Транзистор

Транзистор — полуспроводнички уред кој најчесто се користи да засилува или да вклучува и исклучува сигнали. Транзисторот е основната единица од која се прават сметачите и сите понови електронски уреди. Најчесто се спојуваат повеќе транзистори во едно интегрално коло.

Електричниот сигнал може да се засили користејќи уред кој овозможува сигналот да го контролира протокот на многу поголема струја. Транзисторите се основните уреди кои овозможуваат ваква контрола. Современите транзистори главно спаѓаат во две категории: биполарни спојни транзистори (анг. BJT) и транзистори со ефект на поле (анг. FET). Со овозможување на проток на струја кај биполарните спојни транзистори и напон кај транзисторите со ефект на поле помеѓу влезната и заедничката електрода се зголемува проводливоста помеѓу заедничката и излезната електрода, со што се контролира протокот на струја меѓу овие електроди.

Во аналогните кола транзисторите се користат во засилувачите и линеарните регулатори на моќност. Исто така се користат и во дигиталните кола каде што имаат функција на електронски прекинувачи.

Симболи на транзистори
Биполарен споен транзистор	PNP	NPN
Транзистор со ефект на поле	P-канал	N-канал

Историја

Првиот патент за транзистор со ефект на поле беше пријавен во Канада од Австроунгарскиот физичар Џулиус Едгар Лилиенфилд на 22 октомври 1925 година. Подоцна и во 1934 бил поднесен патент за нов ваков транзистор но овие транзистори никогаш не ги направија.

Првиот реален транзистор е направен во 1947 година во Лабораториите Бел од Џон Барден, Волтер Британ, Вилијам Шокли и Пирсон и од тогаш започнува ерата на транзисторите.

Споредба со електронските цевки

Пред развивањето на транзисторот електронските цевки беа главните елементи во електронската опрема. Во продолжение се дадени преностите и неостатоците кои ги имаат транзисторите во однос на овие електронски цевки.

Предности

Мала големина и тежина што овозможува создавање на минијатурни електронски уреди
Високо автоматизиран процес на производство што резултира со ниска цена
Ниски работни напони што ги прави погодни за работа со батерии
Немаат период за стартовање на грејачите на катодата
Мало губење на енергијата и поголема ефикасност
Поголема стабилност
Голем животен век. Некои транзисторски уреди произведени пред 30-тина години сѐ уште се функционални
Можност да спроведуваат големи струи и до неколку стотини ампери
Отпорност на механички удари и тресења
Поголема чувствителност

Недостатоци

Не работаат на високи напони поголеми од 3 киловолти
Движењето на електроните е побрзо во вакуум
Почувствителни се на електромагнетни пулсови.

Видови транзистори

Транзисторите може да се категоризираат според повеќе критериуми и тоа според:

Материјалот: германиум, силициум, галиум арсенид, итн.
Структура: Биполарен споен транзистор, транзистор со ефект на поле, транзистор со изолирана порта и др.
Поларност: NPN транзистор, PNP транзистор и др.
Честотата на работа: ниско-, средно, високочестотни, радиобранови, микробранови
Употребата: прекинувачи, засилувачи, општа употреба, аудио, високонапонски и др.
Физичкиот изглед: метални, пластични и сл.
Засилувачкиот фактор

Можна е комбинација на повеќе од овие категории.

Биполарен споен транзистор (BJT)

Овие транзистори први започнале со масовно производство. Нивното име доаѓа поради тоа што спроведуваат користејќи ги и миноритетните и мајоритетните носители. Трите електроди кои го сочинуваат овој транзистор се нарекуваат емитер, база и колектор. Кај овие транзистори има 2 споеви и тоа: база-емитер и база-колектор. Овие транзистори се посебно корисни кај засилувачите бидејќи струите кај емитерот и колекторот се контролираат од сосема мала струја во базата.

За разлика од транзисторот со ефект на поле овие транзистори работаат со ниски влезни величини. Па според тоа влезната струја се зголемува експоненцијално според моделот на Шоклиев модел и Еберс-Молов модел.

Овие транзистори се употребуваат и како фототранзистори со тоа што базата апсорбира фотони кои создаваат струја, која потоа се засилува. Ваквите транзистори имаат посебен физички изглед и градба.

Транзистор со ефект на поле (FET)

Овој транзистор е исто така познат и како еднополен транзистор, користи или електрони или празнини за спроведување. Четирите електроди кои го сочинуваат овој транзистор се извор, излез, порта и база електродите. Кај повеќето транзистори телото е споено со изворот па затоа тие се подразбираат како една.

Фамилијата на транзистори со ефект на поле (FET) понатаму се дели на споен транзистор со ефект на поле (JFET) и транзистор со ефект на поле со изолирана порта (IGFET) кој е уште попознат како Метал-оксиден транзистор со ефект на поле (MOSFET).

Други видови на транзистори

Материјал за изработка на транзистори

Првите биполарни транзистори се направен од германиум (Ge) кој се употребува и денеска при изградбата на некои транзистори. Денес најчесто се користи силициум (Si) за изградба на транзистори иако се застапени транзистори кои се прават од смесата галиум арсенид (GaAs) како и мешавината силициум германиум (SiGe).

Во табелата е дадена споредба на поважните својства на главните материјали од кои се прават транзисторите:

Одликите на материјалите од кои се прават транзисторите
Полуспроводнички материјал	Напон на заедничкиот спој напон V @ 25 °C	Брзина на електроните m²/(V·s) @ 25 °C	Брзина на празнините m²/(V·s) @ 25 °C	Максимална температура на спојот. °C
Ge	0.27	0.39	0.19	70 до 100
Si	0.71	0.14	0.05	150 до 200
GaAs	1.03	0.85	0.05	150 до 200
Al-Si спој	0.3	—	—	150 до 200

Заедничкиот спој е спојот помеѓу базата и емитерот и служи за овозможување на базата да спроведи проток на струја. Струјата која се спроведува се зголемува експоненцијално со зголемување на напонот на заедничкиот спој. Вредностите дадени во табелата се типични за струја од 1mA. Колку помал напон на заедничкиот спој толку подобро, бидејќи е потребно помалку моќност за работа на транзисторот. Зголемувањето и намалувањето на овој напон е во зависност од температурата. А секако имаат ограничени температури при кои транзисторите може да работаат.

Брзината на електроните и на празнините претставува брзина на електроните и празнините со која тие се одбиваат во електрично поле од 1 волт на метар напречен пресек. Обично колку поголема е оваа брзина толку е побрз и транзисторот. На ова поле се гледа дека германиумот е подобар од силициумот. Меѓутоа тој има 4 главни недостатоци во однос на Силициумот:

има ограничена максимална температура на работа
има прилично поголемо губење на струја
не може да прими поголеми напони
помалку е практичен за вклопување во интегрални кола.

Максималната температура на работа кај транзисторите е многу важна бидејќи со преминување на оваа температура доаѓа до оштетување на транзисторот.