Un elemento radio-elettronico fatto di materiale semiconduttore crea, amplifica e modifica gli impulsi nei circuiti integrati e nei sistemi per l'immagazzinamento, l'elaborazione e la trasmissione di informazioni utilizzando un segnale di ingresso. Un transistor è una resistenza la cui funzione è regolata dalla tensione tra emettitore e base o sorgente e gate, a seconda del tipo di modulo.
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Tipi di transistor
I transistor sono ampiamente utilizzati nella fabbricazione di circuiti digitali e analogici per azzerare la corrente statica di consumo e ottenere una migliore linearità. I tipi di transistor differiscono in quanto alcuni sono controllati da una variazione di tensione, mentre altri sono controllati da una variazione di corrente.
I transistor a effetto campo funzionano con una resistenza DC più alta, la trasformazione ad alta frequenza non aumenta il costo energetico. In termini semplici, cos'è un transistor, è un modulo con un bordo ad alto guadagno. Questa caratteristica è maggiore per i tipi di campo che per i tipi bipolari. I primi non hanno dissipazione di portatori di carica, il che accelera il funzionamento.
I semiconduttori di campo sono usati più spesso a causa dei vantaggi rispetto ai tipi bipolari:
- Forte impedenza d'ingresso alla corrente DC e all'alta frequenza, questo riduce la perdita di potenza per il controllo;
- Nessun accumulo di elettroni non essenziali, il che accelera il funzionamento del transistor;
- trasporto di particelle mobili;
- stabilità durante le fluttuazioni di temperatura;
- Basso rumore dovuto alla mancanza di iniezione;
- Basso consumo di energia durante il funzionamento.
I tipi di transistor e le loro proprietà definiscono lo scopo. Il riscaldamento di un transistor di tipo bipolare aumenta la corrente lungo il percorso dal collettore all'emettitore. Hanno un coefficiente di resistenza negativo e i portatori mobili fluiscono verso il collettore dall'emettitore. La base sottile è separata da giunzioni p-n e la corrente nasce solo quando le particelle in movimento si accumulano e le iniettano nella base. Alcuni dei portatori di carica sono catturati dalla vicina giunzione p-n e accelerati, che è il modo in cui i transistor sono progettati.
I transistor a effetto campo hanno un altro tipo di vantaggio che deve essere menzionato per i dummies. Sono collegati in parallelo senza alcuna equalizzazione della resistenza. Le resistenze non vengono utilizzate per questo scopo, poiché il valore aumenta automaticamente al variare del carico. Per ottenere un alto valore di corrente di commutazione, viene reclutato un complesso di moduli, che viene utilizzato negli inverter o in altri dispositivi.
Un transistor bipolare non deve essere collegato in parallelo, la determinazione dei parametri funzionali porta al rilevamento di una rottura termica di natura irreversibile. Queste proprietà sono legate alle qualità tecniche dei canali p-n semplici. I moduli sono collegati in parallelo utilizzando resistenze per equalizzare la corrente nei circuiti di emettitore. A seconda delle caratteristiche funzionali e delle specificità individuali, una classificazione di transistor è composta da tipi bipolari e a effetto campo.
Transistor bipolari
I design bipolari sono prodotti come dispositivi a semiconduttore con tre conduttori. In ciascuno degli elettrodi, ci sono strati con conduttività p del foro o impurità n. La scelta della disposizione degli strati determina il rilascio di dispositivi di tipo p-n-p o n-p-n. Quando il dispositivo è acceso, diversi tipi di cariche sono trasportate da buchi ed elettroni allo stesso tempo, 2 tipi di particelle sono coinvolte.
I vettori sono trasportati da un meccanismo di diffusione. Gli atomi e le molecole di una sostanza penetrano nel reticolo intermolecolare del materiale adiacente e la loro concentrazione si livella in tutto il volume. Il trasferimento avviene da zone ad alta densità a zone a bassa densità.
Gli elettroni si propagano anche sotto l'azione del campo di forza intorno alle particelle quando gli additivi di lega sono incorporati in modo non uniforme nella massa di base. Per accelerare l'azione del dispositivo, l'elettrodo collegato allo strato centrale è reso sottile. I conduttori di bordo sono chiamati emettitore e collettore. La caratteristica della tensione inversa della giunzione non è importante.
Transistor a effetto campo
Un transistor a effetto campo controlla una resistenza per mezzo di un campo elettrico trasversale derivante da una tensione applicata. Il luogo da cui gli elettroni si muovono nel canale è chiamato sorgente e il drenaggio si presenta come il punto di entrata finale delle cariche. La tensione di controllo scorre attraverso un conduttore chiamato gate. I dispositivi sono divisi in 2 tipi:
- giunzione p-n;
- Transistor TIR con gate isolato.
Il primo tipo contiene un wafer semiconduttore che è collegato al circuito controllato da elettrodi su lati opposti (drain e source). Un diverso tipo di conducibilità si verifica dopo che la piastra è collegata al gate. Una fonte di bias DC inserita nel circuito d'ingresso produce una tensione di blocco alla giunzione.
La fonte dell'impulso amplificato è anche nel circuito d'ingresso. Dopo che la tensione d'ingresso cambia, la figura corrispondente alla giunzione p-n viene trasformata. Lo spessore dello strato e l'area della sezione trasversale della giunzione del canale nel cristallo che permette il flusso di elettroni carichi viene modificato. La larghezza del canale dipende dallo spazio tra la regione di esaurimento (sotto il gate) e il substrato. La corrente di controllo nei punti di inizio e fine è controllata cambiando la larghezza della regione di esaurimento.
Il transistor TIR è caratterizzato dal fatto che il gate è separato dallo strato di canale da un isolante. Nel cristallo semiconduttore, chiamato substrato, si creano siti drogati di segno opposto. I conduttori - il drenaggio e la sorgente - sono montati su di essi, con un dielettrico tra loro a una distanza inferiore a un micron. Un elettrodo metallico - il gate - è posto sull'isolante. A causa della struttura risultante che contiene metallo, strato dielettrico e semiconduttore, ai transistor viene data l'abbreviazione TIR.
Design e funzionamento per i principianti
La tecnologia non funziona solo con una carica di elettricità, ma anche con un campo magnetico, quanti di luce e fotoni. Il principio di funzionamento di un transistor risiede negli stati tra i quali il dispositivo commuta. Segnale piccolo e grande opposto, stato aperto e chiuso - questo è il doppio funzionamento dei dispositivi.
Insieme al materiale semiconduttore nella sua composizione, utilizzato sotto forma di un singolo cristallo drogato in alcuni punti, il transistor ha nella sua progettazione:
- cavi metallici;
- isolanti dielettrici;
- Alloggiamento del transistor in vetro, metallo, plastica, ceramica metallica.
Prima dell'invenzione dei dispositivi bipolari o polari, i tubi elettronici a vuoto erano utilizzati come elementi attivi. I circuiti sviluppati per loro sono, dopo la modifica, utilizzati nella fabbricazione di dispositivi a semiconduttore. Potrebbero essere collegati come un transistor e applicati, perché molte caratteristiche funzionali dei tubi a vuoto sono adatte quando si descrive il funzionamento dei dispositivi di campo.
Vantaggi e svantaggi della sostituzione dei tubi con i transistor
L'invenzione dei transistor è stata una forza trainante per l'introduzione di tecnologie innovative nell'elettronica. I moderni elementi a semiconduttore sono utilizzati nella rete e, rispetto ai vecchi circuiti a tubi, tali sviluppi hanno dei vantaggi:
- Piccole dimensioni e basso peso, che è importante per l'elettronica in miniatura;
- la possibilità di applicare processi automatizzati alla produzione di dispositivi e di raggruppare le fasi, il che riduce il costo di produzione;
- Uso di piccole fonti di corrente a causa della bassa tensione richiesta;
- attivazione istantanea, nessuna necessità di riscaldare il catodo;
- Maggiore efficienza energetica grazie alla minore dissipazione di potenza;
- robustezza e affidabilità;
- interazione senza problemi con altri elementi della rete;
- resistenza alle vibrazioni e agli urti.
Gli svantaggi si manifestano nelle seguenti disposizioni:
- I transistor al silicio non funzionano a tensioni superiori a 1 kW; le lampade sono efficaci a tensioni superiori a 1 o 2 kW;
- Quando si usano i transistor nei trasmettitori UHF o di trasmissione ad alta potenza, gli amplificatori di bassa potenza collegati in parallelo devono essere abbinati;
- Vulnerabilità degli elementi semiconduttori al segnale elettromagnetico;
- risposta sensibile ai raggi cosmici e alle radiazioni, richiedendo lo sviluppo di microcircuiti resistenti alle radiazioni in questo senso.
Diagrammi di commutazione
Per funzionare in un singolo circuito, un transistor richiede 2 pin di ingresso e di uscita. Quasi tutti i dispositivi a semiconduttore hanno solo 3 punti di connessione. Per uscire dalla situazione, una delle estremità è designata come comune. Quindi ci sono 3 schemi di collegamento comuni:
- per un transistor bipolare;
- dispositivo polare;
- con scarico aperto (collettore).
Un'unità bipolare è collegata con un emettitore comune per l'amplificazione della tensione e della corrente (OE). In altri casi corrisponde ai pin di un chip digitale quando c'è un'alta tensione tra il circuito esterno e il piano di collegamento interno. Questo è il modo in cui funziona il collegamento del collettore comune, e c'è solo un aumento di corrente (OK). Se è richiesto un aumento di tensione, l'elemento viene introdotto con una base comune (CB). L'opzione funziona bene nei circuiti composti in cascata, ma è raramente usata nei progetti a singolo transistor.
I dispositivi a semiconduttore di campo delle varietà TIR e giunzione p-n sono inclusi nel circuito:
- emettitore comune (JE) - una connessione simile al JE di un modulo bipolare
- con uscita comune (OC) - una connessione simile al tipo OC
- con cancello condiviso (SW) - simile a OE.
Negli schemi open-drain, il transistor è incluso con un emettitore comune come parte del chip. Il pin del collettore non è collegato ad altre parti del modulo e il carico va al connettore esterno. La scelta delle tensioni e delle correnti di collettore viene fatta dopo che il progetto è stato assemblato. I dispositivi open drain funzionano in circuiti con stadi di uscita potenti, bus driver e circuiti logici TTL.
A cosa servono i transistor?
L'applicazione è differenziata a seconda che il dispositivo sia un modulo bipolare o un dispositivo di campo. Perché sono necessari i transistor? Se sono richieste basse correnti, per esempio nei piani digitali, si usano i tipi di campo. I circuiti analogici raggiungono un'elevata linearità di guadagno su una vasta gamma di tensioni di alimentazione e parametri di uscita.
Le applicazioni dei transistor bipolari includono amplificatori, combinazioni, rivelatori, modulatori, circuiti logici a transistor e invertitori logici.
I campi di applicazione dei transistor dipendono dalle loro caratteristiche. Funzionano in 2 modi:
- Nella regolazione dell'amplificatore, cambiando l'impulso di uscita con piccole deviazioni nel segnale di controllo;
- Nell'ordine di digitazione, controllando l'alimentazione dei carichi quando la corrente d'ingresso è bassa, il transistor è completamente chiuso o completamente aperto.
Il tipo di modulo a semiconduttore non cambia le sue condizioni di funzionamento. La sorgente è collegata a un carico, per esempio un interruttore, un amplificatore di suono, un apparecchio di illuminazione, questo può essere un sensore elettronico o un potente transistor vicino. La corrente avvia il funzionamento dell'unità di carico e il transistor è collegato nel circuito tra l'unità e la sorgente. Il modulo semiconduttore limita la potenza in ingresso all'unità.
La resistenza all'uscita del transistor viene trasformata in funzione delle tensioni sul conduttore di controllo. La corrente e la tensione all'inizio e alla fine del circuito cambiano e aumentano o diminuiscono e dipendono dal tipo di transistor e da come è collegato. Il controllo dell'alimentazione controllata porta ad un aumento della corrente, un impulso di potenza o un aumento della tensione.
Entrambi i tipi di transistor sono utilizzati nelle seguenti applicazioni:
- Nella regolamentazione digitale. Sono stati sviluppati progetti sperimentali di circuiti amplificatori digitali basati su convertitori digitale-analogico (DAC).
- Nei generatori di impulsi. A seconda del tipo di unità, il transistor funziona in ordine di chiave o lineare per riprodurre segnali rettangolari o arbitrari, rispettivamente.
- Nei dispositivi elettronici hardware. Proteggere le informazioni e i programmi da furti, manomissioni e usi illegali. Il funzionamento è in modalità chiave, la corrente è controllata in forma analogica e regolata dalla larghezza dell'impulso. I transistor sono messi in azionamenti per motori elettrici, regolatori di tensione a impulsi.
I semiconduttori monocristallini e i moduli per aprire e chiudere i circuiti aumentano la potenza, ma funzionano solo come interruttori. I transistor a effetto campo sono utilizzati nei dispositivi digitali come moduli economici. Le tecniche di fabbricazione nel concetto di esperimenti integrati comportano la produzione di transistor su un singolo chip di silicio.
La miniaturizzazione dei cristalli porta a computer più veloci, meno energia e meno generazione di calore.
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