En transistor är en halvledarkomponent. Den kan göra elektroniska signaler starkare eller slå på och av dem. Du kan tänka på den som en ljusströmbrytare. En liten handling kan styra ett mycket större flöde av elektricitet. Transistorer fungerar som strömbrytare och förstärkare. De låter dig styra stora strömmar eller spänningar med en liten signal. Dessa små delar finns överallt. Din telefon och dator behöver miljarder transistorer för att fungera.
Processorn | Uppskattning av transistorantal |
|---|---|
äpple A17 | Ungefär dubbelt så många som Kirin 9000 |
Kirin HiSilicon 9000 | Färre transistorer än Apple A17 |
Vad är en transistor
Definition
En transistor fungerar som en liten grind inom elektronik. Den hjälper till att styra hur elektricitet rör sig i en krets. Denna enhet kan göra signaler starkare eller slå på och av dem. Inuti finns tre lager gjorda av halvledarmaterial. Dessa lager är konfigurerad som PNP eller NPNMellanlagret är kontrolldelen. Om du ändrar ingången här ändras strömmen i de andra lagren.
Transistorer har tre huvuddelar:
Sändare
Bas
Collector
En liten spänning eller ström vid basen styr en större ström mellan emittern och kollektorn. Det är därför transistorer är så viktiga inom elektronik. Du hittar dem i nästan alla moderna apparater.
Tips: Tänk på en transistor som en grindvakt. En liten signal talar om för den om en större ström ska flyta.
Transistorer kan göra en signal starkare. Uteffekten kan vara mycket högre än ineffekten. Det är därför radioapparater, datorer och telefoner använder transistorer.
Transistorn använder halvledarmaterial.
Den har tre terminaler för att ansluta till en krets.
Dopning förändrar halvledaren så att transistorn fungerar korrekt.
Roll i kretsar
Transistorer utför många uppgifter i analoga och digitala kretsar. De kan göra signaler starkare, växla strömmar och bygga logiska grindar. I analoga kretsar förstärker transistorer svaga signaler. Till exempel använder högtalare transistorer för att göra musik högre. I digitala kretsar fungerar transistorer som brytare. De slår på och av signaler så att datorer kan bearbeta information.
Här är en tabell som visar hur transistorer fungerar i olika typer av kretsar:
Krets typ | Transistorernas primära roller | Exempel på applikationer |
|---|---|---|
Analog | Amplifiering | Ljudförstärkare, RF-sändare |
Filtrering | Signalfiltreringskretsar | |
Modulation | AM/FM-sändning | |
Digital | Logiska grindar | OCH, ELLER, INTE grindar |
Byta | Motorstyrenheter, mikroprocessorer |
Transistorer förändrade elektroniken på ett stort sätt. Förut använde man vakuumrör. Dessa rör var stora och förbrukade mycket ström. När Bell Labs uppfann transistorn 1947 blev kretsarna mindre och fungerade bättre. Nu har integrerade kretsar många transistorer tillsammans. Detta möjliggjorde datorer, smartphones och rymdresor.
Obs: Månlandaren Apollo 11 hade integrerade kretsar med transistorer. Detta hjälpte astronauterna att landa säkert på månen.
Transistorer hjälper till att göra enheter snabba, små och förbruka mindre energi. Du använder transistorer när du använder en miniräknare, lyssnar på musik eller skickar ett sms.
Hur transistorer fungerar
Växelfunktion
Transistorer finns inuti många saker du använder varje dag. Du ser dem inte, men de finns där. De fungerar som små strömbrytare i dina enheter. När du trycker på en knapp på din telefon hjälper transistorer till att slå på eller av saker. Tänk på en transistor som en kran. Om du öppnar kranen rinner vatten. Om du stänger den stannar vattnet. Inom elektronik styr transistorer hur strömmen rör sig, precis som en kran styr vatten.
Transistorer fungerar som brytare på två huvudsakliga sätt. Det ena sättet kallas avstängningsläge. I detta läge är transistorn som en öppen brytare. Ingen ström rör sig mellan kollektorn och emittern. Det andra sättet kallas mättnadsläge. Här är transistorn som en sluten brytare. Mest ström flyter genom den. Denna på- och av-funktion låter dig styra elektriska signaler i kretsar.
Tips: Transistorer kan växla mycket snabbt och nästan inte ge ifrån sig något ljud. Det är därför ny elektronik använder dem istället för gamla brytare.
Här är några verkliga platser där transistorer fungerar som strömbrytare:
Datorprocessorer använder dem för att växla mycket snabbt.
De hjälper till att styra reläer i bilar och hushållsmaskiner.
Transistorbrytare är små, lätta och billiga, så de finns i nästan alla enheter.
Om du skickar en liten spänning till basen av en NPN-transistor, den slås på. Då kan ström flyta. Om du tar bort spänningen stängs transistorn av. Detta låter dig styra stora strömmar med små signaler.
Förstärkarfunktion
Transistorer kan också göra svaga signaler starkare. Du använder dem som förstärkare. Till exempel, när du spelar musik, förstärker transistorer ljudet så att du kan höra det. I en radio gör transistorer antennsignalen tillräckligt stark för att du ska kunna lyssna.
En liten signal går in i transistorns bas eller gate. Denna lilla signal styr en större ström från kollektorn till emittern. Utsignalen blir tillräckligt stark för högtalare eller hörlurar. Man ser detta i gitarrpedaler. En enda transistor gör att den svaga gitarren låter högre.
Obs: En transistor behöver rätt spänning för att fungera som förstärkare. Detta kallas förspänning. Bas-emitter-delen måste ha cirka 0.6 V till 0.7 V för kiseltransistorer. Kollektor-emitter-spänningen måste vara tillräckligt hög för att signalen ska kunna röra sig upp och ner.
Här är en tabell som visar förstärkningsområdet för en gemensam emitterförstärkare:
Förstärkningstyp | Minsta vinst | Maximal vinst |
|---|---|---|
Gemensam emitterförstärkare | -5.32 | -218 |
Du hittar transistorer i ljudutrustning, där de gör mikrofonsignaler högre utan att lägga till brus. De hjälper också till med tonkontroller, så att du kan ändra bas, mellanregister och diskant.
Aktuell kontroll
Transistorer hjälper dig att kontrollera hur mycket ström som rör sig i en krets. Du använder dem för att hantera strömmen mellan olika delar av en enhet. Varje transistor har tre terminaler. För en BJT är dessa emitter, bas och kollektor. För en FET är de source, gate och drain.
Så här styr transistorer ström och spänning:
Du skickar en liten ström till basen på en BJT eller en spänning till gate på en FET.
Denna lilla ingång styr en mycket större ström från kollektor till emitter eller från drain till source.
Du kan slå på eller av transistorn genom att ändra ingången, precis som du vrider på en kran för att styra vattnet.
Tips: Sambandet mellan basström och kollektorström i en BJT är viktigt. En liten basström kan styra en mycket större kollektorström. Detta kallas förstärkning, och det visar hur transistorer styr signaler.
Transistorer använder halvledarmaterial för att fungera. Halvledare låter dig kontrollera spänning och ström mycket bra. Du ser detta i datorer, telefoner och till och med i rymdverktyg.
När man använder transistorer kan man styra spänning och ström på många sätt. Man kan växla signaler, göra dem starkare eller hantera strömmen i en krets. Detta gör transistorer till huvudkomponenterna i modern elektronik.
Transistordelar
Nyckelkomponenter
Varje transistor har tre huvuddelarVarje del gör något viktigt. Dessa delar samarbetar för att transportera elektricitet i apparater.
Komponent | BESKRIVNING |
|---|---|
Sändare | Skickar ut elektroner, har mycket dopning, tillverkad av koppar eller aluminium. |
Bas | Kontrollerar flödet, har liten dopning, låter elektroner röra sig från emitter till kollektor. |
Collector | Samlar elektroner, större än emitter och bas, har viss dopning, tillverkad av kisel eller aluminium. |
Emittern avger elektroner eller hål. Basen är tunn och styr flödet. Endast ett fåtal laddningsbärare kan passera genom basen. Kollektorn tar in elektroner eller hål från emittern. Storleken och materialet i varje del påverkar hur bra transistorn fungerar. När du använder en transistor som en omkopplare avgör basen om strömmen går från emittern till kollektorn. Som en förstärkare skapar en liten signal vid basen en större signal vid kollektorn.
Tips: Hur du monterar dessa delar och vad de är gjorda av avgör om transistorn fungerar som en brytare eller förstärkare.
Halvledarmaterial
Transistorer använder speciella material som kallas halvledare. Dessa material hjälper till att kontrollera elektricitet. Kisel är den vanligaste halvledaren. Du hittar kisel i nästan alla elektroniska enheter eftersom det är billigt och fungerar bra.
Här är några material som används för transistorer:
Germanium användes först i halvledare.
Kisel blev populärt på 1950-talet eftersom det är lätt att hitta och fungerar bättre.
Galliumarsenid används för snabb elektronik, men det är svårt att tillverka.
Kisel är bra eftersom det hanterar värme och är lätt att få tag på. Germanium användes i tidiga transistorer men smälter lätt och är inte stabilt. Galliumarsenid är bättre för mycket snabba kretsar, som de i satelliter eller mobilmaster.
Materialet du väljer påverkar hur snabbt och bra din transistor fungerar. Material med hög rörlighet gör att laddning rör sig snabbt, så att enheter går snabbare. Vissa nya material, som magnetiska halvledare, kan till och med lagra minne inuti transistorn.
Obs: Den typ av halvledare du väljer kan göra enheter snabbare, mindre och starkare.
Typer av transistorer
Transistorer har olika former och typer. De flesta elektronikenheter använder två huvudtyper. Varje typ utför en speciell uppgift. Att lära sig om dem hjälper dig att förstå hur enheter fungerar.
BJT
En huvudtyp är bipolär övergångstransistorFolk kallar det BJT för kort. Denna transistor använder elektroner och hål för att flytta ström. Du styr den genom att skicka en liten ström till basen. BJT:er är bra för att göra svaga signaler starkare. De hjälper också till att slå på och av saker.
Här är en tabell med viktiga funktioner hos BJT:er:
Karakteristisk | BESKRIVNING |
|---|---|
Kollektorns avstängningsström (ICBO) | Ström i kollektorn när spänning finns och emittern är öppen. |
Emitterns avstängningsström (IEBO) | Strömmen i emittern när spänning finns och kollektorn är öppen. |
DC-strömförstärkning (hFE) | Kollektorström dividerad med basströmmen när emittern är jordad. |
Kollektor-emitter mättnadsspänning (VCE(sat)) | Spänning när transistorn är mättad under vissa förhållanden. |
Bas-emitter mättnadsspänning (VBE(sat)) | Spänning mellan bas och emitter vid mättning under vissa förhållanden. |
Övergångsfrekvens (fT) | Frekvens där strömförstärkningen är 1 med emittern jordad. |
Kollektorns utgångskapacitans (Cob) | Kollektor-baskapacitans mätt under vissa förhållanden. |
Bullertal (NF) | Förhållandet mellan signal och brus vid ingång och utgång, beräknat med en formel. |
Du ser BJT:er på många ställen:
förstärkare
Oscillatorer
Lågspänningsomkoppling
Gemensam kollektorförstärkare (emitterföljare)
Gemensam emitterförstärkare
Gemensam basförstärkare
Omkopplingskrets
Tips: Om du vill göra en enkel förstärkare, kommer du förmodligen att använda en bipolär övergångstransistor.
FET
Den andra huvudtypen är fälteffekttransistorn. Du styr denna transistor med spänning. FET:er använder bara en typ av laddningsbärare. De använder mindre ström än BJT:er. Du hittar fälteffekttransistorer i digitala kretsar och logiska grindar.
Här är en tabell som jämför fälteffekttransistorer och BJT:er:
Leverans | FET:er | BJTs |
|---|---|---|
Kontroll typ | Spänningsstyrd | Strömstyrd |
Nuvarande förstärkning | Låg | Hög |
Spänningsförstärkning | Hög | Låg |
Växlingshastighet | Snabb | Medium |
Energiförbrukning | Låg | Hög |
Temperaturkoefficient | Positiv | Negativ |
Storlek | Mindre | större |
Ingångsimpedans | Hög | Låg |
Tillämpningar | Lågspänningstillämpningar | Lågströmsapplikationer |
Tillverkningskostnad | Högre | Sänk |
Det finns två vanliga typer av fälteffekttransistorer:
Typ av FET | BESKRIVNING | Typiska användningar |
|---|---|---|
JFET | En enkel FET med en kanal som styrs av en grind gjord av en pn-övergång. | Används i förstärkare och switchar på grund av hög ingångsimpedans. |
MOSFET | Den mest använda FET-transistorn med isolerad gate för låg effektreglering. | Finns i digitala kretsar, kraftelektronik och logiska grindar. |
Obs: Fälteffekttransistorer hjälper dina enheter att arbeta snabbare och använda mindre energi. Du hittar dem i datorer, telefoner och bilar.
Varje transistortyp har sin egen funktion. Vissa är bäst för att göra signaler starkare. Andra är bra för att snabbt växla. Att känna till skillnaden hjälper dig att välja rätt transistor för ditt projekt.
Transistorernas betydelse
Inverkan på teknik
Transistorer har förändrat världen du lever i. Dessa små enheter gjorde tekniken bättre och enklare att använda. När forskare tillverkade den första transistorn 1947 gav det upphov till många nya idéer. Innan transistorer använde man vakuumrör. Vakuumrör var stora och gick ofta sönder. Transistorer gjorde elektroniken mindre och mer pålitlig.
Transistorer hjälpte till att göra elektroniska anordningar mycket mindre. Nu har du datorer, smartphones och smartklockor tack vare dem.
Den digitala tidsåldern började med transistorer. De lät oss lagra och använda massor av information.
Transistorer ersatte vakuumrör. Detta förbättrade förhållandena inom kommunikation, underhållning, sjukvård och vetenskap.
Artificiell intelligens och sakernas internet behöver transistorer. Dessa områden fortsätter att växa i takt med att transistorerna blir mindre och starkare.
Du kan se hur transistorer förändrade saker genom att titta på dessa stora ögonblick:
År | Milestone | BESKRIVNING |
|---|---|---|
1947 | Första transistorn | Bell Labs-forskare tillverkade den första fungerande transistorn. |
1955 | Ytpassivering | Detta gjorde det möjligt att tillverka många integrerade kretsar. |
1959 | Första MOSFET:en | Nu skulle tusentals transistorer få plats på ett chip. |
1963 | Uppfinningen av CMOS | Detta hjälpte till att tillverka datorchips och minne för datorer. |
Vardagsbruk
Du använder transistorer hela tiden, även om du inte märker det. De finns inuti nästan all elektronisk pryl hemma eller i skolan. Här är några exempel:
Datorer har miljontals eller miljarder transistorer i sina kretsar.
Smarttelefoner använder transistorer för att arbeta snabbt och spara dina bilder och appar.
TV-apparater behöver transistorer för att göra signaler starkare och byta kanal.
Radioapparater använder transistorer för att göra ljudet högre och hjälpa dig att välja station.
Digitalkameror har transistorer i sina sensorer och chips.
Moderna chip kan ha miljarder transistorer. Vissa nya chip har över 60 miljarder. Antalet transistorer i en CPU kan vara miljoner eller miljarder, beroende på vad det används till.
Varje gång du sms:ar, tittar på en video eller spelar ett spel använder du transistorer. Dessa små delar gör att dina favoritenheter fungerar.
Transistorer förändrar ditt liv på många sätt. Du hittar dem i varje digital enhet du använder.
Transistorer hjälper datorer att fungera genom att snabbt slå PÅ och AV.
De gör svaga signaler starkare så att du kan höra musik eller röster bättre.
De håller strömmen säker i många maskiner.
De omvandlar batterikraft till energi som du kan använda.
Transistorer hjälper till att göra enheter mindre och snabbare. De gör också att de fungerar bättre.
De inledde den digitala tidsåldern och hjälpte tekniken att växa inom medicin, kommunikation och vardagsliv.
När du använder din telefon eller dator, kom ihåg att transistorer hjälper dem att fungera.
FAQ
Vad gör en transistor i din telefon?
En transistor låter din telefon bearbeta information och lagra data. Den slår på och av signaler väldigt snabbt. Du använder transistorer varje gång du öppnar en app eller skickar ett meddelande.
Varför gör transistorer enheter mindre?
Transistorer tar upp mindre plats än gamla vakuumrör. Du kan passar miljarder av dem på ett chip. Detta hjälper dig att bära kraftfulla enheter i fickan.
Kan man hitta transistorer i vardagliga föremål?
Ja! Du förstår transistorer i datorer, TV-apparater, radioapparater och till och med leksaker. De hjälper dessa apparater att fungera bättre och förbruka mindre energi.
Hur vet man om en transistor fungerar?
Du kan testa en transistor med en multimeter. Om du ser rätt spänning mellan polerna fungerar din transistor. Om inte kan du behöva byta ut den.
Vad är skillnaden mellan en BJT och en FET?
Typ | Kontrollerad av | Allmänt bruk |
|---|---|---|
BJT | Aktuella | förstärkare |
FET | Spänning | Digitala kretsar |
Tips: Du väljer en BJT för starka signaler. Du väljer en FET för snabb omkoppling.
