Tranzystor

1

Tranzystor

Tranzystor

Replika pierwszego tranzystora firmy Bell

Telephone Laboratories

Tranzystor - trójelektrodowy (rzadko czteroelektrodowy)

półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność

wzmacniania sygnału elektrycznego. Według oficjalnej dokumentacji z

Laboratoriów Bella nazwa urządzenia wywodzi się od słów

transkonduktancja (transconductance) i warystor (varistor), jako że

"element logiczny należy do rodziny warystorów i ma

transkonduktancję typową dla elementu z współczynnikiem

wzmocnienia co czyni taką nazwę opisową"

[1]

.

Historia

Pierwsze patenty na tranzystor zostały udzielone w latach 1925 do

1930 r. w Kanadzie, USA i Niemczech Juliusowi Edgarowi

Lilienfeldowi. Jego projekty były zbliżone do tranzystora MOSFET

[2]

,

jednak ze względów technologicznych (głównie czystości materiałów)

tranzystora nie udało się skonstruować - stało się to możliwe dopiero w

drugiej połowie XX wieku.

Pierwszy działający tranzystor (ostrzowy) został skonstruowany 16

grudnia 1947 r. w laboratoriach firmy Bell Telephone Laboratories

przez Johna Bardeena oraz Waltera Housera Brattaina. W następnym

roku William Bradford Shockley z tego samego laboratorium

opracował teoretycznie tranzystor złączowy, który udało się zbudować

w 1950. John Bardeen, Walter Houser Brattain oraz William Bradford

Shockley, za wynalazek tranzystora otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki

w 1956.

W 1949 dwaj niemieccy fizycy (zaangażowani poprzednio w program radarowy) Herbert Mataré i Heinrich Welker

pracując w paryskim oddziale firmy Westinghouse niezależnie zbudowali tranzystor (który nazwali transistronem)

[3]

.

W 1957 William Bradford Shockley pracując w Shockley Semiconductor Laboratory zbudował złączowy tranzystor

polowy JFET.

W 1959 John Atalla i Davon Kahng, również z Bell Labs, zbudowali pierwszy tranzystor MOSFET, wykorzystując

przy tym opracowany w tym samym laboratorium proces utleniania powierzchni kryształu krzemu

[4]

.

Polska

Pierwszymi tranzystorami zbudowanymi w Polsce były tranzystory ostrzowe TP1-TP3 (od tranzystor punktowy, rok

1953). Ze względu na niestabilność parametrów i nietrwałość nie nadawały się one do praktycznych zastosowań

[5]

.

Pierwszymi wytwarzanymi w krótkich seriach germanowy tranzystorami stopowymi były TC11-TC15,

wyprodukowane do 1959 w liczbie kilkunastu tysięcy egzemplarzy. Również i one nie znalazły zastosowania

przemysłowego

[6]

. Produkcja na skalę przemysłową została uruchomiona w roku 1960 przez Tewę. Były to

germanowe tranzystory stopowe małej częstotliwości serii TG1-TG5, i TG70. Rok później uruchomiono produkcję

tranzystorów średniej częstotliwości TG10 i TG20 oraz serii TG50

[7]

.

Tranzystor

2

Znaczenie

Wynalezienie tranzystora uważa się za przełom w elektronice, zastąpił on bowiem duże, zawodne i energochłonne

lampy elektronowe, dając początek coraz większej miniaturyzacji przyrządów i urządzeń elektronicznych, zwłaszcza

że dzięki mniejszemu poborowi mocy można było zmniejszyć też współpracujące z tranzystorami elementy bierne.

Podział

Symbole tranzystorów

bipolarne

typu pnp

typu npn

Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów, różniące się zasadniczo zasadą działania - tranzystory bipolarne i

tranzystory unipolarne.

Tranzystory bipolarne

Tranzystory bipolarne , w których prąd przepływa przez złącza półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa (n i

p). Zbudowany jest z trzech warstw półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa: npn lub pnp (o nazwach emiter

- E, baza - B i kolektor - C). Charakteryzuje się tym, że niewielki prąd płynący pomiędzy dwiema jego elektrodami

(bazą i emiterem) steruje większym prądem płynącym między innymi elektrodami (kolektorem i emiterem).

Tranzystory unipolarne

JFET

MOSFET

z kanałem p

z kanałem n

Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe) to takie, w których prąd płynie przez półprzewodnik o jednym typie

przewodnictwa. Prąd wyjściowy jest w nich funkcją napięcia sterującego.

W obszarze półprzewodnika z dwiema elektrodami: źródłem (symbol S) i drenem (D) tworzy się tzw. kanał, którym

płynie prąd. Wzdłuż tego obszaru umieszczona jest trzecia elektroda, zwana bramką (G). Napięcie przyłożone do

bramki zmienia przewodnictwo kanału, wpływając w ten sposób na płynący prąd. W tranzystorach MOSFET

bramka jest odizolowana od kanału warstwą dielektryka, a w tranzystorach polowych złączowych (JFET)

spolaryzowanym w kierunku zaporowym złączem p-n.

Tranzystor

3

Inne kryteria podziału

Inne, typy tranzystorów to:

• Tranzystory jednozłączowe,

• Tranzystory IGBT.

Tranzystory dzieli się też ze względu na typy użytych półprzewodników:

• Pnp, npn - bipolarne,

• Z kanałem typu p, z kanałem typu n - unipolarne.

Innym możliwym podziałem tranzystorów jest podział ze względu na materiał półprzewodnikowy z jakiego są

wykonywane:

• German - materiał historyczny, obecnie najczęściej stosowany w technice wysokich częstotliwości w połączeniu z

krzemem (heterostruktury),

• Krzem - obecnie podstawowy materiał półprzewodnikowy, bardzo szeroko stosowany,

• Arsenek galu - stosowany w technice bardzo wysokich częstotliwości,

• Azotek galu - stosowany w technice bardzo wysokich częstotliwości,

• Węglik krzemu - (rzadko) stosowany w technice bardzo wysokich częstotliwości, dużych mocy i w wysokich

temperaturach.

Ze względu na parametry tranzystory dzieli się na:

• Małej mocy, małej częstotliwości

• Dużej mocy, małej częstotliwości

• Małej mocy, wielkiej częstotliwości

• Dużej mocy, wielkiej częstotliwości

• Tranzystory przełączające (impulsowe)

• Itd.

Przy nazywaniu tranzystora określenia te są często łączone, mówimy więc na przykład: bipolarny tranzystor

krzemowy NPN, dużej mocy, wielkiej częstotliwości.

Zastosowanie

Tranzystory ze względu na swoje właściwości wzmacniające znajdują bardzo szerokie zastosowanie. Są

wykorzystywane do budowy wzmacniaczy różnego rodzaju: różnicowych, operacyjnych, mocy, selektywnych,

pasmowych. Jest kluczowym elementem w konstrukcji wielu układów elektronicznych, takich jak źródła prądowe,

lustra prądowe, stabilizatory, przesuwniki napięcia, klucze elektroniczne, przerzutniki, generatory i wiele innych.

Ponieważ tranzystor może pełnić rolę klucza elektronicznego, z tranzystorów buduje się także bramki logiczne

realizujące podstawowe funkcje boolowskie, co stało się motorem do bardzo dynamicznego rozwoju techniki

cyfrowej w ostatnich kilkudziesięciu latach. Tranzystory są także podstawowym budulcem wielu rodzajów pamięci

półprzewodnikowych (RAM, ROM itp.).

Dzięki rozwojowi technologii oraz ze względów ekonomicznych większość wymienionych wyżej układów

tranzystorowych realizuje się w postaci układów scalonych. Co więcej, niektórych układów, jak np.

mikroprocesorów liczących sobie miliony tranzystorów, nie sposób byłoby wykonać bez technologii scalania.

W roku 2001 holenderscy naukowcy z Uniwersytetu w Delft zbudowali tranzystor składający się z jednej nanorurki

węglowej, jego rozmiar wynosi zaledwie jeden nanometr, a do zmiany swojego stanu (włączony / wyłączony)

potrzebuje on tylko jednego elektronu. Naukowcy przewidują, że ich wynalazek pozwoli na konstruowanie układów

miliony razy szybszych od obecnie stosowanych, przy czym ich wielkość pozwoli na dalszą miniaturyzację

elektronicznych urządzeń.

[8]

Tranzystor

4

Zobacz też

• złącze p-n,

• dioda,

• tyrystor.

Przypisy

[1] The device logically belongs in the varistor family, and has the transconductance or transfer impedance of a device having gain, so that this

combination is descriptive. (http:/

/

users.

arczip.

com/

rmcgarra2/

namememo.

gif)

[2] J.E. Lilienfeld: patent USA 1745175 "Method and apparatus for controlling electric current" first filed in Canada on 22.10.1925.

[3] Michael Rriordan; How Europe Missed The Transistor; IEEE Spectrum, November 2005

[4] C. Mark Melliar-Smith, Douglas E. Haggan, and William W. Troutman; Key Steps to the Integrated Circuit; Bell Labs Technical Journal;

Autumn 1997

[5] Witold Rosiński, Doświadczalne tranzystory ostrzowe Zakładu Elektroniki IPPT PAN, Przegląd Telekomunikacyjny, 7/1955

[6] Historia elektryki polskiej - TOM III, Elektronika i telekomunikacja, Wyd. N-T, Warszawa 1974

[7] Vademecum polskiego przemysłu elektronicznego, WKŁ, Warszawa 1964

[8] Buckled nanotubes make tiny transistors - 06 July 2001 - New Scientist (http:/

/

www.

newscientist.

com/

article/

dn979-buckled-nanotubes-make-tiny-transistors.

html)

Źródła i autorzy artykułu

5

Źródła i autorzy artykułu

Tranzystor  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?oldid=21567430  Autorzy: 10marek.n, ABach, Abronikowski, Beau, Beno, Beschu, Chrumps, CiaPan, Darekm, Dodek, Ert16, Fotoniusz,
Gang65, Grotesque, Gładka, Hulek, Jordi Polo, KamStak23, Karol007, Karolaq, KeicaM, Lampak, LapTop, Li-on, Lirnik, Louve, Lukasz Lukomski, Lzur, Madcap, Marcinx, Matusz,
MonteChristof, Mulat, Nutilius, Palica, Piotrk123, Pjahr, Przykuta, Ptj, RJB1, Raz1el, Reytan, RomanXNS, Roo72, Siedlaro, Sobol2222, Stanmar, Stepa, Stok, Szczepan1990, T ziel, TOR,
Topory, V3jiga, Wojciech mula, Wojtek1961, Zorza, conversion script, linux-gw.lo14.wroc.pl, 69 anonimowych edycji

Źródła, licencje i autorzy grafik

Plik:Transistors-three types.jpg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Transistors-three_types.jpg  Licencja: Public Domain  Autorzy: Original uploader was Mumin 123 at
pl.wikipedia

Plik:Replica-of-first-transistor.jpg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Replica-of-first-transistor.jpg  Licencja: Public Domain  Autorzy: Daderot, Glenn, Hdelacy, Mnd,
Nagy, Para, Ragesoss, Topory, WikipediaMaster, 3 anonimowych edycji

Plik:BJT PNP symbol.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:BJT_PNP_symbol.svg  Licencja: nieznany  Autorzy: User:Omegatron

Plik:BJT NPN symbol.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:BJT_NPN_symbol.svg  Licencja: nieznany  Autorzy: User:Omegatron

Plik:JFET P-Channel Labelled.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:JFET_P-Channel_Labelled.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: jjbeard

Plik:JFET N-Channel Labelled.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:JFET_N-Channel_Labelled.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: jjbeard

Plik:IGFET P-Ch Enh Labelled.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:IGFET_P-Ch_Enh_Labelled.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: jjbeard

Plik:IGFET N-Ch Enh Labelled.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:IGFET_N-Ch_Enh_Labelled.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: Cepheiden, Deadstar, Jjbeard,
Zedh, 4 anonimowych edycji

Plik:IGFET P-Ch Dep Labelled.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:IGFET_P-Ch_Dep_Labelled.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: jjbeard

Plik:IGFET N-Ch Dep Labelled.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:IGFET_N-Ch_Dep_Labelled.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: jjbeard

Licencja

Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http:/

/

creativecommons.

org/

licenses/

by-sa/

3.

0/