Транзисторът () е полупроводников активен електронен компонент, който осъществява усилване, комутация и преобразуване на електрически сигнали. Транзисторите са в основата на всички съвременни електронни устройства и се използват практически във всички съвременни битови уреди – от компютъра базиран на милиони транзистори до усложненото съвременно електронно управление на климатика, хладилника, автомобила и прахосмукачката и др., без което те все пак са работели и преди „полупроводниковата“ ера. В наше време повечето транзистори се използват не самостоятелно, а в състава на интегралните схеми, като технологията на производството им позволява едновременното производство на милиони от тях на един полупроводников чип.
Транзисторът се изработва от германиева (по-старите) или силициева плочка с 3 зони с различно легиране които формират p-n преход (среща се и като електронно-дупчест преход/и), PNP или NPN. Изводите на транзистора имат следните наименования: емитер /Е/, база /В/ и колектор /С/ – за биполярните, и съответно – сорс /S/ (исток /И/), гейт /G/ (затвор /З/) и дрейн /D/ (сток /С/) – за полевите транзистори (срещат се и като униполярни транзистори, обозначават се и с FET или MOSFET). При биполярните транзистори преходното съпротивление на всяка двойка от трите извода на транзистора може да се определи с омметър (поставен на позиция обозначена с диод), като практическо значение за проверка здрав/изгорял има измерването на BE и BC като диоди и EC за прекъснал/пробил. Изводът, който участва и в двата PN прехода е базата (В). Транзисторите се използват предимно като усилватели, превключватели и генератори. От гледна точка на популярна представа транзисторът може да се разглежда като управляемо съпротивление или управляем кран за течност.
История Физикът Джулиъс Едгар Лилиънфелд подава първата заявка за патент на транзистор в Канада през 1925 година, описвайки устройство, подобно на полеви транзистор. Лилиънфелд не публикува своите изследвания в тази област, нито в патента му се споменават действително конструирани устройства. През 1934 година германският инженер Оскар Хайл патентова подобно електронно устройство.
През 1942 година германецът Херберт Матаре започва да експериментира с т.нар. „дуодиоди“, докато работи върху детектор за доплерова радиолокаторна система. Дуодиодите, конструирани от него, имат два отделни, но много близки, метални контакти върху полупроводниковата подложка. Матаре открива ефекти, които не могат да бъдат обяснени с работата на два независими диода, и достига до основната идея на по-късните точкови транзистори.
През 1947 година американците Джон Бардийн и Уолтър Братейн в Лабораториите Бел забелязват, че при поставяне на електрически контакти върху германиев кристал, изходното напрежение на променливата компонента на подадения сигнал е по-голямо от входното. Ръководителят на групата по физика на твърдото тяло в лабораторията Уилям Шокли оценява потенциала на това явление и през следващите няколко месеца фокусира усилията на екипа върху изследвания на полупроводниците. Самото наименование „транзистор“ е създадено от Джон Пиърс като съкращение на „трансферен резистор“. За изобретяването на транзистора Бардийн, Бартейн и Шокли са удостоени с Нобелова награда за физика за 1956 година.
Първият силициев транзистор е създаден от Тексас Инструментс през 1954 година, в резултат на работата на Гордън Тийл, специалист по нарастване на кристали с висока чистота, който преди това също работи в Лабораториите Бел. Първият работещ униполярен МОП транзистор е конструиран в Лабораториите Бел през 1960 година.
Класификация на транзисторите Транзисторите се класифицират по структура, електрическа полярност, полупроводников материал, изработка, физическа опаковка, максимални мощност и работна честота, коефициент на усилване, работна температура и приложение.
1. Според структурата: Биполярни транзистори (BJT) Биполярни транзистори с подобрени параметри за малки сигнали (BISS транзистори)
Полеви транзистори (FET) Полеви транзистори с p-n преход (униполярни полеви транзистори, JFET) Полеви транзистори с изолиран гейт (IGFET) Метал-окис-полупроводникови транзистори (МОП/MOS/MOSFET): LDMOS транзистор, VMOS транзистор Метал-изолатор-полупроводников полеви транзистор (MISFET) Електролит-окис-полупроводников транзистор (EOSFET) – разновидност на MOSFET, при който металният гейт е заменен от електролит Метал-полупроводников транзистор (MESFET) – Използва за гейт директен контакт метал-полупроводник (бариера на Шотки). Липсва изолационен окисен слой между гейта и канала, което позволява на електроните да се движат по-бързо. Модулационно-допиран транзистор (MODFET), наричан още транзистор с висока мобилност на електрони (HEMT) и хетероструктурен полеви транзистор (HFET). Хетеропреходът е изграден от два различни полупроводникови материала, за да създаде „двумерен електронен газ“. Много по-свободното движение на електроните води до рекордно нисък шум и изключително висока скорост на превключване. Съставни (комбинирани) транзистори: Транзистори с вградени резистори (RET) – биполярни транзистори и резистори в един корпус; Двойка Дарлингтон и двойка Сиклай – комбинация от два еднакви или различни биполярни транзистора, която работи като биполярен транзистор с високо усилване по ток; Пушпулна двойка и диференциална двойка – съчетания на два различни или еднакви транзистора за подобряване на товароносимостта и скоростта на превключване; Ламбда диод – двухполюсник, комбинация от два полеви транзистора, което подобно на тунелен диод има значителна област с отрицателно диференциално съпротивление Биполярно-полеви транзистор с изолиран гейт (IGBT транзистор) – силово електронно устройство, предназначено предимно за управление на електрически задвижвания
Специални типове транзистори: Еднопреходен транзистор Многоемитерни транзистори (използвани в транзисторно-транзисторна логика за изграждане на NAND гейтове) Многогейтови транзистори: Полеви транзистор с ребровиден канал (FinFET) Двугейтови транзистори Балистични транзистори Фототранзистори Диелектрични транзистори Тънкослойни транзистори Биотранзистори Едноелектронни транзистори Едномолекулярни транзистори и др.
2. Според електрическата полярност (положителна и отрицателна): PNP, NPN (биполярни); P-канален, N-канален, комплементарен/комбиниран (полеви).
3. Според полупроводниковия материал (допантиДопант – модифицираща добавка, повишаваща относителната електрическа проводимост или оптичните свойства на материала.): Металоиди: германий (използван за първи път през 1947 г.) и силиций (използван за първи път през 1954 г.) – в аморфна, поликристална и монокристална форма; Съединения галиев арсенид (1966 г.) и силициев карбид (1997 г.); Сплавта силиций–германий (1989 г.); Алотропът на въглеродния графен (изследванията продължават от 2004 г.) и др.
4. Според изработката и монтажа:
дискретни транзистори (отделни елементи) – корпусни: в металостъклен, металокерамичен или пластмасов корпус за свободностоящ монтаж за монтаж на радиатор за автоматизирани системи за запояване безкорпусни транзистори в състава на интегралните схеми – хибридни микросхеми и микромодули.
5. Според физическата опаковка: метална през отвор, пластмасова през отвор, повърхностен монтаж, сферична решетка, силови модули.
6. Според максималната мощност: маломощни транзистори (с ниска мощност) – разсейваната мощност е до 300 миливата (0,3 W); средномощни транзистори (със средна мощност) – от 0,3 W до 1,5 W; мощни транзистори (с висока мощност) – разсейват мощност над 1,5 W.
7. Според максимална работна честота: ниска, средна, висока, радио- (RF), микровълнова честота (максималната ефективна честота на транзистор в схема с общ емитер или общ източник се обозначава с термина , съкращение от преходна честота – честотата, при която транзисторът дава единично усилване на напрежението).
8. Според коефициента на усилване , (транзистор бета) 071003 bcae1.com или (преобразувател на напрежение в ток).
9. Според работната температура: Транзистори за екстремни температури и традиционни температурни транзистори (−55 до 150 °C). Транзисторите за екстремни температури включват високотемпературни транзистори (над 150 °C) и нискотемпературни транзистори (под −55 °C). Високотемпературните транзистори, които работят термично стабилно до 250 °C, могат да бъдат разработени чрез обща стратегия за смесване на взаимнопроникващи полукристални конюгирани полимери и изолационни полимери с висока температура на стъклен преход.
10. Според приложението: превключвател, общо предназначение, аудио, високо напрежение, супер-бета, съгласувана двойка.
Следователно, даден транзистор може да бъде описан като силициев, повърхностно монтиран, биполярен, NPN, маломощен, високочестотен превключвател.
Принципът на действие и способите за използване на транзисторите съществено зависят от техния тип. За подробна информация вижте съответстващите статии.
Означения Означенията на транзисторите се разделят на схемни символи (графичното им изобразяване и означаване на схеми) и наименования във вид на буквено-цифрени кодове върху корпуса, които показват техния модел и параметри.
Наименование В света се използват три основни стандарт за кодиране на транзисторите: Европейски стандарт (Pro Electron): Започва с 2 букви, последвани от цифри. Първата буква означава материала (A = Германий, B = Силиций). Втората буква означава предназначението (C = Нискочестотен, D = Високочестотен и др.). Пример: BC547 (B=Силиций, C=Нискочестотен, 547=пореден номер). Американски стандарт (JEDEC): Започва с цифра, следвана от буквата N, и пореден номер.Пример: 2N2222 (2=брой PN преходи, N=полупроводник, 2222=регистрационен номер). Японски стандарт (JIS): Започва с цифра, следвана от две букви и цифри. Буквите показват типа на транзистора (напр. 2SA, 2SB, 2SC, 2SD). Пример: 2SC1815 (2S=транзистор, C=NPN високочестотен).
Българската система за означение на транзистори (в съответствие с някогашните стандарти БДС) следва логическа структура, сходна с руската система ГОСТ. Кодът се състои от 4 или 5 елемента, които описват материала, вида, предназначението и конкретния модел на полупроводниковия елемент.
1. Първи елемент (Материал). Посочва полупроводниковия материал: Г или 1 — Германий (Ge), К или 2 — Силиций (Si), А или 3 — Галиев арсенид (GaAs).
2. Втори елемент (Вид и клас). Посочва класа и предназначението на транзистора: Т — Биполярен транзистор, П — Полеви транзистор (униполярен).
3. Трети елемент (Функционални параметри). Посочва допустимата мощност и граничната честота:
За маломощни (до 0,3 W) с ниска честота: Цифри от 101 до 199. За маломощни с висока честота: Цифри от 301 до 399. За средномощни (до 1,5 W) с ниска честота: Цифри от 201 до 299. За средна мощност с висока честота: Цифри от 401 до 499. За мощни (над 1,5 W) с ниска честота: Цифри от 801 до 899. За мощни с висока честота: Цифри от 901 до 999.
4. Четвърти елемент (Сериен номер). Двуцифрено число, указващо поредния номер на разработката на транзистора (от 01 до 99).
5. Пети елемент (Допълнителни параметри - опционално). Често на отделен ред или след тире се добавя буква (напр. А, Б, В, Г), която указва конкретната класификация по усилване или работно напрежение, както и годината на производство.
Примери за разчитане 2Т6550: 2 – Силициев транзистор (Si), Т – Биполярен, 6550 – Средна/висока мощност и висока честота с конкретен сериен номер. КТ3107: К – Силициев (Si), Т – Биполярен, 3107 – Маломощен, високочестотен транзистор.
Чрез кода на транзистора може да се намерят пълните му технически характеристики, разположението на крачетата (пиноута) и допустимите напрежения в специализираните платформи за електронни компоненти.