Что такое транзистор — разновидности полупроводниковых приборов и способы проверки.

Первоначальное название радиодетали – триод, по числу контактов. Этот радиоэлемент способен управлять током в электрической цепи, под воздействием внешнего сигнала. Уникальные свойства применяются в усилителях, генераторах и других аналогичных схемных решениях.

Обозначение транзисторов на схеме

Долгое время в радиоэлектронике царствовали ламповые триоды. Внутри герметичной колбы, в специальной газовой или вакуумной среде размещались три основных компонента триода:

• Катод
• Сетка
• Анод

Когда на сетку подавался управляющий сигнал небольшой мощности, между катодом и анодом можно было пропускать несравнимо большие значения. Величина рабочего тока триода многократно выше, чем управляющего. Именно это свойство позволяет радиоэлементу выполнять роль усилителя.

Триоды на основе радиоламп работаю достаточно эффективно, особенно при высокой мощности. Однако габариты не позволяют применять их в современных компактных устройствах.

Представьте себе мобильный телефон или карманный плейер, выполненный на таких элементах.

Вторая проблема заключается в организации питания. Для нормального функционирования, катод должен быть сильно разогрет, чтобы началась эмиссия электронов. Нагрев спирали требует много электроэнергии. Поэтому ученые всего мира всегда стремились создать более компактный прибор с такими же свойствами.

Первые образцы появились в 1928 году, а в середине прошлого столетия был представлен работающий полупроводниковый триод, выполненный по биполярной технологии. За ним закрепилось название «транзистор».

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый электроприбор в корпусе или без него, имеющий три контакта для работы и управления. Главное свойство такое же, как у триода – изменение параметров тока между рабочими электродами при помощи управляющего сигнала.

Благодаря отсутствию необходимости разогрева, транзисторы затрачивают мизерное количество энергии на обеспечение собственной работоспособности. А компактные размеры рабочего полупроводникового кристалла, позволяют использовать радиодеталь в малогабаритных конструкциях.

Благодаря независимости от рабочей среды, кристаллы полупроводника можно использовать как в отдельном корпусе, так и в микросхемах. В комплекте с остальными радиоэлементами, транзисторы выращивают прямо на монокристалле.

Выдающиеся механические свойства полупроводника нашли применение в подвижных и переносных устройствах. Транзисторы нечувствительны к вибрации, резким ударам. Обладают неплохой температурной стойкостью (при сильной нагрузке применяют радиаторы охлаждения).

Поэтому достаточно быстро ламповые триоды были вытеснены компактными, прочными и недорогими транзисторами.

Однако применение радиоламп не прекращено. В мощных радиопередатчиках, генераторах – ламповые усилители успешно применяются. Некоторые возможности мощных радиоламп недостижимы (или реализация имеет слишком высокую цену) для полупроводниковых приборов.

Это интересно! В бытовом исполнении часто можно встретить современные ламповые приборы. Например, любимые меломанами усилители звука. Считается, что их звучание более мягкое.

Классификация транзисторов

По структуре кристалла. Основных направлений конструкции (а стало быть, и свойств детали) – два. Они наглядно изображены на иллюстрации:

Чтобы понять, что такое транзистор – необходимо знать принцип его работы.

В этом видео подробно о структуре транзистора, для чего он нужен и как он работает.

Полевые транзисторы

Работают точно так же, как вакуумные триоды. Имеют два рабочих вывода (сток и исток) и управляющий (затвор). Электрический ток протекает между стоком и истоком с интенсивностью, которая зависит от управляющего сигнала. Сигнал в виде поперечного электрического поля формируется между затвором и стоком или затвором и истоком.

Все разновидности полевых транзисторов на иллюстрации:

Рассмотрим основные виды:

Управляющий p-n переход.
Сток и исток подключены к полупроводниковой пластине. Она может быть n- или p- типа. Управляющий электрод соединен с пластиной при помощи p-n перехода. Управляющий сигнал малой мощности открывает p-n канал, заставляя транзистор работать в режиме усиления сигнала.

Прекращение подачи управляющего сигнала приводит к отключению канала. Разумеется, между управляющим сигналом и рабочим током существует линейная зависимость.

Главная особенность полевого транзистора – управление осуществляется не током, а напряжением. Применение полевых транзисторов – в основном интегральные схемы. Мизерное (близкое к нулю) потребление электроэнергии, позволяет использовать радиодетали в системах с компактными и маломощными источниками питания, например – наручных часах.

Полевые транзисторы большой мощности применяются в качественных звуковых усилителях, в качестве альтернативы вакуумным триодам.

Разумеется, как и любая другая деталь – полевики могут выходить из строя. Чтобы по ошибке не выбросить исправную деталь, можно проверить транзистор в домашних условиях

Как прозвонить полевой транзистор мультиметром?

• Переводим тестер в режим проверки диодов. За виртуальный диод принимается переход между стоком и истоком. Исправный переход работает в точности, как полупроводниковый диод;
• Соединяем плюсовой контакт измерительного провода с истоком, минусовой со стоком. Если транзистор исправен – показания мультиметра должны быть в пределах 500-600;
• Чтобы проверка была окончательной, необходимо проверить протекание тока в обратном направлении. Меняем полярность подключения. Тестер показывает условно бесконечное сопротивление. На дисплее цифра 1.

• Проверка полевого транзистора не ограничена тестированием перехода на проводимость. Надо проверить открытие рабочего канала. Специального источника питания не нужно, мы рассматриваем способ, как проверить транзистор мультиметром автономно. Достаточно питания тестера, чтобы открыть переход. Минусовой щуп подключаем к истоку, плюсовой к управляющему затвору. У исправного транзистора откроется канал исток-сток.
• Прозвонка транзистора в канале исток-сток покажет падение напряжения на канале p-n перехода.
• Меняем полярность на электродах исток-сток. Если транзистор исправен – канал p-n перехода закроется. Проверяем ток в канале исток-сток — проверка транзистора мультиметром показывает закрытый p-n переход.

МДП транзистор с изолированным затвором.
В отличие от предыдущей модели – затвор отделен от канала диэлектриком. Так называемое срабатывание затвора возникает только при достижении определенного напряжения и заданной полярности.

Такие транзисторы имеют узкую специализацию, и применяются в основном в составе микросхем. Методика, как проверить полевой транзистор тут не подходит. Собственно, это и не нужно, транзисторы штучно практически не используются.

Для закрепления прочитанного, смотрите видео на тему: Как проверить полевой транзистор мультиметром.

Биполярные транзисторы

Метод работы принципиально отличается от полевых полупроводниковых триодов. На полупроводниковом кристалле создается два p-n перехода.

Рабочий ток образуется за счет переноса заряда либо электронами, либо так называемыми дырками. То есть ток может протекать в любом (но только одном) направлении. Поэтому транзисторы такого типа именуются биполярными.

Биполярный транзистор, как и любой другой, имеет три вывода.

1. База. Соединяется со средним слоем полупроводника;
2. Эмиттер и коллектор. Эти контакты имеют соединение с внешними слоями кристалла.

Благодаря универсальности работы, на биполярниках выполняется множество схем – в основном усилительные.

• Схема с общей базой. Универсально подключение. Щадящий режим, но при этом способность усиливать рабочий сигнал – слабая;
• Схема с общим эмиттером. Очень высокий КПД, рабочий сигнал усиливается с максимально возможным коэффициентом. Недостатки – сложный расчет сопротивления на входе (при проектировании схем) и сильная зависимость от температуры;
• Схема с общим коллектором. В сравнение с предыдущим вариантом включения, способность усиления сигнала существенно меньше. Можно эффективно использовать входное сопротивление элемента.

Режимы работы транзисторов, выполненных по биполярной технологии:

Активный режим прямой.
Эмиттер-база в открытом состоянии, коллектор-база закрыт. Как проверить транзистор мультиметром в таком режиме? Зная схему подключения – как обычный диод.

Активный режим инверсия.
Эмиттер-база закрыт, коллектор-база открыт. Проверка радиоэлемента проводится аналогичным способом, только полярность тестера обратная.

Насыщение.
Переходы находятся в открытом состоянии. Запуск такого режима осуществляется одновременным подключением к внешнему источнику обоих переходов. Состояние стабильное.

Отсечка.
Коллекторный переход включен в инверсном направлении. Эмиттерный переход работает в двух направлениях. Важно! Для обеспечения режима нельзя подавать напряжение выше порога срабатывания.

Барьер.
База подключена к коллектору. Для мягкости работы последовательно с рабочей цепью подключается резистор. Схему можно использовать в качестве диода с резистивным ограничителем по току.

Если вы разобрались в принципе работы, вопросов как прозвонить транзистор возникнуть не должно. С точки зрения мультиметра, транзистор – это набор диодов. При понимании, в каком направлении открыты p-n переходы, проверка сводится к прозвонке виртуальных диодов.

Смотрите подробное видео про биполярные транзисторы, их структуру и способы применения в электронике.