Transistor

Verskillende soorte transistors.

'n Transistor is 'n halfgeleier elektroniese komponent wat algemeen gebruik word as seinversteker of elektronies beheerde skakelaar. Transistors het twee hoof kontakte wat 'n veranderende gelykstroom toelaat om deur die transistor te vloei. 'n Derde kontak beheer hierdie elektriese stroom, of deur 'n spanning, of deur 'n relatiewe klein stroom. Die transistor is die fundamentele boublok van rekenaar, selfone en ander moderne elektroniese stroombane.

Die transistor word gebruik in 'n verskeidenheid van digitale- en analoogfunksies, insluitende seinversterkers, skakelstroombane, spanningsreguleerders, seinmodulasie, geheueselle en ossillators. Transistors word afsonderlik of as geïntegreerde stroombane verpak. 'n Geïntegreerde stroombaan kan miljoene transistors binne 'n baie klein area huisves.

Bipolêre NPN-transistor

Bipolêre PNP-transistor

Inleiding

Moderne transistors word verdeel in twee kategorieë: bipolêre spervlaktransistors (BSTs) en veldeffektransistors (VETs). Die geleidingsvermoë tussen die transistor se uitgang en gemene terminale neem toe wanneer 'n elektriese stroom vir BVT of 'n elektriese spanning vir VET tussen die inset en gemene terminale toegepas word. Die stroomvloei deur die uitgang en gemene terminaal van die transistor word dus beheer deur die stroom (BST) of spanning (VET) tussen die inset en gemene terminale van die transistor. Die eienskappe van die transistor word bepaal deur die soort transistor.

Die term "transistor" het oorspronklik verwys na puntkontaktransistors, maar is vinnig vervang met die meer praktiese bipolêre spervlaktransistor in die vroeë 1950's. Net so het die simbool vir die transistor verwys na hierdie lank reeds verouderde toestelle. Vir 'n kort tyd tydens die vroeë 1960's het sommige vervaardigers en tydskrifte oor elektronika begin om simbole te gebruik wat die konstruksie van verskillende BST meer akkuraat uitgebeeld het, maar dit is later laat vaar.

In analoogstroombane word transistors gebruik as seinversterkers (gelykstroomversterkers, klankversterkers of radiofrekwensieversterkers) en lineêrgereguleerde spanningsbronne. Transistors word ook gebruik in digitale stroombane as elektroniese skakelaars, selde as afsonderlike komponent, maar meestal as 'n onderdeel van 'n geïntegreerde stroombaan. Digitale stroombane sluit in: logiese hekke, rekenaargeheue, mikroverwerkers en digitale seinverwerkers (DSV).

Waarde van die transistor

Die transistor word beskou as een van die belangrikste uitvindsels van die twintigste eeu.^[1] Die transistor is die sleutelkomponent van prakties alle moderne elektronika. Die sukses van die transistor rus op die geoutomatiseerde massaproduksie van transistors teen 'n baie lae per-transistorkoste.

Hoewel miljoene afsonderlike transistors (bekend as diskrete transistors) steeds gebruik word, word die meerderheid in geïntegreerde stroombane gebruik saam met diodes, resistor, kapasitors en ander elektroniese komponente om volledige elektroniese stroombane te vorm. 'n Logiese hek bestaan uit ongeveer twintig transistors terwyl moderne mikroverwerkers miljoene transistors bevat.

Die transistor se lae koste, aanpasbaarheid en betroubaarheid maak dit die algemene toestel vir gebruik in nie-meganiese toepassings. Transistorstroombane vervang ook elektromeganiese komponente vir die beheer van toestelle en masjinerie. Die is goedkoper en meer effektief om mikrobeheerders met die toepaslike sagteware te gebruik om funksies te beheer as die ekwivalente meganiese beheerstelsel.

Aangesien die koste van transistors laag is, is daar 'n neiging om inligting te digitaliseer. Die vermoë van rekenaars om vinnige soektogte, sorteer en prosessering van digitale inligting te kan verrig maak dit meer effektief indien inligting gedigitaliseer is. As 'n resultaat word die meeste media vandag in digitale vorm gelewer vir omskakeling na analoog deur gebruik te maak van rekenaarsagteware.

Voordeel van transistors bo vakuumbuise

Voor die uitvinding van die transistor was vakuuumbuise die hoof- aktiewe komponent in elektroniese toerusting. Die sleutelvoordele van transistors bo vakuumbuise is die volgende:

• Die klein grootte en lae massa van transistors het verdwerging in elektroniese toestelle teweeg gebring.
• Transistor vervaardiging is geoutomatiseer wat lae eenheidskoste per transistor teweegbring.
• Laespanningswerkverrigting maak battery-aangedrewe toestelle moontlik.
• Vakuumbuise benodig 'n opwarmingsperiode voor hulle begin funksioneer.
• Transistors is meer energiedoeltreffend en het 'n laer drywingsverbruik.
• Transistors is meer betroubaar en het 'n hoër ruheid as vakuumbuise.
• Transistors het 'n langer lewensduur.
• Daar is 'n groter verskeidenheid van transistors deur die doteringsvlak van sperlaag, geometrie en tipe halfgeleiermateriaal te verander.
• Transistors het die vermoë om hoë stroom te hanteer.
• Transistors se werkverrigting is nie sensitief vir skok en vibrasie nie.

Geskiedenis

'n Replika van die eerste werkende transistor.

Die eerste drie patente vir die veldeffektransistorbeginsel is in Duitsland geregistreer in 1928 deur die fisikus Julius Edgar Lilienfeld, maar hy het geen navorsingsartikel gepubliseer nie, dus is die uitvinding deur die industrie geïgnoreer. In 1934 het nog 'n Duitse fisikus, Dr. Oskar Heil, 'n ander veldeffektransistor gepatenteer. Daar is geen bewys dat hierdie toestelle vervaardig is nie, maar daar is in die 1990 gewys dat een van Lilienfeld se ontwerpe wel werk soos beskryf. Regsdokumente van die Bell Labs patent wys dat Shockley en Pearson werkende weergawes van die Lilienfeld patent vervaardig het, maar het nogtans nie verwys na die patent in enige van die navorsings of historiese artikels wat gevolg het nie.^[2]

Op die 16de Desember 1947 het William Shockley, John Bardeen en Walter Brattain die eerste praktiese puntkontaktransistor vervaardig. Hierdie werk het gevolg uit die oorlogtydse pogings om suiwer germanium "kristal" meng diodes te vervaardig vir gebruik as 'n frekwensie menger in mikrogolfradareenhede. 'n Parallelle projek oor germanium diodes aan die Purdue Universiteit het daarin geslaag om 'n goeie kwaliteit germanium halfgeleierkristal te vervaardig wat deur Bell Labs gebruik is. [1] Vroeë vakuumbuistegnologie het nie vinnig genoeg geskakel nie, wat gelei het tot die gebruik van halfgeleierdiodes deur die Bell Labs span. Met die kennis ter hande het hulle na die ontwerp van die triode gekyk, maar dit nie maklik gevind nie. Bardeen het uiteindelik 'n nuwe vertakking van oppervlakfisika ontwikkel om die vreemde gedrag wat hulle waargeneem het te beskryf. Bardeen en Brattain het uiteindelik daarin geslaag om 'n werkende toestel te vervaardig.

Dieselfde tyd was Europese wetenskaplikes gelei deur die idee van 'n halfgeleierversterker. In Augustus 1948 het Duitse fisici Herbert F. Mataré en Heinrich Welker, werkend by "Companie des Freins et Signaux Westinghoude" in Parys, Frankryk aansoek gedoen vir 'n patent van 'n versterker wat berus het op 'n minderheidsdraer-invoeringprosses wat hulle "transistron" genoem het. Aangesien Bell Labs eers 'n publieke bekendstelling van die transistor in Junie 1948 gemaak het, word die transistron beskou as 'n onafhanklike ontwikkeling. Mataré het die transkonduktansieverskynsel vir die eerste keer waargeneem tydens die vervaardiging van germaniumdubbeldiodes vir Duitse radar tydens die Tweede Wêreldoorlog. Transistrons was kommersieel vervaardig vir die Franse telefoonmaatskappy en die militêre, en in 1953 is 'n halfgeleier radio-ontvanger met vier transistrons gedemonstreer by die Düsseldorf Radioskou.

Bell Labs het 'n generiese naam nodig gehad vir die nuwe uitvindsel. 'n Verskeidenheid name is voorgestel, maar die voorstel van transistor deur John R. Pierce het 'n interne loting gewen.

Bell het dadelik die puntkontaktransistor begin vervaardig in lae volumes. Prototipes van net-transistor AM radios is gedemonstreer, maar was in werklikheid net laboratoriumeksperimente. In 1950 het Shockley 'n radikaal verskillende transistor, die bipolêre voegvlaktransistor, ontwerp. Hoewel die werking van 'n puntkontaktransistor en bipolêre voegvlaktransistor verskil verwys die term "transistor" vandag meestal na die bipolêre voegvlaktransistor. Transistorradio vervaardiging is ook deur ander maatskappye gedoen onder lisensie. Ou transistors was chemies onstabiel en slegs bruikbaar vir lae spanning en lae-frekwensietoepassings, maar hierdie tekortkomings is met tyd oorbrug.

Soorte Transistors

Transistors word gekatogoriseer deur:

• Tipe halfgeleier materiaal: germanium, silikon, gallium arseniet, silikon karbied, ens.
• Struktuur: BVT, VVET, MOVET, en ander
• Polariteit: NPN, PNP vir BVTs; N-kanaal, P-kanaal vir VETs
• Maksimum drywing verbruik: laag, gemiddeld, hoog
• Maksimum werksfrekwensie: laag, gemiddeld, hoog, radio frekwensie, mikrogolf. (Die maksimum effektiewe frekwensie van 'n transistor word voorgestel deur ${\displaystyle f_{\mathrm {T} }}$, 'n afkorting van "frekwensie van oorgang (en:transition)". Die frekwensie van oorgang is die frekwensie waar die transistor eenheidsversterking lewer.
• Toepassings: skakelaar, algemene toepassings, klank, hoë spanning, super-beta, lae geruis.
• Verpakking: Deursteekmontering ("Through-hole"), oppervlakmontering, hoëdrywingeenhede.

Verwysings

1. Dennis F. Herrick (2003). Media Management in the Age of Giants: Business Dynamics of Journalism. Blackwell Publishing. ISBN 0-8138-1699-8.
2. http://ieeexplore.ieee.org/iel4/2222/15787/00730824.pdf?isnumber=&arnumber=730824 The Other Transistor, R. G. Arns

Vertaalnotas

Hierdie artikel is grotendeels 'n vertaling van die Engelse Wikipedia artikel "Transistor".