Транзисторы — что это, характеристики, виды

Транзистор (или полупроводниковый триод) — это полупроводниковый прибор, позволяющий при помощи небольшого сигнала управлять значительными токами. Транзистор бывает самостоятельным компонентом, либо состоящим из нескольких компонентов, вместе выполняющих функцию одиночного транзистора. В настоящее время транзистор надежно закрепил статус неотъемлемой части большинства электронных устройств и интегральных схем.

В этой статье рассмотрены основные принципы работы транзисторов, их виды, конструктивные и электрические особенности, а также сферы применения.

История транзисторов

До появления транзистора основным элементом усиления и коммутации электрических сигналов была электронная лампа, которая была громоздкой, потребляла много энергии и имела короткий срок службы. Но не имела альтернатив.

Поиск более компактного и эффективного устройства привел исследователей к изучению полупроводниковых материалов и их свойствах — способности проводить ток при определенных условиях и изменять свою проводимость под воздействием внешних факторов.

Теоретические предпосылки для появления полупроводникового усилителя возникли еще в 1920–1930-е годы. В это время многие физики исследовали свойства германия и селена, отмечали эффект выпрямления и влияние примесей. Особенно важной стала работа польского физика Юлиуша Лилиенфельда, который в 1925 году предложил концепцию полевого транзистора и даже получил патент. Но в те годы технологии очистки и обработки полупроводников были недостаточными, и идея осталась на бумаге.

Ключевой прорыв произошел после Второй мировой войны в США. В лабораториях компании Bell Telephone Laboratories была собрана группа ученых, задачей которых стало создание нового типа усилительных элементов. Руководил проектом Уильям Шокли, а важнейшие эксперименты выполняли Джон Бардин и Уолтер Браттейн. Они исследовали поверхностные свойства полупроводников, поведение электронов на границах и роль примесей в проводимости.

23 декабря 1947 года Бардин и Браттейн представили первый работающий образец точечного транзистора на основе германия. Устройство представляло собой небольшой кристалл с двумя контактами, через которые проходил ток, управляемый сигналом. По сути, это был первый полупроводниковый усилитель, который наглядно доказал, что электронику можно строить не только на лампах.

Шокли, не участвовавший напрямую в демонстрации, вскоре разработал собственный вариант — биполярный транзистор плоскостного типа. Он оказался более удобным для массового производства и стал основой промышленного выпуска. Уже в начале 1950-х годов появились первые транзисторы сначала на германии, а затем на кремнии, который был стабильнее и надежнее.

В 1956 году Бардин, Браттейн и Шокли получили Нобелевскую премию по физике за открытие транзисторного эффекта. Это было признанием того, что их работа изменила не только электронику, но и всю технологическую цивилизацию. Транзистор быстро стал основой для вычислительной техники, связи, авиации и бытовой аппаратуры.

Мало-помалу мир оценил преимущества транзистора, лишенного недостатков электронной лампы, и новинка постепенно вытеснила устаревшего предшественника.

Вскоре инженеры перешли к созданию интегральных схем, где на одном кристалле размещались десятки, сотни, а затем миллионы транзисторов. Это дало рождение микропроцессорам и цифровой эпохе.

Устройство транзистора

Транзистор — это полупроводниковый прибор, в котором сочетаются несколько областей с разной проводимостью. Его основа — монокристалл кремния или германия, специально легированный примесями для получения областей p-типа и n-типа. Именно комбинация этих областей формирует структуру с двумя p–n переходами.

Области транзистора — основные части транзистора

• Эмиттер. Это часть транзистора, которая вводит (инжектирует) носители заряда. Эмиттер легируется достаточно сильно, чтобы обеспечивать большой поток электронов или дырок в соседнюю область.
• База. Очень тонкий слой между эмиттером и коллектором. Он легирован значительно слабее и имеет малую толщину — это делается специально, чтобы большинство носителей, поступающих из эмиттера, не успевали рекомбинировать и могли пройти дальше. Именно в базе происходит управление движением заряда.
• Коллектор. Эта область собирает носители, прошедшие через базу. Коллектор легируется умеренно и имеет сравнительно большие размеры, так как через него протекает основной ток устройства.

Также можно встретить другие термины:

• Исток. Это вывод, из которого начинают движение носители заряда (электроны или дырки). По смыслу он аналогичен эмиттеру в биполярном транзисторе.
• Сток. Это вывод, в который носители «стекают» после прохождения канала. По функции он близок к коллектору у биполярного транзистора.
• Затвор. Управляющий электрод, который создает электрическое поле и открывает или закрывает канал проводимости между истоком и стоком.

Эти названия частей относятся к разным типам транзисторов: первые три к биполярным, вторые три к полевым.

Подробнее о видах транзисторов ниже.

В биполярном транзисторе: эмиттер вводит носители, база управляет их количеством, коллектор собирает основной ток.

В полевом транзисторе: исток дает начало движению носителей, сток принимает их, а затвор управляет каналом за счет электрического поля.

Таким образом, разные названия связаны с разными типами транзисторов, но в обоих случаях они фактически обозначают три вывода, через которые прибор включается в электрическую цепь.

Переходы

Между областями формируются два p–n перехода:

• эмиттер–база;
• база–коллектор.

Они являются сердцем транзистора: именно в них возникают барьерные слои, электрические поля и процессы инжекции носителей, которые определяют работу прибора.

Контакты

Каждая область имеет свой металлический контакт:

• вывод эмиттера;
• вывод базы;
• вывод коллектора.

Эти контакты позволяют включать транзистор в электрическую схему и подавать на него управляющие сигналы.

Таким образом, устройство транзистора можно описать так: это трехслойная полупроводниковая структура с двумя p–n переходами. Эмиттер «вбрасывает» носители, база контролирует их прохождение, а коллектор собирает основной поток.

Именно такое устройство делает возможным главный эффект транзистора — управление большим током с помощью малого управляющего воздействия.

Принцип работы транзистора

Как уже было отмечено ранее, транзистор состоит из трех частей, соединенных последовательно, каждая из которых имеет разный уровень легирования. Между этими областями формируются два p–n перехода. Управление током происходит за счет того, что один переход включен в прямом направлении, а другой — в обратном.

Когда на первый переход подается прямое напряжение, в центральную область начинают поступать носители заряда — электроны или дырки. Эта область намеренно делается очень тонкой и слабо легированной, поэтому большая часть носителей не рекомбинирует, а проходит сквозь нее. Таким образом, центральная область выполняет роль «тонкой перегородки», через которую инжектированный поток может быть перенаправлен во второй переход.

Этот физический процесс называется инжекцией носителей заряда.

Вторая граница находится под действием обратного напряжения. Сам по себе обратносмещенный переход почти не проводит ток, но появившиеся вблизи него носители создают условия, при которых электрическое поле вытягивает их из средней области. Получается, что слабое изменение числа носителей, поступающих через первый переход, приводит к значительному изменению тока через второй.

С физической точки зрения транзистор работает как «умножитель носителей»: малое изменение концентрации в узкой области вызывает перераспределение зарядов и формирование гораздо большего тока в основной цепи. Именно поэтому транзистор способен усиливать сигнал: крошечный управляющий поток задает направление для более мощного движения зарядов.

Главное явление, определяющее работу транзистора — это взаимодействие инжекции носителей и действия электрического поля. Комбинация этих процессов обеспечивает нелинейную зависимость между управляющим воздействием и результирующим током. Благодаря этому транзистор может работать как усилитель (в аналоговых схемах) или как переключатель (в цифровых).

Виды транзисторов

Биполярные транзисторы (BJT-транзисторы)

Биполярный транзистор, BJT — это полупроводниковый прибор, который представляет собой трехслойную структуру с чередующимися областями с электронной (n-тип) и дырочной (p-тип) проводимостью. Состоит из: эмиттера, базы и коллектора. Биполярные транзисторы управляются током.

Все что было написано в параграфах выше, это все относится в первую очередь к биполярным транзисторам.

Физическая основа работы биполярного транзистора — инжекция неосновных носителей заряда через p-n-переходы. При подаче прямого напряжения на переход эмиттер–база носители (например, электроны в n-p-n структуре) инжектируются из эмиттера в базу. Поскольку база выполнена тонкой и слаболегированной, большинство носителей диффундируют через нее к коллектору, где обратно смещенный переход создает сильное электрическое поле, захватывающее эти носители. Управляющим параметром является ток базы: небольшой ток базы вызывает значительный ток коллектора, что обеспечивает усиление сигнала.

Биполярные транзисторы характеризуются высоким коэффициентом усиления по току и хорошим быстродействием, но требуют поддержания тока в цепи базы, что приводит к более высокому энергопотреблению по сравнению с полевыми транзисторами.

Существуют два основных типа биполярных транзисторов: NPN и PNP, различающиеся только типом носителей заряда, которые переносят ток.

Полевые транзисторы (FET-транзисторы)

Полевой транзистор (униполярный), FET — это полупроводниковый прибор, который состоит из трех основных областей: исток, сток и затвор. Между истоком и стоком находится канал полупроводника, по которому могут перемещаться носители заряда — электроны в N-канальном транзисторе или дырки в P-канальном. Полевые транзисторы управляются напряжением.

Главное отличие полевых транзисторов от биполярных заключается в механизме управления. В биполярном транзисторе ток коллектора управляется током базы, который обеспечивает инжекцию неосновных носителей через p-n-переход. Этот процесс связан с рекомбинацией и диффузией, требует поддержания тока в управляющей цепи и сопровождается рассеянием энергии.

В полевом транзисторе управление осуществляется электрическим полем, которое изменяет концентрацию и подвижность носителей в канале без инжекции и рекомбинации. Ток через затвор отсутствует (в идеале), что делает полевой транзистор элементом с зарядовым управлением, а не токовым.

Это также определяет их высокое входное сопротивление и низкое энергопотребление в управляющей цепи.

Существует несколько типов FET-транзисторов:

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом (JFET-транзисторы)

Полевой транзистор с p-n-переходом, JFET (Junction Field-Effect Transistor) работает за счет модуляции проводимости канала электрическим полем, создаваемым обратным напряжением на p-n-переходе. Устройство состоит из монокристалла полупроводника (n- или p-типа), через который проходит проводящий канал между двумя электродами — истоком и стоком. Поперек канала расположен затвор, выполненный из полупроводника противоположного типа, образующий p-n-переход.

При подаче обратного напряжения на затвор обедненная зона p-n-перехода расширяется, сужая проводящий канал. Это увеличивает сопротивление канала и уменьшает ток стока. При достижении определенного порогового напряжения канал полностью перекрывается, и ток прекращается. Таким образом, изменение напряжения на затворе управляет проводимостью канала.

Особенностью JFET является очень высокое входное сопротивление, поскольку через затвор течет пренебрежимо малый ток. Это делает его идеальным для применения в высокочувствительных аналоговых схемах, например, в усилителях сигналов от датчиков.

МОП-транзистор (MOSFET-транзисторы)

МОП-транзистор (металл-оксид-полупроводник) или MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) является наиболее распространенным типом транзистора в современной микроэлектронике. Его ключевая особенность — изолированный затвор, отделенный от полупроводниковой подложки тонким слоем диэлектрика, обычно диоксида кремния. Структура включает подложку (обычно p-типа), две области — исток и сток (n-типа), и затвор, выполненный из металла или поликремния.

Реже называется МДП-транзистором (металл-диэлектрик-полупроводник).

Принцип работы основан на формировании инверсного проводящего слоя под затвором. При подаче положительного напряжения на затвор в p-подложке создается электрическое поле, которое отталкивает дырки и притягивает электроны к поверхности. При достижении порогового значения формируется инверсный слой — тонкий канал n-типа, соединяющий исток и сток. Этот канал и обеспечивает проводимость. Изменяя напряжение на затворе, можно плавно регулировать ток стока.

MOSFET обладает чрезвычайно высоким входным сопротивлением и минимальным потреблением энергии в управляющей цепи. Благодаря этому, а также возможности масштабирования до нанометровых размеров, MOSFET стал основой всех современных микропроцессоров, памяти и цифровых интегральных схем.

Биполярно-полевые транзисторы (IGBT)

Биполярно-полевой транзистор, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) — это гибридный полупроводниковый прибор, который сочетает свойства полевого и биполярного транзистора.

При приложении напряжения на затвор формируется проводящий канал в полевом слое, аналогично MOSFET. Этот канал открывает путь для носителей заряда (электронов), которые затем индуцируют инжекцию дырок в биполярной структуре, что создает большой ток между коллектором и эмиттером. Таким образом, IGBT управляется напряжением на затворе, но основной ток течет через биполярный механизм инжекции.

Благодаря этому IGBT способен выдерживать высокие токи и большие напряжения, что делает его незаменимым в силовых приложениях, таких как инверторы и электроприводы.

Классификация транзисторов

Если раскрывать тему подробнее, то на сегодняшний день существуют самые разные типы и виды транзисторов. Если обобщить и структурировать их, можно выделить следующую классификацию:

• Биполярные транзисторы;
• p-n-p типа;
• n-p-n типа;
• многоэлектродные (например, двухэмиттерные транзисторы);
• биполярные транзисторы на гетеропереходах (HBT);
• Полевые (униполярные) транзисторы с управляющим переходом;
• с управляющим p-n переходом (JFET);
• с каналом p-типа;
• с каналом n-типа;
• статические индукционные транзисторы (VFET/SIT);
• биполярные статические индукционные транзисторы;
• с управляющим переходом Шоттки (MESFET) (контакт металл-полупроводник);
• с управляющим гетеропереходом (HFET/MODFET/HEMT);
• Полевые транзисторы c изолированным затвором (МОП-, МДП-транзисторы) (MOSFET);
• со встроенным каналом (МДП-транзисторы обедненного типа);
• с каналом p-типа;
• с каналом n-типа;
• с индуцированным каналом (МДП-транзисторы обогащенного типа);
• с каналом p-типа;
• с каналом n-типа (практически не встречаются);
• многозатворные транзисторы (особенно распространены двухзатворные);
• биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT);
• поверхностно-зарядовые транзисторы.
• Составные транзисторы
• транзисторы Дарлингтона;
• со встроенными резисторами (RETs);
• Лавинные транзисторы;
• Туннельные транзисторы;
• Баллистические транзисторы;
• Фототранзисторы;
• Однопереходные транзисторы (с отрицательным сопротивлением);
• с p-базой;
• с n-базой;

Параметры транзисторов

Максимальный ток коллектора

Показывает, какой ток может безопасно протекать через транзистор. Ограничение связано как с электрическими свойствами переходов, так и с тепловыми возможностями корпуса.

Ток стока

Величина тока, текущего между стоком и истоком при определенном напряжении на затворе. Показывает, какую нагрузку способен «пропустить» транзистор.

Сток — это основной вывод, через который протекает ток в полевом транзисторе. Аналог эмиттера в биполярном транзисторе.

Коэффициент усиления по току (β)

Это отношение тока коллектора к току базы. Показатель показывает, во сколько раз транзистор усиливает управляющий сигнал. Значение зависит от типа транзистора и режима работы: обычно от нескольких десятков до сотен.

Максимальное напряжение коллектор–эмиттер

Определяет, какое напряжение можно приложить между коллектором и эмиттером без разрушения структуры. Превышение этого параметра приводит к пробою p–n перехода и выходу транзистора из строя.

Напряжение сток–исток

Это максимальное напряжение, которое можно приложить между стоком и истоком при закрытом транзисторе, не вызвав пробой канала. Оно аналогично параметру «максимальное напряжение коллектор–эмиттер» у биполярного транзистора.

Рассеиваемая мощность

Транзистор при работе выделяет тепло. Параметр указывает, какую мощность можно рассеять без перегрева. Он зависит от размеров кристалла, конструкции корпуса и наличия радиатора.

Граничная (предельная) частота

Характеризует скорость работы транзистора. Это частота, при которой коэффициент усиления по току падает до единицы. Чем выше предельная частота, тем быстрее транзистор и тем лучше он подходит для радиотехники или цифровых схем высокой частоты.

Входное и выходное сопротивление

Эти характеристики описывают, насколько сильно транзистор нагружает источник сигнала (входное сопротивление) и как он ведет себя по отношению к подключенной нагрузке (выходное сопротивление). У биполярных транзисторов входное сопротивление относительно небольшое, у полевых — очень высокое.

Типы корпусов транзисторов — типоразмеры

Транзисторы выпускаются в корпусах двух основных типов: выводные (через отверстие, DIP) и поверхностного монтажа (SMD). Каждый тип определяет способ монтажа, рассеивание тепла, размеры и допустимые электрические параметры.

Выводные корпуса часто обозначаются сериями TO. Популярные серии:

• TO-92 — корпуса для маломощных транзисторов с тремя выводами;
• TO-220 — самый узнаваемый силовой корпус, есть металлическая площадка с отверстием для крепления радиатора;
• TO-247 — увеличенная версия TO-220, предназначен для еще больших токов и мощностей (выводы толще и длиннее);
• ТО-3 — металлический корпус с двумя мощными выводами, крепится к радиатору двумя винтами через отверстия в ушах корпуса, очень надежный и теплостойкий.

Среди SMD, наиболее распространенными являются:

• SOT-23 — самый популярный корпус, компактный, три вывода;
• SOT-323 — уменьшенная версия SOT-23, выводы тоньше и расположены ближе;
• SOT-363 — очень маленький корпус с шестью выводами;
• SOT-223 — больше, рассчитан на средние токи, имеет металлическую площадку для отвода тепла;
• DPAK (TO-252) — силовой корпус для MOSFET и IGBT, металлическая подложка служит одновременно контактом и теплоотводом;
• D2PAK (TO-263) — крупный силовой корпус, рассчитан на высокие токи и рассеивание, металлическая подложка для крепления к радиатору.

Виды корпуса транзисторов — иллюстрация

Маркировка транзисторов — расшифровка обозначений

Маркировка транзисторов нужна для идентификации типа прибора, его полярности, максимальных параметров и иногда корпуса. На практике используются несколько систем, которые формировались в разных странах и стандартах.

Маркировка советских транзисторов

Стандартная форма маркировки советских транзисторов (например, КТ315Б, КТ805А) имеет вид:

Первый символ, буква — материал полупроводника:

• Г — германий (Ge);
• К — кремний (Si);
• А — арсенид галлия (GaAs);
• И — индий (In);

Второй символ, буква — тип устройства:

• Т — биполярный транзистор;
• П — полевой транзистор;

Третий символ, цифра — мощность устройства:

• 1 — маломощный (<0.3Вт), низкочастотный (<3МГц);
• 2 — маломощный (<0.3Вт), среднечастотный (3-30МГц);
• 3 — маломощный (<0.3Вт), высокочастотный (30-300МГц);
• 4 — средней мощности (0.3-1.5Вт), низкочастотный (<3МГц);
• 5 — средней мощности (0.3-1.5Вт), среднечастотный (3-30МГц);
• 6 — средней мощности (0.3-1.5Вт), высокочастотный (30-300МГц);
• 7 — большой мощности (>1.5Вт), низкочастотный (<3МГц);
• 8 — большой мощности (>1.5Вт), среднечастотный (3-30МГц);
• 9 — большой мощности (>1.5Вт), высокочастотный (30-300МГц) и сверхвысокочастотный (>300МГц).

Четвертый-пятый символ, число — порядковый номер разработки:

• число от 01 до 99;

Шестой символ, буква — группа, по определенным классификационным параметрам:

• буквы от А до Я.

Пример:

• КТ315Б — кремниевый биполярный маломощный высокочастотный транзистор.

Европейская система (Pro Electron / IEC 60747)

Разработана европейским консорциумом производителей (Pro Electron, 1966 г.) для маркировки полупроводниковых приборов в целом.

Первый символ, буква — материал полупроводника:

• A — германий (Ge);
• B — кремний (Si);
• С — арсенид галлия (GaAs);
• R — сульфид кадмия (CdS);

Второй символ, буква — тип устройства:

• С — биполярный маломощный низкочастотный;
• D — биполярный силовой низкочастотный;
• F — полевой маломощный высокочастотный;
• L — полевой силовой высокочастотный;
• Р — фототранзистор;
• S — полевой (MOSFET);
• U — биполярный (IGBT);

Третий-пятый символ, число — серийный номер:

• число от 001 до 999;

Шестой символ, буква — коэффициент усиления:

• A — минимальное h_FE;
• B — среднее h_FE;
• C — максимальное h_FE.

Пример:

• BD139C — кремниевый биполярный силовой низкочастотный транзистор с максимальным усилением.

Американская система (JEDEC)

Разработана Joint Electron Device Engineering Council — международным советом по стандартизации полупроводников. Используется в США, в Латинской Америке и в некоторых других странах.

Маркировка неинформативна, используется только для классификации полупроводниковых устройств по виду, но не для определения характеристик устройства (только по даташиту).

Первый символ, цифра — вид устройства:

• 1 — диоды, тиристоры, оптоэлектроника (1 переход);
• 2 — транзисторы (2 перехода: эмиттер–база и база–коллектор);
• 3 — тиристоры, симисторы, многослойные структуры (3 и более переходов);

Второй символ, буква — тип устройства:

• N — полупроводниковый;

Третий-шестой символ, число — идентификатор серии устройства:

• число от 0001 до 9999.

Пример:

• 2N2222

Подключение транзистора

Еще раз коротко, в транзисторах есть три основных вывода, но названия зависят от типа транзистора:

Распиновка транзистора

Подключение биполярного транзистора

Для биполярных транзисторов есть три классические схемы включения:

Схема с общим эмиттером (ОЭ)

1. Вывод эмиттера подключается к общему потенциалу (земля или минус источника).
2. Входной сигнал подается на базу.
3. Выходной сигнал снимается с коллектора.

Наиболее распространенная схема усилителей. Дает усиление по току и напряжению. Фазовый сдвиг 180° между входом и выходом.

Схема с общим коллектором (ОК, эмиттерный повторитель)

1. Коллектор подключен к общему потенциалу.
2. Входной сигнал на базу.
3. Выходной сигнал снимается с эмиттера.

Используется для согласования сопротивлений (низкое выходное сопротивление). Фазовый сдвиг отсутствует. Усиление по напряжению близко к ОЭ, но дает большой токовый коэффициент.

Схема с общей базой (ОБ)

1. База подключена к общему потенциалу.
2. Входной сигнал на эмиттер.
3. Выходной сигнал с коллектора.

Высокая частотная стабильность. Фазовый сдвиг отсутствует. Усиление по току меньше, но по напряжению высокое.

Подключение полевого транзистора

Схемы включения аналогичны, но с другими характеристиками.

С общим истоком (ОИ)

1. Исток подключен к общему потенциалу (земля или минус питания).
2. Входной сигнал подается на затвор.
3. Выходной сигнал снимается со стока.

Используется для усилителей и ключевых схем. Высокое входное сопротивление.

С общим стоком (ОС, истоковый повторитель)

1. Сток подключен к общему потенциалу.
2. Вход на затвор.
3. Выход с истока.

Повторяет сигнал без инверсии. Низкое выходное сопротивление. Часто применяется для согласования импедансов.

С общим затвором (ОЗ)

1. Затвор подключен к общему потенциалу.
2. Вход на исток.
3. Выход со стока.

Используется в высокочастотных цепях из-за высокой частотной стабильности.

Соединение транзисторов

Последовательное соединение транзисторов

Последовательное соединение транзисторов означает, что один транзистор включен за другим, так что ток проходит через них последовательно. В этой схеме каждый транзистор «видит» одинаковый ток, но на каждом распределяется часть напряжения. Главная причина такой схемы — увеличение максимально допустимого напряжения.

Если один транзистор рассчитан на 600 В, два последовательно могут выдерживать примерно 1200 В, если правильно распределить напряжение. При этом важно следить, чтобы транзисторы делили напряжение равномерно, иначе один из них может перегореть.

Последовательное соединение также удобно для каскадного усиления: первый транзистор усиливает сигнал, второй усиливает уже усиленный сигнал. В этом случае последовательная схема работает как ступенчатый усилитель, увеличивая общее усиление без перегрузки отдельного транзистора.

Схема подключения:

• Биполярный транзистор. Коллектор одного транзистора соединяется с эмиттером следующего. База каждого транзистора управляется отдельным сигналом или через каскад. В таком подключении ток через первый транзистор идет дальше через второй, поэтому ток одинаковый для всех транзисторов. Напряжение делится между ними: каждый транзистор «держит» свою часть суммарного напряжения.
• Полевой транзистор. Сток первого транзистора соединяется с истоком второго. Затворы управляются сигналами, а ток через сток и исток идет один и тот же. Суммарное напряжение между «верхним» стоком и «нижним» истоком распределяется между транзисторами.

Параллельное соединение транзисторов

Параллельное соединение транзисторов устроено иначе: их выводы соединяются «параллельно», и все транзисторы получают одно и то же напряжение, но делят между собой ток.

Это позволяет увеличить суммарный ток, который может пройти через схему, и одновременно снизить тепловую нагрузку на каждый транзистор. Если один транзистор рассчитан на 30 А, два параллельно смогут пропускать примерно 60 А.

Но здесь есть нюанс: транзисторы никогда не одинаковы идеально, и один может «забрать» на себя большую часть тока, перегреваясь. Поэтому на практике часто добавляют небольшие резисторы для выравнивания тока.

Схема подключения:

• Биполярный транзистор. Все коллекторы соединяются вместе, все эмиттеры соединяются вместе, а базы соединяются либо общим управляющим сигналом, либо через резисторы для выравнивания тока. Ток от источника делится между транзисторами.
• Полевой транзистор. Все стоки соединяются вместе, все истоки соединяются вместе, а затворы получают один и тот же управляющий сигнал. Ток делится между транзисторами, а напряжение на всех одинаковое. Часто ставят маленькие резисторы в истоки/эмиттеры, чтобы выравнивать ток между транзисторами и предотвращать перегрузку одного из них.

Применение транзисторов

Важность транзистора в современной технике переоценить трудно. Процессоры, микроконтроллеры, ОЗУ/ПЗУ память, сотни других электронных приборов – все это было бы невозможно без появления транзистора и схем на его основе.

Одна из самых известных функций транзисторов — усиление слабых электрических сигналов.

• в аудиоаппаратуре транзисторы усиливают сигнал с микрофона или гитары, чтобы он мог управлять динамиками;
• в радиопередатчиках и приемниках транзисторы усиливают слабые радиосигналы, чтобы их можно было обработать или преобразовать в звук;
• в микросхемах логики транзисторы тоже усиливают сигналы, но в цифровой форме — они обеспечивают переключение между «0» и «1».

Транзисторы часто работают как электронные переключатели: они могут замыкать или размыкать цепь почти мгновенно.

• в источниках питания транзисторы управляют подачей напряжения, создавая стабильное питание для устройств;
• в микроконтроллерах и логических схемах транзисторы включают и выключают электрические цепи, заменяя механические реле;
• в управлении двигателями транзисторы быстро включают и выключают ток, регулируя скорость и направление вращения.

Активно применяются для контроля напряжения и тока:

• в стабилизаторах напряжения они поддерживают постоянное выходное напряжение, компенсируя колебания сети;
• в схемах защиты транзисторы отключают нагрузку при перегрузке или коротком замыкании, предотвращая повреждение элементов.

Транзисторы также участвуют в схемах, которые создают новые сигналы:

• в генераторах синусоидальных или прямоугольных сигналов транзисторы формируют частоту и амплитуду;
• в импульсных источниках питания транзисторы создают быстро переключающиеся импульсы, которые потом преобразуются в нужное напряжение.