Transistor: erinevus redaktsioonide vahel

Eemaldatud sisu Lisatud sisu

Reasisene

Redaktsioon: 7. juuli 2014, kell 09:08

Transistor (ingl transfer üle kandma + resistor takisti) on kolme väljaviiguga pooljuhtseadis elektriahelate lülitamiseks ja elektrisignaalide võimendamiseks. Transistori abil saab ühe elektrisignaali ‒ sisendsignaali ‒ abil juhtida ehk tüürida teist elektrisignaali ‒ väljundsignaali.

Transistor on elektroonikalülituste tähtsaim koostisosa info- ja sidetehnikas ning samuti jõuelektroonikas. Peamiselt valmistatakse transistore integraallülitusena mikrokiipidel. Enamiku transistoride alusmaterjal on pooljuht räni. Kõrgsagedusseaqdiste jaoks on kasutusel ka galliumarseniid ja teised materjalid.

Ajalugu

Eelkäijad

Varasemal ajal kasutati transistoridega samal otstarbel releesid ja elektronlampe ehk raadiolampe. Releesid saab kasutada vaid signaali diskreetseks sisse- ja väljalülitamiseks, samas transistoril (ja elektronlambil) on pidev väljundkarakteristik. Tänapäeval kasutatakse elektronlampe väga vähe, sest transistoril on elektronlambi ees mitmeid eeliseid.

Esimesed transistorid

Esimene transistori patent anti füüsik Julius Edgar Lilienfeldile 1925. aastal. Patendikirjeldus oli väga sarnane seadmele, mida tänapäeval tuntakse väljatransistori nime all. Ka 1934. aastal patenteeris saksa leiutaja Oskar Heil sarnase seadme.

1942. aastal eksperimenteeris järgmine sakslane Herbert Mataré radarisüsteemile anduri väljatöötamisel niinimetatud "topeltdioodidega". Tema loodud seadmel oli pooljuhtaluse peal kaks eraldiseisvat, kuid väga lähestikku asetsevat metallkontakti. Leiutisega töötades avastas ta nähtusi, mida ei olnud võimalik selgitada kahe iseseisvalt toimiva dioodi tööga. Nende nähtuste uurimisest kasvas välja algeline idee bipolaartransistori loomiseks.

1947. aastal avastasid Ameerika Ühendriikide teadlased John Bardeen ja Walter Brattain, et kui panna germaaniumikristalli külge elektrilised kontaktid, siis sellest väljuva elektrivoolu tugevus on oluliselt suurem esialgsest elektrivoolu tugevusest. William Shockley nägi selles avastuses suurt potentsiaali ning töötas paar kuud avastatud nähtuse mõistmiseks. Tema töö laiendas oluliselt teadmisi pooljuhtide olemusest ning nendega seotud nähtustest.

Esimene ränialuseline transistor töötati välja Texas Instruments'is Gordon Teali poolt aastal 1954. Esimese MOSFET transistori (metall-oksiid-pooljuht väljatransistori) valmistasid teadlased John Atalla ja Dawon Kahng 1960. aastal.

Transistori eelised ja puudused elektronlambiga võrreldes

Eelised:

Palju väiksem – isegi kuni tuhandeid kordi.
Ökonoomsem – eraldab vähem soojust (töötavad palju madalamal pingel ja puudub hõõgkütteahel).
Mehaaniliselt vastupidavam – elektronlampi kattev klaas läheb kergesti katki ja sisemised detailid kardavad põrutusi.
Pikema tööeaga – elektronlambid kaotavad töötades aja jooksul oma töövõime, peamiselt katoodi emissiooni võime vähenemise tõttu.
Kiirema töövalmidusega – transistorit ei pea soojendama enne töörežiimi.

Puudusteks on tundlikkus tugeva elektromagnetvälja, ülepingete ja liigvoolude suhtes.

Elektronlampe saab kergemini tööle panna suurema võimsusega, sest neid saab konstruktiivselt valmistada suuremana ja oma ehituse tõttu on neid lihtsam jahutada.

Transistoride tingmärgid
	npn-bipolaartransistor (lühend inglise k NPN-BJT) B ‒ baas, C ‒ kollektor, E ‒ emitter
	pnp-bipolaartransistor (PNP-BJT)
	n-kanaliga pn-väljatransistor (N-JFET) G (Gate) ‒ pais, D (Drain) ‒ neel, S (Source) ‒ läte
	p-kanaliga pn-väljatransistor (P-JFET)
	n-kanaliga vaegustüüpi MOS-transistor (depletion-mode N-MOSFET) (sisseehitatud n-kanaliga)
	p-kanaliga vaegustüüpi MOS-transistor (depletion-mode P-MOSFET) (sisseehitatud p-kanaliga)
	n-kanaliga küllustüüpi MOS-transistor (enhancement-mode N-MOSFET) (pingestamisel indutseeritava n-kanaliga)
	p-kanaliga küllustüüpi MOS-transistor (enhancement-mode P-MOSFET) (pingestamisel indutseeritava p-kanaliga)
	Isoleeritud paisuga bipolaartransistor (IGBT) G ‒ pais, C ‒ kollektor, E ‒ emitter

Põhiliigid

Transistoride põhirühmad on

unipolaartransistorid (uni- < ladina k unus üks + polos kreeka k poolus) ehk väljatransistorid ja
bipolaartransistorid (bi- < ladina k bis kahe-).

Väljatransistoride töös osalevad ainult üht liiki laengukandjad ‒ elektronid või augud, bipolaartransistorides aga nii elektronid kui ka augud, seega kaht liiki laengukandjad. Põhimõtteline erinevus on ka transistori väljundvoolu tüürimise (juhtimise) viisis: väljatransistoride korral tüüritakse väljundvoolu sisenppingega, bipolaartransistoridel sisendvooluga.

Väljatransistorid jagunevad struktuurilt

pn-tõkkekihiga transistorideks, kus tüüriva elektrivälja mõjul muutub kanali tegevristlõige, ja
isoleeritud tüürelektroodiga transistorideks, kus elektriväli muudab laengukandjate kontsentratsiooni kanalis, seega kanali takistust.

Esimesi nimetatakse lühemalt pn-väljatransistorideks, teisi isoleeritud paisuga transistorideks, rahvusvaheliselt kasutatav lühend MOSFET. Viimased ongi kõige laiemalt kasutusel, sest võimaldavad tüürida väljundvoolu praktiliselt võimsusvabalt (madalatel sagedustel).

Unipolaar- ja bipolaartransistoride tehniliselt kasulikud omadused on ühendatud isoleeritud paisuga bipolaartransistoris (IGBT), kus bipolaartransistori baasiahela voolu tüürib väljatransistor. Niisugune kombinatsioon võimaldab väikese tüürvõimsusega lülitada väljundahelas kõrget pinget ja tugevat voolu.

Kasutamine

Transistor kuulub peaaegu igasse elektroonikalülitusse ja seda enamasti integraallülituste koosseisus, kus nad töötavad elektrooniliste lülititena. Eraldi komponentidena on transistorid kasutusel mitmesugustes elektritoitelülitustes (suure võimsusega vaheldites, alaldites, impulsstoiteallikates), samuti analoogelektroonikas, näiteks helisagedusvõimendite võimsusvõimendites, kuid siingi on võimsustransistorid enamasti ühel kiibil teiste elementidega.

Arvuliselt kõige enam transistore on mitmesugustes digitaaltehnika komponentides, mille kiibi mõne ruutmillimeetri suurusel pinnal võib olla transistoristruktuure miljonites ja isegi miljardites. Nende väljatransistoride suurust väljendatakse kanali pikkusega, mida tänapäeval mõõdetakse kümnetes nanomeetrites (üks nanomeeter on üks miljondik millimeetrit).

Vaata ka

Mall:Link GA Mall:Link GA

@@ 1. rida: / 1. rida: @@
-'''Transistor''' (ingl ''transfer'' üle kandma + ''resistor'' takisti) on kolme või enama [[väljaviik|väljaviiguga]] [[pooljuht]]seadis, mida kasutatakse [[elektrisignaal]]ide tekitamiseks, võimendamiseks, muundamiseks ja lülitamiseks. Transistori abil saab ühe elektrisignaali abil juhtida ehk tüürida teist elektrisignaali.
+'''Transistor''' (ingl '''''trans'''fer'' üle kandma + ''res'''istor''''' takisti) on kolme [[väljaviik|väljaviiguga]] [[pooljuht]]seadis [[elektriahel]]ate lülitamiseks ja [[elektrisignaal]]ide võimendamiseks. Transistori abil saab ühe elektrisignaali ‒ sisendsignaali ‒ abil juhtida ehk tüürida teist elektrisignaali ‒ väljundsignaali.
-[[Pilt:Transistor-photo.JPG|pisi|Transistorid]]
+Transistor on [[elektroonikalülitus]]te tähtsaim koostisosa [[informatsiooni- ja kommunikatsioonitehnoloogia|info-  ja sidetehnikas]] ning samuti [[jõuelektroonika]]s. Peamiselt valmistatakse transistore [[integraallülitus]]ena mikrokiipidel. Enamiku transistoride alusmaterjal on [[pooljuht]]  [[räni]]. Kõrgsagedusseaqdiste jaoks on kasutusel ka [[galliumarseniid]] ja teised materjalid.
-== Erinevus ==
-[[Pilt:NPN-transistor.jpg|pisi|100px|NPN-transistori tähis]]
-[[Pilt:PNP-transistor.jpg|pisi|100px|PNP-transistori tähis]]
-Eristatakse [[bipolaartransistor]]eid ja unipolaartransistoreid ehk [[väljatransistor]]eid.
-Enamik transistore valmistatakse pooljuhtivast [[räni|ränist]]. Kõrgsageduslike mudelite jaoks on kasutusel ka [[galliumarseniid]] ja teised analoogsed materjalid.
-=== Transistorite tüübid ===
-* [[Bipolaartransistor]]
-* [[Isoleeritud paisuga väljatransistor]] (MOSFET)
-* [[Isoleeritud paisuga bipolaartransistor]] (IGBT)
+ [[Pilt:Transistor-photo.JPG|pisi|Transistorid]]
+==Ajalugu==
 === Eelkäijad ===
 Varasemal ajal kasutati transistoridega samal otstarbel [[elektromagnetiline relee|releesid]] ja [[elektronlamp]]e ehk raadiolampe. Releesid saab kasutada vaid signaali diskreetseks sisse- ja väljalülitamiseks, samas transistoril (ja elektronlambil) on pidev [[väljundkarakteristik]]. Tänapäeval kasutatakse elektronlampe väga vähe, sest transistoril on elektronlambi ees mitmeid eeliseid.
+===Esimesed transistorid===
-==Ajalugu==
 [[Pilt:Replica-of-first-transistor.jpg|thumb|Maailma esimene transistor]]
 Esimene transistori [[patent]] anti füüsik [[Julius Edgar Lilienfeld]]ile 1925. aastal. Patendikirjeldus oli väga sarnane seadmele, mida tänapäeval tuntakse väljatransistori nime all. Ka 1934. aastal patenteeris saksa leiutaja [[Oskar Heil]] sarnase seadme.
@@ 27. rida: / 18. rida: @@
 Esimene ränialuseline transistor töötati välja [[Texas Instruments]]'is [[Gordon Teal]]i poolt aastal 1954. Esimese [[MOSFET]] transistori (metall-oksiid-pooljuht väljatransistori) valmistasid teadlased [[John Atalla]] ja [[Dawon Kahng]] 1960. aastal.
+=== Transistori eelised ja puudused [[elektronlamp|elektronlambiga]] võrreldes===
-== Eelised ==
-Transistor on elektronlambist:
+Eelised:
 *Palju väiksem – isegi kuni tuhandeid kordi.
-*Ökonoomsem – eraldab vähem soojust (kasutatakse madalamat pinget ja puudub sisemise kütte vajadus).
+*Ökonoomsem – eraldab vähem soojust (töötavad palju madalamal pingel ja puudub hõõgkütteahel).
 *Mehaaniliselt vastupidavam – elektronlampi kattev klaas läheb kergesti katki ja sisemised detailid kardavad põrutusi.
 *Pikema tööeaga – elektronlambid kaotavad töötades aja jooksul oma töövõime, peamiselt [[katood]]i [[Elektroniemissioon|emissiooni]] võime vähenemise tõttu.
 *Kiirema töövalmidusega – transistorit ei pea soojendama enne töörežiimi.
+Puudusteks on tundlikkus tugeva [[elektromagnetväli|elektromagnetvälja]],  ülepingete ja liigvoolude suhtes.
-Transistori puudused võrreldes elektronlambiga:
-*Elektronlamp peab vastu [[elektromagnetiline impulss|elektromagnetilisele impulsile]], transistor aga mitte. Samuti on elektronlamp vähem tundlik ülepingete ja liigvoolude suhtes.
 *Elektronlampe saab kergemini tööle panna suurema võimsusega, sest neid saab konstruktiivselt valmistada suuremana ja oma ehituse tõttu on neid lihtsam jahutada.
+{|class="wikitable" style="float: right"
-==Bipolaarse transistori volt-amper karakteristik==
+|-
-Bipolaarse transistori volt-amper karakteristik näitab, kuidas sõltub transistori kollektori vool I<sub>c</sub> baasivoolust I<sub>b</sub>. Graafiku horisontaalteljel on kollektor-emitter pinge V<sub>ce</sub> ja vertikaalteljel on kollektori vool I<sub>c</sub>, kusjuures baasi voolu I<sub>b</sub> mõju kujutavad jooned on iga juhu jaoks eraldi joonistatud. Seega on transistori kollektorivool funktsioon baasi voolust ja kollektor-emitter pingest. I<sub>c</sub>=f(I<sub>b</sub>, V<sub>ce</sub>). Tunnusjoon liigub oma teljestikus sõltuvalt temperatuurist, mis muutub kas keskkonna (teised elektroonika seadmed) või oma enese soojenemise toimel.<ref> Tony Fischer-Cripps, "The Electronics Companion", lk 92 "Transistor characteristic"</ref>
+|+ Transistoride tingmärgid
+|-
+| [[Pilt :BJT NPN symbol.svg|80px]]
+| npn-[[bipolaartransistor]] <br/>(lühend inglise k NPN-BJT)<br /><small>B ‒ baas, C ‒ kollektor, E ‒ emitter</small>
+|-
+| [[Pilt :BJT PNP symbol.svg|80px]]
+| pnp-[[bipolaartransistor]] <br/> (PNP-BJT)
+|-
+| [[Pilt:JFET N-Channel Labelled.svg|80px]]
+| n-kanaliga pn-[[väljatransistor]] <br/> (N-JFET) <br /><small>G (''Gate'') ‒ pais, D (''Drain'') ‒ neel, S (''Source'') ‒ läte </small>
+|-
+| [[Pilt:JFET P-Channel Labelled.svg|80px]]
+| p-kanaliga pn-[[väljatransistor]] <br/> (P-JFET)
+|-
+| [[Pilt:IGFET N-Ch Dep Labelled.svg|90px]]
+| n-kanaliga vaegustüüpi MOS-transistor <br/> (depletion-mode N-MOSFET)<br /><small>(sisseehitatud n-kanaliga)</small>
+|-
+| [[Pilt:IGFET P-Ch Dep Labelled.svg|90px]]
+| p-kanaliga vaegustüüpi MOS-transistor<br/> (depletion-mode P-MOSFET)<br /><small>(sisseehitatud p-kanaliga)</small>
+|-
+| [[Pilt:IGFET N-Ch Enh Labelled.svg|90px]]
+| n-kanaliga küllustüüpi MOS-transistor <br/> (enhancement-mode  N-MOSFET)<br /><small>(pingestamisel indutseeritava n-kanaliga)</small>
+|-
+| [[Pilt:IGFET P-Ch Enh Labelled.svg|90px]]
+| p-kanaliga küllustüüpi MOS-transistor <br/> (enhancement-mode  P-MOSFET)<br /><small>(pingestamisel indutseeritava p-kanaliga)</small>
+|-
+|[[File:IGBT symbol.gif|upright|70px]]
+|Isoleeritud paisuga bipolaartransistor <br/> (IGBT)<br /><small> G ‒ pais, C ‒ kollektor, E ‒ emitter </small>
+|}
+==Põhiliigid==
+Transistoride põhirühmad on
+*unipolaartransistorid (uni- < ladina k ''unus'' üks + ''polos'' kreeka k poolus) ehk [[väljatransistor]]id  ja
+*[[bipolaartransistor]]id (bi- < ladina k ''bis'' kahe-).
+Väljatransistoride töös osalevad ainult üht liiki [[laengukandja]]d ‒ [[elektron]]id või augud, bipolaartransistorides aga nii elektronid kui ka  augud, seega kaht liiki laengukandjad. Põhimõtteline erinevus on ka transistori väljundvoolu tüürimise (juhtimise) viisis: väljatransistoride korral tüüritakse väljundvoolu sisenppingega, bipolaartransistoridel sisendvooluga.
-Lugedes transistori tunnusjoont selgub, et bipolaarne transistor on kindlates piirides konstantse voolu hoidja (välistame soojusliku kõikumise). See tähendab, et konstantse baasivooluga jääb kollektori vool muutumatuks isegi siis, kui muudetakse pinget, mida transistor juhib. Sellega kaasneb transistori takistuse kasvamine ja suurem soojuse eraldumine – suureneb kollektori ja emitteri vaheline pinge V<sub>ec</sub>.
+Väljatransistorid jagunevad struktuurilt
-===Töörežiim ja küllastus===
+*[[pn-siire|pn-tõkkekihiga]] transistorideks, kus tüüriva elektrivälja mõjul muutub kanali tegevristlõige, ja
+*isoleeritud tüürelektroodiga transistorideks, kus elektriväli muudab laengukandjate kontsentratsiooni kanalis, seega kanali takistust.
+Esimesi nimetatakse lühemalt pn-väljatransistorideks, teisi isoleeritud paisuga  transistorideks, rahvusvaheliselt kasutatav lühend [[MOSFET]]. Viimased ongi kõige laiemalt kasutusel, sest võimaldavad tüürida väljundvoolu praktiliselt võimsusvabalt (madalatel sagedustel).
-Kui vaadata reaalse transistori tunnusjooni, siis vajub kollektori vool madalamaks, kui kollektori ja emitteri vaheline pinge V<sub>ce</sub> muutub väiksemaks. Seda osa tunnusjoonest, kus toimub järsk langus, nimetatakse transistori küllastuseks ja teist poolt töörežiimiks.
+Unipolaar- ja bipolaartransistoride tehniliselt kasulikud omadused on ühendatud [[isoleeritud paisuga bipolaartransistor]]is (IGBT), kus bipolaartransistori baasiahela voolu tüürib väljatransistor. Niisugune kombinatsioon võimaldab väikese tüürvõimsusega lülitada väljundahelas kõrget pinget ja tugevat voolu.
-Küllastuseks nimetatakse tunnusjoone järsult langevat osa, sest seal on transistori takistus minimaalse väärtuse lähedal (vastavale baasivoolule I<sub>b</sub>) ja transistor ei ole võimeline [[Lineaarsus|lineaarselt]] muutma oma kollektori voolu I<sub>c</sub>. Sellisesse olukorda võib sattuda siis, kui vähendada skeemi toitepinget. Transistor püüab hoida konstantset kollektori voolu I<sub>c</sub>, kuid vähese toitepinge tõttu kukub küllastusse. Küllastust on otstarbekas kasutada lülituste puhul, sest siis eraldub (läheb raisku) transistoril minimaalne võimus (Vce on väike). Tahtliku küllastuse saab tekitada baasivoolu I<sub>b</sub> suurendamisega vastava koormise jaoks.<ref> Tony Fischer-Cripps, "The Electronics Companion", lk 94 "Saturation"</ref>
-Töörežiimiks nimetatakse tunnusjoone horisontaalset osa, sest seal on transistor võimeline oma kollektori voolu I<sub>c</sub> lineaarselt muutma. Väikeseste kollektori voolude puhul on tunnusjooned horisontaalsemad, kuid mida suuremaks muutuvad voolud, seda suuremaks muutub tunnusjoone tõusunurk. Võimendite ehitamisel tekitatakse konstante baasi vool I<sub>b</sub>, mis hoiab transistori töörežiimis.<ref> Tony Fischer-Cripps, "The Electronics Companion", lk 96 "Simple bias"</ref>
 ==Kasutamine==
+Transistor kuulub peaaegu igasse [[elektroonikalülitus]]se ja seda enamasti [[integraallülitus]]te koosseisus, kus nad töötavad elektrooniliste lülititena. Eraldi komponentidena on transistorid kasutusel mitmesugustes elektritoitelülitustes (suure võimsusega [[vaheldi]]tes, [[alaldi]]tes, [[impulsstoiteallikas|impulsstoiteallikates]]), samuti  [[analoogelektroonika]]s, näiteks helisagedusvõimendite võimsusvõimendites, kuid siingi on võimsustransistorid enamasti ühel kiibil teiste elementidega.
-Transistorid on kasutusel peaaegu kõikides [[elektroonika]]seadmetes. [[Arvuti]] erinevates osades, eriti [[protsessor]]ites, on ta põhiliseks komponendiks. Nende suurus varieerub mõnekümnest [[nano]][[meeter|meetrist]] (kõrgtehnoloogilised [[mikrokiip|kiibid]]) mõne sentimeetrini ([[võimendi]]d).
-===Bipolaarne transistor lülitina===
-Bipolaarset transistori võib kasutada lihtsalt lülitina, kus väikese vooluga tüüritakse suuremat voolu. Bipolaarset transistori iseloomustab vooluvõimendustegur h<sub>fe</sub>=I<sub>c</sub>/I<sub>b</sub>, mille väärtused väikese vooluga transistoride hulgas on näiteks 100, 200, 400. See tähendab seda, et nõrk baasivool I<sub>b</sub> võib tekitada h<sub>fe</sub> korda suurema kollektori voolu I<sub>c</sub>. h<sub>fe</sub> on sõltuv temperatuurist ja transistoride andmelehtedel on nende graafikud toodud erinevates olukordade jaoks. Vooluvõimenduse tegurit saab konstantsena hoida, kui kasutada negatiivset tagsisidet.<ref> Tony Fischer-Cripps, "The Electronics Companion", lk 90 "Bipolar junction transistor - operation"</ref>
-Bipolaarse transistoriga lülituse skeem on toodud all oleval joonisel koos graafikuga, mis kirjeldab transistori avanemist lülitusel. Baasi voolu mõjutatakse sujuvalt tõusva pingega (0-5V) läbi takisti, et piirata liigset voolu. Baasi voolu asemel mõõdetakse baasi pinget. Transistor juhib 70 oomist takistit ja kollektori voolu asemel mõõdetakse kollektori pinget.
-<gallery>
-Pilt:NPN TRANSISTOR BC547C LÜLITINA.PNG|NPN transistor lülitina
-Pilt:NPN TRANSISTORI BC547C AVANEMINE.PNG|NPN transistori avanemine
-</gallery>
-===Bipolaarne transistor võimendina===
-Ühise-emitteriga võimendid on disainitud nii, et väike muudatus sisendpinges (V<sub>in</sub>) muudab voolu, mis läbib transistori baasi ja koos transistori vooluvõimendusega tähendab see seda, et väike muutus sisend pinges V<sub>in</sub> toob endaga kaasa suure muutuse väljundpinges, V<sub>out</sub>. Erinevates konfiguratsioonides on võimalik transistorit kasutada voolu võimendamiseks, pinge võimendamiseks ja ka mõlema korraga võimendamiseks.
+Arvuliselt kõige enam transistore on mitmesugustes digitaaltehnika komponentides, mille kiibi mõne ruutmillimeetri suurusel pinnal  võib olla transistoristruktuure miljonites ja isegi miljardites. Nende väljatransistoride suurust väljendatakse kanali pikkusega, mida tänapäeval mõõdetakse kümnetes nanomeetrites (üks nanomeeter on üks miljondik millimeetrit).
-[[Pilt:Common_emitter.png‎ |left|pisi| Konfiguratsioon, kus ühise-emitteriga transistor toimib võimendina]]
 ==Vaata ka==
+*[[Pooljuht]]
+*[[Pn-siire]]
+*[[Bipolaartransistor]]
+*[[Väljatransistor]]
 *[[Grafeentransistor]]
-*[[Pn-siire]]
-==Viited==
-{{Viited}}
 {{commonskat|Transistors|Transistor}}
-{{Transistorid}}
+[[Kategooria:Transistorid]]
-{{Elektroonika}}
-{{Lüliti}}
-[[Kategooria:Transistorid| Transistor]]
 [[Kategooria:Lüliti]]
 {{Link GA|de}}