Transistor
- Denne artikel handler om elektronikkomponenter. For transistor i betydningen radiomodtager, se transistorradio
En transistor er en elektronisk komponent lavet af en halvleder og med mindst 3 tilledninger. Ligesom de gamle radiorør, er en transistors opgave at lade et svagt elektrisk signal "regulere" en mange gange større strøm eller spænding, sådan at der kommer en forstærket "kopi" af det svage signal ud i den anden ende af transistoren.
I analoge kredsløb, for eksempel et forstærkertrin, kan man groft sagt sammenligne transistoren med en lysdæmper; transistoren skal bare have et lille elektrisk signal i stedet for en drejeknap, til at "fortælle" den hvor meget strøm der skal "slippe igennem". Tilsvarende kan man i digital elektronik sammenligne transistoren med en almindelig lyskontakt; i stedet for en trykknap skal transistoren blot have et elektrisk signal, der fortæller den om den skal være "tændt" eller "slukket".
Som andre halvlederkomponenter er transistorer lavet af et halvledermateriale; et materiale med elektriske egenskaber i "gråzonen" mellem de elektriske ledere og isolatorer – ældre transistorer er oftest lavet med germanium, mens man i dag hovedsageligt bruger silicium til formålet.
På illustrationerne herover ses forskellige typer såkaldt diskrete transistorer, hvor hver "dims" indeholder én transistor, men transistorer indgår også sammen med andre komponenter som bestanddele i integrerede kredsløb. Som det ses på illustrationerne ovenfor til højre, har transistorer almindeligvis tre tilledninger, eller ben som de kaldes i fagterminologien: Et af benene, typisk kaldet basis eller gate, tager imod det svage signal der skal "styre" transistoren; den strøm eller spænding der findes her, afgør hvor meget strøm transistoren "lader slippe" ind og ud gennem de to andre tilledninger.
Opdagelse – opfindelse
Det var en svær nød at knække at lave et halvlederbaseret forstærkertrin (transistoren). Den blev opdaget/opfundet i december 1947 af John Bardeen, Walter Houser Brattain og William Bradford Shockley i Bell Laboratorierne, men opfindelsen/opdagelsen blev først offentliggjort i juni 1948. [2] [3] [4]
Man forsøgte at lave et elektronrør i faststof mellem ca. 1930-1947, men uden større succes. Men den 17. november 1947 lavede John Bardeen og Walter Brattain fra Bell Laboratory nogle overflademålinger på et rent germaniumkrystal, som er en halvleder, og opdagede, at to elektroder, med en indbyrdes afstand på langt under en mm, havde en kraftig indbyrdes strømindvirkning – i forhold til den fælles elektrode; bagsiden af krystallet – basen.
Andre forstærkende eller transistorlignende opdagelser
Det vides ikke om dr. Julius Edgar Lilienfeld byggede sine patenterede "metode og apparat til at kontrollere elektrisk strøm": "MESFET" ( US Patent 1,745,175) i 1926/1930; "MOSFET" ( US Patent 1,900,018) i 1928/1933 og en forstærker ( US Patent 1,877,140). [5] [6]
Her er mere information. [7]
Transistorproduktion
Fra 1947 til ca. 1960 (ikke tjekket) blev transistorerne håndlavet og var derfor dyre. Datidens transistorer vil med dagens priser koste ca. 1000 kr/stk.
Fra ca. 1960 (ikke tjekket) til nu anvendes litografi til masseproduktion af transistorer. Fra ca. 1970 (ikke tjekket) blev også ledningerne (bonding wire) mellem halvlederchippen og tilledningerne automatisk placeret og svejset med ultralyd. I dag (2003) kan transistorer købes for under 1 kr/stk.
I chips (integrerede kredsløb, IC'er) bliver transistorerne endnu billigere: En Intel Pentium 4 Northwood har 55 millioner transistorer [8] i chippen og 2 GHz-udgaven kan købes for 660 kr. (2003). Prisen per transistor er her: 0,000012 kr.!
Transistortyper
| NPN: |  |
N-channels: |  |
 |
|
| PNP: |  |
P-channels: |  |
 |
|
| BJT | JFET | depletion IGFET | enhancement IGFET |
Der findes en række forskellige typer transistorer. De mest udbredte er felteffekttransistoren (FET, Field Effect Transistor) og den bipolare transistor (BJT, Bipolar Junction Transistor). Den bipolare transistor var den mest udbredte ind til midten af 1970'erne, da den er mindre krævende at fremstille end felteffekttransistoren, som dog i dag i antal er mere udbredt end den bipolare transistor.
Herudover findes der den ikke særligt kendte og udbredte unijunction-transistor (UJT).
En transistortype, som måske ikke er en selvstændig type, er IGBT (eng. Insulated Gate Bipolar Transistor). Den kan bedst beskrives som en sammenbygning af en bipolar transistor og en MOSFET. Den bliver stort set kun anvendt til højeffektanvendelser.
Hvordan virker en bipolar transistor i praksis
Strømstyring
I den mest anvendte bipolare transistorkobling; fælles emitterkobling anvendes strømstyring af input (Ib), da strømmen Ic næsten er en konstant faktor af Ib. Fordi Ic/Ib næsten er konstant for varierende Ib, har man givet den et navn: Strømforstærkningsfaktoren og benævnelsen beta, Hfe eller hFE. Den er nogenlunde konstant overfor Tchip ændringer ved Vce > 1 V. Typisk er Hfe i følgende interval for laveffekt småsignal transistorer: 10 < Hfe < 800.
Det skal bemærkes, at det er hældningen ΔIc/ΔIb, som er mest interessant i signalforstærkere.
Hvorfor er det interessant med strømforstærkning?
Det er det fordi vi er interesseret i at forstærke signaler. Det at forstærke vil sige at gange med en fast faktor, uafhængig af input-signalets styrke. F.eks. er spændingen mellem en svag og stærk radiokanal 7,5 uV og 75mV på en radioantenne ved en belastning på 75 Ohm. Via Ohms lov kan vi regne strømmen ud til at være mellem 0,1uA og 1mA. Skal vi lytte til lyden fra en radiokanal, skal vi strømforstærke mellem 1.000.000 og 100 gange, for at vi kan høre radiokanalen i højttaleren. Her forudsættes en strøm på 100mA i en højttaler på f.eks. 8 Ohm.
En transistor i fælles-emitter kobling i det lineare arbejdsområde fungerer tilnærmelsesvis som en strømstyret strømgenerator.
Kilder/referencer
- ^ thevalvepage.com: Manufacture of Junction Transistors
- ^ PBS: The Miracle Month: The Invention of the First Transistor, November 17-December 23, 1947
- ^ This Month in Physics History – November 17 – December 23, 1947: Invention of the First Transistor
- ^ The Discovery of the Transistor
- ^ Web archive backup: Julius Edgar Lilienfeld
- ^ about.com: Inventors Dr. Julius Edgar Lilienfeld
- ^ Bell System Memorial – Bell Labs (Who Really Invented The Transistor?) – Other Claims to the Invention
- ^ cpuscorecard.com: Intel Pentium 4 Northwood
- ^ Webarchive backup: Perdio Transistor
- ^ Webarchive backup: History of Radio 3. From Valves to Transistors
Se også
Eksterne henvisninger
 |
Wikimedia Commons har medier relateret til: |