Un tranzistor este un dispozitiv semiconductor. Poate intensifica semnalele electronice sau le poate porni sau opri. Îl poți considera ca un întrerupător. O mică acțiune poate controla un flux de electricitate mult mai mare. Tranzistoarele funcționează ca întrerupătoare și amplificatoare. Acestea îți permit să controlezi curenți sau tensiuni mari cu un semnal minuscul. Aceste componente mici sunt peste tot. Telefonul și computerul tău au nevoie de miliarde de tranzistoare pentru a funcționa.
procesor | Estimarea numărului de tranzistoare |
|---|---|
Apple a A17 | Aproximativ de două ori mai multe decât Kirin 9000 |
HiSilicon Kirin 9000 | Mai puțini tranzistori decât Apple A17 |
Ce este un tranzistor
Definiție
Un tranzistor funcționează ca o mică poartă în electronică. Ajută la controlul modului în care electricitatea se deplasează într-un circuit. Acest dispozitiv poate face semnalele mai puternice sau le poate activa sau dezactiva. În interior, există trei straturi realizate din material semiconductor. Aceste straturi sunt configurat ca PNP sau NPNStratul din mijloc este partea de control. Dacă modificați intrarea aici, se modifică curentul din celelalte straturi.
Tranzistoarele au trei părți principale:
Emițător
bază
Colector
O tensiune sau un curent mic la bază controlează un curent mai mare între emițător și colector. De aceea tranzistorii sunt atât de importanți în electronică. Le găsești în aproape fiecare dispozitiv modern.
Sfat: Gândiți-vă la un tranzistor ca la un gatekeeper. Un semnal mic îi spune dacă ar trebui să circule un curent mai mare.
Tranzistoarele pot face un semnal mai puternic. Puterea de ieșire poate fi mult mai mare decât puterea de intrare. De aceea, radiourile, computerele și telefoanele folosesc tranzistoare.
Tranzistorul folosește material semiconductor.
Are trei terminale pentru conectarea la un circuit.
Dopajul modifică semiconductorul, astfel încât tranzistorul funcționează corect.
Rol în circuite
Tranzistorii îndeplinesc multe funcții în circuitele analogice și digitale. Pot amplifica semnalele, pot comuta curenții și pot construi porți logice. În circuitele analogice, tranzistorii amplifica semnalele slabe. De exemplu, difuzoarele folosesc tranzistori pentru a da volumul muzicii mai tare. În circuitele digitale, tranzistorii funcționează ca niște comutatoare. Ele activează și dezactivează semnalele, astfel încât computerele să poată procesa informații.
Iată un tabel care arată cum funcționează tranzistoarele în diferite tipuri de circuite:
Tipul circuitului | Rolurile principale ale tranzistoarelor | Exemple de aplicații |
|---|---|---|
Analogic | Amplificare | Amplificatoare audio, emițătoare RF |
Filtrare | Circuite de filtrare a semnalului | |
Modulare | Transmisie AM/FM | |
Digital | Porți logice | Porți ȘI, SAU, NU |
De comutare | Controlere de motor, microprocesoare |
Tranzistorii au schimbat enorm electronica. Înainte, oamenii foloseau tuburi vidate. Aceste tuburi erau mari și consumau multă energie. Când Bell Labs a inventat tranzistorul în 1947, circuitele au devenit mai mici și au funcționat mai bine. Acum, circuitele integrate au mulți tranzistori împreună. Acest lucru a făcut posibile computerele, smartphone-urile și călătoriile în spațiu.
Notă: Modulul lunar Apollo 11 avea circuite integrate cu tranzistoare. Acest lucru i-a ajutat pe astronauți să aterizeze în siguranță pe Lună.
Tranzistoarele contribuie la creșterea rapidității, a dimensiunilor reduse și la utilizarea mai redusă a energiei a dispozitivelor. Folosești tranzistoare atunci când folosești un calculator, asculți muzică sau trimiți un mesaj text.
Cum funcționează tranzistoarele
Funcția de comutare
Tranzistoarele se află în multe dintre lucrurile pe care le folosiți zi de zi. Nu le vedeți, dar sunt acolo. Acționează ca niște mici întrerupătoare în dispozitivele dumneavoastră. Când apăsați un buton de pe telefon, tranzistoarele ajută la pornirea sau oprirea dispozitivelor. Gândiți-vă la un tranzistor ca la un robinet. Dacă deschideți robinetul, apa curge. Dacă îl închideți, apa se oprește. În electronică, tranzistoarele controlează modul în care se deplasează curentul, la fel cum un robinet controlează apa.
Tranzistoarele funcționează ca întrerupătoare în două moduri principale. Un mod se numește mod de întrerupere. În acest mod, tranzistorul este ca un întrerupător deschis. Nu se mișcă curent între colector și emitor. Celălalt mod se numește mod de saturație. Aici, tranzistorul este ca un întrerupător închis. Cea mai mare parte a curentului trece prin el. Această acțiune de pornire și oprire vă permite să controlați semnalele electrice din circuite.
Sfat: Tranzistoarele pot comuta foarte repede și aproape că nu scot niciun sunet. De aceea, noile dispozitive electronice le folosesc în locul comutatoarelor vechi.
Iată câteva locuri din viața reală în care tranzistorii acționează ca niște comutatoare:
Procesoarele computerelor le folosesc pentru a comuta foarte rapid.
Acestea ajută la controlul releelor din mașini și electrocasnice.
Comutatoarele cu tranzistoare sunt mici, ușoare și ieftine, așa că se găsesc în aproape fiecare dispozitiv.
Dacă trimiteți o tensiune mică la baza unui Tranzistor NPN, se aprinde. Atunci poate circula curentul. Dacă eliminați tensiunea, tranzistorul se oprește. Acest lucru vă permite să controlați curenți mari cu semnale mici.
Funcția de amplificator
Tranzistorii pot, de asemenea, să intensifice semnalele slabe. Îi folosiți ca amplificatoare. De exemplu, atunci când redați muzică, tranzistorii amplifică sunetul pentru a-l putea auzi. Într-un radio, tranzistorii fac ca semnalul antenei să fie suficient de puternic pentru a-l putea asculta.
Un semnal mic intră în baza sau poarta tranzistorului. Acest semnal mic controlează un curent mai mare de la colector la emitor. Semnalul de ieșire devine suficient de puternic pentru difuzoare sau căști. Se vede acest lucru la pedalele de chitară. Un singur tranzistor face ca chitara slabă să sune mai tare.
Notă: Un tranzistor are nevoie de tensiunea potrivită pentru a funcționa ca amplificator. Aceasta se numește polarizare. Partea bază-emitor trebuie să aibă aproximativ 0.6V până la 0.7V pentru tranzistoarele de siliciu. Tensiunea colector-emitor trebuie să fie suficient de mare pentru ca semnalul să se miște în sus și în jos.
Iată un tabel care arată intervalul de amplificare pentru un amplificator de emitor comun:
Tip de câștig | Câștig minim | Câștig maxim |
|---|---|---|
Amplificator comun de emițător | -5.32 | -218 |
Tranzistoarele se găsesc în echipamentele audio, unde fac semnalele microfonului mai puternice fără a adăuga zgomot. De asemenea, ajută la controlul tonului, permițându-vă să modificați basul, mediile și înaltele.
Controlul curentului
Tranzistoarele vă ajută să controlați cât de mult curent se deplasează într-un circuit. Le utilizați pentru a gestiona curentul între diferitele părți ale unui dispozitiv. Fiecare tranzistor are trei terminale. Pentru un BJT, acestea sunt emițătorul, baza și colectorul. Pentru un FET, acestea sunt sursa, poarta și drenul.
Iată cum controlează tranzistoarele curentul și tensiunea:
Trimiți un curent mic la baza unui BJT sau o tensiune la poarta unui FET.
Această intrare mică controlează un curent mult mai mare de la colector la emitor sau de la dren la sursă.
Puteți porni sau opri tranzistorul schimbând intrarea, la fel cum ați robineta un robinet pentru a controla apa.
Sfat: Legătura dintre curentul de bază și curentul de colector într-un BJT este importantă. Un curent de bază mic poate controla un curent de colector mult mai mare. Aceasta se numește amplificare și arată cum controlează tranzistoarele semnalele.
Tranzistoarele folosesc materiale semiconductoare pentru a funcționa. Semiconductorii permit controlul foarte bun al tensiunii și curentului. Acest lucru se vede în computere, telefoane și chiar în instrumentele spațiale.
Când folosești tranzistoare, poți controla tensiunea și curentul în multe moduri. Poți comuta semnale, le poți amplifica sau poți gestiona puterea într-un circuit. Acest lucru face ca tranzistoarele să fie componentele principale ale electronicii moderne.
Piese tranzistoare
Componente cheie
Fiecare tranzistor are trei părți principaleFiecare parte face ceva important. Aceste părți lucrează împreună pentru a transporta electricitatea în dispozitive.
Component | Descriere |
|---|---|
Emițător | Emite electroni, are mult dopare, este fabricat din cupru sau aluminiu. |
bază | Controlează fluxul, are puțin dopare, permite electronilor să se deplaseze de la emitor la colector. |
Colector | Colectează electroni, mai mari decât emițătorul și baza, are un anumit dopat, este fabricat din siliciu sau aluminiu. |
Emițătorul emite electroni sau goluri. Baza este subțire și controlează fluxul. Doar câțiva purtători de sarcină pot trece prin bază. Colectorul preia electroni sau goluri de la emițător. Dimensiunea și materialul fiecărei componente modifică modul în care funcționează tranzistorul. Când utilizați un tranzistor ca și comutator, baza decide dacă curentul se deplasează de la emițător la colector. Ca amplificator, un semnal mic la bază produce un semnal mai mare la colector.
Sfat: Modul în care configurați aceste componente și din ce sunt fabricate decide dacă tranzistorul funcționează ca comutator sau amplificator.
Material semiconductor
Tranzistoarele folosesc materiale speciale numite semiconductori. Aceste materiale ajută la controlul electricității. Siliciul este cel mai comun semiconductor. Găsești siliciu în aproape fiecare dispozitiv electronic, deoarece este ieftin și funcționează bine.
Iată câteva materiale folosite pentru tranzistoare:
Germaniul a fost folosit pentru prima dată în semiconductori.
Siliciul a devenit popular în anii 1950 deoarece este ușor de găsit și funcționează mai bine.
Arseniura de galiu este utilizată pentru electronică rapidă, dar este greu de produs.
Siliciul este bun deoarece suportă căldura și este ușor de obținut. Germaniul a fost folosit la tranzistoarele timpurii, dar se topește ușor și nu este stabil. Arseniura de galiu este mai bună pentru circuite foarte rapide, cum ar fi cele din sateliți sau turnuri de telefonie mobilă.
Materialul ales schimbă viteza și eficiența funcționării tranzistorului. Materialele cu mobilitate ridicată permit încărcării să se miște rapid, astfel încât dispozitivele funcționează mai rapid. Unele materiale noi, cum ar fi semiconductorii magnetici, pot chiar stoca memorie în interiorul tranzistorului.
Notă: Tipul de semiconductor pe care îl alegeți poate face dispozitivele mai rapide, mai mici și mai puternice.
Tipuri de tranzistori
Tranzistoarele au diferite forme și tipuri. Majoritatea componentelor electronice folosesc două tipuri principale. Fiecare tip are o funcție specifică. Învățarea despre ele vă ajută să înțelegeți cum funcționează dispozitivele.
BJT
Un tip principal este tranzistor de joncțiune bipolarOamenii îl numesc pe scurt BJT. Acest tranzistor folosește electroni și goluri pentru a transporta curentul. Îl controlezi trimițând un curent mic la bază. BJT-urile sunt bune pentru a face semnalele slabe mai puternice. De asemenea, ajută la pornirea și oprirea lucrurilor.
Iată un tabel cu caracteristici importante ale tranzistoarelor bipolare (BJT):
Caracteristică | Descriere |
|---|---|
Curent de decuplare a colectorului (ICBO) | Curent în colector când există tensiune și emițătorul este deschis. |
Curent de tăiere a emitorului (IEBO) | Curentul în emitor când există tensiune și colectorul este deschis. |
Câștig de curent continuu (hFE) | Curentul de colector împărțit la curentul de bază când emițătorul este legat la masă. |
Tensiunea de saturație colector-emitor (VCE(sat)) | Tensiune atunci când tranzistorul este saturat în anumite condiții. |
Tensiunea de saturație bază-emitor (VBE(sat)) | Tensiunea dintre bază și emițător la saturație în anumite condiții. |
Frecvența de tranziție (fT) | Frecvența unde câștigul de curent este 1 cu emițătorul legat la masă. |
Capacitatea de ieșire a colectorului (Cob) | Capacitatea colector-bază măsurată în anumite condiții. |
Cifra de zgomot (NF) | Raportul semnal-zgomot la intrare și ieșire, calculat cu o formulă. |
Vezi BJT-uri în multe locuri:
amplificatoare
Oscilatoare
Comutare de joasă tensiune
Amplificator cu colector comun (emitor urmăritor)
Amplificator cu emitor comun
Amplificator cu bază comună
Circuit de comutare
Sfat: Dacă vrei să faci o amplificator simplu, probabil veți folosi un tranzistor cu joncțiune bipolară.
FET
Celălalt tip principal este tranzistorul cu efect de câmp. Acest tranzistor este controlat prin tensiune. FET-urile utilizează un singur tip de purtător de sarcină. Acestea consumă mai puțină energie decât BJT-urile. Tranzistoarele cu efect de câmp se găsesc în circuitele digitale și porțile logice.
Iată un tabel care compară tranzistoarele cu efect de câmp și BJT-urile:
Caracteristică | FET-uri | BJT-uri |
|---|---|---|
Tipul de control | Controlat de tensiune | Controlat prin curent |
Câștig curent | Scăzut | Înalt |
Câștig de tensiune | Înalt | Scăzut |
Viteza de comutare | Rapid | Mediu |
consum de energie | Scăzut | Înalt |
Coeficientul de temperatură | Pozitiv | Gânduri negative |
Mărimea | Mai mic | Mărită |
Impedanță de intrare | Înalt | Scăzut |
Aplicatii | Aplicații de joasă tensiune | Aplicații de curent scăzut |
Costul producției | Superior | Coborâți |
Există două tipuri comune de tranzistoare cu efect de câmp:
Tipul de FET | Descriere | Utilizări tipice |
|---|---|---|
JFET | Un FET simplu cu un canal controlat de o poartă realizată dintr-o joncțiune pn. | Folosit în amplificatoare și comutatoare datorită impedanței de intrare mari. |
MOSFET | Cel mai utilizat FET cu poartă izolată pentru controlul puterii reduse. | Se găsește în circuite digitale, electronică de putere și porți logice. |
Notă: Tranzistoarele cu efect de câmp ajută dispozitivele să funcționeze mai rapid și să consume mai puțină energie. Le găsiți în computere, telefoane și mașini.
Fiecare tip de tranzistor are propria sa funcție. Unele sunt cele mai bune pentru a intensifica semnalele. Altele sunt bune pentru comutarea rapidă a elementelor. Cunoașterea diferenței vă ajută să alegeți tranzistorul potrivit pentru proiectul dumneavoastră.
Importanța tranzistoarelor
Impact asupra tehnologiei
Tranzistorii au schimbat lumea în care trăiți. Aceste dispozitive minuscule au făcut tehnologia mai bună și mai ușor de utilizat. Când oamenii de știință au realizat primul tranzistor în 1947, au dat naștere multor idei noi. Înainte de tranzistori, oamenii foloseau tuburi vidate. Tuburile vidate erau mari și se stricau des. Tranzistorii au făcut electronica mai mică și mai fiabilă.
Tranzistorii au ajutat la realizarea dispozitive electronice mult mai mici. Acum aveți computere, smartphone-uri și ceasuri inteligente datorită lor.
Era digitală a început cu tranzistoarele. Acestea ne-au permis să stocăm și să folosim o mulțime de informații.
Tranzistoarele au luat locul tuburilor vidate. Acest lucru a îmbunătățit lucrurile în comunicații, divertisment, asistență medicală și știință.
Inteligența artificială și Internetul Lucrurilor au nevoie de tranzistoare. Aceste domenii continuă să crească pe măsură ce tranzistoarele devin mai mici și mai puternice.
Puteți vedea cum au schimbat tranzistoarele lucrurile uitându-vă la aceste momente importante:
An | Bornă | Descriere |
|---|---|---|
1947 | Primul tranzistor | Oamenii de știință de la Bell Labs au realizat primul tranzistor funcțional. |
1955 | Pasivarea suprafeței | Acest lucru a făcut posibilă realizarea multor circuite integrate. |
1959 | Primul MOSFET | Acum, mii de tranzistoare ar putea încăpea pe un singur cip. |
1963 | Invenția CMOS-ului | Acest lucru a ajutat la fabricarea cipurilor de computer și a memoriei pentru computere. |
Utilizări de zi cu zi
Folosești tranzistori tot timpul, chiar dacă nu observi. Se găsesc în aproape fiecare dispozitiv electronic de acasă sau de la școală. Iată câteva exemple:
Calculatoarele au milioane sau miliarde de tranzistoare în cipurile lor.
Smartphone-urile folosesc tranzistoare pentru a funcționa rapid și pentru a salva imaginile și aplicațiile.
Televizoarele au nevoie de tranzistoare pentru a intensifica semnalele și a schimba canalele.
Radiourile folosesc tranzistoare pentru a da sunetul mai tare și pentru a te ajuta să alegi posturile de radio.
Camerele digitale au tranzistoare în senzori și cipuri.
Cipurile moderne pot avea miliarde de tranzistoare. Unele cipuri noi au peste 60 de miliarde. Numărul de tranzistori într-un procesor pot fi milioane sau miliarde, în funcție de utilizarea lor.
De fiecare dată când trimiți mesaje text, te uiți la un videoclip sau te joci, folosești tranzistori. Aceste componente mici fac ca dispozitivele tale preferate să funcționeze.
Tranzistorii îți schimbă viața în multe feluri. Îi găsești în fiecare dispozitiv digital pe care îl folosești.
Tranzistoarele ajută computerele să funcționeze prin pornirea și oprirea rapidă.
Acestea fac semnalele slabe mai puternice, astfel încât să puteți auzi mai bine muzica sau vocile.
Acestea mențin energia în siguranță în multe mașini.
Acestea transformă energia bateriei în energie pe care o poți folosi.
Tranzistoarele ajută la fabricarea dispozitivelor mai mici și mai rapide. De asemenea, le fac să funcționeze mai bine.
Ei au inaugurat era digitală și au contribuit la dezvoltarea tehnologiei în medicină, comunicare și viața de zi cu zi.
Când folosești telefonul sau computerul, amintește-ți că tranzistorii ajută la funcționarea acestora.
FAQ
Ce face un tranzistor în telefonul tău?
Un tranzistor permite telefonului tău să proceseze informații și să stocheze date. Acesta activează și dezactivează semnalele foarte rapid. Folosești tranzistoare de fiecare dată când deschizi o aplicație sau trimiți un mesaj.
De ce tranzistoarele fac dispozitivele mai mici?
Tranzistoarele ocupă mai puțin spațiu decât tuburile vidate vechi. Poți se potrivesc miliarde dintre ele pe un cip. Acest lucru vă ajută să transportați dispozitive puternice în buzunar.
Poți găsi tranzistori în obiecte de zi cu zi?
Da! Vezi tu tranzistori în computere, televizoare, radiouri și chiar jucării. Acestea ajută aceste dispozitive să funcționeze mai bine și să consume mai puțină energie.
Cum știi dacă un tranzistor funcționează?
Poți testa un tranzistor cu un multimetru. Dacă vezi tensiunea corectă între terminale, tranzistorul funcționează. Dacă nu, este posibil să fie nevoie să îl înlocuiești.
Care este diferența dintre un BJT și un FET?
Tip | Controlat de | Uz comun |
|---|---|---|
BJT | Curent | amplificatoare |
FET | Voltaj | Circuite digitale |
Sfat: Alegi un BJT pentru semnale puternice. Alegi un FET pentru comutare rapidă.
