Tranzisztor

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Különböző kialakítású tranzisztorok – az egyes típusok feletti feliratok a tranzisztor tokozását (kialakítását) jelzik.

A tranzisztor háromrétegű félvezető eszköz, amelyet túlnyomórészt gyenge villamos jelek erősítésére, továbbá jelek kapcsolására vagy feszültségstabilizálás céljára alkalmaznak. A három réteg kémiailag eltérő adalékolású (szennyezésű), amely két p-n átmenetet tartalmaz. A tranzisztor a modern elektronika alapeleme, gyártják önálló alkatrészként és integrált áramkörök alkotóelemeiként is.

Az első tranzisztor létrehozása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az első tranzisztor

Számos amatőr kísérletezett azzal, hogy a kristálydetektort (korabeli félvezetődiódát) az elektroncsövekhez hasonlóan vezérlőelektródával lássa el, amelyet azután a rádióvételben kívántak hasznosítani. Megfelelő technológiai kapacitás és publikáció hiányában azonban ezen kísérletek többsége rejtve maradt. Vezérlő elektródával ellátott félvezető alkalmazási kísérletre mindössze két dokumentálható forrás ismert, Oleg Losev (1922-23) és Kemény Károly (1930) tollából. [1][2]

Más úton indult el Julius Edgar Lilienfeld fizikus, aki 1925. október 22-én szabadalmaztatta[3] eljárását, amely a mai térvezérlésű MES-FET-tranzisztornak felel meg. Azonban szabadalmát nem követte megvalósítás és bevezetését az ipar is mellőzte.

1934-ben Oskar Heil szabadalmaztatott[4] egy más kialakítású félvezetőt, amely szintén a mai térvezérlésű tranzisztorok elődjének tekinthető. Sajnos nincsenek dokumentálható adatok arra vonatkozóan, hogy valóban készült-e működőképes eszköze akár csak laboratóriumi szinten is.

A tranzisztor dokumentálható kifejlesztését a Lucent Technologies kutatóintézetében, a Bell Laboratóriumban végezték el. A laboratóriumban három kutató (Walter Brattain, John Bardeen, William Shockley) 1934 óta kísérletezett különféle anyagokkal. Kutatásaik során két olyan anyagot vizsgáltak, amelyek félvezető tulajdonságot mutattak. Ez a két anyag a germánium és a szilícium volt. A germánium olvadáspontja 937 °C, így gyártása egyszerűbb volt, mint a szilíciumé, aminek olvadáspontja 1412 °C.

Az első megépített tranzisztort germánium és aranylemez összepréseléséből hozta létre Walter Brattain 1947. december 24-én.[5] Ezt az első tranzisztort kísérletképpen egy korabeli erősítő egyik elektroncsövének helyébe építették be, amelyet elsőként a vezetőség öt tagja előtt mutattak be, akik megbizonyosodhattak az új alkatrész működőképességéről.

Az új eszközt 1948. június 17-én szabadalmaztatták. Az eszköz számára megfelelő megnevezést keresve több ötlet felmerült, a tranzisztor nevet a távközlési részleg vezetője, John Pierce adta az alkatrésznek. A tranzisztor létrehozása kezdetben nem vert fel nagy port, lassan ment át a köztudatba, de végül alapjaiban átalakította az elektronikai ipart. Walter Brattain, John Bardeen és William Shockley munkásságát később elismerték, és 1956-ban mindhárman Nobel-díjat kaptak találmányukért.

A tranzisztor elnevezés az angol transfer-resistor (kb. „átengedés-ellenállás”) szavakból képzett mozaikszó.[6]

Tranzisztor és az elektronika fejlődése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az 1950-es évekig aktív erősítő alkatrészként csak az elektroncsövek (vákuumcső) használata volt lehetséges. A csövek hátránya volt a nagy méretük és a katódfűtés miatti nagy fogyasztásuk. A legrégebbi elektronikus számítógépek, amelyek szoba méretűek voltak, több ezer csövet tartalmaztak. A csöveket szinte folyamatosan cserélni kellett bennük, emiatt egy hosszadalmas számítást szinte lehetetlen volt velük elvégeztetni. A tranzisztor megjelenése gyorsan kiszorította az elektroncsöveket. Hatására a számítógépek megbízhatósága rohamosan javult, és az áramszükségletük is a töredéke lett a korábbiaknak. A tranzisztor a tömeges elterjedését a szórakoztató elektronikának köszönhette. A mindenki számára elérhető rádiót hatalmas mennyiségben gyártották. Ezek korábban a fakávába épített elektroncsöves elektronika méretei miatt kisebb bútor nagyságúak voltak. Amikor a tranzisztor felváltotta az elektroncsöveket, a méretek kezdetben egy női táska nagyságúra csökkentek, és tovább zsugorodtak. Így jöttek létre a táska-, majd a zsebrádiók. A tranzisztorok által kiváltott méret- és súlycsökkentés több új iparág fejlődését is elősegítette, például az űrhajózásét. Eleinte a híradástechnikában a nagy újítás nem a kis méret (hiszen léteztek szubminiatűr elektroncsövek is) hanem az, hogy nem kellett a csöveknél megszokott, percekig tartó bemelegedési időt kivárni.

A tranzisztorok elterjedését eleinte nehezítette, hogy azonos feladat ellátására általában több tranzisztor volt szükséges, mint elektroncső. Például egy néprádió 4 elektroncsővel (3+1) épült fel, míg egy zsebrádió 7 vagy 9 tranzisztorból állt.

Az első germánium tranzisztorok műgyanta tokozását felváltotta a légmentesen lezárt üveg-, majd fémtok, mert a germánium felülete érzékeny a hosszútávú légköri behatásokra. A szilícium – bár néhány tulajdonságában hártányban van a germániumból készült félvezetőkkel szemben – felületén gyártáskor létrejövő oxidréteg megvédi a félvezető eszközt, így olcsóbb műgyanta tokozás is elegendő. Szilíciumból készült tranzisztorok esetén is alkalmaznak fémtokozást, ha a tranzisztor működése közben keletkezett hőt el kell vezetni. A szilícium nagy tömegben fordul elő a természetben, így a félvezetőiparban gyorsan kiszorította a ritka és költséges germániumot. Germániumből félvezetőket szinte csak pótlás céllal (pótalkatrész) gyártanak.

Működési elve[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A tranzisztorban a vezérlő elektródájára (bázis) juttatott feszültség hatására a másik két elektróda (emitter és kollektor) közötti p-n átmenet kinyit, azaz az emitter és kollektor között áram folyik. A p-n átmenet nyitása függ az adott típusú tranzisztortól és a vezérlő elektródára vezetett feszültség nagyságától, így egy elzárószelep (vízcsap) elektromos analógiájának is tekinthető. Lényeges, hogy a vezérlő elektródára kapcsolt energiaszint töredéke a kapcsolt energiáknak.

Adalékolás (szennyezés)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Sorozatban gyártott félvezető eszközök minden egyes darabjának azonos tulajdonságot kell mutatnia, ezért gyártásukhoz laboratóriumi tisztaságú félvezetőket, egykristályt használnak. Ahhoz, hogy az eszköz megfelelően működjön, egyes rétegeinek eltérő összetételűeknek kell lennie, amelyet egyéb anyagok adalékolásával biztosítanak. Az adalékolást a rendkívül kis mennyiségű ötvözőanyag miatt a szakmai zsargonban szennyezésnek is nevezik.

Összehasonlítás az elektroncsővel[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A tranzisztor nemcsak méreteiben, hanem egyéb elektromos jellemzőiben is más, mint az elektroncső, számos előnnyel és hátránnyal rendelkezik az elektroncsőhöz képest.

Előnyei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A tranzisztor alkalmazásának legfontosabb előnyei:

  • kis méret;
  • katódfűtés elmaradása;
  • kisebb működési feszültség;
  • a tranzisztoros készülék bekapcsolás után azonnal üzemkész, a katódfűtés hiánya miatt nincs szükség bemelegedési időre;
  • kisebb teljesítmények miatt telepes (elemes) táplálás is megoldható a méretek miniatürizálásával;
  • hosszú élettartam;
  • komplementer eszközök gyártásával az áramkörök egyszerűsíthetőek, míg elektroncsőből nem gyártható komplementer elem;
  • nagyobb mechanikai stabilitás.

Hátrányai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A tranzisztor néhány tulajdonságában hátrányban van az elektroncsővel szemben. Így például:

  • A szilícium tranzisztor élettartama típusfüggő;
  • nagyfeszültségű vagy nagyteljesítményű alkalmazásokra az elektroncsövek alkalmazása előnyösebb (például mikrosütő klisztron, földi TV-adó nagyteljesítményű egysége, stb., stb.);
  • a kommersz félvezetők egyes típusai nagyon érzékenyek az elektrosztatikus feltöltődésre, meghibásodhatnak akár egy műszálas ruha feltöltődésétől is;
  • a pillanatnyi túlterheléseket az elektroncső jobban elviseli;
  • érzékeny a radioaktív- és kozmikus sugárzásra;
  • nagy torzítása és nemlineáris karakterisztikája miatt nemkívánatos rádióvételi jelenségek, gerjedések keletkez(het)nek, amelyeket külön áramkörrel kell megszüntetni;
  • elektroncsöves erősítők hangzása kellemesebb a kevesebb belső torzítás miatt.

Bipoláris tranzisztor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Szennyezett félvezetőből, többnyire szilíciumból készített 3-kivezetésű elektronikai alkatrész. A bipoláris név onnan ered, hogy két, elektromosan szétválasztott (vagyis polarizált) réteggel rendelkezik (P-N és N-P). Működése során mindkét típusú töltéshordozó, az elektronok és lyukak is szerepet játszanak. Erősítőkben, szabályzó és kapcsoló áramkörökben használják.

Felépítése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Tranzisztor kristályának felépítése

Egy félvezető egykristályban kialakított három, eltérően adalékolt tartományból áll. Az NPN-tranzisztor esetén két N-típusú tartomány között egy vékony P-típusú réteg van, PNP-tranzisztor esetén pedig két P-típusú réteg közé kerül egy vékony N-típusú tartomány. A két szélső réteget kollektornak (C), illetve emitternek (E) nevezik, a középső réteget bázisnak (B) hívják. A félvezető rétegek két (egymással szembefordított) p-n átmenetet alkotnak, ezeket emitter- ill. kollektordiódának nevezik. Minden réteg kivezetéssel van ellátva. A bázis jóval vékonyabb, mint a másik két réteg. A tranzisztor három rétege sokszor a félvezető kristálynak csak a felső vékony rétegét foglalja el. A kristály alsó része mechanikusan tartja a rétegeket.

A félvezető kristály kialakítása nem szimmetrikus, ezért a kollektor és az emitter kivezetés nem cserélhető fel. Áramköri egyszerűsítés céljából azonban szimmetrikus kiegészítő (komplementer) tranzisztorokat is gyártanak, amelyeket igényesebb kivitel esetén párba válogatnak. Szimmetrikus komplementer tranzisztorpár esetén a két tranzisztor jellemzői egyformák, de bennük az áramok iránya ellentétes.

Működése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A működő (nyitott) tranzisztor emitterdiódája nyitóirányban (azaz a "P" réteg pozitívabb az "N" rétegnél), kollektordiódája záróirányban (azaz a "P" réteg negatívabb az "N" rétegnél) van előfeszítve. Ez azt jelenti, hogy a PNP tranzisztor emittere mindig pozitív, az NPN tranzisztor emittere mindig negatív feszültséget kap a kollektorhoz képest (a bázis feszültsége pedig e két feszültség közötti értékű; a nyitott emitterdiódán germániumtranzisztornál kb. 0,2 V, szilíciumtranzisztor esetén kb. 0,6 V feszültség esik).

A nyitott emitterdiódán az emitter és bázis közé kapcsolt feszültségtől függő áram folyik, az emitterből a bázisba kerülő töltések zöme azonban (a kialakuló töltésviszonyok miatt) a kollektoron át távozik, a bázisáram csekély. A kollektoráram és a bázis egyenáram viszonyát ß-val (h21E) jelölik, ez a tranzisztor áramerősítése (szokásos értéke 10...1000). (A kisjelű áramerősítési tényező, ß (h21E) pedig a kollektor- és bázis váltakozóáram hányadosa.)

Tranzisztor kristályában működő diffúziós folyamatok

A tranzisztor két működési módja: analóg (erősítő) vagy kapcsoló.

Analóg (kisjelű) üzemben a bázisáram változtatásával (ami a bázis és emitter közé kapcsolt nyitófeszültség kis mértékű változtatását is jelenti) elérik, hogy a kollektoráram annak ß-szorosával változzon: így hasznosítható a tranzisztor áramerősítése.

Bipoláris tranzisztor mint kapcsoló (kapcsolóüzem)

Kapcsoló üzemmódban működtetik a tranzisztorokat az akkumulátortöltők és tápegységek többsége, a logikai áramkörök és a memóriák. Kapcsoló üzemben a tranzisztor szakadásként viselkedik (nem folyik rajta áram), ha az ábra jobb oldalán lévő kapcsoló nyitva van: ekkor a bázisáram is zérus. Ha a kapcsolót zárják, az 1kΩ-os ellenálláson át IBE bázisáram indul meg, a tranzisztor kollektorán ennek β-szorosa ICEfolyhat az emitter diódán át. Ha a tranzisztort a bázisra kapcsolt megfelelő feszültséggel annyira kinyitjuk, hogy az emitter és a kollektor közötti feszültségkülönbség közel zérus lesz (szaturáció), a tranzisztoron át maximális áram folyhat, vagyis a példa szerinti áramkörben az izzó világít. Ez a tranzisztor nyitott állapota. A báziskörben lévő kapcsoló nyitása után az IBE bázisáram megszűnik, a tranzisztor ennek hatására lezár. A kapcsoló nyitása-zárása tetszőleges elektronikai úton történhet.

Végeredményben a bázis-emitter közé kapcsolt (megfelelő nagyságú) feszültség következtében meginduló bázisáram hatására a tranzisztor kollektorárama be/kikapcsolható.


bipoláris tranzisztor

Alapkapcsolásai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Alapk.JPG

A tranzisztort négypólusként kezelhetjük, ha három kivezetése közül egyet közösítünk. A bemenet és a kimenet közös pontja földpont. Így váltakozó áramú szempontból három alapkapcsolást különböztetünk meg: közös (vagy földelt) emitteres, közös kollektoros, közös bázisú.

A tranzisztor működéséhez nyitóirányú bázis-emitter feszültséget (szilícium esetén kb. 0,6 V) kell biztosítani. A kollektor-bázis átmenet előfeszítése záró irányú legyen. Az egyenfeszültségek és egyenáramok a tranzisztor működési állapotának, a munkapontnak az adatai. A munkapont körüli változások jelentik a váltakozó áramú működést. Működés közben egyenáramú és rá szuperponálódott váltakozó áramú mennyiségek mérhetők.

Jelleggörbéi[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Mivel a tranzisztort négypólusként kell kezelnünk be/ki menete nem kezelhető egymástól függetlenül. A vizsgált mennyiségeket jelleggörbéken ábrázoljuk, melyeket a nem vizsgált pontokkal paraméterezzük. Emiatt a jelleggörbék jelleggörbe seregek.

  • A bipoláris tranzisztor karakterisztikái földelt emitteres alapkapcsolásban:
Földelt emitteres mérő.JPG

A karakterisztikákat a négy pólus jellegének megfelelően, mindig két mennyiség között vesszük fel úgy, hogy a többi mennyiséget állandó értéken tartjuk. Ezeket változtatva más karakterisztikákat kapunk. A négypólusra jellemzően a be/ki meneti és transzfer karakterisztikákat vizsgálhatunk. A karakterisztikákat egyenáramú mérésekkel vesszük fel, ezért a paraméter mennyiségeket állandó értékűnek választjuk.

  • Bemeneti karakterisztika
Ibe-ube.JPG

A tranzisztor bemenete a bázis-emitter dióda, a bemeneti karakterisztika tehát egy nyitóirányú dióda karakterisztikája.

Uce1<Uce2<Uce3

  • Kimeneti karakterisztika
Ic-uce.JPG

A kimeneti karakterisztikát a kollektor-bázis záróirányú dióda határozza meg. A telítődő jellegű közel vízszintes karakterisztika vonalak hasonlóak a záróirányú karakterisztikához, csak sokkal nagyobb áramértéken. Minden egye karakterisztika vonalat a hozzá tartozó bázisáram paraméterez.

  • Transzfer karakterisztika
Ic-ib.JPG

A be / kimenet kölcsönhatásait a be / kimeneti transzfer karakterisztikák határozzák meg. Mivel a tranzisztort a bázisárammal vezéreljük, mely meghatározza a kollektoráramot és a transzfer karakterisztikát is, az áramokra adjuk meg.

A másik transzfer karakterisztika a kimeneti feszültség visszahatása a bemenetre. Ez a hatás korszerű tranzisztoroknál elhanyagolható.

  • A tranzisztor négynegyedes karakterisztikája

4negyed.JPG

A „ h ” paraméterek és a karakterisztikák kapcsolata[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A karakterisztikák szerkesztése és kiszámítási módja hasonló, ezért a karakterisztikákból kiszerkeszthetők azok a mennyiségek, melyek a tranzisztor paramétereinek felelnek meg leggyakrabban a „h” paraméteres leírásmódot használjuk. A paramétereket az adott munkapont körül delta megváltozásra szerkesztjük ki. A karakterisztikából kiszerkesztve a megváltozásokra kapunk összefüggéseket. A delta mennyiségek kijelölésével a karakterisztikákat linearizálhatjuk a kapott paraméterek lineáris közelítés eredményei. A delta mennyiséggel egy húrt jelölünk ki, mellyel közelítjük a függvényt. Minél kisebb a delta annál kisebb a közelítés hibája. Határesetben az érintőhöz közelítünk.

  • Jelleggörbék FB alapkapcsolásban.

A tranzisztor jelleggörbéit meghatározhatjuk úgy is, hogy bemenetként az emittert, kimenetként a kollektort választjuk.

Ie = Ib(1+B) A bemeneti karakterisztika jellege megmarad (BE dióda), de az áram az FE -nek (1 + B) szerese.

A tranzisztor jellemző adatai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egy tranzisztor alkalmazásához ismernünk kell jellemző üzemi adatait és határértékeit. Különböző alkalmazásokban más - más jellemzők lehetnek fontosak.

  • A tranzisztor egyenáramú határadatai:

Ucemax ; Ubemax ; Idmax ; Pdmax

  • Maradékáramok és maradékfeszültségek :

Icb0 ; Ice0 ;

A maradékáramok ismerete azért fontos, mert összemérhető a vezérlőárammal vagy azért, mert ennél kisebb áramot nem tudunk elérni. A maradékfeszültség pedig megadja, hogy a teljesen kinyitott tranzisztoron mekkora feszültség mérhető.

  • Váltakozó áramú jellemzők
  • Alacsony frekvencia esetben „h” paraméterekkel
  • Nagyfrekvencia esetén „y” paraméterekkel adjuk meg a jellemzőket.
  • A tranzisztor kapacitásai

A tranzisztor működési frekvenciatartományát határozzák meg. A kapacitások a határrétegek töltéstároló képessége miatt alakulnak ki. Határfrekvenciák : A tranzisztor jellemzői frekvenciafüggőek. Jellemző határfrekvencia az a frekvencia, ahol a ß = 1 lesz. Más esetben határfrekvenciaként azt az értéket adjuk meg, ahol egy adott mennyiség gyök ketted részére csökken.

  • A tranzisztor hőtani jellemzői :

A tranzisztor kialakítása attól függ, hogy milyen teljesítményű alkalmazásra szánjuk. Meghatározó a lapka és a ház, valamint a ház és a környezet közötti hővezetési ellenállás.

  • Hőmérséklet hatása a tranzisztorra :

A határrétegek viselkedése hőmérsékletfüggő ez megjelenik a tranzisztor működésében is. A hőmérséklet növekedésével a bemeneti karakterisztika az áramtengely felé tolódik, ami azt jelenti, hogy ugyanakkora áramhoz kisebb nyitófeszültség tartozik. A csökkenés 2mV/C . A kimeneti karakterisztika felfelé tolódik el azaz ugyanakkora UCE-hez és bázisáramhoz nagyobb kollektoráram tartozik.

Tranzisztorparaméterek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A tranzisztorparaméterek a tranzisztor típusára jellemző értékek, katalógus adatok. E jellemzők értékétől függ, hogy az adott tranzisztort milyen célra lehet felhasználni.

  • Maximális kollektor–emitter feszültség (UCE max) – A tranzisztor kikapcsolt állapotában megengedhető kollektor–emitter feszültség, amelyet károsodás nélkül még elvisel.
  • Áramerősítési tényező ß˙´ – h21e néven is szokták emlegetni. Az áramerősítési tényező egy szorzószám, amely megmondja, hogy a bázisáram hányszorosa a kollektor és emitter közötti áram.
{h_{\rm 21e}}=\frac{i_{\rm C}}{i_{\rm B}},
  • Maximális kollektor–emitter áram (ICE max) – A kollektor és az emitter között megengedhető áram, vagyis a tranzisztor által kapcsolható legnagyobb áram.
  • Veszteségi teljesítmény (Ptot) – A tranzisztoron hővé alakuló teljesítmény maximuma.
  • Az erősítés határfrekvenciái:
    • fß a |ß|=ß0/sqr(2) áramerősítéshez tartozó határfrekvencia
    • f1 a ß=1 áramerősítéshez tartozó határfrekvencia
    • ft tranzit-határfrekvencia

Unipoláris térvezérlésű tranzisztorok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Unipolárisnak nevezzük azokat a tranzisztorokat, melyek működésében egynemű töltéshordozók vesznek részt. A térvezérlés az elektromos térerősségre utal, a Gate elektródára kapcsolt feszültség vezérli a tranzisztor áramát.

Záróréteges térvezérlésű tranzisztor vagy jFET[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

junction Field Effect Transistor angol kifejezés kezdőbetűiből kialakult mozaikszó egy kis teljesítményű 3-kivezetésű elektronikai alkatrészre utal.

Felépítése: A kisméretű gyengén adalékolt félvezetőkristály két oldalán ellentétes adalékolású vezérlő elektródákat alakítanak ki. A kivezetések elnevezése: Drain vagy nyelő, Gate vagy kapu, Source vagy forrás elektróda.

Szigetelőréteges térvezérlésű tranzisztor vagy MOSFET[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

MOSFET tranzisztor rajzjelei

A MOSFET (Metal Oxide Semiconductor, magyarul: fém-oxid félvezető) a belső rétegek sorrendjére (Field Effect Transistor, magyarul: térvezérlésű tranzisztor), a tranzisztor működési elvére utal. Az unipoláris tranzisztorok működésénél a többségi töltéshordózóknak van szerepe. A modern (mind analóg, mind digitális) integrált áramkörök döntő többsége növekményes MOS tranzisztorokból épül fel.

A töltéshordozók forrása a Source, a töltéseket a Drain nyeli el. A Drain és a Source adalékolása azonos típusú, az alapkristályé (Bulk vagy Substrate) ellentétes. A csatornán folyó áramot a kapuelektróda, a Gate vezérli. A Gate elektródát szigetelő réteg (általában szilícium-dioxid) választja el a csatornától. A kapuelektródán keresztül gyakorlatilag nem folyik áram, a tranzisztor árama a csatornában folyik. A negyedik az alapkristály (substrate) kivezetése, amely gyakran össze van kapcsolva a Source-szal.

Kétféle FET létezik. A „növekményes” vagy „önzáró” típus csatornáján csak akkor folyik áram, ha a Gate elektróda feszültséget kap. A „kiürítéses” vagy „önvezető” típus esetén a Gate-re kapcsolt feszültség a csatorna áramát csökkenti.

A növekményes MOS tranzisztorban nincsen csatorna-adalékolás. Ezekben az eszközökben a csatornát a Gate-re adott feszültség, a Gate tere hozza létre az inverzió jelensége révén. Egy n-csatornás növekményes MOS tranzisztorban a Source és a Drain n-típusú, a Bulk p-típusú. Ha a Gate-re pozitív feszültséget kapcsolunk (a Source-hoz képest), akkor a Bulkban lévő lyukakat az taszítani fogja. Ennek hatására egy kiürített réteg alakul ki a gate-oxid alatt. Ha tovább növeljük a feszültséget, akkor a Gate alatt elektronok gyűlnek össze, hiszen azokra vonzó hatással van a gate tere. Ez az összegyűlt töltés az inverziós töltés, amely a csatornát alkotja. Kialakulásával ohmos kapcsolatot létesít a Source és a Drain között, amivel lehetővé válik a vezetés. A tranzisztoron átfolyó áram nagysága ekkor a Drain-Source feszültségtől lineárisan függ – ez jellemző a MOS tranzisztorra a trióda tartományban. Ha a Drain-Source feszültség elegendően nagy, akkor a csatorna a Drain-nél elzáródik (hiszen ott a Gate-Drain feszültség már nem elég nagy ahhoz, hogy a csatornát képző inverziós töltést fenn tudja tartani). Ekkor a tranzisztor telítésbe kerül (szaturáció). Ilyenkor a Drain-Source feszültséget tovább növelve a tranzisztor árama már nem nő tovább (első közelítésben), tehát ekkor egy olyan eszközt kaptunk, aminek árama a rajta eső feszültségtől független – ez az áramforrás. A tranzisztor áramát a Gate-Source feszültséggel állíthatjuk be, amelytől az négyzetesen függ.

A kiürítéses típusú tranzisztorban adalékolással létre van hozva a csatorna, így az már zérus Gate-Source feszültségnél is vezet. Ebben az esetben a Gate terével nem kinyitjuk, hanem elzárjuk a tranzisztort, méghozzá úgy, hogy olyan polaritású feszültséget kapcsolunk az eszközre, hogy az a csatornában lévő töltéseket taszítsa, és így kiürüljön a csatorna.

A szigetelő oxidréteg átütési szilárdsága alacsony, mivel igen vékony a kiképzése, ezért a diszkrét MOS tranzisztort védeni kell az elektrosztatikus feszültségektől, amelyek tönkre tudják tenni az alkatrészt.

Egyéb tranzisztortípusok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A jövő[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az Oregoni Állami Egyetem (OSU) és a Hewlett-Packard 2004-ben bejelentették, hogy az anyagok egy teljesen új csoportját kísérletezték ki közösen, amelyekből olcsó, stabil és környezetbarát tranzisztorok gyárthatók, melyek ráadásul átlátszóak.[7] A HP kutatólaboratóriumának igazgatója, Tim Weber szerint a felfedezés lehetővé teszi majd, hogy kijelzővé vagy szkennerré alakíthassanak majd bármilyen üvegfelületet, s ezzel „Pár olyan dolog, ami a hollywoodi produkciókban trükkfelvétel volt, hamarosan valósággá válik”.

Fényképek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Kemény Károly: A kristály – Az antennára visszacsatolt kristálydetektoros készülék, h.n., Rádió- és Fotoamatőr, V. évf. 12. sz., 1930.
  2. Dr. Kutor Károly: Az áramkörök aktív elemei, az áramkörgyártás főbb technológiái, jegyzet
  3. Julius Edgar Lilienfeld: Method and apparatus for controlling electric current ,Szabadalmi szám: US 1745175, Kanada, 1925. 10. 22.
  4. Oskar Heil: Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices,Szabadalmi szám: GB 439457, Németország, 1934. 03. 02.
  5. John Orton: The Story of Semiconductors, Oxford University Press, 2006, ISBN 978 0 19 853083 1
  6. The transistor. www.nobelprize.org
  7. Jönnek az átlátszó tranzisztorok 2004

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Riordan, Hoddeson: Crystal Fire, 1997

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Tranzisztor témájú médiaállományokat.