Транзистор — це напівпровідниковий прилад. Він може посилювати електронні сигнали або вмикати й вимикати їх. Ви можете уявити його як вимикач світла. Невелика дія може контролювати набагато більший потік електрики. Транзистори працюють як перемикачі та підсилювачі. Вони дозволяють керувати великими струмами або напругами за допомогою крихітного сигналу. Ці маленькі деталі є скрізь. Для роботи вашого телефону та комп'ютера потрібні мільярди транзисторів.
процесор | Оцінка кількості транзисторів |
|---|---|
Apple, A17 | Приблизно вдвічі більше, ніж Kirin 9000 |
Kirin Hisilicon 9000 | Менше транзисторів, ніж в Apple A17 |
Що таке транзистор
Визначення
Транзистор працює як крихітний затвор в електроніці. Він допомагає контролювати рух електрики в колі. Цей пристрій може посилювати сигнали або вмикати та вимикати їх. Всередині є три шари, виготовлені з напівпровідникового матеріалу. Ці шари є налаштовано як PNP або NPNСередній шар — це керуюча частина. Якщо змінити вхідний сигнал тут, це змінить струм в інших шарах.
Транзистори мають три основні частини:
Випромінювач
База
Колекціонер
Мала напруга або струм на базі контролює більший струм між емітером та колектором. Ось чому транзистори дуже важливі в електроніці. Ви знайдете їх майже в кожному сучасному пристрої.
Порада: Уявіть собі транзистор як контролер. Слабкий сигнал вказує йому, чи має протікати більший струм.
Транзистори можуть посилити сигнал. Вихідна потужність може бути набагато більшою за вхідну. Саме тому радіоприймачі, комп'ютери та телефони використовують транзистори.
Транзистор використовує напівпровідниковий матеріал.
Він має три клеми для підключення до кола.
Легування змінює напівпровідник, завдяки чому транзистор працює правильно.
Роль у схемах
Транзистори виконують багато функцій в аналогових і цифрових схемах. Вони можуть посилювати сигнали, перемикати струми та створювати логічні вентилі. В аналогових схемах транзистори підсилюють слабкі сигнали. Наприклад, динаміки використовують транзистори, щоб зробити музику голоснішою. У цифрових схемах транзистори працюють як перемикачі. Вони вмикають і вимикають сигнали, щоб комп'ютери могли обробляти інформацію.
Ось таблиця, яка показує, як працюють транзистори в різних типах схем:
Тип схеми | Основні ролі транзисторів | Приклади додатків |
|---|---|---|
Аналоговий | Посилення | Аудіопідсилювачі, радіочастотні передавачі |
фільтрація | Схеми фільтрації сигналів | |
Модуляція | AM/FM передача | |
Digital | Логічні ворота | І, АБО, НЕ вентилі |
Перемикання | Контролери двигунів, мікропроцесори |
Транзистори суттєво змінили електроніку. Раніше люди використовували електронні лампи. Ці лампи були великими та споживали багато енергії. Коли Bell Labs винайшла транзистор у 1947 році, схеми стали меншими та працювали краще. Зараз інтегральні схеми мають багато транзисторів разом. Це зробило можливими комп'ютери, смартфони та космічні подорожі.
Примітка: Місячний модуль «Аполлона-11» мав інтегральні схеми з транзисторами. Це допомогло астронавтам безпечно приземлитися на Місяць.
Транзистори допомагають зробити пристрої швидкими, малими та споживають менше енергії. Ви використовуєте транзистори, коли користуєтеся калькулятором, слухаєте музику або надсилаєте текстові повідомлення.
Як працюють транзистори
Функція перемикача
Транзистори є всередині багатьох речей, якими ви користуєтеся щодня. Ви їх не бачите, але вони там є. Вони діють як крихітні перемикачі у ваших пристроях. Коли ви натискаєте кнопку на телефоні, транзистори допомагають вмикати або вимикати пристрої. Уявіть собі транзистор як кран. Якщо ви відкриваєте кран, вода тече. Якщо ви його закриваєте, вода зупиняється. В електроніці транзистори контролюють рух струму, так само як кран контролює воду.
Транзистори працюють як перемикачі двома основними способами. Один із них називається режимом відсікання. У цьому режимі транзистор подібний до розімкнутого перемикача. Струм між колектором та емітером не протікає. Інший спосіб називається режимом насичення. Тут транзистор подібний до замкнутого перемикача. Через нього протікає найбільша сила струму. Ця дія вмикання та вимикання дозволяє керувати електричними сигналами в ланцюгах.
Порада: Транзистори можуть перемикатися дуже швидко і майже не видавати звуку. Саме тому в новій електроніці їх використовують замість старих перемикачів.
Ось деякі реальні випадки, коли транзистори діють як перемикачі:
Комп'ютерні процесори використовують їх для дуже швидкого перемикання.
Вони допомагають керувати реле в автомобілях та побутовій техніці.
Транзисторні ключі маленькі, легкі та дешеві, тому вони є майже в кожному пристрої.
Якщо подати невелику напругу до бази NPN-транзистор, він вмикається. Тоді струм може протікати. Якщо зняти напругу, транзистор вимикається. Це дозволяє керувати великими струмами за допомогою малих сигналів.
Функція підсилювача
Транзистори також можуть посилювати слабкі сигнали. Ви використовуєте їх як підсилювачі. Наприклад, коли ви відтворюєте музику, транзистори підсилюють звук, щоб ви могли його чути. У радіоприймачі транзистори роблять сигнал антени достатньо сильним, щоб ви могли його чути.
Невеликий сигнал надходить на базу або затвор транзистора. Цей невеликий сигнал керує більшим струмом від колектора до емітера. Вихідний сигнал стає достатньо сильним для динаміків або навушників. Це можна побачити в гітарних педалях. Один транзистор робить слабкий звук гітари голоснішим.
Примітка: Транзистору потрібна правильна напруга для роботи як підсилювач. Це називається зміщенням. Частина база-емітер повинна мати приблизно від 0.6 В до 0.7 В для кремнієвих транзисторів. Напруга колектор-емітер повинна бути достатньо високою, щоб сигнал міг змінюватися вгору та вниз.
Ось таблиця, яка показує діапазон коефіцієнтів посилення для підсилювача із загальним емітером:
Тип посилення | Мінімальний приріст | Максимальний приріст |
|---|---|---|
Загальний випромінювач | -5.32 | -218 |
Транзистори використовуються в аудіообладнанні, де вони роблять сигнали мікрофона гучнішими без додавання шуму. Вони також допомагають з регулюванням тембру, дозволяючи змінювати баси, середні та високі частоти.
Поточний контроль
Транзистори допомагають контролювати силу струму в колі. Вони використовуються для керування струмом між різними частинами пристрою. Кожен транзистор має три виводи. Для біполярного транзистора це емітер, база та колектор. Для польового транзистора це витік, затвор та стік.
Ось як транзистори керують струмом і напругою:
Ви надсилаєте невеликий струм до бази біполярного транзистора або напругу до затвора польового транзистора.
Цей невеликий вхідний сигнал контролює набагато більший струм від колектора до емітера або від стоку до витоку.
Ви можете вмикати або вимикати транзистор, змінюючи вхідний сигнал, так само, як повертаючи кран для керування водою.
Порада: Зв'язок між струмом бази та струмом колектора в біполярному транзисторі є важливим. Невеликий струм бази може контролювати набагато більший струм колектора. Це називається підсиленням, і це показує, як транзистори керують сигналами.
Транзистори використовують для роботи напівпровідниковий матеріал. Напівпровідники дозволяють дуже добре керувати напругою та струмом. Це можна побачити в комп'ютерах, телефонах і навіть у космічних приладах.
Використовуючи транзистори, можна керувати напругою та струмом багатьма способами. Можна перемикати сигнали, посилювати їх або керувати потужністю в колі. Це робить транзистори основними частинами сучасної електроніки.
Частини транзисторів
Основні компоненти
Кожен транзистор має три основні частиниКожна частина виконує якусь важливу функцію. Ці частини працюють разом для передачі електроенергії в пристроях.
Компонент | Опис |
|---|---|
Випромінювач | Випромінює електрони, має багато легуючих домішок, виготовлений з міді або алюмінію. |
База | Контролює потік, має мало легування, дозволяє електронам рухатися від емітера до колектора. |
Колекціонер | Збирає електрони, більший за емітер та базу, має деяке легування, виготовлений з кремнію або алюмінію. |
Емітер випромінює електрони або дірки. База тонка і контролює потік. Лише кілька носіїв заряду можуть проходити через базу. Колектор приймає електрони або дірки від емітера. Розмір і матеріал кожної деталі впливають на те, наскільки добре працює транзистор. Коли ви використовуєте транзистор як перемикач, база вирішує, чи рухається струм від емітера до колектора. Як підсилювач, малий сигнал на базі створює більший сигнал на колекторі.
Порада: Те, як ви налаштуєте ці деталі та з чого вони зроблені, визначає, чи працюватиме транзистор як ключ чи підсилювач.
Напівпровідниковий матеріал
Транзистори використовують спеціальні матеріали, які називаються напівпровідниками. Ці матеріали допомагають контролювати електрику. Кремній є найпоширенішим напівпровідником. Кремній можна знайти майже в кожному електронному пристрої, оскільки він дешевий і добре працює.
Ось деякі матеріали, що використовуються для виготовлення транзисторів:
Германій спочатку використовувався в напівпровідниках.
Кремній став популярним у 1950-х роках, оскільки його легко знайти та він краще працює.
Арсенід галію використовується для швидкої електроніки, але його важко виготовити.
Кремній хороший, оскільки він добре переносить нагрівання та його легко отримати. Германій допомагав у ранніх транзисторах, але він легко плавиться і нестабільний. Арсенід галію краще підходить для дуже швидких схем, таких як ті, що використовуються в супутниках або вежах стільникового зв'язку.
Обраний вами матеріал впливає на швидкість та ефективність роботи вашого транзистора. Матеріали з високою рухливістю дозволяють заряду швидко переміщатися, тому пристрої працюють швидше. Деякі нові матеріали, такі як магнітні напівпровідники, можуть навіть зберігати пам'ять всередині транзистора.
Примітка: Обраний вами тип напівпровідника може зробити пристрої швидшими, меншими та міцнішими.
Типи транзисторів
Транзистори мають різні форми та види. У більшості електроніки використовується два основних типи. Кожен тип виконує певну функцію. Вивчення їх допоможе вам зрозуміти, як працюють пристрої.
BJT
Один з основних типів – це біполярний транзисторЙого скорочено називають біполярним транзистором (БДТ). Цей транзистор використовує електрони та дірки для переміщення струму. Ви керуєте ним, подаючи невеликий струм на базу. БДТ добре підходять для посилення слабких сигналів. Вони також допомагають вмикати та вимикати пристрої.
Ось таблиця з важливими характеристиками біполярних транзисторів:
Характеристика | Опис |
|---|---|
Струм відсікання колектора (ICBO) | Струм у колекторі, коли є напруга та емітер відкритий. |
Струм відсічення емітера (IEBO) | Струм в емітері, коли є напруга і колектор відкритий. |
Коефіцієнт посилення постійного струму (hFE) | Струм колектора, поділений на струм бази, коли емітер заземлений. |
Напруга насичення колектор-емітер (VCE(sat)) | Напруга, коли транзистор насичується за певних умов. |
Напруга насичення база-емітер (VBE(sat)) | Напруга між базою та емітером при насиченні за певних умов. |
Частота переходу (fT) | Частота, на якій коефіцієнт посилення струму дорівнює 1 при заземленому емітері. |
Вихідна ємність колектора (COB) | Ємність колектор-база, виміряна за певних умов. |
Коефіцієнт шуму (NF) | Співвідношення сигнал/шум на вході та виході, що знаходиться за формулою. |
Ви можете побачити біполярні транзистори (БТ) у багатьох місцях:
підсилювачі
Осцилятори
Комутація низької напруги
Підсилювач із загальним колектором (емітерний повторювач)
Підсилювач із загальним емітером
Підсилювач із загальною базою
Схема перемикання
Порада: Якщо ви хочете зробити простий підсилювач, ви, ймовірно, використовуватимете біполярний транзистор.
FET
Іншим основним типом є польовий транзистор. Ви керуєте цим транзистором за допомогою напруги. Польові транзистори використовують лише один вид носіїв заряду. Вони споживають менше енергії, ніж біполярні транзистори. Польові транзистори можна знайти в цифрових схемах і логічних вентилях.
Ось таблиця, яка порівнює польові транзистори та біполярні транзистори:
особливість | польові транзистори | BJTs |
|---|---|---|
Тип управління | Контроль напруги | Керований струм |
Підсилення струму | низький | Високий |
Підсилення напруги | Високий | низький |
Швидкість перемикання | Fast | Medium |
Споживання енергії | низький | Високий |
Температурний коефіцієнт | Позитивний | Негативний |
Розмір | Менші | Більше |
вхідний повний опір | Високий | низький |
додатків | Застосування низької напруги | Слабкострумові програми |
Виробнича вартість | Вищий | Опустіть |
Існує два поширених типи польових транзисторів:
Тип польового транзистора | Опис | Типове використання |
|---|---|---|
JFET | Простий польовий транзистор з каналом, керованим затвором, виготовленим з p-n переходу. | Використовується в підсилювачах та перемикачах через високий вхідний опір. |
MOSFET | Найбільш використовуваний польовий транзистор з ізольованим затвором для керування низьким енергоспоживанням. | Зустрічається в цифрових схемах, силовій електроніці та логічних вентилях. |
Примітка: Польові транзистори допомагають вашим пристроям працювати швидше та споживати менше енергії. Вони знаходяться в комп'ютерах, телефонах та автомобілях.
Кожен тип транзистора має свою власну функцію. Деякі найкраще підходять для посилення сигналів. Інші ж підходять для швидкого перемикання. Знання різниці допоможе вам вибрати правильний транзистор для вашого проекту.
Важливість транзисторів
Вплив на технології
Транзистори змінили світ, у якому ви живете. Ці крихітні пристрої зробили технології кращими та простішими у використанні. Коли вчені створили перший транзистор у 1947 році, це започаткувало багато нових ідей. До появи транзисторів люди використовували електронні лампи. Лампи були великими та часто ламалися. Транзистори зробили електроніку меншою та надійнішою.
Транзистори допомогли зробити електронні пристрої набагато менші. Завдяки їм у вас є комп’ютери, смартфони та розумні годинники.
Цифрова ера почалася з транзисторів. Вони дозволили нам зберігати та використовувати багато інформації.
Транзистори замінили електронні лампи. Це покращило комунікацію, розваги, охорону здоров'я та науку.
Штучний інтелект та Інтернет речей потребують транзисторів. Ці галузі продовжують розвиватися, оскільки транзистори стають меншими та потужнішими.
Ви можете побачити, як транзистори змінили світ, розглянувши ці важливі моменти:
рік | Віха | Опис |
|---|---|---|
1947 | Перший транзистор | Вчені з Bell Labs створили перший робочий транзистор. |
1955 | Пасивація поверхні | Це дозволило створити безліч інтегральних схем. |
1959 | Перший MOSFET | Тепер на одному чіпі могли поміститися тисячі транзисторів. |
1963 | Винахід КМОП | Це допомогло створити комп'ютерні чіпи та пам'ять для комп'ютерів. |
Щоденне використання
Ви використовуєте транзистори постійно, навіть якщо не помічаєте цього. Вони є майже в кожній електронній речі вдома чи в школі. Ось кілька прикладів:
Комп'ютери мають мільйони або мільярди транзисторів у своїх мікросхемах.
Смартфони використовують транзистори для швидкої роботи та збереження ваших зображень і програм.
Телевізорам потрібні транзистори, щоб посилити сигнали та перемикати канали.
Радіоприймачі використовують транзистори, щоб зробити звук гучнішим і допомогти вам вибирати станції.
Цифрові камери мають транзистори в своїх сенсорах та мікросхемах.
Сучасні мікросхеми можуть містити мільярди транзисторів. Деякі нові мікросхеми мають понад 60 мільярдів. Кількість транзистори в процесорі може становити мільйони або мільярди, залежно від того, для чого вона використовується.
Щоразу, коли ви надсилаєте текстове повідомлення, дивитеся відео чи граєте в гру, ви використовуєте транзистори. Ці маленькі деталі забезпечують роботу ваших улюблених пристроїв.
Транзистори змінюють ваше життя багатьма способами. Ви знайдете їх у кожному цифровому пристрої, яким користуєтеся.
Транзистори допомагають комп'ютерам працювати, швидко вмикаючи та вимикаючи їх.
Вони посилюють слабкі сигнали, щоб ви могли краще чути музику чи голоси.
Вони забезпечують безпеку живлення багатьох машин.
Вони перетворюють заряд батареї на енергію, яку ви можете використовувати.
Транзистори допомагають зменшити розмір пристроїв та зробити їх швидшими. Вони також покращують їхню роботу.
Вони започаткували цифрову еру та сприяли розвитку технологій у медицині, комунікаціях та повсякденному житті.
Коли ви користуєтеся телефоном або комп'ютером, пам'ятайте, що транзистори допомагають їм працювати.
FAQ
Що робить транзистор у вашому телефоні?
Транзистор дозволяє вашому телефону обробляти інформацію та зберігати дані. Він дуже швидко вмикає та вимикає сигнали. Ви використовуєте транзистори щоразу, коли відкриваєте програму або надсилаєте повідомлення.
Чому транзистори роблять пристрої меншими?
Транзистори займають менше місця, ніж старі електронні лампи. Ви можете помістяться мільярди з них на чіпі. Це допомагає вам носити потужні пристрої в кишені.
Чи можна знайти транзистори в предметах повсякденного вжитку?
Так! Бачите! транзистори в комп'ютерах, телевізори, радіоприймачі та навіть іграшки. Вони допомагають цим пристроям працювати краще та споживати менше енергії.
Як дізнатися, чи працює транзистор?
Ви можете перевірити транзистор мультиметром. Якщо ви бачите правильну напругу між клемами, ваш транзистор працює. Якщо ні, можливо, вам доведеться його замінити.
Яка різниця між біполярним транзистором (BJT) та польовим транзистором (FET)?
тип | Контролюється | Загальне використання |
|---|---|---|
BJT | Поточний | підсилювачі |
FET | Напруга | Цифрові схеми |
Порада: Для сильних сигналів вибирайте біполярний транзистор. Для швидкого перемикання вибирайте польовий транзистор.
