Ein Transistor ist ein Halbleiter-Gerät, das verwendet ist, um elektronische Signale und Macht zu verstärken und zu schalten. Es wird aus einem Halbleiter-Material mit mindestens drei Terminals für die Verbindung zu einem Außenstromkreis zusammengesetzt. Eine Stromspannung oder auf ein Paar der Terminals des Transistors angewandter Strom ändern den Strom, der durch ein anderes Paar von Terminals fließt. Weil das kontrollierte (Produktion) Macht kann höher sein als das Steuern (Eingang) Macht, ein Transistor, ein Signal verstärken kann. Heute werden einige Transistoren individuell paketiert, aber noch viele werden eingebettet in einheitlichen Stromkreisen gefunden.

Der Transistor ist der grundsätzliche Baustein von modernen elektronischen Geräten, und ist in modernen elektronischen Systemen allgegenwärtig. Im Anschluss an seine Entwicklung am Anfang der 1950er Jahre hat der Transistor das Feld der Elektronik revolutioniert, und hat für kleinere und preiswertere Radios, Rechenmaschinen und Computer unter anderem den Weg geebnet.

Geschichte

Die thermionische Triode, eine 1907 erfundene Vakuumtube, hat das Elektronik-Alter vorwärts angetrieben, verstärkte Radiotechnologie und Langstreckentelefonie ermöglichend. Die Triode war jedoch ein zerbrechliches Gerät, das viel Macht verbraucht hat. Physiker Julius Edgar Lilienfeld hat ein Patent für einen Feldwirkungstransistor (FET) in Kanada 1925 abgelegt, das beabsichtigt war, um ein Halbleiterersatz für die Triode zu sein. Lilienfeld hat auch identische Patente in den Vereinigten Staaten 1926 und 1928 abgelegt. Jedoch hat Lilienfeld keine Forschungsartikel über seine Geräte veröffentlicht, noch seine Patente haben irgendwelche spezifischen Beispiele eines Arbeitsprototyps zitiert. Seitdem die Produktion von Qualitätshalbleiter-Materialien noch Jahrzehnte weg war, hätten die Halbleiterverstärker-Ideen von Lilienfeld praktischen Gebrauch in den 1920er Jahren und 1930er Jahren nicht gefunden, selbst wenn solch ein Gerät gebaut wurde. 1934 hat deutscher Erfinder Oskar Heil ein ähnliches Gerät patentiert.

Vom 17. November 1947 bis zum 23. Dezember 1947, John Bardeen und Walter Brattain an AT&T Glockenlaboratorien in den Vereinigten Staaten, hat Experimente und beobachtet durchgeführt, dass, als zwei Goldpunkt-Kontakte auf einen Kristall des Germaniums angewandt wurden, ein Signal mit der Produktionsmacht erzeugt wurde, die größer ist als der Eingang. Führer von Solid State Physics Group William Shockley hat gesehen, dass das Potenzial darin, und im Laufe der nächsten paar Monate gearbeitet hat, um die Kenntnisse von Halbleitern außerordentlich auszubreiten. Der Begriff Transistor wurde von John R. Pierce als ein Handkoffer des Begriffes "Übertragungs-Widerstand" ins Leben gerufen. Gemäß Lillian Hoddeson und Vicki Daitch, Autoren einer Lebensbeschreibung von John Bardeen, hatte Shockley vorgeschlagen, dass das erste Patent von Laboratorien der Glocke für einen Transistor auf der Feldwirkung und dass er basieren sollte, als der Erfinder genannt werden. Die Patente von Lilienfeld ausgegraben, die in Zweideutigkeit einige Jahre früher, Rechtsanwälte an Glockenlaboratorien eingetreten sind, die gegen den Vorschlag von Shockley seit der Idee von einem Feldwirkungstransistor empfohlen sind, der ein elektrisches Feld verwendet hat, weil war ein "Bratrost" nicht neu. Statt dessen, was Bardeen, Brattain und Shockley 1947 erfunden haben, war der erste bipolar Transistor des Punkt-Kontakts. In der Anerkennung dieser Ausführung wurden Shockley, Bardeen und Brattain dem 1956-Nobelpreis in der Physik "für ihre Forschungen über Halbleiter und ihre Entdeckung der Transistor-Wirkung gemeinsam zuerkannt."

1948 wurde der Transistor des Punkt-Kontakts von deutschen Physikern Herbert Mataré und Heinrich Welker unabhängig erfunden, während man am Compagnie des Freins et Signaux, eine in Paris gelegene Tochtergesellschaft von Westinghouse gearbeitet hat. Mataré hatte vorherige Erfahrung im Entwickeln von Kristallberichtigern von Silikon und Germanium in der deutschen Radaranstrengung während des Zweiten Weltkriegs. Mit diesen Kenntnissen hat er begonnen, das Phänomen "der Einmischung" 1947 zu erforschen. Durch das Zeugen von Strömen, die durch Punkt-Kontakte fließen, die dem ähnlich sind, was Bardeen und Brattain früher im Dezember 1947, Mataré vor dem Juni 1948 vollbracht hatten, ist im Stande gewesen, konsequente Ergebnisse durch das Verwenden von Proben des von Welker erzeugten Germaniums zu erzeugen. Begreifend, dass Glockenlaboratorium-Wissenschaftler bereits den Transistor vor ihnen erfunden hatten, ist die Gesellschaft hingeeilt, um seinen "transistron" in die Produktion für den verstärkten Gebrauch in Frankreichs Telefonnetz zu bekommen.

Der erste Silikontransistor wurde durch Instrumente von Texas 1954 erzeugt. Das war die Arbeit von Gordon Teal, einem Experten in wachsenden Kristallen der hohen Reinheit, der vorher an Glockenlaboratorien gearbeitet hatte. Der erste MOS wirklich gebaute Transistor war durch Kahng und Atalla an Glockenlaboratorien 1960.

Wichtigkeit

Der Transistor ist der Schlüssel aktiver Bestandteil in praktisch der ganzen modernen Elektronik. Viele denken, dass es eine der größten Erfindungen des 20. Jahrhunderts ist. Seine Wichtigkeit in der heutigen Gesellschaft ruht auf seiner Fähigkeit, das erzeugte Verwenden der Masse eines hoch automatisierten Prozesses zu sein (Halbleiter-Gerät-Herstellung), der erstaunlich niedrig Kosten pro Transistor erreicht. Die Erfindung des ersten Transistors an Glockenlaboratorien wurde einen IEEE Meilenstein 2009 genannt.

Obwohl mehrere Gesellschaften jeder mehr als eine Milliarde individuell paketiert (bekannt als getrennt) Transistoren jedes Jahr, erzeugt

die große Mehrheit von Transistoren wird jetzt in einheitlichen Stromkreisen (häufig verkürzt zu IC, Mikrochips oder einfach Chips), zusammen mit Dioden, Widerständen, Kondensatoren und anderen elektronischen Bestandteilen erzeugt, um ganze elektronische Stromkreise zu erzeugen. Ein Logiktor besteht aus bis zu ungefähr zwanzig Transistoren, wohingegen ein fortgeschrittener Mikroprozessor, bezüglich 2011, nicht weniger als 3 Milliarden Transistoren (MOSFETs) verwenden kann.

"Ungefähr 60 Millionen Transistoren wurden 2002... für [jeden] Mann, Frau und Kind auf der Erde gebaut."

Die niedrigen Kosten des Transistors, Flexibilität und Zuverlässigkeit haben es ein allgegenwärtiges Gerät gemacht. Transistorisierte mechatronic Stromkreise haben elektromechanische Geräte im Steuern von Geräten und Maschinerie ersetzt. Es ist häufig leichter und preiswerter, einen Standardmikrokontrolleur zu verwenden und ein Computerprogramm zu schreiben, um eine Kontrollfunktion auszuführen, als, eine gleichwertige mechanische Kontrollfunktion zu entwerfen.

Vereinfachte Operation

Die wesentliche Nützlichkeit eines Transistors kommt aus seiner Fähigkeit, ein kleines zwischen einem Paar seiner Terminals angewandtes Signal zu verwenden, um ein viel größeres Signal an einem anderen Paar von Terminals zu kontrollieren. Dieses Eigentum wird Gewinn genannt. Ein Transistor kann seine Produktion im Verhältnis zum Eingangssignal kontrollieren; d. h. es kann als ein Verstärker handeln. Wechselweise kann der Transistor verwendet werden, um Strom oder von in einem Stromkreis als ein elektrisch kontrollierter Schalter einzuschalten, wo der Betrag des Stroms durch andere Stromkreis-Elemente bestimmt wird.

Es gibt zwei Typen von Transistoren, die geringe Unterschiede darin haben, wie sie in einem Stromkreis verwendet werden. Ein bipolar Transistor hat Terminals etikettierte Basis, Sammler und Emitter. Ein kleiner Strom am Basisanschluss (d. h. von der Basis bis den Emitter fließend), kann kontrollieren oder einen viel größeren Strom zwischen den Sammler- und Emitter-Terminals schalten. Für einen Feldwirkungstransistor sind die Terminals etikettiertes Tor, Quelle und Abflussrohr, und eine Stromspannung am Tor kann einen Strom zwischen Quelle und Abflussrohr kontrollieren.

Das Image vertritt nach rechts einen typischen bipolar Transistor in einem Stromkreis. Anklage wird zwischen Emitter und Kollektoranschlüssen abhängig vom Strom in der Basis fließen. Da innerlich sich die Basis und Emitter-Verbindungen wie eine Halbleiter-Diode benehmen, entwickelt sich ein Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter, während der Grundstrom besteht. Der Betrag dieser Stromspannung hängt vom Material ab, das der Transistor davon gemacht wird, und V genannt wird.

Transistor als ein Schalter

Transistoren werden als elektronische Schalter sowohl für Hochleistungsanwendungen wie Macht-Bedarf der geschalteten Weise als auch für Anwendungen der niedrigen Macht wie Logiktore allgemein verwendet.

In einem Transistor-Stromkreis des niedergelegten Emitters, wie der gezeigte Stromkreis des leichten Schalters, als sich die Basisspannung, die Basis und der Sammler-Strom-Anstieg exponential erhebt. Die Kollektorspannung fällt wegen des Sammler-Lastwiderstands (in diesem Beispiel, dem Widerstand der Glühbirne). Wenn die Kollektorspannung Null wäre, würde der Sammler-Strom nur durch den Glühbirne-Widerstand und die Versorgungsstromspannung beschränkt. Wie man dann sagt, wird der Transistor gesättigt - er wird eine sehr kleine Stromspannung vom Sammler dem Emitter haben. Die Versorgung des genügend Grundlaufwerk-Stroms ist ein Schlüsselproblem im Gebrauch von bipolar Transistoren als Schalter. Der Transistor stellt aktuellen Gewinn zur Verfügung, einen relativ großen Strom im Sammler erlaubend, durch einen viel kleineren Strom in den Basisanschluss geschaltet zu werden. Das Verhältnis dieser Ströme ändert sich abhängig vom Typ des Transistors, und sogar für einen besonderen Typ, ändert sich abhängig vom Sammler-Strom. Im gezeigten Beispiel-Stromkreis des leichten Schalters wird der Widerstand gewählt, um genug Grundstrom zur Verfügung zu stellen, um sicherzustellen, dass der Transistor gesättigt wird.

In jedem umschaltenden Stromkreis würden Werte der Eingangsstromspannung solch gewählt, dass die Produktion, oder völlig darauf entweder völlig aus ist. Der Transistor handelt als ein Schalter, und dieser Typ der Operation ist in Digitalstromkreisen üblich, wo nur "auf" und "von" Werten wichtig sind.

Transistor als ein Verstärker

Der Verstärker des allgemeinen Emitters wird so dass ein Kleingeld in der Stromspannung (V) Änderungen der kleine Strom durch die Basis des Transistors entworfen; die aktuelle mit den Eigenschaften des Stromkreises verbundene Erweiterung des Transistors bedeutet, dass kleine Anschläge in V große Änderungen in V erzeugen.

Verschiedene Konfigurationen des einzelnen Transistor-Verstärkers, sind mit einem Versorgungsstrom-Gewinn, einer Spannungsverstärkung und einigen beide möglich.

Von Mobiltelefonen bis Fernsehen schließen riesengroße Zahlen von Produkten Verstärker für die gesunde Fortpflanzung, Radioübertragung und Signalverarbeitung ein. Audioverstärker des ersten getrennten Transistors haben kaum einige hundert milliwatts geliefert, aber Macht und als bessere Transistoren allmählich vergrößerte Audiotreue sind verfügbar und entwickelte Verstärker-Architektur geworden.

Moderner Transistor Audioverstärker von bis zu einigen hundert Watt ist üblich und relativ billig.

Vergleich mit Vakuumtuben

Vor der Entwicklung von Transistoren waren Vakuum(elektron)-Tuben (oder im Vereinigten Königreich "thermionische Klappen" oder gerade "Klappen") die aktiven Hauptbestandteile in der elektronischen Ausrüstung.

Vorteile

Die Schlüsselvorteile, die Transistoren erlaubt haben, ihre Vakuumtube-Vorgänger in den meisten Anwendungen zu ersetzen, sind

• Kleine Größe und minimales Gewicht, die Entwicklung von miniaturisierten elektronischen Geräten erlaubend.
• Hoch automatisierte Fertigungsverfahren, niedrig pro Einheit auf Kosten hinauslaufend.
• Senken Sie mögliche Betriebsstromspannungen, für kleine, batterieangetriebene Anwendungen passende Transistoren machend.
• Keine Aufwärmen-Periode für nach der Macht-Anwendung erforderliche Kathode-Heizungen.
• Niedrigere Macht-Verschwendung und allgemein größere Energieeffizienz.
• Höhere Zuverlässigkeit und größere physische Rauheit.
• Äußerst langes Leben. Einige transistorisierte Geräte sind im Betrieb seit mehr als 50 Jahren gewesen.
• Verfügbare Ergänzungsgeräte, das Design von Ergänzungssymmetrie-Stromkreisen, etwas erleichternd, das mit Vakuumtuben nicht möglich ist.
• Gefühllosigkeit zu mechanischem Stoß und Vibrieren, so das Problem von microphonics in Audioanwendungen vermeidend.

Beschränkungen

• Silikontransistoren funktionieren normalerweise an Stromspannungen höher nicht als ungefähr 1000 Volt (Geräte von SiC können nicht weniger als 3000 Volt bedient werden). Im Gegensatz sind Vakuumtuben entwickelt worden, der an Zehntausenden von Volt bedient werden kann.
• Hochleistungs-, Hochfrequenzoperation, wie das, das im Überluftfernsehrundfunk verwendet ist, wird in Vakuumtuben wegen der verbesserten Elektronbeweglichkeit in einem Vakuum besser erreicht.
• Silikontransistoren sind viel verwundbarer als Vakuumtuben für einen elektromagnetischen durch eine Höhenkernexplosion erzeugten Puls.
• Vakuumtuben schaffen eine Verzerrung, den so genannten Tube-Ton, der zum Ohr erträglicher ist.

Typen

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|PNP || P-Kanal

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|NPN || N-Kanal

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|BJT |||| JFET ||

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|P-Kanal

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|N-Kanal

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|JFET || colspan = "2" |MOSFET enh || MOSFET Abfahrt

Transistoren werden durch kategorisiert

• Halbleiter-Material (Datum zuerst verwendet): das metalloids Germanium (1947) und Silikon (1954) — in der amorphen, polykristallenen und monokristallenen Form; das Zusammensetzungsgallium arsenide (1966) und Silikonkarbid (1997), das Legierungssilikongermanium (1989), der allotrope von Kohlenstoff graphene (Forschung andauernd seit 2004), usw. — sieht Halbleiter-Material
• Struktur: BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, "andere Typen"
• Elektrische Widersprüchlichkeit (positiv und negativ): NPN, PNP (BJTs); N-Kanal, P-Kanal (FETs)
• Maximale Macht-Schätzung: niedrig, Medium, hoher
• Maximale Betriebsfrequenz: Niedrig sind Medium, hoch, Radiofrequenz (RF), Mikrowelle (Wird die maximale wirksame Frequenz eines Transistors durch den Begriff, eine Abkürzung für die Übergang-Frequenz — die Frequenz des Übergangs angezeigt, die Frequenz, an der der Transistor Einheitsgewinn nachgibt)
• Anwendung: Schalter, allgemeiner Zweck, Audio-, Hochspannung, Superbeta, hat Paar verglichen
• Das physische Verpacken: Metallenes, Plastik-, Oberflächengestell durch das Loch durch das Loch, Ball-Bratrost-Reihe, Macht-Module — sehen das Verpacken
• Erweiterungsfaktor h oder β (Transistor-Beta)

So kann ein besonderer Transistor als Silikon, Oberflächengestell, BJT, NPN, niedrige Macht, hoher Frequenzschalter beschrieben werden.

Verbindungspunkt-Transistor von Bipolar

Transistoren von Bipolar werden so genannt, weil sie führen, indem sie sowohl Majoritäts-als auch Minderheitstransportunternehmen verwenden. Der Bipolar-Verbindungspunkt-Transistor (BJT), der erste Typ des serienmäßig herzustellenden Transistors, ist eine Kombination von zwei Verbindungspunkt-Dioden, und wird irgendeines eine dünne Schicht von P-Typ-Halbleiter gebildet, der zwischen zwei n-leitenden Halbleitern (ein n-p-n Transistor), oder eine dünne Schicht von n-leitendem Halbleiter eingeschoben ist, der zwischen zwei P-Typ-Halbleitern (ein p-n-p Transistor) eingeschoben ist. Dieser Aufbau erzeugt zwei p-n Verbindungspunkte: Ein Grundemitter-Verbindungspunkt und ein Grundsammler-Verbindungspunkt, der durch ein dünnes Gebiet von als das Grundgebiet bekanntem Halbleiter getrennt ist (werden zwei Verbindungspunkt-Dioden verdrahtet zusammen, ohne ein dazwischenliegendes Halbleiten-Gebiet zu teilen, keinen Transistor machen).

Der BJT hat drei Terminals, entsprechend den drei Schichten von Halbleiter - ein Emitter, eine Basis und ein Sammler. Es ist in Verstärkern nützlich, weil die Ströme am Emitter und Sammler durch einen relativ kleinen Grundstrom kontrollierbar sind." In einem NPN Transistor, der im aktiven Gebiet funktioniert, wird der mit dem Emittergrundverbindungspunkt vorwärts (Elektronen und Elektronloch-Wiedervereinigung am Verbindungspunkt) beeinflusst, und Elektronen werden ins Grundgebiet eingespritzt. Weil die Basis schmal ist, werden sich die meisten dieser Elektronen ins rückvoreingenommene verbreiten (Elektronen, und Löcher werden daran gebildet, und rücken vom Verbindungspunkt ab) Grundsammler-Verbindungspunkt und in den Sammler gekehrt werden; vielleicht hundertst der Elektronen wird sich in der Basis wiederverbinden, die der dominierende Mechanismus im Grundstrom ist. Durch das Steuern der Zahl von Elektronen, die die Basis verlassen können, kann die Zahl von Elektronen, die in den Sammler eingehen, kontrolliert werden. Sammler-Strom ist ungefähr β (Strom-Gewinn des allgemeinen Emitters) Zeiten der Grundstrom. Es ist normalerweise größer als 100 für Transistoren des kleinen Signals, aber kann in für Hochleistungsanwendungen entworfenen Transistoren kleiner sein.

Verschieden vom FET ist der BJT ein Gerät des niedrigen Eingangsscheinwiderstands. Außerdem, weil die Grundemitter-Stromspannung (V) der Grundemitter-Strom und folglich der Strom des Sammlers-Emitters (I) Zunahme exponential gemäß dem Diode-Modell von Shockley und dem Modell von Ebers-Moll vergrößert wird. Wegen dieser Exponentialbeziehung hat der BJT einen höheren transconductance als der FET.

Transistoren von Bipolar können gemacht werden, durch die Aussetzung zu führen, um sich zu entzünden, da die Absorption von Fotonen im Grundgebiet einen Photostrom erzeugt, der als ein Grundstrom handelt; der Sammler-Strom ist ungefähr β Zeiten der Photostrom. Geräte bestimmt haben für diesen Zweck ein durchsichtiges Fenster im Paket und werden Fototransistoren genannt.

Feldwirkungstransistor

Der Feldwirkungstransistor (FET), manchmal genannt einen einpoligen Transistor, verwendet jeden Elektronen (im N-Kanal FET) oder Löcher (im P-Kanal FET) für die Leitung. Die vier Terminals des FET werden Quelle, Tor genannt, fließen und Körper (Substrat) ab. Auf dem grössten Teil von FETs wird der Körper mit der Quelle innerhalb des Pakets verbunden, und das wird für die folgende Beschreibung angenommen.

In einem FET fließt der Strom des Abflussrohrs zur Quelle über einen Leiten-Kanal, der das Quellgebiet mit dem Abflussrohr-Gebiet verbindet. Das Leitvermögen wird durch das elektrische Feld geändert, das erzeugt wird, wenn eine Stromspannung zwischen dem Tor und den Quellterminals angewandt wird; folglich wird das aktuelle Fließen zwischen dem Abflussrohr und der Quelle von der Stromspannung kontrolliert, die zwischen dem Tor und der Quelle angewandt ist. Da die Stromspannung der Tor-Quelle (V), der Strom der Abflussrohr-Quelle (I) Zunahmen exponential für V unter der Schwelle, und dann an einer grob quadratischen Rate vergrößert wird (wo V die Schwellenstromspannung ist, an der Abflussrohr-Strom beginnt) im "Raumladungsbeschränkten" Gebiet über der Schwelle. Ein quadratisches Verhalten wird in modernen Geräten zum Beispiel am 65 nm Technologieknoten nicht beobachtet.

Für das niedrige Geräusch an der schmalen Bandbreite ist der höher Eingangswiderstand des FET vorteilhaft.

FETs werden in zwei Familien geteilt: Verbindungspunkt FET (JFET) und isoliertes Tor FET (IGFET). Der IGFET ist als ein Metalloxydhalbleiter FET (MOSFET) allgemeiner bekannt, seinen ursprünglichen Aufbau von Schichten von Metall (das Tor), Oxyd (die Isolierung), und Halbleiter widerspiegelnd. Verschieden von IGFETs bildet das JFET Tor eine p-n Diode mit dem Kanal, der zwischen der Quelle und dem Abflussrohr liegt. Funktionell macht das den N-Kanal JFET die Halbleiterentsprechung von der Vakuumtube-Triode, die, ähnlich eine Diode zwischen seinem Bratrost und Kathode bildet. Außerdem funktionieren beide Geräte in der Erschöpfungsweise, sie beide haben einen hohen Eingangsscheinwiderstand und sie beide Verhalten-Strom unter der Kontrolle einer Eingangsstromspannung.

Metallhalbleiter FETs (MESFETs) ist JFETs, in dem beeinflusster p-n Verbindungspunkt der Rückseite durch einen Metallhalbleiter-Verbindungspunkt ersetzt wird. Diese und der HEMTs (hohe Elektronbeweglichkeitstransistoren oder HFETs), in dem ein zweidimensionales Elektronbenzin mit der sehr hohen Transportunternehmen-Beweglichkeit für den Anklage-Transport verwendet wird, sind für den Gebrauch an sehr hohen Frequenzen besonders passend (Mikrowellenfrequenzen; mehrere GHz).

Verschieden von bipolar Transistoren verstärken FETs keinen Photostrom von Natur aus. Dennoch gibt es Weisen, sie, besonders JFETs, als mit dem Licht empfindliche Geräte, durch die Ausnutzung der Photoströme im Kanaltor oder den Kanalkörper-Verbindungspunkten zu verwenden.

FETs werden weiter in die Erschöpfungsweise und Erhöhungsweise-Typen je nachdem geteilt, ob der Kanal angemacht wird oder von mit der Nullstromspannung des Tors zur Quelle. Für die Erhöhungsweise ist der Kanal auf der Nullneigung aus, und ein Tor-Potenzial kann die Leitung "erhöhen". Für die Erschöpfungsweise ist der Kanal auf der Nullneigung auf, und ein Tor-Potenzial (der entgegengesetzten Widersprüchlichkeit) kann den Kanal "entleeren", Leitung reduzierend. Für jede Weise entspricht eine positivere Tor-Stromspannung einem höheren Strom für N-Kanalgeräte und einem niedrigeren Strom für P-Kanalgeräte. Fast alle JFETs sind Erschöpfungsweise, weil die Diode-Verbindungspunkte Neigung und Verhalten nachschicken würden, wenn sie Erhöhungsweise-Geräte wären;

die meisten IGFETs sind Erhöhungsweise-Typen.

Gebrauch von bipolar und Feldwirkungstransistoren

Der Bipolar-Verbindungspunkt-Transistor (BJT) war der meistens verwendete Transistor in den 1960er Jahren und 70er Jahren. Sogar nachdem MOSFETs weit verfügbar geworden ist, ist der BJT der Transistor von der Wahl für viele analoge Stromkreise wie Verstärker wegen ihrer größeren Linearität und Bequemlichkeit der Fertigung geblieben. In einheitlichen Stromkreisen haben die wünschenswerten Eigenschaften von MOSFETs ihnen erlaubt, fast den ganzen Marktanteil für Digitalstromkreise zu gewinnen. Getrennter MOSFETs kann in Transistor-Anwendungen, einschließlich analoger Stromkreise, Stromspannungsgangregler, Verstärker, Macht-Sender und Motortreiber angewandt werden.

Andere Transistor-Typen

• Bipolar Verbindungspunkt-Transistor
• Transistor von Heterojunction bipolar, bis zu mehrere hundert GHz, die in modernen ultraschnellen und RF Stromkreisen üblich

sind

• Transistor von Schottky
• Lawine-Transistor
• Transistoren von Darlington sind zwei BJTs verbunden zusammen, um einen hohen aktuellen Gewinn zur Verfügung zu stellen, der dem Produkt der aktuellen Gewinne der zwei Transistoren gleich ist.
• Isoliertes Tor bipolar Transistoren (IGBTs) verwendet eine mittlere Macht IGFET, der ähnlich mit einer Macht BJT verbunden ist, um einen hohen Eingangsscheinwiderstand zu geben. Macht-Dioden werden häufig zwischen bestimmten Terminals abhängig vom spezifischen Gebrauch verbunden. IGBTs sind für Hochleistungsindustrieanwendungen besonders passend. Asea Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100 illustriert gerade, wie weit Macht-Halbleiter-Technologie vorwärts gegangen ist. Beabsichtigt für den dreiphasigen Macht-Bedarf dieses Gerät Häuser drei NPN IGBTs in einem Fall, der 38 durch 140 durch 190 Mm misst und 1.5 Kg wiegt, wird Jeder IGBT an 1,700 Volt abgeschätzt und kann 2,400 Ampere behandeln.
• Foto-Transistor
• Feldwirkungstransistor
• Kohlenstoff nanotube Feldwirkungstransistor (CNFET)
• JFET, wo das Tor durch einen rückvoreingenommenen p-n Verbindungspunkt isoliert wird
• MESFET, der JFET mit einem Verbindungspunkt von Schottky statt eines p-n Verbindungspunkts ähnlich

ist

• Hoher Elektronbeweglichkeitstransistor (HEMT, HFET, MODFET)
• MOSFET, wo das Tor durch eine seichte Schicht des Isolators isoliert wird
• Umgekehrter-T Feldwirkungstransistor (ITFET)
• FinFET, Gebiet der Quelle/Abflussrohrs gestaltet Flossen auf der Silikonoberfläche.
• FREDFET, epitaxialer Schnell-Rückdiode-Feldwirkungstransistor
• Dünner Filmtransistor, in LCDs.
• Organischer Feldwirkungstransistor von OFET, in dem der Halbleiter eine organische Zusammensetzung ist
• Ballistischer Transistor
• Schwimmtor-Transistor, für die unvergängliche Lagerung.
• FETs hat gepflegt, Umgebung zu fühlen
• Mit dem Ion empfindlicher Feldwirkungstransistor, um Ion-Konzentrationen in der Lösung zu messen.
• EOSFET, Feldwirkungstransistor des Elektrolyt-Oxydhalbleiters (Neurochip)
• DNAFET, deoxyribonucleic saurer Feldwirkungstransistor
• Verbreitungstransistor, der durch das Verbreiten dopants ins Halbleiter-Substrat gebildet ist; kann sowohl BJT als auch FET sein
• Transistoren von Unijunction können als einfache Pulsgeneratoren verwendet werden. Sie umfassen einen Hauptkörper entweder des P-Typs oder N-leitenden Halbleiters mit Ohmic-Kontakten an jedem Ende (Terminals Base1 und Base2). Ein Verbindungspunkt mit dem entgegengesetzten Halbleiter-Typ wird an einem Punkt entlang dem Körper für das dritte Terminal (Emitter) gebildet.
• Einzeln-Elektrontransistoren (SET) bestehen aus einer Tor-Insel zwischen zwei tunneling Verbindungspunkten. Der tunneling Strom wird von einer Stromspannung kontrolliert, die auf das Tor durch einen Kondensator angewandt ist.
• Transistor von Nanofluidic, kontrolliert die Bewegung von Ionen durch submikroskopische, wassergefüllte Kanäle.
• Mehrtor-Geräte
• Vierpolröhre-Transistor
• Transistor von Pentode
• Mehrtor-Gerät
• Transistoren von Trigate (Prototyp durch Intel)
• Doppeltor FETs hat einen einzelnen Kanal mit zwei Toren in cascode; eine Konfiguration, die für hohe Frequenzverstärker, Mixer und Oszillatoren optimiert ist.
• Junctionless Nanowire Transistor (JNT), der am Tyndall Nationalen Institut in Irland entwickelt ist, war der erste ohne Verbindungspunkte erfolgreich fabrizierte Transistor. (Sogar MOSFETs haben Verbindungspunkte, obwohl sein Tor vom Gebiet die Tor-Steuerungen elektrisch isoliert wird.) Verbindungspunkte sind schwierig und teuer, um zu fabrizieren, und, weil sie eine bedeutende Quelle der aktuellen Leckage sind, vergeuden sie bedeutende Macht und erzeugen bedeutende überflüssige Hitze. Das Beseitigen von ihnen hat die Versprechung von preiswerteren und dichteren Mikrochips gehalten. Der JNT verwendet einen einfachen nanowire von Silikon, das durch einen elektrisch isolierten "Ehering" umgeben ist, der zum Tor der Fluss von Elektronen durch die Leitung handelt. Diese Methode ist als verwandt mit dem Drücken eines Gartenschlauchs zum Tor der Fluss von Wasser durch den Schlauch beschrieben worden. Der nanowire ist schwer n-doped, es einen ausgezeichneten Leiter machend. Entscheidend ist das Tor, Silikon umfassend, schwer p-doped; und seine Anwesenheit entleert das zu Grunde liegende Silikon nanowire, dadurch Transportunternehmen-Fluss vorbei am Tor verhindernd.

Teil-Zahlen

Die Typen von einigen Transistoren können von der Teil-Zahl grammatisch analysiert werden. Es gibt drei Haupthalbleiter-Namengeben-Standards; in jedem gibt das alphanumerische Präfix Vorstellungen zum Typ des Geräts:

Japanese Industrial Standard (JIS) hat einen Standard für Transistor-Teil-Zahlen. Sie beginnen mit "2S", z.B 2SD965, aber manchmal "2S" wird Präfix auf dem Paket - 2SD965 nicht gekennzeichnet könnte nur "D965" gekennzeichnet werden; 2SC1815 könnte von einem Lieferanten als einfach "C1815" verzeichnet werden. Diese Reihe hat manchmal Nachsilben (wie "R", "O", "FASS", das... "Rot", "Orange", "Blau" usw. eintritt), um Varianten, wie dichterer h (Gewinn) Gruppierungen anzuzeigen.

Die Pro Elektronteil-Zahlen beginnen mit zwei Briefen: Das erste gibt den Halbleiter-Typ (Für das Germanium, B für Silikon und C für Materialien wie GaAs); der zweite Brief zeigt den beabsichtigten Gebrauch (Für die Diode, C für den Mehrzwecktransistor, usw.) an. Eine 3-stellige Folge-Zahl (oder ein Brief dann 2 Ziffern, für Industrietypen) folgt. Mit mit frühen Geräten hat das den Fall-Typ angezeigt. Nachsilben können verwendet werden, mit einem Brief (z.B "C" bedeutet häufig hohen h, solcher als in: BC549C), oder andere Codes können folgen, um Gewinn zu zeigen (z.B. BC327-25) oder Stromspannungsschätzung (z.B. BUK854-800A). Die allgemeineren Präfixe sind:

Die JEDEC Transistor-Gerät-Zahlen fangen gewöhnlich mit 2N an, ein Drei-Terminals-Gerät anzeigend (sind Doppeltor-Feldwirkungstransistoren Vier-Terminals-Geräte, so beginnen Sie mit 3N), dann 2, 3 oder 4-stellige folgende Zahl ohne Bedeutung betreffs Gerät-Eigenschaften (obwohl frühe Geräte mit niedrigen Zahlen dazu neigen, Germanium zu sein). Zum Beispiel 2N3055 ist ein NPN Silikonmacht-Transistor, 2N1301 ist ein PNP Germanium-Schaltungstransistor. Eine Brief-Nachsilbe (solcher als) wird manchmal verwendet, um eine neuere Variante anzuzeigen, aber selten Gruppierungen zu gewinnen.

Andere Schemas

Hersteller von Geräten können ihr eigenes numerierendes Eigentumssystem, zum Beispiel CK722 haben.

Bemerken Sie, dass ein Präfix eines Herstellers (wie "MPF" in MPF102, der ursprünglich einen Motorola FET anzeigen würde) jetzt ein unzuverlässiger Hinweis dessen ist, wer das Gerät gemacht hat. Einige Eigentumsnamengeben-Schemas nehmen Teile anderer Namengeben-Schemas an, zum Beispiel ist ein PN2222A (vielleicht Halbleiter von Fairchild) 2N2222A in einem Plastikfall (aber ein PN108 ist eine Plastikversion eines BC108, nicht 2N108, während der PN100 zu anderen xx100 Geräten ohne Beziehung ist).

Militärische Teil-Zahlen werden manchmal ihre eigenen Codes wie das britische Militärische LEBENSLAUF-Namengeben-System zugeteilt.

Hersteller, die große Anzahl von ähnlichen Teilen kaufen, können sie mit "Hausnummern" liefern lassen, eine besondere Kaufspezifizierung und nicht notwendigerweise ein Gerät mit einer standardisierten eingetragenen Zahl identifizierend. Zum Beispiel ist ein HP-Teil 1854,0053 (JEDEC) 2N2218 Transistor, der auch die LEBENSLAUF-Zahl zugeteilt wird: CV7763

Das Namengeben von Problemen

Mit so vielen unabhängigen Namengeben-Schemas und der Abkürzung von Teil-Zahlen, wenn gedruckt, auf den Geräten kommt Zweideutigkeit manchmal vor. Zum Beispiel können zwei verschiedene Geräte "J176" (ein der J176 Verbindungspunkt der niedrigen Macht FET, der andere der höher angetriebene MOSFET 2SJ176) gekennzeichnet werden.

Da ältere Transistoren "durch das Loch" gegeben werden, hat Oberflächengestell Kopien paketiert, sie neigen dazu, viele verschiedene Teil-Zahlen zugeteilt zu werden, weil Hersteller ihre eigenen Systeme haben, um mit der Vielfalt in pinout Maßnahmen und Optionen für NPN+PNP verglichene oder Doppelgeräte in einem Satz fertig zu werden. So, selbst wenn das ursprüngliche Gerät (solcher als 2N3904) von einer Standardautorität zugeteilt, und von Ingenieuren im Laufe der Jahre weithin bekannt worden sein kann, sind die neuen Versionen alles andere als in ihrem Namengeben standardisiert.

Aufbau

Halbleiter-Material

Die ersten BJTs wurden vom Germanium (Ge) gemacht. Silikontypen (Si) herrschen zurzeit vor, aber bestimmte fortgeschrittene hohe und Mikrowellenleistungsversionen verwenden jetzt das zusammengesetzte Halbleiter-Material-Gallium arsenide (GaAs), und der Halbleiter beeinträchtigen Silikongermanium (SiGe). Einzelnes Element-Halbleiter-Material (Ge und Si) wird als elementar beschrieben.

Raue Rahmen für die allgemeinsten Halbleiter-Materialien, die verwendet sind, um Transistoren zu machen, werden im Tisch unten gegeben; diese Rahmen werden sich mit der Zunahme in Temperatur, elektrischem Feld, Unreinheitsniveau, Beanspruchung und verschiedenen anderen Faktoren ändern:

Vorwärtsstromspannung des Verbindungspunkts ist die auf den mit dem Emittergrundverbindungspunkt eines BJT angewandte Stromspannung, um die Basis einen angegebenen Strom führen zu lassen. Der Strom nimmt exponential als der Verbindungspunkt zu Vorwärtsstromspannung wird vergrößert. Die im Tisch gegebenen Werte sind für einen Strom von 1 mA typisch (dieselben Werte gelten für Halbleiter-Dioden). Tiefer der Verbindungspunkt Vorwärtsstromspannung besser weil bedeutet das, dass weniger Macht erforderlich ist, den Transistor "zu steuern". Der Verbindungspunkt Vorwärtsstromspannung für einen gegebenen Strom nimmt mit der Zunahme in der Temperatur ab. Für einen typischen Silikonverbindungspunkt ist die Änderung 2.1 mV / ° C. In einigen Stromkreisen müssen spezielle ersetzende Elemente (sensistors) verwendet werden, um solche Änderungen zu ersetzen.

Die Dichte von beweglichen Transportunternehmen im Kanal eines MOSFET ist eine Funktion des elektrischen Feldes, das den Kanal und von verschiedenen anderen Phänomenen wie das Unreinheitsniveau im Kanal bildet. Einige Unreinheiten, genannt dopants, werden absichtlich im Bilden eines MOSFET eingeführt, um das MOSFET elektrische Verhalten zu kontrollieren.

Die Elektronbeweglichkeit und Löcherbeweglichkeitssäulen zeigen die durchschnittliche Geschwindigkeit, dass sich Elektronen und Löcher durch das Halbleiter-Material mit einem elektrischen Feld von über das Material angewandtem 1 Volt pro Meter verbreiten. Im Allgemeinen höher die Elektronbeweglichkeit schneller kann der Transistor funktionieren. Der Tisch zeigt an, dass Ge ein besseres Material ist als Si in dieser Beziehung. Jedoch hat Ge vier Hauptmängel im Vergleich zu Silikon und Gallium arsenide:

• Seine maximale Temperatur wird beschränkt;
• es hat relativ hohen Leckage-Strom;
• es kann Hochspannungen nicht widerstehen;
• es ist weniger passend, um integrierte Stromkreise zu fabrizieren.

Weil die Elektronbeweglichkeit höher ist als die Löcherbeweglichkeit für alle Halbleiter-Materialien, neigt ein gegebener bipolar NPN Transistor dazu, schneller zu sein, als ein gleichwertiger PNP Transistor-Typ. GaAs hat die höchste Elektronbeweglichkeit von den drei Halbleitern. Es ist aus diesem Grund, dass GaAs in hohen Frequenzanwendungen verwendet wird. Eine relativ neue FET Entwicklung, der hohe Elektronbeweglichkeitstransistor (HEMT), hat einen heterostructure (Verbindungspunkt zwischen verschiedenen Halbleiter-Materialien) Aluminiumgalliums arsenide (AlGaAs) - Gallium arsenide (GaAs), der zweimal die Elektronbeweglichkeit eines GaAs-Metallbarriere-Verbindungspunkts hat. Wegen ihrer hohen Geschwindigkeit und niedrigen Geräusches werden HEMTs in Satellitenempfängern verwendet, die an Frequenzen ungefähr 12 GHz arbeiten.

Max. Verbindungspunkt-Temperaturwerte vertreten eine böse von den Datenplatten der verschiedenen Hersteller genommene Abteilung. Diese Temperatur sollte nicht überschritten werden, oder der Transistor kann beschädigt werden.

Al-Si-Verbindungspunkt bezieht sich auf die schnelllaufende (aluminiumsilikon)-Metallhalbleiter-Barriere-Diode, die allgemein als eine Diode von Schottky bekannt ist. Das wird in den Tisch eingeschlossen, weil etwas Silikonmacht IGFETs eine parasitische Rückdiode von Schottky haben, die zwischen der Quelle gebildet ist, und als ein Teil des Herstellungsprozesses abfließen. Diese Diode kann ein Ärger sein, aber manchmal wird sie im Stromkreis verwendet.

Das Verpacken

Getrennte Transistoren sind individuell paketierte Transistoren. Transistoren kommen in vielen verschiedenen Halbleiter-Paketen (sieh Image). Die zwei Hauptkategorien sind (oder leaded), und Oberflächengestell, auch bekannt als Oberflächengestell-Gerät (SMD) durch das Loch. Die Ball-Bratrost-Reihe (BGA) ist das letzte Oberflächengestell-Paket (zurzeit nur für große einheitliche Stromkreise). Es hat Lot "Bälle" auf der Unterseite im Platz dessen führt. Weil sie kleiner sind und kürzere Verbindungen haben, haben SMDs bessere hohe Frequenzeigenschaften, aber niedrigere Macht-Schätzung.

Transistor-Pakete werden aus dem Glas gemacht, metallen, oder Plastik keramisch. Das Paket diktiert häufig die Macht-Schätzung und Frequenzeigenschaften. Macht-Transistoren haben größere Pakete, die festgeklammert werden können, um Becken für das erhöhte Abkühlen zu heizen. Zusätzlich haben die meisten Macht-Transistoren den Sammler oder fließen physisch verbunden mit der Metalleinschließung ab. Am anderen Extrem sind einige Oberflächengestell-Mikrowellentransistoren so klein wie Körner von Sand.

Häufig ist ein gegebener Transistor-Typ in mehreren Paketen verfügbar. Transistor-Pakete werden hauptsächlich standardisiert, aber die Anweisung Funktionen eines Transistors zu den Terminals ist nicht: Andere Transistor-Typen können andere Funktionen den Terminals des Pakets zuteilen. Sogar für denselben Transistor-Typ kann sich die Anschlussbelegung ändern (normalerweise angezeigt durch einen Nachsilbe-Brief an die Teil-Zahl, q.e. BC212L und BC212K).

Siehe auch

• 2N3055
• Band-Lücke
• Digitallogik
• Diode
• Elektronischer Bestandteil
• Einheitlicher Stromkreis
• Memristor
• Das Gesetz von Moore
• Halbleiter
• Halbleiter-Gerät, modellierend
• Halbleiter-Geräte
• Transconductance
• Transistor-Zählung
• Transistor-Modelle
• Logik des Transistor-Transistors
• Transresistance
• Größtintegration

Verzeichnis von Außenwebsites mit datasheets

• 2N3904/2N3906, BC182/BC212 und BC546/BC556: Allgegenwärtig, BJT, Mehrzweck-, niedrige Macht, Ergänzungspaare. Sie haben Plastikfälle und kosten die Vereinigten Staaten von ungefähr zehn Cent in kleinen Mengen, sie populär bei Hobbyisten machend.
• AF107: Germanium, 0.5 Watt, 250 MHz PNP BJT.
• BFP183: Niedrige Macht, 8 GHz Mikrowelle NPN BJT.
• LM394: "Supervergleichen Sie Paar", mit zwei NPN BJTs auf einem einzelnen Substrat.
• 2N2219A/2N2905A: BJT, allgemeiner Zweck, mittlere Macht, Ergänzungspaar. Mit Metallfällen werden sie an ungefähr einem Watt abgeschätzt.
• 2N3055/MJ2955: Seit Jahren ist der ehrwürdige NPN 2N3055 der "Standard"-Macht-Transistor gewesen. Seine Ergänzung, der PNP MJ2955 ist später angekommen. Dieser 1 MHz, 15 A, 60 V, 115 W BJTs wird in Audiomacht-Verstärkern, Macht-Bedarf und Kontrolle verwendet.
• 2SC3281/2SA1302: Gemacht von Toshiba haben diese BJTs Eigenschaften der niedrigen Verzerrung und werden in Hochleistungsaudioverstärkern verwendet. Sie sind weit counterfeitedhttp://sound.westhost.com/counterfeit.htm. gewesen
• BU508: NPN, 1500 V Macht BJT. Entworfen für die horizontale Fernsehablenkung macht seine Hochspannungsfähigkeit es auch passend für den Gebrauch in Zünden-Systemen.
• MJ11012/MJ11015: 30 A, 120 V, 200 W, hohe Macht Darlington Ergänzungspaar BJTs. Verwendet in Audioverstärkern, Kontrolle und Macht-Schaltung.
• 2N5457/2N5460: JFET (Erschöpfungsweise), allgemeiner Zweck, niedrige Macht, Ergänzungspaar.
• BSP296/BSP171: IGFET (Erhöhungsweise), mittlere Macht, in der Nähe vom Ergänzungspaar. Verwendet für die Logikniveau-Konvertierung und Triebkraft-Transistoren in Verstärkern.
• IRF3710/IRF5210: IGFET (Erhöhungsweise), 40 A, 100 V, 200 W, in der Nähe vom Ergänzungspaar. Für Hochleistungsverstärker und Macht-Schalter, besonders in Automobilen.

Weiterführende Literatur

• Die Erfindung des Transistors & die Geburt des Informationsalters

Links

• Das CK722 Museum]. Website, die dem "klassischen" Hobbyist-Germanium-Transistor gewidmet ist
• Die Transistor-Querverweis-Datenbank von Jerry Russell].
• DatasheetArchive]. Auffindbare Datenbank von Transistor-Spezifizierungen und datasheets.
• Karten, viele Eigenschaften zeigend und direkten Zugang zum grössten Teil von datasheets für 2N, 2SA, 2SB gebend. 2SC, 2SD, 2SH-K, und andere Zahlen.
• Der Transistor Bildungsinhalt von Nobelprize.org
• BBC: Gebäude der Foto-Geschichte des digitalen Zeitalters von Transistoren
• Das Glockensystemdenkmal auf Transistoren
• IEEE Globales Geschichtsnetz, Transistor and Portable Electronics. Alle über die Geschichte von Transistoren und integrierten Stromkreisen.
• Transistorisiert]. Historische und technische Information vom Öffentlichen Sendedienst
• In diesem Monat in der Physik-Geschichte: Am 17. November bis zum 23. Dezember 1947: Erfindung des Ersten Transistors]. Von der amerikanischen Physischen Gesellschaft
• 50 Jahre des Transistors]. Von der Wissenschaft Freitag, der 12. Dezember 1997