Transistori ( englanniksi transistor ), puolijohdetriodi on puolijohdemateriaalista valmistettu elektroniikkakomponentti , jossa on yleensä kolme johdinta [1] , joka pystyy ohjaamaan merkittävää virtaa lähtöpiirissä pienellä tulosignaalilla, mikä mahdollistaa sen käytön vahvistaa, tuottaa, vaihtaa ja muuntaa sähköisiä signaaleja. Tällä hetkellä transistori on perustana suurimmalle osalle elektronisista laitteista ja integroiduista piireistä .
Transistoreja kutsutaan myös diskreeteiksi elektroniikkalaitteiksi , jotka yhden transistorin toimintoa suorittaessaan sisältävät useita elementtejä, jotka ovat rakenteellisesti integroitu piiri , esimerkiksi komposiittitransistori tai useita suuritehoisia transistoreita [2] .
Transistorit on jaettu kahteen luokkaan niiden rakenteen, toimintaperiaatteen ja parametrien mukaan - bipolaarinen ja kenttä (unipolaarinen). Bipolaarinen transistori käyttää puolijohteita molemmilla johtavuustyypeillä, se toimii kiteen kahden lähekkäin olevan pn-liitoksen vuorovaikutuksen ansiosta ja sitä ohjataan muuttamalla virtaa kanta-emitteriliitoksen läpi, kun taas emitterin lähtö on "yhteisessä emitterissä" piiri on yhteinen ohjaus- ja lähtövirroille. On myös "yhteinen keräilijä (emitteriseuraaja)" ja "yhteinen kanta" -piirejä. Kenttätransistori käyttää vain yhden johtavuustyypin puolijohdetta, joka sijaitsee ohuen kanavan muodossa, johon vaikuttaa kanavasta eristetyn hilan sähkökenttä [3] , ohjaus tapahtuu jännitettä muuttamalla portin ja lähteen välillä. Kenttätransistoria, toisin kuin bipolaarista, ohjataan jännitteellä, ei virralla. Tällä hetkellä analogista tekniikkaa hallitsevat bipolaaritransistorit (BT) (kansainvälinen termi - BJT, bipolaarinen liitostransistori). Digitaalisessa tekniikassa osana mikropiirejä ( logiikka , muisti , prosessorit , tietokoneet , digitaalinen viestintä jne.) päinvastoin, bipolaariset transistorit korvataan melkein kokonaan kenttätransistoreilla . 1990-luvulla kehitettiin uudenlainen hybridi-bipolaarinen kenttätransistore - IGBT , joita käytetään nykyään laajalti tehoelektroniikassa.
Vuonna 1956 William Shockley , John Bardeen ja Walter Brattain saivat Nobelin fysiikan palkinnon transistoriilmiön tutkimuksesta [4] .
1980-luvulle mennessä transistorit korvasivat pienten signaalien elektroniikasta peräisin olevat tyhjiöputket lähes kokonaan pienen koon, tehokkuuden, mekaanisen rasituksen kestävyyden ja alhaisten kustannusten vuoksi. Koska transistorit pystyivät toimimaan matalilla jännitteillä ja suurilla virroilla, ne vähensivät sähkömagneettisten releiden ja mekaanisten kytkimien tarvetta laitteissa, ja niiden miniatyrisointi- ja integrointikykynsä ansiosta ne mahdollistivat integroitujen piirien luomisen , mikä loi perustan mikroelektronikalle . 1990-luvulta lähtien uusien voimakkaiden transistorien ilmaantumisen yhteydessä tehosähkötekniikan sähkömekaaniset ja tyristorikytkimet alkoivat aktiivisesti korvata elektronisilla laitteilla, taajuusohjattu käyttö ja invertterijännitemuuntimet alkoivat kehittyä aktiivisesti .
Piirikaavioissa transistori merkitään yleensä "VT" tai "Q" lisäämällä paikkaindeksi, esimerkiksi VT12. Venäjänkielisessä kirjallisuudessa ja dokumentaatiossa 1900-luvulta 70-luvulle asti käytettiin myös nimityksiä "T", "PP" (puolijohdelaite) tai "PT" (puolijohdetriodi).
Transistorin keksintö, joka on yksi 1900-luvun tärkeimmistä saavutuksista [5] , oli tulosta puolijohdeelektroniikan pitkästä kehityksestä, joka alkoi vuonna 1833, kun englantilainen kokeellinen fyysikko Michael Faraday työssään " Experimental Research on Electricity", kuvaili hopeasulfidin sähkönjohtavuuden epätavallista lämpötilariippuvuutta , joka lisääntyi lämpötilan noustessa, kun taas metallien johtavuus laski kuumennettaessa. Vuoteen 1838 mennessä Faraday löysi viisi muuta ainetta, joilla oli samanlaiset ominaisuudet [6] . Myöhemmin tällaisia aineita kutsutaan puolijohteiksi .
Vuosina 1820-1900 ranskalaisten fyysikkojen Becquerel- dynastia antoi suuren panoksen kiteiden erilaisten ominaisuuksien tutkimukseen : Antoine Cesar Becquerel , Alexandre Edmond Becquerel ja Antoine Henri Becquerel . Kiteiden pietsosähköisiä , lämpösähköisiä ominaisuuksia tutkittiin , vuonna 1851 Alexander Edmond Becquerel löysi aurinkosähkövaikutuksen elektrolyytti - puolijohde -siirtymässä .
Vuonna 1874 saksalainen fyysikko Karl Ferdinand Braun havaitsi ensin ilmiön, jossa metalliantennit joutuivat kosketuksiin lyijysulfidikiteen ja sitten muiden puolijohdekiteiden kanssa. Greenleafin insinööri Witter Pickard patentoi vuonna 1906 tähän ilmiöön perustuvan pistepuolijohdeilmaisindiodin .
Tyhjiödiodin keksiminen vuonna 1904 John Flemingin toimesta, jota seurasi vahvistavan tyhjiötriodin keksiminen Lee de Forestissa vuonna 1906 , aloitti tyhjiöelektroniikan kehittämisen. Toiminnassa vakaasti ja ymmärrettäviin fysikaalisiin periaatteisiin perustuvat tyhjiöputket hidastivat puolijohdeelektroniikan kehitystä maailmassa 50 vuotta. Tänä aikana puolijohteiden fysiikka oli vielä huonosti ymmärretty, kaikki saavutukset olivat kokeiden tulosta. Tutkijoiden oli vaikea selittää, mitä kristallin sisällä tapahtui. Usein esitettiin vääriä hypoteeseja.
Vuonna 1910 englantilainen fyysikko William Eccles löysi kyvyn tuottaa sähköisiä värähtelyjä joissakin puolijohdediodeissa, ja insinööri Oleg Losev kehitti vuonna 1922 itsenäisesti diodeja, joilla on negatiivinen erovastus tietyillä biasjännitteillä, joiden avulla hän käytti menestyksekkäästi vahvistin- ja puolijohteiden generaattoriominaisuudet ensimmäistä kertaa ( Kristadinny-ilmiö ) omissa suunnittelu- ja heterodyne -radiovastaanottimissa.
Samaan aikaan 1920- ja 1930-lukujen vaihteessa radiotekniikassa alkoi tyhjiöputkien nopean teollisen kehityksen aikakausi, ja valtaosa radiotieteilijöistä työskenteli tähän suuntaan. Hauraat ja omituiset avoimen suunnittelun puolijohdeilmaisimet, joissa oli tarpeen etsiä manuaalisesti "aktiivisia pisteitä" kiteestä metallineulalla, tuli joukko yksittäisiä käsityöläisiä ja radioamatööreita, jotka rakensivat niihin yksinkertaisia radiovastaanottimia. Kukaan ei nähnyt puolijohteiden mahdollisia näkymiä.
Bipolaaristen ja kenttätransistorien luominen tapahtui eri tavoin.
Ensimmäisen askeleen kenttätransistorin luomisessa teki itävaltalais-unkarilainen fyysikko Julius Edgar Lilienfeld , joka ehdotti menetelmää näytteen virran säätämiseksi kohdistamalla siihen poikittaissähkökenttä, joka varauksenkantajiin vaikuttaessaan ohjata johtavuutta. Patentit saatiin Kanadassa ( 22. lokakuuta 1925 ) ja Saksassa ( 1928 ) [7] [8] . Vuonna 1934 saksalainen fyysikko Oskar HeilYhdistyneessä kuningaskunnassa patentoi myös "kosketuksettoman releen", joka perustuu samanlaiseen periaatteeseen. Vuonna 1938 R. Pohl ja R. Hilsch saivat ensimmäisen vahvistuksen kenttätransistorin prototyypistä, mutta vahvistus oli hyvin alhainen ja toimintataajuus ei ylittänyt 1 hertsiä.
Huolimatta siitä, että kenttätransistorit perustuvat yksinkertaiseen sähköstaattiseen kenttävaikutukseen ja ovat niissä tapahtuvien fysikaalisten prosessien suhteen yksinkertaisempia kuin kaksinapaiset (kokeilijat yrittivät usein toistaa kolmielektrodisen lampun, triodin mallin , kiteessä), ei ollut mahdollista luoda toimivaa näytettä kenttätransistorista. Tekijät eivät voineet kiertää puolijohteen pintakerroksessa tuolloin tuntemattomia ilmiöitä, jotka eivät sallineet kiteen sisällä olevan sähkökentän ohjaamista tämän tyyppisissä transistoreissa (MIS-transistori - metalli, dielektrinen, puolijohde). Toimiva kenttätransistori luotiin bipolaaritransistorin löytämisen jälkeen. William Shockley kuvasi vuonna 1952 teoreettisesti toisen tyyppisen kenttätransistorin mallin, jossa virran modulointi, toisin kuin aiemmin ehdotetuissa MIS [9] rakenteissa, suoritettiin muuttamalla johtavan kanavan paksuutta laajentamalla tai laajentamalla tai kaventaa p-n-liitoskanavan vieressä olevaa tyhjennysaluetta. Tämä tapahtui, kun liitokseen syötettiin hiladiodin estonapaisuuden ohjausjännite. Transistoria kutsuttiin "kenttätransistoriksi, jossa on ohjaus-pn-liitos" (häiriöt pinnan ilmiöt eliminoitiin, koska johtava kanava oli kiteen sisällä).
Ensimmäinen MIS-kenttätransistori, patentoitu jo 1920-luvulla ja muodostaa nyt tietokoneteollisuuden perustan, luotiin ensimmäisen kerran vuonna 1960 amerikkalaisten Kangin ja Atallan työn jälkeen, kun he ehdottivat ohuimman kerroksen muodostamista porttidielektristä. piikiteen pintaan hapettamalla piipinta piidioksidikerros , joka eristää metalliportin johtavasta kanavasta, tällaista rakennetta kutsutaan MOS-rakenteeksi (Metal-Oxide-Semiconductor).
1990 -luvulla MOS-tekniikka alkoi hallita kaksinapaista tekniikkaa [10] .
Toisin kuin kenttätransistori, ensimmäinen bipolaarinen transistori luotiin kokeellisesti, ja sen fyysinen toimintaperiaate selitettiin myöhemmin.
Vuosina 1929-1933 LPTI :ssä Oleg Losev suoritti akateemikko Ioffen ohjauksessa joukon kokeita puolijohdelaitteessa, joka toistaa rakenteellisesti pistetransistorin karborundikiteellä (SiC) , mutta silloin ei ollut mahdollista saada. riittävä voitto. Puolijohteiden elektroluminesenssin ilmiöitä tutkiessaan Losev tutki noin 90 eri materiaalia, erityisesti piin erottamista, ja vuonna 1939 hän mainitsee muistiinpanoissaan taas työt kolmielektrodijärjestelmissä, mutta sodan puhkeamisen ja insinöörin kuoleman piiritetyssä Leningradissa v. talvi 1942 johti siihen, että osa hänen työstään on kadonnut, eikä tiedetä, kuinka pitkälle hän edistyi transistorin luomisessa. 1930-luvun alussa radioamatöörit Larry Kaiser Kanadasta ja Robert Adams Uudesta-Seelannista valmistivat myös kolmielektrodisia pistevahvistimia, mutta heidän töitään ei patentoitu eikä niitä analysoitu tieteellisesti [5] .
Menestyksen saavutti American Telephone and Telegraphin Bell Telephone Laboratories -kehitysjaosto . Vuodesta 1936 lähtien Joseph Beckerin johdolla on työskennellyt siinä joukko tutkijoita, joiden tarkoituksena on erityisesti luoda puolijohdevahvistimia. Vuoteen 1941 asti ei ollut mahdollista valmistaa puolijohdevahvistinlaitetta (yritettiin luoda prototyyppi kenttätransistorista). Sodan jälkeen vuonna 1945 tutkimus jatkui teoreettisen fyysikon William Shockleyn johdolla . Toisen kahden vuoden epäonnistumisen jälkeen 16. joulukuuta 1947 tutkija Walter Brattain yritti voittaa germaniumkiteen pintailmiön ja kokeili kahdella neulaelektrodilla käänsi käytetyn jännitteen napaisuuden ja sai yllättäen vakaan signaalin vahvistuksen. Myöhempi tutkimus löydöstä, jonka hän teki yhdessä teoreetikko John Bardeenin kanssa , osoitti, että kenttävaikutusta ei ole, on prosesseja, joita ei ole vielä tutkittu kiteessä. Se ei ollut kenttä, vaan aiemmin tuntematon bipolaarinen transistori . 23. joulukuuta 1947 tuotteen nykyisen mallin esittely yrityksen johdolle tapahtui, tätä päivämäärää alettiin pitää transistorin syntymäpäivänä. Saatuaan tietää menestyksestä, jo eläkkeellä ollut William Shockley palasi tutkimukseen ja loi lyhyessä ajassa bipolaaritransistorin teorian, jossa hän hahmotteli jo pistevalmistustekniikan korvaamisen lupaavammalla, tasomaisella.
Aluksi uutta laitetta kutsuttiin "germaniumtriodiksi" tai "puolijohdetriodiksi" analogisesti tyhjiötriodin kanssa - samanlaisen rakenteen elektroniputken kanssa. Toukokuussa 1948 laboratoriossa järjestettiin kilpailu keksinnön alkuperäisestä nimestä, jonka voitti John Pierce , joka ehdotti sanaa "transistori", joka muodostettiin yhdistämällä termit "transkonduktanssi" (aktiivinen elektrodien välinen johtavuus) ja "muuttuja". vastus" tai "varistor" (muuttuva vastus, varistori) tai muiden versioiden mukaan sanoista "siirto" - siirto ja "vastus" - vastus.
Uuden laitteen virallinen esittely pidettiin 30. kesäkuuta 1948 yhtiön pääkonttorissa New Yorkissa; radiovastaanotin koottiin transistoreille. Löytöä ei kuitenkaan arvostettu, koska ensimmäisen pisteen transistoreilla oli tyhjiöputkiin verrattuna erittäin huonot ja epävakaat ominaisuudet.
Vuonna 1956 William Shockley , Walter Brattain ja John Bardeen saivat Nobelin fysiikan palkinnon "puolijohteiden tutkimuksesta ja transistoriefektin löytämisestä" [11] . Mielenkiintoista on, että John Bardeenille myönnettiin pian toinen Nobel-palkinto suprajohtavuusteorian luomisesta .
Rinnakkain amerikkalaisten tutkijoiden Euroopassa työn kanssa kaksinapaisen transistorin loivat kokeellinen fyysikko Herbert Matare ja teoreetikko ( Heinrich Welker ). Vuonna 1944 Herbert Matare, joka työskentelee Telefunkenissa , kehitti puolijohde "duodiodin" (kaksoisdiodin), joka oli rakenteellisesti samanlainen kuin tuleva pistebipolaarinen transistori. Laitetta käytettiin sekoittimena tutkatekniikassa, kahtena tasasuuntauspistediodina, joilla oli samanlaiset parametrit, valmistettuna samalle germaniumkiteelle. Samaan aikaan Matare havaitsi ensin yhden diodin virran vaikutuksen toisen parametreihin ja aloitti tutkimuksen tähän suuntaan. Sodan jälkeen Herbert Matare tapasi Pariisissa Johann Welkerin, jossa molemmat amerikkalaisen Westinghouse Electricin haaratoimistossa työskentelevät fyysikot jatkoivat omasta aloitteestaan kokeita duodeonilla. Kesäkuun alussa 1948, kun he eivät vielä olleet tietoisia Bell Labsin Shockley-ryhmän tutkimuksen tuloksista, he loivat pohjukaissuoleen perustuvan vakaan bipolaarisen transistorin, jota kutsuttiin "transitroniksi". Elokuussa 1948 lähetettyä keksintöä koskevaa patenttihakemusta kuitenkin käsiteltiin Ranskan patenttivirastossa hyvin pitkään, ja vasta vuonna 1952 keksinnölle saatiin patentti. Westinghousen massatuotetut transitronit eivät myöskään onnistuneet valloittamaan markkinoita, vaikka ne kilpailivat menestyksekkäästi transistorien kanssa laadultaan, ja työ tähän suuntaan loppui pian [5] .
Pienyydestään ja tehokkuudestaan huolimatta ensimmäiset transistorit erottuivat korkeasta melutasosta, pienestä tehosta, ominaisuuksien epävakaudesta ajan myötä ja parametrien voimakkaasta riippuvuudesta lämpötilasta. Pistetransistori, joka ei ollut monoliittinen rakenne, oli herkkä iskuille ja tärinälle. Bell Telephone Laboratoriesin luoja ei arvostanut uuden laitteen mahdollisuuksia, kannattavia sotilastilauksia ei odotettu, joten keksinnön lisenssiä alettiin pian myydä kaikille 25 tuhannella dollarilla. Vuonna 1951 luotiin tasotransistori, joka on rakenteellisesti monoliittinen puolijohdekide, ja samoihin aikoihin ilmestyivät ensimmäiset piipohjaiset transistorit. Transistorien ominaisuudet paranivat nopeasti, ja pian ne alkoivat kilpailla aktiivisesti tyhjiöputkien kanssa.
Yli 30 vuoden kehitystyön aikana transistorit ovat korvanneet tyhjiöputket lähes kokonaan ja niistä on tullut puolijohdeintegroitujen piirien perusta , minkä ansiosta elektronisista laitteista on tullut paljon taloudellisempia, toimivampia ja pienoismallisempia. Transistorit ja niihin perustuvat integroidut piirit aiheuttivat tietotekniikan nopean kehityksen . 2000-luvun alussa transistorista tuli yksi ihmiskunnan massatuotetuimmista tuotteista. Vuonna 2013 jokaista maan asukasta kohden valmistettiin noin 15 miljardia transistoria (suurin osa niistä on integroituja piirejä) [12] .
Integroitujen piirien myötä alkoi kamppailu alkeistransistorin koon pienentämiseksi. Vuonna 2012 pienimmät transistorit sisälsivät muutaman aineatomin [13] . Transistoreista on tullut olennainen osa tietokoneita ja muita digitaalisia laitteita. Joissakin prosessorimalleissa niiden määrä ylitti miljardi kappaletta.
Alla on muodollinen transistoreiden luokittelu, jossa virran tuottaa varauksenkuljettajien virta, ja tilat, joiden välillä laite vaihtaa, määräytyvät signaalin suuruuden mukaan: pieni signaali - suuri signaali, suljettu tila - avoin tila, päällä jossa transistorin binäärilogiikka on toteutettu. Moderni tekniikka voi toimia paitsi sähkövarauksella, myös magneettisilla momenteilla, yksittäisen elektronin spinillä, fononeilla ja valokvanteilla, yleisessä tapauksessa kvanttitiloilla.
Pääpuolijohdemateriaalin lisäksi , jota käytetään yleensä yksikiteisenä joissakin osissa seostettuna, transistori sisältää metallijohtimia, eristäviä elementtejä ja kotelon (muovia, metallilasia tai metallikeramiikkaa) . Joskus käytetään yhdistettyjä nimiä, jotka kuvaavat osittain teknisiä lajikkeita (esimerkiksi "pii safiirilla" tai "metallioksidi-puolijohde"). Pääluokitus osoittaa kuitenkin käytetyn puolijohdemateriaalin - piin , germaniumin , galliumarsenidin jne.
Muita transistoreiden materiaaleja ei ole käytetty viime aikoihin asti. Tällä hetkellä näyttömatriiseissa on käytössä esimerkiksi läpinäkyviin puolijohteisiin perustuvia transistoreita. Lupaava materiaali transistoreille on puolijohdepolymeerit. On olemassa myös erillisiä raportteja hiilinanoputkiin perustuvista transistoreista [14] ja grafeenikenttätransistoreista .
| transistorit | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kaksisuuntainen mieliala | ala | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| pnp | npn | Pn-liitosportilla | Eristetty portti | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| n-kanavalla | p-kanavalla | Sisäänrakennetulla kanavalla | Indusoidulla kanavalla | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| n-kanavalla | p-kanavalla | n-kanavalla | p-kanavalla | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Transistorien toimintaperiaate ja käyttötavat riippuvat merkittävästi niiden tyypistä ja sisäisestä rakenteesta.
Lämmön muodossa hajaantuneen tehon mukaan ne erottavat:
BISS (Breakthrough in Small Signal) -transistorit ovat bipolaarisia transistoreita, joilla on parannetut pienten signaalien parametrit . Merkittävä parannus BISS-transistorien parametreihin saavutettiin muuttamalla emitterivyöhykkeen rakennetta. Tämän luokan laitekehityksiä kutsuttiin myös "mikrovirtalaitteiksi".
Transistorit sisäänrakennetuilla vastuksilla RET (Resistor-equipped transistors) ovat bipolaarisia transistoreita, joiden vastukset on rakennettu yhteen koteloon, jossa on kristalli. RET on yleistransistori, jossa on sisäänrakennettu yksi tai kaksi vastusta. Tämä transistorirakenne vähentää ulkoisten lisäosien määrää ja minimoi tarvittavan asennusalueen. RET-transistoreja käytetään suoraan kytkemiseen mikropiirien lähtöihin ilman virtaa rajoittavia vastuksia.
Heteroliitosten käytöllä voit luoda nopeita ja suurtaajuisia kenttätransistoreja, kuten esimerkiksi HEMT .
Jotta transistorilla voidaan sisällyttää piiriin, siinä on oltava neljä lähtöä - kaksi tuloa ja kaksi lähtöä. Mutta lähes kaikkien lajikkeiden transistoreilla on vain kolme terminaalia. Kolminapaisen laitteen käynnistämiseksi on tarpeen määrittää yksi nastoista yhteiseksi, ja koska tällaisia yhdistelmiä voi olla vain kolme, on kolme päätransistorin kytkentäpiiriä.
Kenttätransistoreissa, joissa on sekä pn-liitos (kanava) että MOS (MIS), on seuraavat kytkentäpiirit:
"Avoin kollektori (tyhjennys)" on transistorin sisällyttäminen yhteiseen emitteri- (lähde) piiriin osana elektroniikkamoduulia tai mikropiiriä , kun kollektorin (tyhjennys) lähtöä ei ole kytketty moduulin (mikropiirin) muihin elementteihin. , mutta se lähetetään suoraan ( moduulin liittimeen tai sirulähtöön). Transistorin kuorman ja kollektorin (tyhjennys) virran valinta jätetään lopullisen piirin kehittäjälle, joka sisältää moduulin tai mikropiirin. Erityisesti tällaisen transistorin kuorma voidaan kytkeä teholähteeseen, jonka jännite on suurempi tai pienempi kuin moduulin/mikropiirin syöttöjännite. Tämä lähestymistapa laajentaa merkittävästi moduulin tai mikropiirin soveltuvuutta lopullisen piirin pienestä monimutkaisuudesta johtuen. Avokollektorin (tyhjennys) transistoreja käytetään TTL-logiikkaelementeissä , mikropiireissä tehokkailla avainlähtöasteikoilla , tasomuuntimissa , väylämuotoilijoissa (ajureissa) .
Käänteistä yhteyttä käytetään harvemmin - avoimella emitterillä (lähde). Sen avulla voit myös valita transistorin kuormituksen vaihtamalla ulkoisia komponentteja, syöttää emitteriin/viemäriin pääpiirin syöttöjännitteeseen nähden vastakkaisella napajännitteellä (esimerkiksi negatiivinen jännite piireissä, joissa on npn-kaksinapainen transistore tai N -kanavainen kenttätehotransistorit).
Transistorin tyypistä riippumatta sen käyttöperiaate on sama:
Tämä asento ei aina pidä paikkaansa: esimerkiksi piirissä, jossa on yhteinen kollektori, virta ulostulossa on β kertaa suurempi kuin sisääntulossa, kun taas jännite lähdössä on jonkin verran pienempi kuin tulo; yhteisessä kantapiirissä lähtöjännite kasvaa tuloon verrattuna, mutta lähtövirta on hieman pienempi kuin tulo. Näin ollen piirissä, jossa on yhteinen kollektori, vahvistus tapahtuu vain virrassa ja OB-piirissä vain jännitteessä. Tehonsyötön ohjatun ohjauksen ansiosta signaalin vahvistus saavutetaan joko virralla, jännitteellä tai teholla (yhteisellä emitterillä varustetut piirit).
Transistoria käytetään:
Täysin digitaalisia vahvistimia, jotka perustuvat tehokkaisiin transistoreihin, on kokeellisesti kehitetty [22] [23] . Tällaisten vahvistimien transistorit toimivat avaintilassa.
Transistoreja käytetään aktiivisina (vahvistavina) elementteinä vahvistus- ja kytkentävaiheissa .
Releillä ja tyristoreilla on suurempi tehonvahvistus kuin transistoreilla, mutta ne toimivat vain avain (kytkentä) -tilassa.
Kaikki nykyaikainen digitaalitekniikka on rakennettu pääasiassa kenttä - MOS -transistoreille (MOSFET), jotka ovat taloudellisempia elementtejä verrattuna BT:iin. Joskus niitä kutsutaan MIS (metalli-dilectric-semiconductor) -transistoreiksi. Kansainvälinen termi on MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Transistorit valmistetaan integroidun teknologian puitteissa yhdelle piikiteelle (sirulle) ja ne muodostavat alkeellisen "tiilen" logiikan, muistin, prosessorin jne. mikropiirien rakentamiseen.
Tällä hetkellä yhteen moderniin 1–2 cm²:n kiteen mahtuu useita (toistaiseksi vain muutama) miljardia MOSFETiä. 60 vuoden aikana MOSFETien koko (pieneneminen) on vähentynyt ja niiden lukumäärä yhdellä sirulla (integraatioaste) lisääntynyt, tulevina vuosina transistorien integrointiaste on lisääntynyt edelleen. sirulla odotetaan (katso Mooren laki ). MOSFETin koon pienentäminen johtaa myös prosessorien nopeuden kasvuun, virrankulutuksen vähenemiseen ja lämmön haihtumiseen.
Tällä hetkellä Intelin mikroprosessorit on koottu kolmiulotteisille transistoreille (3d-transistoreille), joita kutsutaan Tri-Gateksi. Tämä vallankumouksellinen tekniikka on parantanut huomattavasti prosessorien olemassa olevia ominaisuuksia. On huomattava, että siirtyminen 3D-transistoreihin 22 nm:n valmistusprosessilla antoi meille mahdollisuuden lisätä prosessorin suorituskykyä 30% (Intelin mukaan) ja vähentää virrankulutusta. . On huomionarvoista, että tuotantokustannukset nousevat vain 2-3%, eli uudet prosessorit eivät ole merkittävästi kalliimpia kuin vanhat. . Tämän tekniikan ydin on, että erityinen High-K-dielektriikka kulkee transistorin portin läpi, mikä vähentää vuotovirtoja.
Ennen transistorien kehittämistä tyhjiö (elektroniset) putket (tai yksinkertaisesti "putket") olivat tärkeimmät aktiiviset komponentit elektronisissa laitteissa. Ohjausperiaatteen mukaan kenttätransistori liittyy eniten elektroniikkalamppuun, monet lamppujen toimintaa kuvaavat suhteet sopivat myös kuvaamaan kenttätransistorien toimintaa. Monia putkille suunnitelluista piireistä on sovellettu transistoreihin, ja ne ovat kehittyneet, koska tyhjiöputkilla on vain yksi johtavuustyyppi, elektroni, ja transistorit voivat olla joko elektroneja tai aukkoja (kuvitellun "positroniputken" vastine). Tämä on johtanut komplementaaristen piirien (CMOS) laajaan käyttöön.
Tärkeimmät edut, joiden ansiosta transistorit pystyivät korvaamaan edeltäjänsä (tyhjiöputket) useimmissa elektronisissa laitteissa:
| Transistorivahvistimet _ | ||
|---|---|---|
| Bipolaariset transistorit | ||
| FETit |
| |
| Transistorin vaiheet | ||