Транзистор. Определение, обозначение на схемах, принцип работы, основные характеристики

Теория

КОМПОНЕНТЫ
ARDUINO
RASPBERRY
ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Транзистор — один из самых распространенных полупроводниковых элементов самого широкого применения. Существуют различные виды транзисторов, но как правило данный электронный компонент имеет три вывода и, как и диод, основывается на явлении p-n перехода. Отсюда происходит его второе название – полупроводниковый триод.
Главным свойством транзистора является управление током, протекающим через него (ток эмиттер–коллектор у биполярных и ток исток–сток у полевых транзисторов), с помощью третьего вывода (база у биполярных и затвор у полевых транзисторов). Иными словами транзисторы зачастую используют как выключатель и/или регулятор силы тока и напряжения.

Биполярный транзистор

Транзисторы данного типа состоят из трех слоев полупроводников с чередующимся типом проводимости:

  • Эмиттер (emitter)
  • База (base) – на схемах изображается между К. и Э. под прямым углом к несущей черте
  • Коллектор (collector) – на схемах обозначен стрелкой.

 

Таким образом, у биполярных транзисторов имеется два p-n перехода: эмиттер-база и база-коллектор. Наделение полупроводников определенным типом проводимости происходит с помощью легирования — добавления в них специальных примесей. Каждый слой легируется в разной степени.
Различают два типа биполярных транзиторов:

  • p-n-p, где эмиттер – полупроводник p-типа, база – n-типа, коллектор – p-типа
  • n-p-n, где эмиттер – полупроводник n-типа, база – p-типа, коллектор – n-типа.

 

Их схематичное устройство представлено представлено на иллюстрации ниже.

Также на иллюстрации обозначено направление движения тока в биполярных транзисторах обоих типов и типичное обозначение напряжений, имеющих место между его выводами.

 

В основе работы биполярных транзисторов лежит следующий процесс, который рассмотрим на примере транзистора со структурой npn в нормальном активном режиме. В этом режиме переход эметтер-база смещён в прямом направлении, иначе говоря, открыт, а переход база-коллектор смещён в обратном направлении или закрыт. При переходе носителей заряда (электронов) из эмиттера через открытый p-n переход эмиттер-база, часть их рекомбинирует с носителями заряда (дырками) в базе. Однако база делается очень тонкой и слабо легированной (по сравнению с эмиттером), из-за чего большая часть электронов, перешедших (инжектированных) в базу из эмиттера, так сказать, «не находит себе в базе места» и, как следствие, диффундирует в коллектор. Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы и переносит их в коллекторный слой. Таким образом, ток коллектора практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы. В случае с биполярными транзисторами структуры pnp процесс будет тем же, изменится лишь полярность и направление токов.

 

Полевой транзистор (униполярный)

Принцип действия полевых транзисторов основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением.

 

Полевые транзисторы имеют следующие выводы:

  • Исток (source) — область, из которой носители заряда уходят в канал
  • Затвор (gate) – электрод, на который подается управляющее напряжение
  • Сток (drain) – область, в которую носители заряда входят.