Транзистор применяется
в:
Усилительных схемах. Работает,
как правило, в усилительном режиме.[6][7] Существуют экспериментальные
разработки полностью цифровых усилителей,
на основе ЦАП, состоящих из мощных транзисторов.[8][9] Транзисторы в таких усилителях
работают в ключевом режиме.
Генераторах сигналов. В зависимости от типа генератора
транзистор может использоваться либо
в ключевом (генерация прямоугольных сигналов),
либо в усилительном режиме (генерация
сигналов произвольной формы).
Электронных ключах. Транзисторы
работают в ключевом режиме. Ключевые
схемы можно условно назвать усилителями
(регенераторами) цифровых сигналов. Иногда
электронные ключи применяют и для управления
силой тока в аналоговой нагрузке. Это
делается, когда нагрузка обладает достаточно
большой инерционностью, а напряжение
и сила тока в ней регулируются не амплитудой,
а шириной
импульсов. На подобном принципе
основаны бытовые диммеры
для ламп накаливания и нагревательных
приборов, а также импульсные
источники питания.
Транзисторы применяются
в качестве активных (усилительных) элементов
в усилительных и переключательных каскадах.
Реле
и тиристоры
имеют больший коэффициент усиления мощности,
чем транзисторы, но работают только в
ключевом (переключательном) режиме.
Вся современная цифровая техника построена,
в основном, на полевых МОП
(металл-оксид-полупроводник)-транзисторах
(МОПТ), как более экономичных, по сравнению
с БТ, элементах. Иногда их называют МДП
(металл-диэлектрик-полупроводник)- транзисторы.
Международный термин — MOSFET (metal-oxide-semiconductor
field effect transistor). Транзисторы изготавливаются
в рамках интегральной технологии на одном
кремниевом кристалле (чипе) и составляют
элементарный «кирпичик» для построения
микросхем логики, памяти, процессора
и т. п. Размеры современных МОПТ составляют
от 90 до 22 нм[источник не указан 866 дней].
В настоящее время на одном современном
кристалле площадью 1—2 см² могут разместиться
несколько (пока единицы) миллиардов МОПТ.
На протяжении 60 лет происходит уменьшение
размеров (миниатюризация) МОПТ и увеличение
их количества на одном чипе (степень интеграции),
в ближайшие годы ожидается дальнейшее
увеличение степени интеграции транзисторов
на чипе (см. Закон
Мура). Уменьшение размеров МОПТ
приводит также к повышению быстродействия
процессоров, снижению энергопотребления
и тепловыделения.
В настоящее время
микропроцессоры Intel собираются на трёхмерных
транзисторах (3d транзисторы) именуемых
Tri-Gate. Эта революционная технология позволила
существенно улучшить существующие характеристики
процессоров. Отметим, что переход к 3D-транзисторам
при технологическом процессе 22 нм позволил
повысить производительность процессоров
на 30 % (по оценкам Intel) и снизить энергопотребление [источник не указан 179 дней].
Примечательно, что затраты на производство
возрастут всего на 2—3 %, то есть в магазинах
новые процессоры не будут значительно
дороже старых[источник не указан 179 дней].
Суть технологии в том, что теперь схема
«сток-затвор-исток» находится не в одной,
а в двух плоскостях, центральный элемент
лежит сверху.
Сравнение
с электронными лампами
Дополнительные сведения: Электронная
лампа
До разработки транзисторов,
вакуумные (электронные) лампы (или просто
«лампы») были главными активными компонентами
в электронном оборудовании.
Преимущества
Основные преимущества,
которые позволили транзисторам заменить
своих предшественников (вакуумные лампы)
в большинстве электронных устройств:
малые
размеры и небольшой вес, что способствует
развитию миниатюрных электронных устройств;
высокая
степень автоматизации производственных
процессов, что ведёт к снижению удельной
стоимости;
низкие
рабочие напряжения, что позволяет использовать
транзисторы в небольших, с питанием от
батареек, электронных устройств;
не
требуется дополнительного времени на
разогрев катода
после включения устройства;
уменьшение
рассеиваемой мощности, что способствует
повышению энергоэффективности прибора
в целом;
высокая
надёжность и бо́льшая физическая прочность;
очень
продолжительный срок службы — некоторые
транзисторные устройства находились
в эксплуатации более 50 лет;
возможность
сочетания с дополнительными устройствами,
что облегчает разработку дополнительных
схем, что не представляется возможным
с вакуумными лампами;
стойкость
к механическим ударам и вибрации, что
позволяет избежать проблем при использовании
в микрофонах и в аудио устройствах.
[править] Недостатки
(ограничения)
Кремниевые
транзисторы обычно не работают при напряжениях
выше 1 000 вольт (вакуумные лапмпы могут
работать с напряжениями около 3 000 вольт).
В отличие от вакуумных ламп были разработаны,
транзисторы способные работать при напряжении
в несколько десятков тысяч вольт;
высокая
мощность, высокая частота, требующиеся
для эфирного телевизионного вещания,
лучше достигаются в вакуумных лампах
в связи с большей подвижностью электронов
в вакууме;
кремниевые
транзисторы гораздо более уязвимы, чем
вакуумные лампы к действию электромагнитного
импульса, в том числе и одного из поражающих
факторов высотного ядерного
взрыва;
чувствительность
к радиации и космических лучей (созданы
специальные радиационно стойкие микросхемы
для электронных устройств космических
аппаратов);
вакуумные
лампы создают искажения (так называемый ламповый
звук), и некоторые люди считают их
более приятными для восприятия на слух[10].
См.
также
[+] Транзисторы
Примечания
↑ Vardalas,
John, Twists and Turns in the Development of the Transistor IEEE-USA
Today's Engineer, May 2003.
↑ Lilienfeld,
Julius Edgar, "Method and apparatus for controlling electric current" U.S. Patent 1 745 175
1930-01-28 (filed in Canada 1925-10-22, in US 1926-10-08).
↑ membrana. На ветвях углеродного дерева
вырос небывалый транзистор. Константин Болотов, 16 августа 2005
↑ 04-09-2006. Технологии. В США разрабатывается одномолекулярный транзистор
↑ http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/99_07/stat_13.htm
Одноэлектронные устройства с интегрированными
кремниевыми областями проводимости.
↑ Введение в электронику — Режимы работы усилительных
элементов
↑ Режимы работы усилительного
элемента
↑ NAD M2 Direct Digital Amplifier
↑ Импульсивная натура — Интегральный усилитель NAD
M2
↑ van der Veen, M. (2005).
"Universal system and output transformer for valve
amplifiers". 118th AES Convention, Barcelona, Spain.
Литература
А. К. Криштафович,
В. В. Трифонюк. Основы промышленной электроники. —
2-е изд. — М.: "Высшая школа", 1985. — 287 с.
Н. И Овсянников
Кремниевые биполярные транзисторы: Справ.
пособие. — Мн.: "Высшая школа", 1989. —
302 с. — ISBN 5-339-00211-X