29.09.2023

Транзисторы: история, виды и схемы включения

Уникальным прибором, без которого была бы невозможна современная цифровая цивилизация, является транзистор, умеющий усиливать, преобразовывать и создавать электронные сигналы. То, что слабый входной сигнал превращается на выходе в сильный, открыло перед учеными и изобретателями множество новых возможностей. Причем произошло создание первого работающего транзистора по историческим меркам недавно, меньше чем сто лет назад.

В настоящее время такие полупроводниковые устройства как транзисторы используются практически везде - во всех электронный устройствах, где есть интегральные микросхемы: компьютеры, смартфоны и многое другое. Теория электротехники лежит в основе всех научных достижений, и поэтому начинающие ученые в этой области изучают, к примеру, схемы подключения транзисторов - в этой статье можно найти описание основных типов таких схем (с общим эмиттером, с общим коллектором, с общей базой).

Современные транзисторы чаще всего изготавливаются из следующих основных полупроводниковых материалов:

• кремний (Si);
• германий (Ge);
• карбид кремния (SiC);
• арсенид галлия (GaAs);
• нитрид галлия (GaN) и другие.

Кстати, от наиболее распространенного материала транзисторов и других полупроводников возникло название “Кремниевая долина”.

В основной материал добавляются примеси, которые влияют на полярность электрического заряда. Например, если в кремний добавить примесь бора, то образуется p-слой, который имеет положительный заряд, а если примешать мышьяк или фосфор - n-слой с отрицательным зарядом.

Первый транзистор сильно отличался от современных, особенно если учесть тенденцию к минимизации интегральных схем. Он был изобретен в декабре 1947 года американской исследовательской группой “Bell Labs” с руководством физика Уолтера Браттейна, который вместе с Дж. Бардином, У. Шокли и Р. Джипни разработал точечный транзистор из германия и золота.

Браттейн, Бардин и Шокли в своей лаборатории в 1948 году

Над данной проблемой работали ученые всего мира, физика твердых тел в это время имела бешеную популярность. Так, в Европе независимо от первооткрывателей (из-за того, что открытие засекретили на полгода) немецкие физики создали двойной точечный транзистор в июне 1949 года. Они назвали его транзистрон, но из-за отсутствия поддержки исследования в Европе прекратились на какое-то время.

Точная копия первого транзистора, созданная в честь пятидесятилетия изобретения работающей модели: https://ru.wikipedia.org/wiki/Транзистор#/media/Файл:Replica-of-first-transistor.jpg

По структуре современные транзисторы принято делить на следующие виды:

• биполярные, изобретенные первыми;
• полевые, которых сейчас на Земле больше всего;
• биполярные с изолированным затвором, совмещающие два других вида транзисторов.

У каждого вида есть свои преимущества. Биполярные транзисторы легко изготавливаются и при этом способны работать с высокими токами. Полевые - обладают большим входным сопротивлением и высокой скоростью работы, а биполярные с изолированным затвором - применяются в мощных устройствах (источниках питания, преобразователи частоты и тому подобное). Биполярные транзисторы используются в аналоговых схемах, а вот полевые - в цифровых интегральных микросхемах.

Изобретение транзисторов послужило толчком к развитию всех компьютерных технологий, сейчас транзисторы есть и в космосе, и на дне моря, и в жерле вулканов, и в мегаполисах.

Люся Елисеева