Transistor

Transistor

For other uses, see Transistor (disambiguation).

Assorted discrete transistors.

Packages in order from top to

bottom: TO-3, TO-126, TO-92,

SOT-23

A transistor is a semiconductor device used to amplify and switch electronic signals and electrical power. It is composed of semiconductor material with at least three terminals for connection to an external circuit. A voltage or current applied to one pair of the transistor's terminals changes the current through another pair of terminals. Because the controlled (output) power can be higher than the controlling (input) power, a transistor can amplify a signal. Today, some transistors are packaged individually, but many more are found embedded in integrated circuits. The transistor is the fundamental building block of modern electronic devices, and is ubiquitous in modern electronic systems. Following its development in 1947 by John Bardeen, Walter Brattain, and William Shockley, the transistor revolutionized the field of electronics, and paved the way for smaller and cheaper radios, calculators, and computers, among other things. The transistor is on the list of IEEE milestones in electronics, and the inventors were jointly awarded the 1956 Nobel Prize in Physics for their achievement.

History

Main article: History of the transistor

A replica of the first working transistor. The thermionic triode, a vacuum tube invented in 1907, propelled the electronics age forward, enabling amplified radio technology and long-distance telephony. The triode, however, was a fragile device that consumed a lot of power. Physicist Julius Edgar Lilienfeld filed a patent for a field-effect transistor (FET) in Canada in 1925, which was intended to be a solid-state replacement for the triode. Lilienfeld also filed identical patents in the United States in 1926 and 1928. However, Lilienfeld did not publish any research articles about his devices nor did his patents cite any specific examples of a working prototype. Because the production of high-quality semiconductor materials was still decades away, Lilienfeld's solid-state amplifier ideas would not have found practical use in the 1920s and 1930s, even if such a device had been built. In 1934, German inventor Oskar Heil patented a similar device. Transistor 2 John Bardeen, William Shockley and Walter Brattain at Bell Labs, 1948. From November 17, 1947 to December 23, 1947, John Bardeen and Walter Brattain at AT&T's Bell Labs in the United States, performed experiments and observed that when two gold point contacts were applied to a crystal of germanium, a signal was produced with the output power greater than the input. Solid State Physics Group leader William Shockley saw the potential in this, and over the next few months worked to greatly expand the knowledge of semiconductors. The term transistor was coined by John R. Pierce as a portmanteau of the term "transfer resistor". According to Lillian Hoddeson and Vicki Daitch, authors of a biography of John Bardeen, Shockley had proposed that Bell Labs' first patent for a transistor should be based on the field-effect and that he be named as the inventor. Having unearthed Lilienfeld’s patents that went into obscurity years earlier, lawyers at Bell Labs advised against Shockley's proposal because the idea of a field-effect transistor that used an electric field as a "grid" was not new. Instead, what Bardeen, Brattain, and Shockley invented in 1947 was the first point-contact transistor. In acknowledgement of this accomplishment, Shockley, Bardeen, and Brattain were jointly awarded the 1956 Nobel Prize in Physics "for their researches on semiconductors and their discovery of the transistor effect."In 1948, the point-contact transistor was independently invented by German physicists Herbert Matare and Heinrich Welker while working at the Compagnie des Freins et Signaux, a Westinghouse subsidiary located in Paris. Matare had previous experience in developing crystal rectifiers from silicon and germanium in the German radar effort during World War II. Using this knowledge, he began researching the phenomenon of "interference" in 1947. By witnessing currents flowing through point-contacts, similar to what Bardeen and Brattain had accomplished earlier in December 1947, Matare by June 1948, was able to produce consistent results by using samples of germanium produced by Welker. Realizing that Bell Labs' scientists had already invented the transistor before them, the company rushed to get its "transistron" into production for amplified use in France's telephone network. Philco surface-barrier transistor developed and produced in 1953 The first high-frequency transistor was the surface-barrier germanium transistor developed by Philco in 1953, capable of operating up to 60 MHz. These were made by etching depressions into an N-type germanium base from both sides with jets of Indium(III) sulfate until it was a few ten-thousandths of an inch thick. Indium electroplated into the depressions formed the collector and emitter. The first all-transistor car radio, which was produced in 1955 by Chrysler and Philco, used these transistors in its circuitry and also they were the first suitable for high-speed computers. The first working silicon transistor was developed at Bell Labs on January 26, 1954 by Morris Tanenbaum. The first commercial silicon transistor was produced by Texas Instruments in 1954. This was the work of Gordon Teal, an expert in growing crystals of high purity, who had previously worked at Bell Labs. The first MOS transistor actually built was by Kahng and Atalla at Bell Labs in 1960.

Importance

A Darlington transistor opened up so the actual transistor chip (the small square) can be seen inside. A Darlington transistor is effectively two transistors on the same chip. One transistor is much larger than the other, but both are large in comparison to transistors in large-scale integration because this particular example is intended for power applications. The transistor is the key active component in practically all modern electronics. Many consider it to be one of the greatest inventions of the

20th century. Its importance in today's society rests on its ability to be mass-produced using a highly automated process (semiconductor device fabrication) that achieves astonishingly low per-transistor costs. The invention of the first transistor at Bell Labs was named an IEEE Milestone in 2009.

Although several companies each produce over a billion individually packaged (known as discrete) transistors every year, the vast majority of transistors are now produced in integrated circuits (often shortened to IC, microchips or simply chips), along with diodes, resistors, capacitors and other electronic components, to produce complete electronic circuits. A logic gate consists of up to about twenty transistors whereas an advanced microprocessor, as of 2009, can use as many as 3 billion transistors (MOSFETs). "About 60 million transistors were built in 2002 ... for [each] man, woman, and child on Earth." The transistor's low cost, flexibility, and reliability have made it a ubiquitous device. Transistorized mechatronic circuits have replaced electromechanical devices in controlling appliances and machinery. It is often easier and cheaper to use a standard microcontroller and write a computer program to carry out a control function than to design an equivalent mechanical control function.

Simplified operation

A simple circuit diagram to show the labels of a n–p–n bipolar transistor. The essential usefulness of a transistor comes from its ability to use a small signal applied between one pair of its terminals to control a much larger signal at another pair of terminals. This property is called gain. A transistor can control its output in proportion to the input signal; that is, it can act as an amplifier. Alternatively, the transistor can be used to turn current on or off in a circuit as an electrically controlled switch, where the amount of current is determined by other circuit elements. There are two types of transistors, which have slight differences in how they are used in a circuit. A bipolar transistor has terminals labeled base, collector, and emitter. A small current at the base terminal (that is, flowing between the base and the emitter) can control or switch a much larger current between the collector and emitter terminals. For a field-effect transistor, the terminals are labeled gate, source, and drain, and a voltage at the gate can control a current between source and drain. The image to the right represents a typical bipolar transistor in a circuit. Charge will flow between emitter and collector terminals depending on the current in the base. Because internally the base and emitter connections behave like a semiconductor diode, a voltage drop develops between base and emitter while the base current exists. The amount of this voltage depends on the material the transistor is made from, and is referred to as VBE.

Naming problems

With so many independent naming schemes, and the abbreviation of part numbers when printed on the devices, ambiguity sometimes occurs. For example two different devices may be marked "J176" (one the J176 low-power Junction FET, the other the higher-powered MOSFET 2SJ176). As older "through-hole" transistors are given surface-mount packaged counterparts, they tend to be assigned many different part numbers because manufacturers have their own systems to cope with the variety in pinout arrangements and options for dual or matched n–p–n+p–n–p devices in one pack. So even when the original device (such as a 2N3904) may have been assigned by a standards authority, and well known by engineers over the years, the new versions are far from standardized in their naming.

Перевод от гугла

ТранзисторИ другие значения, см. транзистор (значения).Ассорти дискретные транзисторы.Пакеты в порядке сверхунижнее: TO-3, TO-126, TO-92,SOT-23Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор используется для усиления и переключения электронногосигналы и электрической энергии. Он состоит из полупроводникового материала с по меньшейнаименее три клеммы для подключения к внешней цепи. Напряжение или токприменяется к одной паре клемм транзистор изменяет ток черездругая пара терминалов. Поскольку контролируется (выход) мощность может быть вышечем контрольного (вход) власти, транзистор может усиливать сигнал. Сегодня некоторыетранзисторы упакованы по отдельности, но еще многие находятся встроенные винтегральные схемы.Транзистор является фундаментальным строительным блоком современных электронных устройств,и повсеместно в современных электронных систем. После его развитие в1947 Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли, транзисторареволюцию в области электроники, и проложил путь для меньше и дешевлерадиоприемников, калькуляторов и компьютеров, среди прочего. Транзистор поСписок IEEE вех в электронике, и изобретателей была совместно присуждена1956 Нобелевская премия по физике для их достижения.ИсторияОсновная статья: История транзистораТочная копия первого рабочего транзистора.Термоэлектронная триод, вакуумная трубка изобретен в 1907 году, приводится в движениеэлектроника возраст вперед, что позволяет усиливается технологии радио-имеждугородная телефонная связь. Триод, однако, было хрупким устройство, котороепотребляется много энергии. Физик Юлий Эдгар Лилиенфельд подалпатент на полевой транзистор (FET) в Канаде в 1925 году, который былпредназначен для твердотельный замена для триода. [1] [2] Лилиенфельдтакже подали идентичные патентов в Соединенных Штатах в 1926 и 1928 году.Тем не менее, Лилиенфельд не публиковать научные статьи о егоустройства также не его патенты привести любые конкретные примеры рабочуюПрототип. Поскольку производство высококачественной полупроводникаматериалы по-прежнему уйдут десятилетия, твердотельные усилитель идеи Lilienfeld вне нашли практическое применение в 1920-х и 1930-х годов, даже еслибыло построено такое устройство. В 1934 году немецкий изобретатель Оскар Хайль запатентовал подобное устройство. [3]Транзистор 2Джон Бардин, Уильям Шокли и УолтерБраттейн в Bell Labs, 1948.С 17 ноября 1947 по 23 декабря 1947, Джон Бардин иВальтер Браттейн в AT & T в Bell Labs в США, выполняетсяэксперименты и заметил, что, когда два золота точечные контакты былиналожении на кристалл германия, сигнал был произведен свыходная мощность больше, чем на входе. Твердые лидер Государственный Группа физикиУильям Шокли увидел потенциал в этом, и в течение следующих несколькихмесяцев работал значительно расширить знания о полупроводниках.Термин транзистор был придуман Джоном Р. Пирса как от англтермин "передача резистор". Согласно Лилиан Hoddeson и ВикиСаундэкс Дэйча, авторы биографии Джона Бардина, Шокли былПредполагается, что первый патент Bell Labs "для транзистора должны быть основаны наполевой и что он будет называться как изобретатель. После раскопалиПатенты Lilienfeld о том, что пошли уходит в прошлое, лет назад, юристы Bell Labs, рекомендованное против предложения Шоклипотому что идея полевого транзистора, который использовал электрическое поле как "сетки" не была новой. Вместо того, что Бардин,Браттейн и Шокли изобрел в 1947 году был первым микроконтактная транзистор. В подтверждение этогодостижение, Шокли, Бардин и Браттейн была совместно присуждена 1956 Нобелевскую премию по физике «за ихисследования по полупроводников и их открытия транзисторного эффекта ».В 1948 году микроконтактная транзистор был независимо изобретен немецкими физиками Герберт Матаре и ГенрихУэлкер, работая в Compagnie де Freins др. Signaux, дочерней Westinghouse находится в Париже. Матаребыл предыдущий опыт в разработке кристально выпрямители от кремния и германия в немецком радиолокационной усилийво время Второй мировой войны. Используя эту информацию, он начал исследовать феномен "вмешательства" в 1947 году. Посвидетелями токи, протекающие через точечных контактов, подобных тому, что Бардин и Браттейн проделали ранее вДекабре 1947 года Матаре к июню 1948 года, был способен производить последовательные результаты, используя образцы германияпроизводится Welker. Понимая, что ученые Bell Labs »уже изобрели транзистор перед ними,Компания помчались, чтобы получить свою «transistron" в производство для усиленного использования в телефонной сети Франции.Philco поверхностно-барьерный транзистор разработан ипроизводится в 1953 годуПервый высокочастотный транзистор был поверхностно-барьерный германиятранзистор разработан PHILCO в 1953 году, способен работать до 60МГц. [4] Они были сделаны путем травления углублений в N-типане германия база с обеих сторон струями индия (III) сульфат до негобыло несколько десятитысячных дюйма толщиной. Индий гальваническим ввпадины образуются коллектором и эмиттером. [5] [6] Первыйвсе-транзистор автомобильный радиоприемник, который был произведен в 1955 году Chrysler иPhilco, использовали эти транзисторы в схеме, а также они были первымиподходит для высокоскоростных компьютеров. [7] [8] [9] [10]Первая рабочая кремниевый транзистор был разработан в Bell Labs на26 января 1954 Моррис Таненбаум. [11] Первый коммерческийкремниевый транзистор был произведен Texas Instruments в 1954 году. [12] Этобыла работа Гордона Teal, эксперт в выращивания кристаллов высокогочистота, который ранее работал в Bell Labs. [13] Первый МОПтранзистор фактически построен был по Kahng и Atalla в Bell Labs в1960. [14]ЗначениеТранзистор Дарлингтона открыли поэтому фактическоечип транзистор (маленький квадрат) можно увидетьвнутри. Транзистор Дарлингтона эффективно двухтранзисторов на одной микросхеме. Один транзисторнамного больше, чем другой, но оба имеют большиесравнение с транзисторов в крупномасштабныхинтеграция, потому что этот конкретный примерпредназначен для силовых цепей.Транзистор является ключом активный компонент практически во всех современныхэлектроника. Многие считают его одним из величайших изобретений20-го века. Его значение в современном обществе зависит от его способности бытьмассовое производство с использованием высоко автоматизированный процесс (полупроводниковыйизготовление устройства), что обеспечивает удивительно низкая стоимость транзистора.Изобретение первого транзистора в Bell Labs был назван IEEEВеха в 2009 году.Хотя несколько компаний каждый производят более миллиарда индивидуальноупакованы (известный как дискретной) транзисторов каждый год, [15] подавляющееБольшинство транзисторов в настоящее время производится в интегральных схемах (частосокращен до IC, микросхем или просто фишки), наряду с диодами,резисторы, конденсаторы и другие электронные компоненты, для производствазавершить электронных схем. Логический элемент может содержать до примернодвадцать транзисторов в то время как передовые микропроцессор, с 2009 года,может использовать до 3 млрд. транзисторов (МОП-транзисторы). [16] "О 60миллионов транзисторов были построены в 2002 году ... для [каждого] мужчина, женщина и ребенок на Земле ". [17]Транзистора низкая стоимость, гибкость и надежность сделали его повсеместно устройство. Transistorized мехатронныйсхемы заменили электромеханические устройства в управлении приборы и оборудование. Это часто проще идешевле использовать стандартный микроконтроллер и написать компьютерную программу для выполнения функции управления, чем для разработкиэквивалентная функция механическое управление.Упрощенная работаПростой схема, чтобы показать меткин-р-н биполярный транзистор.Существенным полезность транзистора происходит от ее способности использоватьнебольшой сигнал, подаваемый между одной парой своих терминалах контролировать гораздобольше сигнал на другой парой терминалов. Это свойство называется усиления.Транзистор может контролировать свой выходной сигнал пропорционально входному сигналу; чтоесть, он может действовать в качестве усилителя. Кроме того, транзистор может быть использован длявключить ток или выключить в цепи, как электрически управляемый переключатель,где величина тока определяется другими схемными элементами.Есть два типа транзисторов, которые имеют небольшие различия в томони используются в схеме. Биполярный транзистор имеет клеммы, обозначенныебаза, коллектор, эмиттер и. Небольшой ток в базовой терминала (тоесть, протекающего между базой и эмиттером) может контролировать или переключитьсягораздо больший ток между коллектором и эмиттером терминалов. Дляполевой транзистор, клеммы обозначаются ворота, источник ислить, и напряжение у ворот можно управлять, чтобы ток от источникаи процедить.Изображение справа представляет собой типичный биполярный транзистор в цепи. Зарядка будет течь между излучателем иколлектор терминалы в зависимости от тока в базе. Потому что внутри базой и эмиттером соединения ведут себякак полупроводникового диода, падение напряжения развивается между базой и эмиттером в то время как базовый ток существует.Количество этого напряжения зависит от материала транзистор изготовлен из, и упоминается как VBE.Именование проблемыС таким большим количеством независимых схемами именования, а также аббревиатуры номера деталей при печати на устройствах,двусмысленность иногда происходит. Например два различных устройства могут быть с пометкой "J176" (один J176 с низким энергопотреблениемРаспределительная FET, другой выше питанием MOSFET 2SJ176).Как старые "через отверстие" транзисторы приведены поверхностного монтажа упакованные коллег, они, как правило, назначается многиеразличные номера деталей, потому что производители имеют свои собственные системы, чтобы справиться с различными в распиновкамеханизмы и варианты двойных или подобранных н-р-п + р-н-р устройств в одной упаковке. Таким образом, даже когда оригинальное устройство(Например, 2N3904), возможно, были назначены по стандартизации власти, и хорошо известны инженерам за эти годы,новые версии далеки от стандартизированы в их наименовании.