Транзистор (теория)

Транзистор – это прибор (радиодеталь), позволяющий при подаче на него сигнала (слабого тока или «земли», в зависимости от типа переходов) управлять большим током, проходящим через него.

Чтобы это понять, можно представить одностороннюю дорогу с транспортом и светофором. Транспорт – большой ток, а светофор  является базой транзистора. Когда сигнала нет – светофор горит красным (база закрыта) и транспорт (большой ток) стоит, но когда светофор загорается зеленым светом (на базу подан небольшой ток - сигнал) – транспорт начинает ехать (до тех пор, пока есть сигнал на базе транзистора). При «открытом» транзисторе на выходе эмиттера ток с базы и ток с коллектора суммируется.

Транзисторы по своей структуре классифицируют на: биполярные (p-n-p и n-p-n переходами) и полевые (с p-n переходом и с изолированным затвором). Транзисторы с p-n переходом делят на: транзисторы с каналом p-типа и с каналом n-типа, а с изолированным затвором на: с индуцированным каналом и с встроенным каналом.

На главном изображении поста указаны основные типы корпусов, в которых на данный момент выпускают транзисторы (не считая smd транзисторы) – это TO-92 и TO-220.

Биполярные транзисторы по своему строению имеют 3 контакта: - база (base) – на нее подается малый ток, для того, чтоб дать возможность пройти по коллектору ток большой (земля на базе блокирует большой ток); - коллектор (collector) – к нему подводят большой ток, стремящийся к эмиттеру, управляемый сигналом на базе; - эмиттер (emitter) – при сигнале на базе транзистор открывается, и ток с базы и коллектора течет по эмиттеру.

Для биполярного транзистора важной характеристикой является h_fe (в некоторых источниках – «gain»).  Данный показатель указывает во сколько раз через переход коллектор-эмиттер можно пропустить большой ток, по отношению к току перехода база–эмиттер.

Приведу пример: допустим, h_fe = 500, и через переход база–эмиттер проходит ток 0.1mA, тогда транзистор пропустит максимум через себя 50mA. Если в электрической цепи за транзистором стоит деталь, потребляющая 30mA, то у транзистора будет запас, и он передаст именно 30mA, но если стоит деталь, потребляющая больше 50mA (например, 80mA), то ей будет доступно всего 50mA.

N-p-n и p-n-p – это разновидность структуры транзистора, сокращенно от названия слоев кремния в транзисторе (n-negative, p-positive). В транзисторах со структурой n-p-n большой ток протекает от коллектора к эмиттеру, только если к базе подведен слабый ток, а в транзисторах с p-n-p переходом ток протекает от коллектора к эмиттеру, если к базе подведена «земля», но блокируется когда есть на базе слабый ток.

Структуру транзистора можно визуально определить в обозначениях на схеме – стрелка всегда указывает переход от p (positive) к n (negative). Пример обозначения биполярных транзисторов на схеме и принцип их работы указан на изображениях выше и ниже данного абзаца.

Полевые транзисторы очень похожи по действию с биполярными транзисторами, только имеют некоторые отличия, а именно: - при тех же габаритах, что и биполярные транзисторы полевые позволяют пропускать через себя гораздо более мощный ток; - при подаче тока на затвор, ток не уходит в исток (не суммируется с током из стока).

Как и биполярные транзисторы, полевые имеют три контакта, по назначению схожие, но разные по названию: - затвор (gate) – открывает большой ток, направленный со стока на исток, при подаче на него напряжения; - сток (drain) – к нему подводят большой ток, стремящийся к истоку, управляемый сигналом на затворе; - исток (source) – при «открытом» транзисторе на исток поступает ток со стока (без тока с затвора).

Аналогично биполярным транзисторам полевые транзисторы имеют разную структуру: p-channel и n-channel. При n-типе транзистор «открывается» при подаче на затвор малого напряжения, а при p-типе транзистор «открывается» при подаче на затвор заземления.

На схеме полярные транзисторы с n-каналом изображены со стрелкой от истока к затвору, а транзисторы с p-каналом – от затвора к истоку.