Istoria invenției tranzistorului

Descrierea postului:

Tipul de muncă: abstract
Istoria creării primului tranzistor, precum și câmpul, punctul bipolar și punctul, principiul lor de funcționare, schema de imagine și domeniul de aplicare. Apariția și dezvoltarea industriei semiconductoare în URSS. Războiul rece și impactul său asupra electronicii.






Istoria invenției tranzistorului
Descărcați Istoricul invenției tranzistorului

2. Primul tranzistor

3. Crearea unui tranzistor bipolar

4. Războiul Rece și impactul acestuia asupra electronicii

5. Primii tranzistori sovietici

6. Tranzistoare cu efect de câmp

7. Domeniul de aplicare al tranzistorului

1. ISTORIA INVENȚIEI TRANSISTORULUI

2. PRIMUL TRANSISTOR

Exemplele de proiecte de mai sus și modelele de tranzistori au fost rezultatele izbucnirilor locale ale unor oameni talentați sau norocoși, neacceptate de sprijinul economic și organizațional suficient și care nu au jucat un rol major în dezvoltarea electronicii. J. Bardeen, W. Brattein și W. Shockley au fost în condiții mai bune. Ei au lucrat pentru singurul program pe termen lung (mai mult de 5 ani) din lume, cu sprijin financiar și material suficient la Bell Telephone Laboratories, apoi unul dintre cele mai puternice și mai intensive din SUA. Munca lor a fost începută în a doua jumătate a anilor treizeci, iar lucrarea a fost condusă de Joseph Becker, care a atras-o de teoreticianul de înaltă calitate W. Shockley și de expertul strălucit W. Brattein. În 1939, Shockley a propus ideea schimbării conductivității unei plăci subțiri a unui semiconductor (oxid de cupru), care acționează asupra acestuia printr-un câmp electric extern. A fost ceva care amintește de brevetul lui Yu Lilienfeld, și mai târziu a devenit și a devenit un tranzistor cu efect de câmp masiv. În 1940, Shockley și Brattain au decis să limiteze cercetarea la elemente simple - germaniu și siliciu. Cu toate acestea, toate încercările de a construi un amplificator solid nu au dus la nimic, iar după ce Pearl Harbor (începutul practic al celui de-al doilea război mondial pentru Statele Unite) au fost puse într-o cutie lungă. Shockley și Brattain au fost trimiși la centrul de cercetare, lucrând la crearea radarului. În 1945, ambii s-au întors la Bell Labs. Acolo, sub conducerea lui Shockley, a fost creată o echipă puternică de fizicieni, chimici și ingineri pentru a lucra pe dispozitivele solid-state. Acesta a inclus pe W. Brattein și pe fizicianul teoretic J. Bardeen. Shockley a concentrat grupul asupra realizării ideii sale de dinainte de război. Dar dispozitivul a refuzat în mod constant să lucreze, iar Shockley, instruindu-i pe Bardeen și pe Bratteynu să-l aducă în minte, practic însuși sa retras din acest subiect. Doi ani de muncă grea au adus doar rezultate negative. Bardeen a sugerat că electronii în exces s-au stabilit puternic în regiunile apropiate și au protejat câmpul extern. Această ipoteză a determinat acțiuni ulterioare. Un electrod de control plat a fost înlocuit cu un punct, încercând să acționeze local pe un strat subțire de suprafață subțire al semiconductorului.

3. CREAREA TRANSISTORULUI BIPOLAR

Tranzistorul punct-la-punct Bardeen și Brattein este cu siguranță un avans imens față de tuburile electronice. Dar nu a devenit baza microelectronicii, secolul ei a fost scurt, aproximativ 10 ani. Shockley a înțeles rapid ceea ce au făcut colegii săi și a creat o versiune plană a unui tranzistor bipolar, care este încă în viață și va continua să existe atâta timp cât există microelectronică. El a primit un brevet pentru el în 1951. Și în 1952, W. Shockley a creat un tranzistor de câmp, pe care și el la brevetat. Astfel, el a câștigat sincer participarea la Premiul Nobel.

În 1950, GSI a dezvoltat primul tranzistor de siliciu, iar din 1954 sa transformat în Texas Instruments. a început producția în masă.

4. "Războiul rece" și influența asupra electronicii

5. TRANSISTORI PRIMI SOVIETE

În mai 1953 a fost înființat un institut specializat de cercetare (NII-35, ulterior SRI "Pulsar"), fiind înființat un Consiliu interdepartamental pentru semiconductori. În 1955, producția industrială de tranzistori a început la uzina Svetlana din Leningrad, iar la uzină a fost creat un birou de proiectare pentru dezvoltarea dispozitivelor semiconductoare. În 1956, Institutul de Cercetări al Moscovei-311 cu o plantă experimentală a fost redenumit Institutul de Cercetare "Sapphire" cu planta "Optron" și reorientat la dezvoltarea diodelor și tiristorilor semiconductori. În anii '50 în țară au fost dezvoltate o serie de noi tehnologii pentru fabricarea tranzistoarelor planare: aliaj, difuzie aliaj, mesadifuzie. Industria semiconductoarelor URSS sa dezvoltat destul de rapid: în 1955 au fost produse 96 mii, în 1957 - 2,7 milioane, iar în 1966 - peste 11 milioane de tranzistori. Și acesta a fost doar începutul.

6. TRANSISTORI DIN DOMENIUL

Schema din brevet este prezentată în Fig. în cazul în care:

Electrodul de comandă (1) acționează ca o poartă, electrodul (3) servește ca o scurgere, electrodul (4) servește ca sursă. Prin alimentarea unui semnal alternativ către o poartă situată foarte aproape de conductor, obținem o schimbare a rezistenței semiconductorului (2) între scurgere și sursă. La o frecvență joasă, se poate observa oscilația acului ampermetrului (7). Prezenta invenție este un prototip al unui tranzistor cu poartă izolată. Următoarea perioadă a valului de inventii de tranzistori a venit în 1939, când, după trei ani de cercetare pe amplificator stare solidă în compania „BTL“ (Bell Telephone Laboratories) Shockley a fost invitat să se alăture studiului Brattain pe redresor mednookisnomu. Lucrarea a fost întreruptă de cel de-al doilea război mondial, dar înainte de a pleca spre front, Shockley a propus două tranzistoare. Cercetare pe tranzistori

Dispozitive semiconductoare tranzistor bipolar cu un număr mare de straturi de diferite tipuri de conductivitate electrică, amplasate într-o combinație diferită. Luați în considerare un tranzistor bipolar.

Principiul tranzistorului bipolar este acela că joncțiunile 2 pn sunt localizate atât de aproape unul de celălalt încât are loc influența lor reciprocă, astfel încât acestea amplifică semnalele electrice.

După cum se arată în Fig. . Aceste trei domenii - n-, p și n (în principiu, poate fi opusul: P-, p, p, în ceea ce privește toate argumentele acestui tranzistor va fi la fel, singura diferență în polaritățile de tensiune, un tranzistor numit pn p, iar pentru simplitate vom considera n-p-n prezentat în Fig.

Astfel, în Fig. Sunt arătate trei straturi: cu conductivitate electronică și puternic, ceea ce înseamnă plus-emițător, bază de găuri și din nou electronic, dar mai slab dopat (concentrația de electroni este cel mai mic) - colectorul. Grosimea bazei, adică distanța dintre două joncțiuni pn, egală cu Lb. este foarte mic. Ar trebui să fie mai mică decât lungimea de difuzie a electronilor din bază. Este de la unități la zeci de microni. Grosimea bazei nu trebuie să depășească 1 μm. (Grosimea părului uman este de 20-50 μm.) De asemenea, rețineți că acesta este aproape de limita de rezoluție a ochiului uman, deoarece nu putem vedea mai puțin decât lungimea de undă a luminii, adică aproximativ 0,5 μm). Toate celelalte dimensiuni ale tranzistorului nu depășesc mai mult de 1 mm.

Prin straturi aplicate de tensiune externă, astfel încât emitor tactul este deplasat în direcția înainte, și prin ea curge un curent mare, iar joncțiunea colector este deplasat pn în direcția opusă, astfel încât prin ea nu ar trebui să scurgeri de curent. Cu toate acestea, pentru că tranzițiile sunt aranjate aproape PN, ele influențează reciproc, iar imaginea se schimbă curent de electroni trecut din veniturile de tranziție emițător pn în continuare, ajunge la joncțiunea colector și un câmp pn electric din urmă electronii sunt trase în colector. Ca rezultat, pentru tranzistori buni, aproape tot curentul colectorului este egal cu curentul emițătorului. Pierderile de curent sunt foarte nesemnificative: procente și chiar fracțiuni de procente.

De obicei, în circuite, tranzistoarele bipolare sunt reprezentate după cum urmează:

După cum puteți vedea, imaginea schematică nu este deloc similară construcției lor reale. Dar așa este acceptat. Cercul simbolizează corpul tranzistorului. Indicele "b" desemnează un contact cu baza, "k" denotă contactul cu zona colectorului, iar "e" se referă la regiunea emițătorului. Direcția săgeții la contactul emițătorului determină tipul de tranzistor (p-p-p sau p-p-p).

Schema cu o bază comună: Câștigul a 1

7. DOMENIUL DE APLICARE A TRANSISTORULUI

Primele tranzistoare care au produs industria internă au fost tranzistoare punctuale, care au fost destinate să amplifice și să genereze oscilații cu o frecvență de până la 5 MHz. În procesul de fabricare a primelor tranzistoare din lume s-au dezvoltat procese tehnologice separate și s-au dezvoltat metode de control al parametrilor. Experiența acumulată a permis trecerea la lansarea unor instrumente mai avansate, care ar putea funcționa deja la frecvențe de până la 10 MHz. În viitor, tranzistoarele tip punct au fost înlocuite cu tranzistoare planare cu calități electrice și operaționale mai mari. Primele tranzistoare de tip P1 și P2 au fost destinate amplificării și generării oscilațiilor electrice cu o frecvență de până la 100 kHz.

Apoi au apărut cele mai puternice tranzistoare cu frecvență joasă P3 și P4, a căror utilizare în amplificatoarele în 2 timpi a făcut posibilă obținerea unei puteri de ieșire de până la câteva zeci de wați. Odată cu dezvoltarea industriei de semiconductori, s-au dezvoltat noi tipuri de tranzistoare, inclusiv P5 și P6, care, în comparație cu predecesorii lor, au avut caracteristici îmbunătățite.

Timpul a trecut, au fost stăpânite noi metode de fabricare a tranzistorilor, iar tranzistoarele P1-P6 nu mai îndeplineau cerințele actuale și au fost eliminate din producție. În schimb, au apărut tranzistoare de tip P13-P16, P201-P203, care aparțin și celor cu frecvență joasă care nu depășesc 100 kHz. O astfel de limită de frecvență joasă este explicată prin metoda de fabricare a acestor tranzistoare, efectuată prin fuziune.

Prin urmare, tranzistoarele П1 - П6, П13 - П16, П201 - П203 sunt numite cele din aliaj. Tranzistorii capabile să genereze și să amplifice oscilații electrice cu o frecvență de ordinul zecilor și sutelor de MHz au apărut mult mai târziu - acestea au fost tranzistori tipaP401 - P403, care a inițiat aplicarea noii metode de difuzie de fabricare a dispozitivelor semiconductoare. Astfel de tranzistori se numesc difuzie. Dezvoltarea ulterioară sa desfășurat pe calea îmbunătățirii atât a tranzistorilor din aliaj, cât și a celor de difuzie, precum și crearea și dezvoltarea de noi metode de fabricare a acestora.

Odată cu apariția tranzistorilor bipolari cu efect de câmp, ideile dezvoltării computerelor de dimensiuni mici au început să fie încorporate. Pe baza lor au început să creeze sisteme electronice de bord pentru aviație și tehnologie spațială.

În circuit, semnalul de intrare este aplicat pe bază și semnalul de ieșire este scos din colector. Circuitul și caracteristicile de ieșire sunt prezentate în figura 1. Este evident că circuitul a devenit foarte complicat. Cu toate acestea, principalul lucru care este acolo este un rezistor Rk. care determină câștigul de tensiune și care este de la kOhm la MOhm (cu cât este mai mare acest rezistor, cu atât este mai mare câștigul). Toate celelalte elemente sunt mai mult sau mai puțin condiționate. În primul rând, Re este necesar pentru stabilizarea termică a tranzistorului. Acest lucru se face prin feedback-ul curent, pe care îl vom discuta mai târziu.

Se este un condensator care evită acest rezistor la frecvențele de funcționare, deci nu există nici un rezistor atunci când există un semnal variabil. Acest condensator este de câteva μF. De obicei este un condensator electrolitic.

Cp - condensatoare de separare, care separă componenta constantă a semnalului la intrarea și ieșirea circuitului de semnalele externe. De obicei, este vorba de câteva UF.

Rb1 - un rezistor important care controlează funcționarea tranzistorului, servește pentru setarea punctului de funcționare. Acest rezistor stabilește componenta constantă a curentului de bază. Valoarea lui depinde de valoarea lui Rk.

Rb2 - rezistență aproape inutilă, este doar pusă pentru a proteja tranzistorul de ardere. Valoarea sa ar trebui să fie mare, deoarece este paralelă cu intrarea și poate scurtcircuita. De obicei, acesta este de 1 sau câțiva kilograme, deoarece rezistența de intrare a tranzistorului este mică.

Rn este rezistența la sarcină, este mai bine dacă este mare, deoarece este conectată în paralel cu ieșirea tranzistorului și, dacă este mică, semnalul de ieșire va cădea.

Uin este semnalul la intrarea tranzistorului. După cum puteți vedea, există multe părți diferite la intrare - rezistoare și condensatoare. Dar, la frecvențele de funcționare, rezistența condensatoarelor este mică și ei trec bine prin semnale. Și două rezistențe paralele Rb1 și Rb2 sunt suficient de mari în comparație cu rezistența de intrare a tranzistorului. Prin urmare, luăm în considerare doar această rezistență de intrare. De obicei, rezistențele tranzistorului sunt indicate cu litere mici:

rb - rezistența regiunii de bază a tranzistorului, de obicei foarte mică - de la câțiva ohmi la zeci de Ohmi;

este rezistența regiunii emițătorului (zeci sau sute de Ohm) și joncțiunea emițătorului pn, de obicei deplasată în tensiune directă. Cu un tranzistor deschis, acesta este în limita a 10. 100 ohmi. Tensiunea de intrare este Uin. Curentul care trece prin baza tranzistorului, prin fluxurile de curent ale colectorului Ik = bIb. Să calculăm potențialul asupra colectorului. Acum găsim factorul de câștig pentru tensiunea Ku = Uout / Uin, dar din moment ce acest lucru este dificil, vom căuta un câștig diferențial:

Articole similare

• Istoria descoperirii joncțiunii p-n, sau unde începe tranzistorul, istoria ei în Ucraina

• 7 cele mai urâte rochii de mireasă din istoria show-business-ului

• Mitologia și istoria semnului Sagetator, o caracteristică generală a semnului Sagetator, citit online, fără

Trimiteți-le prietenilor: