История разработки первых транзисторов
Склонности передаются по наследству, это видно на примере Уильяма Брэдфорда Шокли. Сын горного инженера и одной из первых в США женщины-геодезиста. Специфичное сочетание. В 22 года получил степень бакалавра, не остановился на достигнутом, и в 1936-м становится доктором философии. Звание, присуждённое Массачусетским институтом технологии, не означает, что Шокли изучал Ницше и Аристотеля. Степень говорит о наличии диссертации в области из большого перечня наук. Диковинное название – дань традиции, когда философия в средние века занималась широким спектром вопросов, по праву считаясь прародителем прочих направлений хода учёной мысли.
Лаборатория Белла
Смысл работы состоял в исследовании электронных уровней хлорида натрия. Зонная теория, объяснявшая процессы, происходившие в материалах, как раз набирала популярность. Согласно воззрениям теории, любой электрон в кристалле способен занимать уникальное, свойственное исключительно указанной частице, состояние с определённой энергией и направлением спина. Сообразно представлению градации идут с некоторой дискретностью в валентной зоне (связанные с ядром), вдобавок присутствует запрещённая область, где частицы располагаться не вправе. Из последнего тезиса исключением считаются примесные полупроводники, ставшие базисом для создания твердотельной электроники, включая биполярные транзисторы.
В Лаборатории Белла Шокли попал за любопытные идеи в области конструирования ядерных реакторов. Уран в чистом виде открыт задолго до этого, впервые на примере элемента Беккерель обнаружил радиоактивность. Бомбардировать нейтронами ядра металла пробовал в начале 30-х годов (XX века) Энрико Ферми, преследовалась цель – получить трансурановые элементы. Позднее оказалось доказано, что одновременно происходит радиоактивный распад с выделением вовне энергии. Шокли задумал бомбардировать U-235, чтобы получить новый источник большой мощности. В ходе Второй мировой войны занимался исследования по оценке возможного сухопутного вторжения Японии, собранные данные во многом способствовали решению Трумэна сбросить атомную бомбу на Хиросиму.
Лаборатория Белла поставила перед Шокли прямую задачу – отыскать альтернативу громоздким ламповым усилителям. Это означало бы экономию места и появление на свет нового поколения приборов, способных функционировать в условиях войны. Не секрет, что боевые заслуги СССР оказались по достоинству оценены на противоположной стороне океана. Шокли назначили менеджером бригады, бившейся над задачей, куда среди прочего входили создатели первого точечного транзистора:
- Джон Бардин;
- Уолтер Хаузер Браттейн.
Конструкция оказалась специфичной. К примеру, контактные площадки из золота прижаты пружиной к германиевому кристаллу p-n-перехода, больше напоминают лабораторную установку, нежели полнофункциональный прибор для военной техники. Собрано — при помощи канцелярских скрепок и ядовитого клея-электролита. Но прибор в будущем даст название Силиконовой Долине. Между учёными произошёл раздор, потому что теория поля Шокли, применяемая в транзисторе, не помогла созданию прибора, вдобавок упоминалась в канадском патенте Лилиенфельда 1925 года. В результате Лаборатория Белла выкидывает имя Уильяма из списка создателей при оформлении бумаг.
Примечательно, что структура MESFET (полевой транзистор), предложенная Лилиенфельдом, не функционировала. Но заложенные идеи в бюро приняли, и у Лаборатории Белла возникли сложности с подачей заявок. Парадокс, но учёные могли запатентовать лишь дизайн Бардина и Браттейна – ничего более. Остальное давно уже существовало в виде концепции на момент 1946 года. Шокли решил, что судьба сыграла с изобретателем очередную шутку после всех неудач. Однако компания Белла идёт на всяческие уступки, и общепринято, что Уильям фигурирует для прессы в качестве первого лица.
Уильям Брэдфорд Шокли
Шокли начинает трудиться над собственным направлением, попутно пытаясь исправить ситуацию. Последнее не даёт положительных результатов, зато первое приводит к созданию прибора, сегодня известного миру под именем биполярного транзистора. Перебирая ряд конструкций, 1 января 1948 года находит правильную, но не сразу осознает. Впоследствии к Шокли приходит идея, что ток образуется не только основными носителями заряда.
Аналоги
| Тип | Pc | Ucb | Uce | Ueb | Ic | Tj | Ft | Hfe | Корпус |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2N3055 | 117 W | 100 V | 70 V | 7 V | 15 A | 200 °C | 0,2 MHz | 20 | TO3 |
| 2N5630 | 200 W | 120 V | 120 V | 7 V | 20 A | 200 °C | 1 MHz | 20 | TO3 |
| 2N5671 | 140 W | 120 V | 90 V | 7 V | 30 A | 200 °C | 50 MHz | 20 | TO3 |
| 2N6678 | 175 W | 650 V | 400 V | 8 V | 15 A | 3 MHz | от 8 | TO3 | |
| 2N6254 | 150 W | 100 V | 90 V | 7 V | 15 A | 200 °C | 0,8 MHz | 20 | TO3 |
| 2N6322 | 200 W | 300 V | 200 V | 30 A | 200 °C | 40 | TO3 | ||
| 2SC6011 | 160 W | 200 V | 200 V | 15 A | 20 MHz | 50 | TO3P | ||
| BDY58 | 175 W | 160 V | 125 V | 10 V | 25 A | 200 °C | 10 MHz | 20 | TO3 |
| BDY77 | 150 W | 150 V | 120 V | 7 V | 16 A | 200 °C | 0,8 MHz | 40 | TO3 |
| BD130 | 100 W | 100 V | 60 V | 15 A | 1 MHz | 20…70 | TO3 | ||
| BUR52 | 350 W | 350 V | 250 V | 10 V | 60 A | 200 °C | 10 MHz | 20 | TO3 |
| BUS13 | 175 W | 850 V | 400 V | 9 V | 15 A | 200 °C | 30 | TO3 | |
| BUS14 | 250 W | 850 V | 400 V | 9 V | 30 A | 200 °C | 30 | TO3 | |
| BUS52 | 350 W | 350 V | 200 V | 40 A | 200 °C | 20 | TO3 | ||
| BUV12 | 150 W | 300 V | 250 V | 7 V | 20 A | 200 °C | 8 MHz | 20 | TO3 |
| BUV21 | 150 W | 250 V | 200 V | 7 V | 40 A | 200 °C | 8 MHz | 20 | TO3 |
| BUX10 | 150 W | 160 V | 125 V | 7 V | 25 A | 200 °C | 8 MHz | 20 | TO3 |
| BUX48 | 175 W | 800 V | 400 V | 7 V | 15 A | от 8 | TO3 | ||
| BUX48A | 175 W | 1000 V | 450 V | 7 V | 15 A | 200 °C | 30 | TO3 | |
| BUX92 | 300 W | 500 V | 500 V | 60 A | 200 °C | 5 MHz | 30 | TO3 | |
| MJ10005 | 175 W | 500 V | 400 V | 8 V | 20 A | 200 °C | 40 | TO3 | |
| MJ10016 | 250 W | 700 V | 500 V | 8 V | 60 A | 200 °C | 25 | TO3 | |
| MJ10022 | 250 W | 450 V | 350 V | 8 V | 40 A | 200 °C | 50 | TO3 | |
| MJ10023 | 250 W | 600 V | 400 V | 8 V | 40 A | 200 °C | 50 | TO3 | |
| MJ15026 | 250 W | 200 V | 250 V | 7 V | 16 A | 200 °C | 4 MHz | 25 | TO3 |
| MJL21194 | 200 W | 250 V | 16 A | 4 MHz | 25 | TO3PBL TO264 | |||
| MJL21196 | 200 W | 250 V | 16 A | 4 MHz | 25 | TO3PBL TO264 | |||
| MJL3281A | 200 W | 260 V | 15 A | 30 MHz | 75 | TO3PBL TO264 | |||
| MJL4281A | 230 W | 350 V | 15 A | 35 MHz | 80 | TO3PBL TO264 | |||
| MJ15015 | 180 W | 200 V | 120 V | 7 V | 15 A | 1 MHz | 20…70 | TO3 | |
| MJ15015G | 180 W | 200 V | 120 V | 7 V | 15 A | 1 MHz | 20…70 | TO3 | |
| MJ12022 | 175 W | 850 V | 450 V | 6 V | 15 A | 15 MHz | от 5 | TO3 | |
| NJW0302 | 150 W | 250 V | 15 A | 30 MHz | 75 | TO3P | |||
| NJW1302 | 200 W | 250 V | 15 A | 30 MHz | 75 | TO3P | |||
| NJW21194 | 200 W | 250 V | 15 A | 4 MHz | 20 | TO3P | |||
| SK3260 | 150 W | 160 V | 140 V | 7 V | 30 A | 200 °C | 0,8 MHz | 75 | TO3 |
| SM1258 | 250 W | 400 V | 50 A | 200 °C | 20 MHz | 20 | TO3 |
В качестве отечественного производителя могут подойти транзисторы 2Т808А, КТ819ГМ.
Примечание: данные в таблицах взяты из даташип компаний-производителей.
Маркировка
Маркируется на корпусе цифрами “13003”, указывающими на серийный номер устройства по системе JEDEC. Префикс MJE, в начале указывает на происхождение устройства у именитого брэнда — компании Motorola. В настоящее время префикс mje в обозначении своей продукции добавляют и другие производители радиоэлектронного оборудования. Так что, не удивительно встретить транзистор с таким префиксом от другого компании.
Также, вместо MJE, но с другими буквами в названиях, могут встречается похожие устройства: ST13003 SOT-32 (ST Microelectronics), FJP13003, KSE 13003 (Fairchild). В последнее время стали встречается копии устройств от китайских компаний с такой маркировкой на корпусе: 13003d, 13003br, j13003, e13003. В большинстве случаев у приборов с буквой “d” в конце есть встроенный защитный диод, а у остальных меньшая мощность до 25 Вт.
Устройство биполярного транзистора
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два р-n-перехода, образованных в одном монокристалле полупроводника. Эти переходы образуют в полупроводнике три области с различными типами электропроводности. Одна крайняя область называется эмиттером (Э), другая — коллектором (К), средняя — базой (Б). К каждой области припаивают металлические выводы для включения транзистора в электрическую цепь.
Электропроводность эмиттера и коллектора противоположна электропроводности базы.
В зависимости от порядка чередования р- и n-областей различают транзисторы со структурой р-n-р (рис. 1, а) и n-р-n (рис. 1, б) (иногда их еще называют прямой и обратный).
Условные графические обозначения транзисторов p-n-р и n-p-n отличаются лишь направлением стрелки у электрода, обозначающего эмиттер. Принцип работы транзисторов p-n-р и n-p-n одинаков.
Рис. 1 — Структуры и условные графические обозначения биполярных транзисторов типа р-n-р (а) и n-р-n (б)
Электронно-дырочный переход, образованный эмиттером и базой, называется эмиттерным, а коллектором и базой — коллекторным. Расстояние между переходами очень мало; у высокочастотных транзисторов оно менее 10 микрометров, а у низкочастотных не превышает 50 мкм (1 мкм=0,001 мм).
Основная функция транзистора — это усиление сигнала. Если на базу транзистора подать напряжение, то транзистор начнет открываться. В транзисторе переход коллектор-эмитер открывается плавно: от полностью закрытого состояния (= 0 В) до полностью открытого (этот момент называют напряжение насыщения).
Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается . У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.
Коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:
Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:
Пример: Возмем источник питания, транзистор, резистор и лампочку. Если подключить всё это согласно схеме (рис. 2), то: через резистор, подключенный между источником питания и базой транзистора потечет ток базы .
Рис. 2 — Принцип работы биполярных транзисторов
Транзистор откроется и лампочка загориться. Причем яркость свечения лампочки будет зависить от сопротивления резистора и коэффициента усиления транзистора.
Напряжение, прилагаемое к базе и необходимое для открытия транзистора, называют напряжением смещения. Если вместо постоянного резистора поставить переменный резистор, то получим возможность регулировать яркость свечения лампочки.
Таким же образом можно усиливать и сигналы: подавая на базу транзистора определенный сигнал (к примеру звук), в коллекторной цепи получим тот же сигнал, но уже усиленный в раз.
Если базовое смещение транзистора застабилизировать при помощи стабилитрона (рис. 3), то мы получим простейший стабилизатор напряжения, т.у. схему, которая будет поддерживать постоянное напряжение на выходе, даже если входное напряжение будет изменяться.
Рис. 3 — Пример простого стабилизатора напряжения
Для получения повышенной мощности используются схемы последовательного включения наскольких транзисторов, так называемые схемы Дарлингтона (или составные транзисторы)
Рис. 4 — Схема Дарлингтона
Преимущества и недостатки
Транзистор КТ826А обладает рядом преимуществ и недостатков, которые важно учитывать при его использовании:
- Преимущества:
- Широкий диапазон рабочих напряжений, что позволяет использовать транзистор в различных электронных схемах.
- Высокая надежность работы и стабильность параметров в течение длительного времени.
- Относительно низкие затраты на приобретение транзистора.
- Простая цоколевка и удобная компоновка выводов, что облегчает процесс монтажа.
- Недостатки:
- Низкая мощность транзистора, что ограничивает его применение в схемах с большими нагрузками.
- Относительно низкая скорость работы, что может замедлять процесс коммутации сигналов.
- Ограниченный выбор аналогов и совместимых схем для данного транзистора.
- Повышенное тепловыделение при работе на максимальных нагрузках, требующее обеспечения эффективного охлаждения.
При выборе транзистора КТ826А для конкретной схемы или проекта важно учесть данные преимущества и недостатки, а также задачи, которые нужно решить. Только тщательный анализ позволит принять обоснованное решение и достичь желаемых результатов
Зарождение элемента
Германий был обнаружен Клеменсом и Винклером в немецком городе Фрайберг в 1886 году. Существование этого элемента предсказывал Менделеев, установив заранее его атомный вес, равный 71, и плотность 5,5 г/см3.
Вам будет интересно:Как выбирать ЖК-телевизор: описание, характеристики
В начале осени 1885 года шахтер, работавший на серебряном руднике Химмельсфюрст близ Фрайберга, наткнулся на необычную руду. Она была передана Альбину Вейсбаху из близлежащей Горной академии, который подтвердил, что это новый минерал. Он в свою очередь попросил своего коллегу Винклера проанализировать добычу. Винклер обнаружил, что в составе найденного химического элемента находится 75 % серебра, 18 % серы, состав остального 7 %-ного объема находки ученый определить не смог.
Вам будет интересно:Схемы электродвигателя звезда и треугольник: виды подключения, особенности и отличия
К февралю 1886 года он понял, что это новый металлоподобный элемент. Когда были протестированы его свойства, стало ясно, что это недостающий элемент в таблице Менделеева, который располагается ниже кремния. Минерал, из которого он произошел, известен как аргиродит – Ag 8 GeS 6. Спустя несколько десятилетий этот элемент будет выступать основой германиевых транзисторов для звука.
Цоколевка транзистора КТ826А и правильное подключение
Цоколевка транзистора КТ826А представляет собой металлический корпус с маркировкой выводов. Всего у транзистора имеется три вывода, которые обозначаются следующим образом:
- Эмиттер (E) — это вывод, через который происходит выход тока из транзистора.
- Коллектор (C) — это вывод, через который подается или выводится выходной ток.
- База (B) — это вывод, через который осуществляется управление входным током.
Для правильного подключения транзистора КТ826А в схеме необходимо соблюдать следующие правила:
- Эмиттер (E) должен быть подключен к общему проводу, который используется для выходного тока.
- Коллектор (C) должен быть подключен к нагрузке, через которую проходит выходной ток.
- База (B) должна быть подключена к источнику управляющего сигнала или сигнала управления.
Важно отметить, что при подключении транзистора КТ826А необходимо соблюдать полярность выводов. Неправильное подключение может привести к некорректной работе или выходу транзистора из строя
Правильное подключение транзистора КТ826А позволяет использовать его в различных электронных схемах согласно требованиям и условиям работы устройства.
Транзистор КТ826А: схема включения, цоколевка, характеристики
Цоколевка транзистора КТ826А включает в себя три вывода: коллектор (К), базу (B) и эмиттер (E). Типовая маркировка выводов в паспорте транзистора следующая: К — выход коллектора, B — выход базы, E — выход эмиттера. При включении транзистора в схему, необходимо правильно подключить каждый вывод в соответствии с его функцией.
Характеристики транзистора КТ826А описывают его основные параметры и возможности. Некоторые из основных характеристик этого транзистора включают максимальное значение коллекторного тока (Ic), максимальную обратную эмиттерную напряжение (Vce), коэффициент усиления по току (hFE), мощность потери (Pd) и другие. Знание этих характеристик позволяет правильно использовать и включать транзистор КТ826А в электронных схемах.
Что такое транзистор КТ826А и его основные характеристики
Основными характеристиками транзистора КТ826А являются:
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Тип | Полевой |
| Максимальное допустимое напряжение коллектора | 80 В |
| Максимальный допустимый ток коллектора | 0.5 А |
| Максимальная мощность КТ826А | 1 Вт |
| Максимальная рабочая частота | 30 МГц |
| Коэффициент усиления по току коллектора | не менее 30 |
| Температурный диапазон | -60…+125 °C |
Транзистор КТ826А может использоваться в различных электронных устройствах, таких как усилители, схемы управления, модуляторы и др. Благодаря своим характеристикам, он обладает высокой надежностью и долговечностью во время работы.
Сферы применения тех и других транзисторов
Различия между полевыми и биполярными транзисторами четко разделяют области их применений. Например в цифровых микросхемах, где необходим минимальный ток потребления в ждущем состоянии, полевые транзисторы применяются сегодня гораздо шире. В аналоговых же микросхемах полевые транзисторы помогают достичь высокой линейности усилительной характеристики в широком диапазоне питающих напряжений и выходных параметров.
Схемы типа reel-to-reel удобно реализуются сегодня с полевыми транзисторами, ведь легко достигается размах напряжений выходов как сигналов для входов, совпадая почти с уровнем напряжения питания схемы. Такие схемы можно просто соединять выход одной с входом другой, и не нужно никаких ограничителей напряжения или делителей на резисторах.
Что касается биполярных транзисторов, то их типичными сферами применения остаются: усилители, их каскады, модуляторы, детекторы, логические инверторы и микросхемы на транзисторной логике.
