Transistör Nedir, Çeşitleri Nelerdir ?

0
3203
Okunma

transistör nedir

Transistör Nedir ?

Transistör Nedir ? Transistör, elektronik sinyalleri ve elektrik gücünü yükseltmek veya değiştirmek için kullanılan yarı iletken bir cihazdır. Transistörler, modern elektroniğin temel yapı taşlarından biridir. Genellikle bir harici devreye bağlantı için en az üç terminali olan yarı iletken malzemeden oluşur. Transistörün bir terminaline uygulanan voltaj veya akım, akımı başka bir terminal üzerinden kontrol eder. Kontrol edilen (çıkış) gücü, kontrol eden (giriş) gücünden daha yüksek olabileceğinden, bir transistör bir sinyali yükseltebilir. Bugün, bazı transistörler ayrı ayrı paketlenmiştir, ancak daha birçoğu entegre devrelere gömülü olarak bulunur.

Avusturyalı-Macaristanlı fizikçi Julius Edgar Lilienfeld, 1926’da alan etkili transistör kavramını önerdi, ancak o zaman gerçekten çalışan bir cihaz inşa etmek mümkün değildi. İnşa edilecek ilk çalışan cihaz, 1947’de Amerikalı fizikçiler John Bardeen ve Walter Brattain tarafından William Shockley altında Bell Laboratuarlarında çalışırken icat edilen bir nokta temaslı transistördü. Üçü, başarılarından dolayı 1956 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştılar. En yaygın olarak kullanılan transistör türü, 1959’da Mohamed Atalla ve Dawon Kahng tarafından Bell Laboratuvarlarında icat edilen metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistördür (MOSFET). Transistörler elektronik alanında devrim yarattı ve diğer şeylerin yanı sıra daha küçük ve daha ucuz radyoların, hesap makinelerinin ve bilgisayarların yolunu açtı.

İlk transistör
İlk transistör

Çoğu transistör çok saf silikondan ve bazıları germanyumdan yapılır, ancak bazen diğer bazı yarı iletken malzemeler kullanılır. Bir transistör, alan etkili bir transistörde yalnızca bir tür yük taşıyıcıya sahip olabilir veya iki kutuplu bağlantı transistör cihazlarında iki tür yük taşıyıcıya sahip olabilir. Vakum tüpü ile karşılaştırıldığında, transistörler genellikle daha küçüktür ve çalışması için daha az güç gerektirir. Bazı vakum tüpleri, çok yüksek çalışma frekanslarında veya yüksek çalışma voltajlarında transistörlere göre avantajlara sahiptir. Birçok transistör türü, birden fazla üretici tarafından standartlaştırılmış spesifikasyonlara göre yapılır.

Tarihçe

Eskiden transistörlerin yerine kullanılan elektron lambası

1907’de icat edilen bir vakum tüpü olan termiyonik triyot, güçlendirilmiş radyo teknolojisini ve uzun mesafeli telefonu mümkün kıldı. Bununla birlikte, triyot, önemli miktarda güç tüketen kırılgan bir cihazdı. 1909’da fizikçi William Eccles, kristal diyot osilatörünü keşfetti.

Avusturya-Macaristan fizikçisi Julius Edgar Lilienfeld, 1925’te Kanada’da, triyot için katı hal ikamesi olması amaçlanan bir alan etkili transistör (FET) için bir patent başvurusunda bulundu. Lilienfeld ayrıca 1926 ve 1928’de Amerika Birleşik Devletleri’nde aynı patentleri aldı. Bununla birlikte, Lilienfeld, cihazları hakkında herhangi bir araştırma makalesi yayınlamadı ve patentleri, çalışan bir prototipin herhangi bir özel örneğini belirtmedi. Yüksek kaliteli yarı iletken malzemelerin üretimi daha onlarca yıl uzakta olduğu için, Lilienfeld’in katı hal amplifikatör fikirleri, böyle bir cihaz yapılmış olsa bile 1920’lerde ve 1930’larda pratik kullanım bulamayacaktı. 1934’te Alman mucit Oskar Heil, Avrupa’da benzer bir cihazın patentini aldı.

William-Eccles-Julius-Edgar-Lilienfeld-Oskar-Heil

Bipolar Transistörler

17 Kasım 1947’den 23 Aralık 1947’ye kadar, AT&T(American Telephone and Telegraph Company)’nin New Jersey Murray Hill’deki Bell Laboratuvarlarında John Bardeen ve Walter Brattain deneyler yaptılar ve bir germanyum kristaline iki altın nokta teması uygulandığında bir sinyal üretildiğini gözlemlediler. Çıkış gücü girişten daha büyüktü. Katı Hal Fiziği Grubu lideri William Shockley, bunun potansiyelini gördü ve önümüzdeki birkaç ay boyunca yarı iletkenler hakkındaki bilgileri büyük ölçüde genişletmek için çalıştı. Transistör terimi, John R. Pierce tarafından transdirenç(transresistance) teriminin kısaltılmış hali olarak ortaya çıktı.

John R. Pierce
John R. Pierce

John Bardeen’in biyografisinin yazarları Lillian Hoddeson ve Vicki Daitch’e göre Shockley, Bell Labs’ın bir transistör için ilk patentinin alan etkisine dayanması gerektiğini ve mucit olarak adlandırılmasını önermişti. Lilienfeld’in yıllar önce karanlıkta kalan patentlerini ortaya çıkaran Bell Labs’deki avukatlar, Shockley’in önerisine karşı tavsiyede bulundular çünkü bir elektrik alanını “ızgara” olarak kullanan alan etkili bir transistör fikri yeni değildi. Bunun yerine, Bardeen, Brattain ve Shockley’nin 1947’de icat ettiği şey ilk nokta temaslı transistördü. Bu başarının takdiri olarak Shockley, Bardeen ve Brattain, “yarı iletkenler üzerindeki araştırmaları ve transistör etkisini keşfettikleri için” 1956 Nobel Fizik Ödülü’nü birlikte aldılar.

Shockley’in araştırma ekibi başlangıçta bir yarı iletkenin iletkenliğini modüle etmeye çalışarak bir alan etkili transistör (FET) üretmeye çalıştı, ancak esas olarak yüzey durumları, sarkan bağlantılar ve germanyum ve bakır bileşik malzemelerle ilgili sorunlardan dolayı başarısız oldu. Çalışan bir FET üretemenin ardındaki gizemli nedenleri anlamaya çalışırken, onun yerine iki kutuplu nokta temaslı ve bağlantı transistörlerini icat etmelerine yol açtı.

Herbert Mataré veHeinrich Welker

1948’de nokta temaslı transistör, Alman fizikçiler Herbert Mataré ve Heinrich Welker tarafından Paris’te bulunan bir Westinghouse yan kuruluşu olan Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse’da çalışırken bağımsız olarak icat edildi. Mataré, II. Dünya Savaşı sırasında Alman radar çabalarında silikon ve germanyumdan kristal doğrultucular geliştirme konusunda daha önce deneyime sahipti. Bu bilgiyi kullanarak 1947’de”parazit” fenomenini araştırmaya başladı. Haziran 1948’de nokta temaslardan akan akımlara tanık olan Mataré, Welker tarafından üretilen germanyum örneklerini kullanarak, Bardeen ve Brattain’in daha önce yaptıklarına benzer tutarlı sonuçlar üretti. Aralık 1947. Bell Labs bilim adamlarının transistörü onlardan önce icat ettiğini fark eden şirket, Fransa’nın telefon şebekesinde güçlendirilmiş kullanım için üretime “geçişini” sağlamak için acele etti ve ilk transistör patent başvurusunu 13 Ağustos 1948’de yaptı.Fransa’nın telefon şebekesinde kullandı ve ilk transistör patent başvurusunu 13 Ağustos 1948’de yaptı.

Morgan Sparks ve Gordon Teal
Morgan Sparks(Sol) ve Gordon Teal (Bell Laboratories, 1951)

İlk bipolar bağlantı transistörleri, 26 Haziran 1948’de patent başvurusunda bulunan (2.569.347) Bell Labs’ten William Shockley tarafından icat edildi. 12 Nisan 1950’de, Bell Labs kimyagerleri Gordon Teal ve Morgan Sparks, çalışan bir bipolar NPN bağlantı amplifikasyonunu başarıyla üretti. germanyum transistör. Bell Labs, 4 Temmuz 1951’de bir basın açıklamasında bu yeni “sandviç” transistörün keşfini duyurmuştu.

1953 Philco Yüksek frekanslı Transistör
1953 Philco İlk Yüksek Frekanslı Transistör

İlk yüksek frekanslı transistör, 1953 yılında Philco tarafından geliştirilen ve 60 MHz’e kadar çalışabilen yüzey bariyerli germanyum transistörüydü. Bunlar, bir inçin birkaç on binde biri kalınlığa gelene kadar İndiyum sülfat jetleri ile her iki taraftan N-tipi bir germanyum bazına girintiler aşındırılarak yapılmıştır. İndiyum, toplayıcıyı ve emitörü oluşturan girintilere elektrolizle kaplandı.

İlk “prototip” cep transistörlü radyo, INTERMETALL (1952’de Herbert Mataré tarafından kurulan bir şirket) tarafından 29 Ağustos 1953 ve 6 Eylül 1953 tarihleri ​​arasında Internationale Funkausstellung Düsseldorf’ta gösterildi. İlk “üretim” transistörlü cep radyosu, Ekim 1954’te piyasaya sürülen Regency TR-1 idi. Regency Division of Industrial Development Engineering Associates, I.D.E.A. arasında bir ortak girişim olarak üretilmiştir. ve Texas Instruments of Dallas Texas, TR-1 Indianapolis, Indiana’da üretildi. 4 transistör ve bir germanyum diyot içeren neredeyse cep boyutunda bir radyoydu. Endüstriyel tasarım, Painter, Teague ve Petertil’den oluşan Chicago firmasına yaptırılmıştır.

Regency-TR-1 ilk taşınabilir transistörlü radyo
Regency-TR-1 İlk taşınabilir transistörlü cep radyosu
Mopar model 914HR - İlk transistörlü araba radyosu
Mopar model 914HR – İlk transistörlü araba radyosu

Başlangıçta altı farklı renkten birinde piyasaya sürüldü: siyah, fildişi, mandalina kırmızısı, bulut grisi, maun ve zeytin yeşili. Kısa süre sonra diğer renkler de gelecekti. İlk “üretim” tamamen transistörlü araba radyosu Chrysler ve Philco şirketleri tarafından geliştirildi ve Wall Street Journal’ın 28 Nisan 1955 baskısında duyuruldu. Chrysler, tüm transistörlü araç radyosu Mopar model 914HR’yi, ilk kez 21 Ekim 1955’te bayi showroom katlarına çıkan yeni 1956 Chrysler ve Imperial otomobil serisi için 1955 sonbaharından itibaren bir seçenek olarak sunmuştu.

1957’de piyasaya sürülen Sony TR-63, seri üretilen ilk transistörlü radyoydu ve transistörlü radyoların kitlesel pazara girmesine yol açtı. TR-63, 1960’ların ortalarında dünya çapında yedi milyon adet satmaya devam etti. Sony’nin transistörlü radyolardaki başarısı, 1950’lerin sonlarında baskın elektronik teknolojisi olarak vakum tüplerinin yerini transistörlerin almasına yol açtı.

Morris Tanenbaum
Morris Tanenbaum

İlk çalışan silikon transistör, 26 Ocak 1954’te Morris Tanenbaum tarafından Bell Laboratuarlarında geliştirildi. İlk ticari silikon transistör 1954’te Texas Instruments tarafından üretildi. Bu, daha önce Bell Laboratuarlarında çalışmış, yüksek saflıkta kristaller yetiştirme konusunda uzman olan Gordon Teal’in eseriydi.

MOSFET (MOS Transistörü)

Yarı iletken şirketleri başlangıçta, yarı iletken endüstrisinin ilk yıllarında bağlantı transistörlerine odaklandı. Bununla birlikte, bağlantı transistörü, seri üretim bazında üretilmesi zor olan ve onu birkaç özel uygulamayla sınırlayan nispeten hacimli bir cihazdı. Alan etkili transistörler (FET’ler), bağlantı transistörlerine potansiyel alternatifler olarak teorileştirildi, ancak araştırmacılar, büyük ölçüde harici elektrik alanının malzemeye nüfuz etmesini engelleyen zahmetli yüzey durumu bariyeri nedeniyle FET’lerin düzgün çalışmasını sağlayamadı.

1950’lerde Mısırlı mühendis Mohamed Atalla, Bell Laboratuarlarında silikon yarı iletkenlerin yüzey özelliklerini araştırdı ve burada yeni bir yarı iletken cihaz üretimi yöntemi önerdi, bir silikon levhayı yalıtkan bir silikon oksit tabakasıyla kapladı, böylece elektriğin güvenilir bir şekilde iletkene nüfuz etmesi sağlandı. altında silikon, elektriğin yarı iletken katmana ulaşmasını engelleyen yüzey durumlarının üstesinden gelir. Bu, daha sonra silikon entegre devrelerin seri üretimini mümkün kıldığı için yarı iletken endüstrisi için kritik hale gelen bir yöntem olan yüzey pasivasyonu olarak bilinir. Bulgularını 1957’de sundu. Yüzey pasifleştirme yöntemini temel alarak metal-oksit-yarı iletken (MOS; Metal–Oxide–Semiconductor) sürecini geliştirdi. Koreli meslektaşı Dawon Kahng’ın yardımıyla inşa etmeye başladığı ilk çalışan silikon FET’i inşa etmek için MOS sürecinin kullanılabileceğini önerdi.

MOS transistörü olarak da bilinen metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET ), 1959’da William Bradford Shockley başkanlığında Mohamed Atalla ve Dawon Kahng tarafından icat edildi. MOSFET, çok çeşitli kullanımlar için minyatürleştirilebilen ve seri üretilebilen ilk gerçek kompakt transistördü. Yüksek ölçeklenebilirliği, ve bipolar bağlantı transistörlerine göre çok daha düşük güç tüketimi ve daha yüksek yoğunluğu ile MOSFET, yüksek yoğunluklu entegre devreler oluşturmayı mümkün kıldı, bir devrede 10.000’den fazla transistörün entegrasyonuna izin verdi.

Chih-Tang-Sah-Frank-Wanlass-ve-Simon-Sze

Tek IC. CMOS (tamamlayıcı MOS), 1963’te Fairchild Semiconductor’da Chih-Tang Sah ve Frank Wanlass tarafından icat edildi. Bir kayan kapılı MOSFET’in ilk raporu, 1967’de Dawon Kahng ve Simon Sze tarafından yapılmıştır. Çift kapılı bir MOSFET ilk olarak 1984 yılında Elektroteknik Laboratuvar araştırmacıları Toshihiro Sekigawa ve Yutaka Hayashi tarafından gösterildi. FinFET (fin alan etkili transistör), bir tür 3D düzlemsel olmayan çok kapılı MOSFET, Digh Hisamoto ve ekibinin 1989’da Hitachi Merkez Araştırma Laboratuvarı’ndaki araştırmasından kaynaklandı.

Transistörün Önemi

Transistörler, hemen hemen tüm modern elektroniklerde aktif anahtar bileşenlerdir. Bu nedenle birçok kişi transistörü 20. yüzyılın en büyük icatlarından biri olarak görüyor.

Bell Laboratuarlarında ilk transistörün icadı, 2009 yılında bir IEEE Kilometre Taşı olarak adlandırıldı. IEEE Kilometre Taşları listesi ayrıca 1948’deki bağlantı transistörünün ve 1959’daki MOSFET’in icatlarını da içerir.

MOS transistörü olarak da bilinen MOSFET (metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör), bilgisayar ve elektronikten akıllı telefonlar gibi iletişim teknolojisine kadar uzanan uygulamalarda kullanılan, açık ara en yaygın kullanılan transistördür. MOSFET en önemli transistör, muhtemelen elektronikteki en önemli buluş ve modern elektroniğin doğuşu olarak kabul edilmiştir. MOS transistörü, 20. yüzyılın sonlarından bu yana modern dijital elektroniğin temel yapı taşı olmuştur ve dijital çağın yolunu açmıştır. ABD Patent ve Ticari Marka Ofisi bunu “dünya çapında yaşamı ve kültürü dönüştüren çığır açan bir buluş” olarak adlandırıyor. Günümüz toplumundaki önemi, transistör başına şaşırtıcı derecede düşük maliyetler elde eden yüksek oranda otomatikleştirilmiş bir süreç (yarı iletken cihaz üretimi) kullanılarak seri üretilebilmesine dayanmaktadır. MOSFET’ler, 2018 yılına kadar 13 sekstilyondan fazla üretilmiş olan şimdiye kadar en çok üretilen yapay nesnelerdir.

Birkaç şirketin her biri her yıl ayrı ayrı paketlenmiş (ayrık olarak bilinen) bir milyardan fazla MOS transistör üretmesine rağmen, transistörlerin büyük çoğunluğu artık diyotlarla birlikte entegre devrelerde (genellikle IC, mikroçipler veya sadece çipler olarak küçültülmüştür) üretilmektedir. komple elektronik devreler üretmek için dirençler, kapasitörler ve diğer elektronik bileşenler. Bir mantık geçidi yaklaşık yirmi transistörden oluşurken, 2021 itibariyle gelişmiş bir mikroişlemci 39 milyara kadar transistör (MOSFET) kullanabilir.

Transistörün düşük maliyeti, esnekliği ve güvenilirliği onu her yerde bulunan bir cihaz haline getirdi. Transistörlü mekatronik devreler, kontrol cihazları ve makinelerindeki elektromekanik cihazların yerini almıştır. Standart bir mikrodenetleyici kullanmak ve bir kontrol işlevini gerçekleştirmek için bir bilgisayar programı yazmak, aynı işlevi kontrol etmek için eşdeğer bir mekanik sistem tasarlamaktan genellikle daha kolay ve daha ucuzdur.

Basitleştirilmiş İşlem

Bir transistör, başka bir terminal çiftinde çok daha büyük bir sinyali kontrol etmek için bir terminal çifti arasına uygulanan küçük bir sinyali kullanabilir. Bu özelliğe kazanç denir. Daha zayıf bir giriş sinyaliyle orantılı olan daha güçlü bir çıkış sinyali, bir voltaj veya akım üretebilir ve böylece bir amplifikatör görevi görebilir. Alternatif olarak, transistör, akım miktarının diğer devre elemanları tarafından belirlendiği, elektrikle kontrol edilen bir anahtar olarak bir devrede akımı açmak veya kapatmak için kullanılabilir.

Bir devrede nasıl kullanıldıkları konusunda küçük farkları olan iki tip transistör vardır. Bipolar transistör, (B)Base, (C)Collector ve (E)Emitter olarak etiketlenmiş terminallere sahiptir. Base terminalindeki küçük bir akım (yani, Base ile Emitter arasında akan), collector ve emitter terminalleri arasında çok daha büyük bir akımı kontrol edebilir veya değiştirebilir. Alan etkili bir transistör için, terminaller (G)Gate, (S)Source ve (D)Drain olarak etiketlenir ve Gate’deki bir voltaj, Source ile Drain arasındaki akımı kontrol edebilir.

Transistör sembolü ve pin yapısı
MOSFET sembolü ve pin yapısı

Görüntü, bir devredeki tipik bir bipolar transistörü temsil eder. Tabandaki akıma bağlı olarak emitör ve kollektör terminalleri arasında bir yük akacaktır. Dahili olarak taban ve emitör bağlantıları bir yarı iletken diyot gibi davrandığından, baz akımı varken baz ve emitör arasında bir voltaj düşüşü oluşur. Bu voltajın miktarı, transistörün yapıldığı malzemeye bağlıdır ve VBE olarak adlandırılır.

Anahtar olarak transistör

Transistörler, hem anahtarlamalı güç kaynakları gibi yüksek güçlü uygulamalar hem de mantık kapıları gibi düşük güçlü uygulamalar için “açık” veya “kapalı” durumda olabilen elektronik anahtarlar olarak dijital devrelerde yaygın olarak kullanılır. Bu uygulama için önemli parametreler arasında anahtarlanan akım, ele alınan voltaj ve yükselme ve düşme süreleri ile karakterize edilen anahtarlama hızı bulunur.

Anahtarlama-için-transistör
Anahtarlama için transistör

Gösterilen ışık anahtarı devresi gibi topraklanmış emitörlü bir transistör devresinde, taban voltajı arttıkça emitör ve kollektör akımları katlanarak yükselir. Kollektörden emitöre direncin azalması nedeniyle kollektör voltajı düşer. Kolektör ve emitör arasındaki voltaj farkı sıfır (veya sıfıra yakın) olsaydı, kollektör akımı yalnızca yük direnci (ampul) ve besleme voltajı ile sınırlanırdı. Buna doyma denir, çünkü akım kollektörden emitöre serbestçe akar. Doyduğunda, anahtarın açık olduğu söylenir.

Yeterli temel sürücü akımı sağlamak, anahtar olarak bipolar transistörlerin kullanımında önemli bir sorundur. Transistör, akım kazancı sağlar ve kollektördeki nispeten büyük bir akımın çok daha küçük bir akımla baz terminaline anahtarlanmasına izin verir. Bu akımların oranı, transistörün tipine bağlı olarak değişir ve hatta belirli bir tip için bile kollektör akımına bağlı olarak değişir. Gösterilen örnek ışık anahtarı devresinde, direnç, transistörün doymasını sağlamak için yeterli taban akımı sağlayacak şekilde seçilmiştir.

Bir anahtarlama devresinde, fikir, mümkün olduğunca yakın olarak, ideal anahtarın kapalıyken açık devre, açıkken kısa devre ve iki durum arasında anlık bir geçiş özelliklerine sahip olmasını simüle etmektir. Parametreler, “kapalı” çıkışın bağlı devreyi etkilemek için çok küçük kaçak akımlarla sınırlandırılması, “açık” durumdaki transistörün direnci devreyi etkilemek için çok küçük olması ve iki durum arasındaki geçişin yeterince hızlı olması için seçilir. zararlı bir etkiye sahip olmamak.

Amplifikatör olarak transistör

Amplifikatör olarak transistör
Amplifikatör olarak transistör

Ortak emitör amplifikatörü, voltajdaki (Vin) küçük bir değişikliğin, transistörün tabanındaki küçük akımı değiştireceği şekilde tasarlanmıştır; bu, akım amplifikasyonunun devrenin özellikleriyle birleştiğinde Vin’deki küçük salınımların Vout’ta büyük değişiklikler ürettiği anlamına gelir.

Tek transistörlü yükselteçlerin çeşitli konfigürasyonları mümkündür, bazıları akım kazancı, biraz voltaj kazancı ve bazıları her ikisini de sağlar.

Cep telefonlarından televizyonlara kadar çok sayıda ürün, ses üretimi, radyo iletimi ve sinyal işleme için amplifikatörler içerir. İlk ayrık-transistörlü ses yükselticileri birkaç yüz miliwatt güç sağlıyordu, ancak daha iyi transistörler kullanıma sunuldukça ve yükseltici mimarisi geliştikçe güç ve ses doğruluğu giderek arttı.

Birkaç yüz watt’a kadar modern transistör ses yükselticileri yaygın ve nispeten ucuzdur.

Vakum Tüpleri ile Karşılaştırma

Transistörler geliştirilmeden önce, vakum (elektron) tüpleri (veya Birleşik Krallık’ta “termiyonik valfler” veya sadece “valfler”) elektronik ekipmandaki ana aktif bileşenlerdi.

Avantajlar

Çoğu uygulamada transistörlerin vakum tüplerinin yerini almasına izin veren temel avantajlar şunlardır:

  • Katot ısıtıcısı yoktur (tüplerin karakteristik turuncu parıltısını üretir), güç tüketimini azaltır, tüp ısıtıcıları ısınırken gecikmeyi ortadan kaldırır ve katot zehirlenmesinden ve tükenmesinden bağışıktır.
  • Çok küçük boyut ve ağırlık, ekipman boyutunu azaltır.
  • Çok sayıda son derece küçük transistör, tek bir entegre devre olarak üretilebilir.
  • Sadece birkaç hücreli pillerle uyumlu düşük çalışma voltajları.
  • Daha yüksek enerji verimliliğine sahip devreler genellikle mümkündür. Özellikle düşük güç uygulamaları (örneğin, voltaj yükseltme) için enerji tüketimi, tüplerden çok daha az olabilir.
  • Tamamlayıcı simetri devreleri dahil tasarım esnekliği sağlayan, vakum tüpleriyle mümkün olmayan tamamlayıcı cihazlar mevcuttur.
  • Mekanik şok ve titreşime karşı çok düşük hassasiyet, fiziksel sağlamlık sağlar ve şok kaynaklı sahte sinyalleri neredeyse ortadan kaldırır (örneğin, ses uygulamalarında mikrofonik).
  • Cam kılıfın kırılmasına, sızıntıya, gaz çıkışına ve diğer fiziksel hasarlara karşı hassas değildir.

Sınırlamalar (Eksiler)

Transistörler aşağıdaki sınırlamalara sahip olabilir:

  • Yüksek güçlü, yüksek frekanslı çalışma için arzu edilen vakum tüplerinin vakumunun sağladığı daha yüksek elektron hareketliliğinden yoksundurlar – örneğin bazı havadan televizyon vericilerinde ve bazılarında yükseltici olarak kullanılan hareketli dalga tüplerinde olduğu gibi. uydular
  • Transistörler ve diğer katı hal cihazları, kullanım sırasında elektrostatik deşarj dahil olmak üzere çok kısa elektriksel ve termal olaylardan kaynaklanan hasara karşı hassastır. Vakum tüpleri elektriksel olarak çok daha sağlamdır.
  • Radyasyona ve kozmik ışınlara karşı hassastırlar (uzay aracı cihazları için radyasyonla sertleştirilmiş özel çipler kullanılır).
  • Ses uygulamalarında, transistörler, vakum tüplerinin özelliği olan ve bazıları tarafından tercih edilen düşük harmonik distorsiyondan (tüp sesi denilen) yoksundur.

Çeşitleri

Sınıflandırma

Transistörler şu şekilde sınıflandırılır:

  • Yapı: MOSFET (IGFET), BJT, JFET, yalıtılmış kapılı bipolar transistör (IGBT), diğer tipler.
  • Yarı iletken malzeme (dopantlar):
        • Metaloidler; Germanyum (ilk olarak 1947’de kullanıldı) ve silikon (ilk kez 1954’te kullanıldı) – amorf, polikristal ve monokristal formda.
        • Galyum arsenit (1966) ve silikon karbür (1997) bileşikleri.
        • Alaşım silikon-germanyum (1989)
        • Karbon grafenin allotropu (2004’ten beri devam eden araştırma), vb. (bkz. Yarı iletken malzeme).
  • Elektriksel polarite (pozitif ve negatif): NPN, PNP (BJT’ler), N-kanalı, P-kanalı (FET’ler).
  • Maksimum güç derecesi: düşük, orta, yüksek.
  • Maksimum çalışma frekansı: düşük, orta, yüksek, radyo (RF), mikrodalga frekansı (bir ortak yayıcı veya ortak kaynak devresindeki bir transistörün maksimum etkili frekansı, geçiş frekansının kısaltması olan fT terimi ile gösterilir—frekans geçişin frekansı, transistörün birim voltaj kazancı sağladığı frekanstır)
  • Uygulama: anahtar, genel amaçlı, ses, yüksek voltaj, süper beta, eşleşen çift.
  • Fiziksel paketleme: delikli metal, delikli plastik, yüzeye montaj, bilyeli ızgara dizisi, güç modülleri (bkz. Paketleme).
  • Amplifikasyon faktörü hFE, βF (transistör beta) veya gm (geçiş iletkenliği).
  • Çalışma sıcaklığı: Aşırı sıcaklık transistörleri ve geleneksel sıcaklık transistörleri (−55 ila 150 °C (−67 ila 302 °F)). Aşırı sıcaklık transistörleri, yüksek sıcaklık transistörlerini (150 °C’nin (302 °F) üzerinde) ve düşük sıcaklık transistörlerini (−55 °C’nin (−67 °F) altında) içerir. 250 °C’ye (482 °F) kadar termal olarak kararlı çalışan yüksek sıcaklık transistörleri, iç içe geçmiş yarı kristalin konjuge polimerleri ve yüksek cam geçiş sıcaklığı yalıtıcı polimerleri harmanlamak için genel bir strateji ile geliştirilebilir.

Bu nedenle, belirli bir transistör silikon, yüzeye monte, BJT, NPN, düşük güç, yüksek frekans anahtarı olarak tanımlanabilir.

MOSFET’lerin ve BJT’lerin Kullanımı

MOSFET, hem dijital devreler hem de analog devreler için açık ara en yaygın kullanılan transistördür ve[81] dünyadaki tüm transistörlerin %99,9’unu oluşturur. Bipolar bağlantı transistörü (BJT), daha önce 1950’lerden 1960’lara kadar en yaygın kullanılan transistördü. MOSFET’ler 1970’lerde yaygın olarak kullanılabilir hale geldikten sonra bile, BJT, MOSFET cihazları (güç MOSFET’leri, LDMOS ve RF CMOS gibi) çoğu güç için değiştirilene kadar, daha yüksek doğrusallıkları nedeniyle amplifikatörler gibi birçok analog devre için tercih edilen transistör olarak kaldı.

1980’lerde elektronik uygulamalar. Entegre devrelerde, MOSFET’lerin arzu edilen özellikleri, 1970’lerde dijital devreler için neredeyse tüm pazar payını yakalamalarına izin verdi. Ayrık MOSFET’ler (tipik olarak güç MOSFET’leri), analog devreler, voltaj regülatörleri, amplifikatörler, güç vericileri ve motor sürücüleri dahil olmak üzere transistör uygulamalarında uygulanabilir.

Diğer Transistör Çeşitleri

  • Alan etkili transistör (FET):
    • Kapının sığ bir yalıtkan tabakası ile yalıtıldığı metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET)
      • p tipi MOS (PMOS)
      • n-tipi MOS (NMOS)
      • tamamlayıcı MOS (CMOS)
        • Güç elektroniği için RF CMOS
      • Çok kapılı alan etkili transistör (MuGFET)
        • Fin alan etkili transistör (FinFET), kaynak/boşaltma bölgesi silikon yüzeyindeki kanatçıkları şekillendirir
        • GAAFET, FinFET’e benzer ancak kanatlar yerine nanoteller kullanılır, nanoteller dikey olarak istiflenir ve kapı tarafından 4 tarafı çevrilidir.
        • MBCFET, Samsung tarafından yapılan nanoteller yerine nanosheets kullanan bir GAAFET çeşidi
      • LCD ve OLED ekranlarda kullanılan ince film transistör
      • Uçucu olmayan depolama için kayan kapılı MOSFET (FGMOS)
      • Güç MOSFET , güç elektroniği için
        • yanal dağınık MOS (LDMOS)
    • Kanal malzemesinin bir karbon nanotüp ile değiştirildiği karbon nanotüp alan etkili transistör (CNFET)
    • Kapının ters yönlü bir p-n bağlantısı ile yalıtıldığı bağlantı kapısı alan etkili transistör (JFET)
    • Ap-n bağlantısı yerine Schottky bağlantısı olan JFET’e benzer metal-yarı iletken alan etkili transistör (MESFET)
      • Yüksek elektron hareketli transistör (HEMT)
    • Ters-T alan etkili transistör (ITFET)
    • Hızlı-ters epitaksiyel diyot alan etkili transistör (FREDFET)
    • Yarı iletkenin organik bir bileşik olduğu organik alan etkili transistör (OFET)
    • Balistik transistör (anlam ayrım)
    • Çevreyi algılamak için kullanılan FET’ler
      • Çözeltideki iyon konsantrasyonlarını ölçmek için iyona duyarlı alan etkili transistör (ISFET),
      • Elektrolit-oksit yarı-iletken alan etkili transistor (EOSFET), neurochip ,
      • Deoksiribonükleik asit alan etkili transistör (DNAFET).
  • Bipolar bağlantı transistörü (BJT):
    • Modern ultra hızlı ve RF devrelerinde yaygın olan birkaç yüz GHz’e kadar heterojunction bipolar transistör
    • Schottky transistör
    • çığ transistörü
    • Darlington transistörleri , iki transistörün akım kazançlarının ürününe eşit yüksek bir akım kazancı sağlamak için birbirine bağlanmış iki BJT’dir.
    • Yalıtımlı kapılı bipolar transistörler (IGBT’ler), yüksek giriş empedansı sağlamak için benzer şekilde bir güç BJT’sine bağlı orta güçlü bir IGFET kullanır. Güç diyotları, belirli kullanıma bağlı olarak genellikle belirli terminaller arasına bağlanır. IGBT’ler özellikle ağır hizmet tipi endüstriyel uygulamalar için uygundur. ASEA Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100 , [82] , üç fazlı güç kaynakları, evler 190 mm 140 ile 38 ölçme ve 1.5 kg ağırlığındaki bir durumda, üç, n-p-n IGBT’ler yöneliktir. Her bir IGBT 1.700 volt olarak derecelendirilmiştir ve 2.400 amper işleyebilir
    • Fototransistör .
    • Verici anahtarlamalı bipolar transistör (ESBT), kaskod topolojisinde yüksek voltajlı bipolar transistörün ve düşük voltajlı güçlü MOSFET’in monolitik bir konfigürasyonudur . 2000’lerde STMicroelectronics tarafından tanıtıldı [83] ve birkaç yıl sonra 2012 civarında terk edildi. [84]
    • Transistör-transistör mantığında ve entegre akım aynalarında kullanılan çoklu yayıcı transistör
    • Bir plak çaların veya radyo ön uçlarının alınması gibi gürültülü ortamlarda çok düşük seviyeli sinyalleri yükseltmek için kullanılan çok tabanlı transistör . Etkili olarak, çıkışta sinyalin yapıcı olarak eklendiği, ancak rastgele gürültünün yalnızca stokastik olarak eklendiği paralel olarak çok sayıda transistördür . [85]
  • Bir bariyerden kuantum tünellemeyi modüle ederek geçiş yaptığı tünel alan etkili transistör .
  • Dopantların yarı iletken substrata yayılmasıyla oluşturulan difüzyon transistörü ; hem BJT hem de FET olabilir.
  • Unijunction transistör , basit puls üreteçleri olarak kullanılabilir. Her iki ucunda ohmik kontaklar bulunan p-tipi veya n-tipi yarı iletkenin ana gövdesini içerir (terminaller Base1 ve Base2 ). Üçüncü terminal ( Verici ) için gövde uzunluğu boyunca bir noktada zıt yarı iletken tipine sahip bir bağlantı oluşturulur .
  • Tek elektronlu transistörler (SET), iki tünel bağlantısı arasında bir geçit adasından oluşur. Tünel açma akımı, kapasitör aracılığıyla kapıya uygulanan bir voltaj tarafından kontrol edilir. [86]
  • Nanoakışkan transistör , iyonların mikroskobik altı, su dolu kanallardan hareketini kontrol eder.
  • Çok kapılı cihazlar :
    • tetrode transistör
    • pentot transistör
    • Trigate transistör (Intel’in prototipi)
    • Çift kapılı alan etkili transistörler , yüksek frekanslı amplifikatörler , karıştırıcılar ve osilatörler için optimize edilmiş bir konfigürasyon olan , kaskodda iki kapılı tek bir kanala sahiptir .
  • Bağlantısız nanotel transistör (JNT), elektronların telden akışını sağlamak için hareket eden elektriksel olarak yalıtılmış bir “alyans” ile çevrili basit bir silikon nanotel kullanır.
  • Vakum kanallı transistör , 2012’de NASA ve Güney Kore’deki Ulusal Nanofab Merkezi’nin yalnızca 150 nanometre boyutunda bir prototip vakum kanallı transistör inşa ettiği bildirildiğinde, standart silikon yarı iletken işleme kullanılarak ucuza üretilebilir, yüksek hızda çalışabilir düşman ortamlarda bile hızlanır ve standart bir transistör kadar güç tüketebilir. [88]
  • Organik elektrokimyasal transistör .
  • Solaristör (güneş pili transistöründen), iki terminalli kapısız , kendi kendine güç sağlayan bir fototransistör.

Parça numaralandırma standartları/spesifikasyonlarıDüzenlemek

Transistör türleri parça numarasından ayrıştırılabilir. Üç ana yarı iletken adlandırma standardı vardır. Her birinde, alfasayısal önek, aygıtın türüne ilişkin ipuçları sağlar.

Ortak Elektron Cihazı Mühendislik Konseyi (JEDEC)Düzenlemesi

Amerikan JEDEC parça numaralandırma şeması 1960’larda gelişti. JEDEC EIA-370 transistör cihaz numaraları genellikle “2N” ile başlar ve üç terminalli bir cihazı belirtir (çift kapılı alan etkili transistörler dört terminalli cihazlardır, bu nedenle 3N ile başlar), ardından 2, 3 veya 4 basamaklı cihaz özellikleri açısından önemi olmayan sıralı sayı (düşük sayılara sahip erken cihazlar germanyum olma eğiliminde olsa da). Örneğin, 2N3055 bir silikon n–p–n güç transistörüdür, 2N1301 ap–n–p germanyum anahtarlamalı transistördür. Bir harf soneki (“A” gibi) bazen daha yeni bir varyantı belirtmek için kullanılır, ancak nadiren gruplamalar kazanır.

JEDEC önek tablosu
ÖnekTip ve kullanım
1Ndiyotlar gibi iki terminalli cihaz
2Ntransistörler veya tek kapılı alan etkili transistörler gibi üç terminalli cihaz
3Nçift ​​kapılı alan etkili transistörler gibi dört terminalli cihaz

Japon Endüstri Standardı (JIS)Düzenlemesi

Transistör parça numaraları için Japon JIS-C-7012 spesifikasyonu “2S” ile başlar, [89], örneğin 2SD965, ancak bazen “2S” öneki paket üzerinde işaretlenmez – 2SD965 sadece “D965” olarak işaretlenebilir; 2SC1815, bir tedarikçi tarafından basitçe “C1815” olarak listelenebilir. Bu seride bazen daha sıkı h FE (kazanç) grupları gibi varyantları belirtmek için (“R”, “O”, “BL”, “kırmızı”, “turuncu”, “mavi” vb.) .

JIS transistör önek tablosu
ÖnekTip ve kullanım
2SAyüksek frekanslı p–n–p BJT
2SBses frekansı p–n–p BJT
2SCyüksek frekanslı n–p–n BJT
2SDses frekansı n–p–n BJT
2SJP-kanalı FET (hem JFET hem de MOSFET)
2SKN-kanal FET (hem JFET hem de MOSFET)

Avrupa Elektronik Bileşen Üreticileri Birliği (EECA)Düzenlemesi

Avrupa EECA parça numaralandırma şeması, 1983 yılında EECA ile birleştiğinde Pro Electron’dan miras alınmıştır . Bu parça numaralandırma şeması iki harfle başlar: ilki yarı iletken tipini verir (almanyum için A, silikon için B ve GaAs gibi malzemeler için C) ; ikinci harf kullanım amacını belirtir (diyot için A, genel amaçlı transistör için C, vb.). Ardından 3 basamaklı bir sıra numarası (veya endüstriyel tipler için bir harf sonra iki basamak) gelir. Erken cihazlarla bu, kasa tipini gösterdi. Son ekler bir harfle kullanılabilir (örneğin “C” genellikle yüksek h FE anlamına gelir , örneğin: BC549C [90] ) veya diğer kodlar kazancı (örneğin BC327-25) veya voltaj derecesini (örneğin BUK854-800A) göstermek için kullanılabilir. [91]). Daha yaygın önekler şunlardır:

EECA transistör önek tablosu
ÖnekTip ve kullanımÖrnekEş değerReferans
ACGermanyum , küçük sinyalli AF transistörüAC126NTE102A
ADGermanyum, AF güç transistörüAD133NTE179
AFGermanyum, küçük sinyalli RF transistörAF117NTE160
ALGermanyum, RF güç transistörüALZ10NTE100
ASGermanyum, anahtarlama transistörüASY28NTE101
AUGermanyum, güç anahtarlamalı transistörAU103NTE127
M.ÖSilikon , küçük sinyal transistörü (“genel amaçlı”)BC5482N3904Veri Sayfası
BDSilikon, güç transistörüBD139NTE375Veri Sayfası
BFSilikon, RF (yüksek frekans) BJT veya FETBF245NTE133Veri Sayfası
BSSilikon, anahtarlamalı transistör (BJT veya MOSFET )BS1702N7000Veri Sayfası
BLSilikon, yüksek frekans, yüksek güç (vericiler için)BLW60NTE325Veri Sayfası
İBSilikon, yüksek voltaj ( CRT yatay sapma devreleri için)BU2520ANTE2354Veri Sayfası
CFGalyum arsenit , küçük sinyalli mikrodalga transistör ( MESFET )CF739Veri Sayfası
CLGalyum arsenit, mikrodalga güç transistörü ( FET )CLY10Veri Sayfası

Yapı

Yarı iletken malzeme özellikleri
yarı iletken
malzeme
Bağlantı ileri
gerilimi
V @ 25 °C
Elektron hareketliliği
m 2 /(V·s) @ 25 °C
Delik hareketliliği
m 2 /(V·s) @ 25 °C
Maks.
bağlantı sıcaklığı
°C
Ge0.270.390.1970 ila 100
Si0.710.140.05150 ila 200
GaAs1.030.850.05150 ila 200
Al-Si birleşimi0,3150 ila 200

 

Kılıf

Çeşitli Transistör Kılıfları
Çeşitli Transistör Kılıfları

Ayrık transistörler, ayrı ayrı paketlenmiş transistörler veya paketlenmemiş transistör yongaları (kalıplar) olabilir.

Transistörler birçok farklı yarı iletken pakette gelir (resme bakın). İki ana kategori, açık delik (veya kurşunlu ) ve yüzeye montaj cihazı ( SMD ) olarak da bilinen yüzeye montajdır . Top ızgara dizisi ( BGA ) son yüzey montaj paketi (şu anda sadece büyük entegre devreler için). Alt tarafında kurşun yerine lehim “topları” vardır. Daha küçük oldukları ve daha kısa ara bağlantılara sahip oldukları için SMD’ler daha iyi yüksek frekans özelliklerine ancak daha düşük güç derecelerine sahiptir.

Transistör paketleri cam, metal, seramik veya plastikten yapılmıştır. Paket genellikle güç derecesini ve frekans özelliklerini belirler. Güç transistörleri, gelişmiş soğutma için ısı emicilere kenetlenebilen daha büyük paketlere sahiptir . Ek olarak, çoğu güç transistörü, metal muhafazaya fiziksel olarak bağlı toplayıcı veya tahliyeye sahiptir. Diğer uçta, bazı yüzeye monte mikrodalga transistörler kum taneleri kadar küçüktür.

Genellikle belirli bir transistör tipi birkaç pakette mevcuttur. Transistör paketleri esas olarak standartlaştırılmıştır, ancak bir transistörün işlevlerinin uçbirimlere atanması öyle değildir: diğer transistör türleri paketin uçbirimlerine başka işlevler atayabilir. Aynı transistör tipi için bile terminal ataması değişebilir (normalde parça numarasının son eki ile belirtilir, qe BC212L ve BC212K).

Günümüzde çoğu transistör, geniş bir SMT paketi yelpazesinde gelir, buna kıyasla, mevcut delikli paketlerin listesi nispeten küçüktür, burada en yaygın delikli transistör paketlerinin alfabetik sırayla kısa bir listesi: ATV, E-line, MRT, HRT, SC-43, SC-72, TO-3, TO-18, TO-39, TO-92, TO-126, TO220, TO247, TO251, TO262, ZTX851.

Paketlenmemiş transistör çipleri (kalıp) hibrit cihazlara monte edilebilir. IBM SLT 1960’ların modülü böyle bir melez devre modülü kullanılarak cam pasifize transistörü (ve diyot) kalıbın bir örnektir. Çip olarak ayrık transistörler için diğer paketleme teknikleri arasında doğrudan çip takma (DCA) ve çip üzerinde çip (COB) bulunur.

Esnek transistörler

Araştırmacılar, organik alan etkili transistörler de dahil olmak üzere birkaç çeşit esnek transistör yaptılar . Esnek transistörler, bazı esnek ekranlarda ve diğer esnek elektroniklerde kullanışlıdır .


Kaynak: wikipedia, RadioMuseum, Computer History Museum

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.