Большая энциклопедия техники

Транзистор – электронный прибор на базе полупроводникового кристалла, обладающий тремя или более выводами, необходимый для преобразования и генерирования электрических колебаний. Изобретен в 1948 г. Дж. Бардиным, У. Браттейном и У. Шокли. Транзисторы образуют два главных крупных класса: униполярные транзисторы и биполярные транзисторы.

Протекание тока через кристалл в униполярных транзисторах обусловлено носителями заряда лишь одного знака – дырками или электронами.

В биполярных транзисторах ток через кристалл появляется в результате движения носителей заряда обоих знаков. Такой транзистор представляет собой монокристаллическую полупроводниковую пластину, в которой при помощи специальных технологических приемов есть 3 области с различной проводимостью: электронной (n) и дырочной (р). В зависимости от порядка их чередования выделяют транзисторы n-р-n-типа и р-n-р-типа. Средняя область шириной порядка нескольких микрометров, носит название базы, две другие – коллектора и эмиттера. База отделена от коллектора и эмиттера электронно-дырочными переходами: коллекторным (КП) и эмиттерным (ЭП). От базы, коллектора и эмиттера сделаны металлические выводы.

В зависимости от механизма переноса неосновных носителей заряда через базу различают бездрейфовые транзисторы, в базе которых ускоряющее электрическое поле не присутствует и заряды переносятся от эмиттера к коллектору благодаря диффузии, и дрейфовые транзисторы, в которых действуют сразу два механизма переноса зарядов в базе: дрейф в электрическом поле и диффузия. По областям использования и электрическим характеристикам различают транзисторы маломощные, малошумящие (применяются во входных цепях радиоэлектронных усилительных приборов), мощные генераторные (применяются в радиопередающих устройствах), импульсные (применяются в импульсных электронных системах), ключевые (применяются в качестве электронных ключей в системах автоматического регулирования), специальные, фототранзисторы (применяются в устройствах, которые преобразуют световые сигналы в электрические с одновременным их усилением). Различают также низкочастотные транзисторы, предназначенные в основном для работы в ультразвуковом и звуковом диапазонах частот, сверхвысокочастотные свыше 300 МГц и высокочастотные до 300 МГц.

В качестве полупроводниковых материалов для производства транзисторов применяют преимущественно кремний и германий. В соответствии с технологией получения в кристалле зон с различными типами проводимости транзисторы подразделяются на сплавные, сплавно-диффузионные, диффузионные, конверсионные, эпитаксиальные, мезатранзисторы, планарные и планарно-эпитаксиальные. По конструктивному изготовлению транзисторы делятся на транзисторы в герметичных пластмассовых, металлокерамических или металлостеклянных корпусах и бескорпусные; бескорпусные обладают временной защитой кристаллов от воздействия внешней среды в виде тонкого слоя лака, смолы, легкоплавкого стекла и герметизируются вместе с устройством, в котором их изготавливают. Широкое распространение получили планарно-эпитаксиальные кремниевые и планарные транзисторы.

С изобретением транзисторов наступил период минимизации размеров радиоэлектронной аппаратуры на основе достижений быстро развивающейся полупроводниковой электроники. В сравнении с радиоэлектронной аппаратурой первого поколения на электронных лампах подобная по назначению радиоэлектронная аппаратура второго поколения, на базе полупроводниковых приборов и транзисторах, обладает в десятки и сотни раз меньшими массой и габаритами, большей надежностью и потребляет гораздо меньшую электрическую мощность. Размеры полупроводникового элемента современного транзистора довольно малы. Надежность работы транзисторов характеризуется значениями ~ 105 ч. Транзисторы могут работать при низких напряжениях источников питания, потребляя в этом случае токи в несколько микроампер. Мощные транзисторы работают при напряжениях, достигающих 10—30 В, и токах до нескольких десятков ампер, отдавая мощность до 100 Вт.

Верхний предел диапазона частот, которые усиливаются транзистором, достигает 10 ГГц, что соответствует длине волны электромагнитных колебаний, равной 3 см. В области низких частот по шумовым характеристикам транзисторы успешно конкурируют с малошумящими электрометрическими лампами. В области частот до 1 ГГц транзисторы достигают значения коэффициента шума не более 1,5—3,0 дБ. На более высоких частотах коэффициент шума растет, достигая на частотах 6—10 ГГц 6—10 дБ.