logo.svg.png Vikiteka: Tranzistorius – vaizdinė ir garsinė medžiaga

Vikiteka

Šaltiniai

  1. Robert W. Price (2004). Roadmap to Entrepreneurial Success. AMACOM Div American Mgmt Assn.
  2. http://www.anandtech.com/show/4798/ivy-bridge-148b-transistors
  3. Turley, J. (December 18, 2002).The Two Percent Solution. Embedded.com.


Sudarytojai, rašytojai ir redaktoriai

Kitur naudojant ar cituojant šį straipsnį, būtina nurodyti jo sumanytojus, sudarytojus, rašytojus ir redaktorius.
  • Audrius Meškauskas – autorius – 66% (+5669-0=5669 wiki spaudos ženklai).
  • Vitas Povilaitis – autorius ir redaktorius – 35% (+2973-28=2945 wiki spaudos ženklai).