Транзистором называют полупроводниковый прибор, обычно с трема выводами, предназначенный для усиления входного сигнала. Его часто используют для генерации и усиления электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.
В биполярных и полевых транзисторах управление током в выходной цепи происходит по изменению входного тока или напряжения. За счет коэффициента усиления, определенного типа транзистора, можно производить усиление по току и напряжения от 10 до 10 тысяч раз. Такое усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике.
Общая структура транзистора представляет собой поток носителей тока. Не смотря на основной полупроводниковый материал, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции добавки к основному материалу, металлические выводы, изолирующие элементы.
Простой биполярный транзистор имеет два типа структуры: pnp и npn. В транзисторе входная область является эмиттером, средняя область - базой, а выходная внешняя область - коллектором. . Если база npn-типа ни к чему не присоединена, то при всех напряжениях на коллекторе и эмиттере ниже пробивного возможен лишь ток утечки. В нормальном режиме работы усилителя на эмиттере имеется некоторое напряжение прямого смещения, а на коллекторе - обратного. При создании прямого смещения нужно вводить небольшой ток смещения.
Первым элементом, позволившим получить небольшое усиление тока, был точечный транзистор Браттейна и Бардина. Такое полупроводниковый элемент представляет собой частицу германия n-типа, припаянной к металлическому основанию, играющую роль базового контакта. Эмиттерным и коллекторным контактами есть две бронзовые проволочки, прижатые концами к обратной стороне германиевого элемента. Коэффициент усиления тока, превышающий единицу можно получить лишь в том случае, если расстояние между такими точечными контактами нескольких десятков микрометров.
Обзор популярных моделей транзисторов
В отечественных разработках широко применялись высокочастотные маломощные биполярные транзисторы серии КТ315 (n-p-n) с коллектор–эмиттерным напряжением ~15–60 В и током до ~50–100 мА, предельной частотой усиления ~250 МГц. Для них был создан комплементарный p-n-p транзистор КТ361 (до ~40–60 В, ток ~50 мА, f_T ≈250 МГц), часто используемый в паре с КТ315. Зарубежным аналогом малых сигналов является 2N2222 (n-p-n, 40 В, 0.6 А, f_T≈300 МГц) и его PNP-комплемент 2N2907. В высоковольтных и силовых приложениях в СССР применялись серии типа КТ805 (n-p-n, до ~100–130 В, токи нескольких ампер) в выходных каскадах строчной развертки и источниках питания.
Международно известен силовой BJT 2N3055 (n-p-n, США) с V_CE≈60 В, I_C≈15 А, рассеиваемой мощностью ~115 Вт, применявшийся в мощных усилителях и регуляторах. Массово используются и полевые МОП-транзисторы: например, IRFZ44N (Vishay, США) – N‑канальный MOSFET с V_DS=60 В, I_D≈50 А (R_DS(on)≈0.03 Ω), а его P‑канальный аналог IRF9540 – с V_DS=100 В, I_D≈19 А. Эти MOSFET широко идут в импульсных источниках питания и приводах двигателей. Отдельно стоит отметить технологию IGBT (1980-е), сочетающую затвор полевого транзистора с биполярным каналом для коммутации высоких напряжений.
| Модель | Происхождение | Тип | Ключевые параметры | Применение |
|---|---|---|---|---|
| КТ315 | СССР | BJT, n-p-n | UCE≈15–60 В; IC≈50–100 мА; fT≈250 МГц | РЧ-усилители, маломощные цепи |
| КТ361 | СССР | BJT, p-n-p | UCE≈40–60 В; IC≈50–100 мА; fT≈250 МГц | Комплементарен КТ315, усилители |
| 2N2222 | США | BJT, n-p-n | UCE=40 В; IC=600 мА; fT≈300 МГц | Общие малосигнальные |
| 2N3055 | США | BJT, n-p-n | UCE=60 В; IC=15 А; Pрасс=115 Вт | Мощные усилители, БП |
| IRFZ44N | США | MOSFET, N-кан. | UDS=60 В; ID=50 А; RDS(on)≈0.028 Ω | Импульсные источники, драйверы |
| IRF9540 | США | MOSFET, P-кан. | UDS=100 В; ID=19 А; RDS(on)≈0.20 Ω | Импульсные БП (P-кан.) |