Устройство транзистора – что это такое, устройство, принцип работы, разновидности

В основе электросхемы любого современного электроприбора помимо прочих компонентов лежит особое полупроводниковое устройство – транзистор. В его задачу входит управление параметрами проходящего через него электричества, и, как результат, создание того или иного сценария действий оборудования. Разберем устройство транзистора, что он собой представляет и по какому принципу работает, а также на какие виды подразделяется.

Транзистор – что это такое и как устроено

Элемент микросхемы, управляющий электрическим током и изменяющий его параметры, называется транзистором. Изначально такой компонент изготавливался в виде лампы, как например, это было в старых телевизорах.

Сегодня это полупроводниковые элементы на основе кремния с добавками. Ввиду компактности, долговечности, стойкости к нагреву и дешевизне, такие компоненты получили широкое распространение. Благодаря им появилось новое поколение точной электротехники. Например, в процессорах их общее число достигает миллиардов.

Внешне транзисторы различаются в размерах и рабочих номиналах. Для наглядного сравнения можно привести пример элементов микросхемы, достигающих в поперечнике всего несколько нанометров, и промышленных экземпляров в несколько десятков сантиметров, рассчитанных на 1000 В.

По устройству классический транзистор представляет собой триод, состоящий из 3-х слоев – базы, коллектора и эмиттера, имеющих следующее назначение:

• База – центральный слой, через который пропускается ток небольшого номинала для управления большим. Запирание происходит путем заземления.

• Коллектор – приемник или «сборщик» тока. На него подается высокое напряжение, которым требуется управлять.
• Эмиттер – источник, на него подается ток, и через него проходит электричество с базы и коллектора в «открытом» положении.

При этом по типу проводимости транзисторы бывают 2-х видов:

1. Прямой – p-n-p.
2. Обратный – n-p-n.

За проводимость n-типа отвечают электроны, а p-типа – положительно заряженные вакантные места, так называемые «дырки».

Разновидности

Транзисторы классифицируются по особенностям конструкции и механизму действия на следующие 3 вида:

• Полевые.

Элементы схемы также именуются униполярными, ввиду возможности протекания электричества только одной полярности. Они в свою очередь разделяются на 3 подвида:

1. Оснащенные управляющим p-n-переходом.
2. Состоящие из металла, диэлектрика и проводника.
3. С изолированным затвором и индуцированным или встроенным каналом.

Транзисторам полевого типа не требуется много энергии, благодаря чему они могут функционировать до 12 месяцев на одной батарейке. Ввиду этого элементы нашли широкое применение в электротехнике и умных гаджетах. Главный недостаток – повышенная чувствительность к статическому току.

На заметку! Полевые транзисторы позволяют подключать большие мощности при стандартных размерах. При этом управляются они током, но через затвор он не проходит, как это происходит в биполярном варианте.

• Биполярные.

Базовый тип транзисторов, в основе которых лежит триод – эмиттер-база-коллектор. Само название говорит о способности элемента пропускать ток противоположного заряда через один и то же канал.

Предназначены для усиления сигнала, и потому входят в состав цепи в качестве коммутатора. При этом через коллектор могут проходить токи большого номинала. Это в свою очередь способствует снижению сопротивления.

• Комбинированные.

Когда требуется добиться заданных параметров в работе схемы, применяются комбинированные версии:

1. Биполярные триоды, объединенные с резисторами.
2. Лямбда-диоды, представляющие собой пару соединенных триодов полевого типа и формирующих область отрицательного сопротивления.
3. Пара триодов в едином корпусе.
4. Полевой триод, управляющий биполярным триодом с помощью затвора изолированного типа.

Такие варианты комбинаций, по сути, представляют собой микросхемы в рамках одного корпуса.

Принцип работы

Механизм действия биполярного триода сводится к таким особенностям:

• К базе и эмиттеру подключаются соответствующие полюсы тока – на «p» подключается плюсовой проводник, а «n» – минусовой.
• В цепи «эмиттер-база» возникает ток, на базе возникает заряд, и он тем выше, чем выше напряжение.
• Подаваемый на базу электроток носит название управляющего.
• Если к коллектору подключать ток с обратной полярностью, электроток возникнет между эмиттером и коллектором.
• При этом чем больше заряд на базе, тем выше ток в схеме «эмиттер-коллектор».

• Чем выше ток, поступающий на базу, тем сильнее он в цепи «эмиттер-коллектор».
• Даже малое повышение управляющего тока приводит к значительному усилению тока между эмиттером и коллектором.

Последнее свойство применяется в создании усилителей.

Справка! Для того чтобы перевести биполярный транзистор в закрытое положение, к базе и эмиттеру подключается электроток, обратный тому, который подавался для открытия.

Полевой транзистор характеризуется тем, что в нем электроток не проходит через p-n-переход, а идет по специальному каналу – затвору. Электричество проходит по нему от «истока» к «стоку». Регулируется поток величиной и полюсом подаваемого напряжения.

Коротко о главном

Транзистор представляется собой элемент микросхемы для контроля и изменения параметров тока. Различаются такие компоненты схемы по размерам от нескольких нанометров до десятков сантиметров.

Современный классический транзистор изготавливается из полупроводников, и включает 3 слоя – базу, эмиттер и коллектор. По типу проводимости элементы бывают прямыми «p-n-p» и обратными «n-p-n».

По устройству и принципу действия различаются на 3 вида:

1. Полевые.
2. Биполярные.
3. Комбинированные.

Механизм действия сводится к пропусканию и усилению тока через p-n-переход или канал под действием регулирующего напряжения.