Опис роботи:
Тип роботи: реферат
Історія створення першого транзистора, а також польового, біполярного та точкового, їх принцип дії, схеми сторін та областей застосування. Виникнення і розвиток напівпровідникової промисловості в СРСР. "Холодна війна" і її вплив на електроніку.
Завантажити безкоштовно Історія винаходу транзистора
Завантажити Історія винаходу транзистора
2. Перший транзистор
3. Створення біполярного транзистора
4. «Холодна війна» і її вплив на електроніку
5. Перші радянські транзистори
6. Польові транзистори
7. Область застосування транзистора
1. ІСТОРІЯ ВИНАХОДИ ТРАНЗИСТОРА
2. ПЕРШИЙ ТРАНЗИСТОР
Вище описані приклади проектів і зразків транзисторів були результатами локальних сплесків думки талановитих або щасливих людей, не підкріплені достатньою економічної та організаційною підтримкою і не зіграли серйозної ролі в розвитку електроніки. Дж. Бардін, У. Браттейн і В. Шоклі виявилися в кращих умовах. Вони працювали по єдиною в світі цілеспрямованої довготривалої (більше 5 років) програму з достатнім фінансовим і матеріальним забезпеченням в фірмі Bell Telephone Laboratories, тоді однією з найпотужніших і наукомістких в США. Їх роботи були розпочаті ще в другій половині тридцятих років, роботу очолив Джозеф Бекер, який привернув до неї висококласного теоретика У. Шоклі і блискучого експериментатора У. Браттейн. У 1939 р Шоклі висунув ідею змінювати провідність тонкої пластини напівпровідника (оксиду міді), впливаючи на неї зовнішнім електричним полем. Це було щось, що нагадує і патент Ю. Лілієнфельда, і пізніше зроблений і став масовим польовий транзистор. У 1940 р Шоклі і Браттейн взяли вдале рішення обмежити дослідження тільки простими елементами - германием і кремнієм. Однак всі спроби побудувати твердотільний підсилювач ні до чого не привели, і після Пірл-Харбора (практичний початок Другої світової війни для США) були покладені в довгий ящик. Шокклі і Браттейн були спрямовані в дослідницький центр, який працював над створенням радарів. У 1945 р обидва повернулися в Bell Labs. Там під керівництвом Шоклі була створена сильна команда з фізиків, хіміків і інженерів для роботи над твердотільними приладами. До неї увійшли У. Браттейн і фізик-теоретик Дж. Бардін. Шоклі зорієнтував групу на реалізацію своє довоєнне ідеї. Але пристрій вперто відмовлялося працювати, і Шоклі, доручивши Бардіну і Браттейн довести його до розуму, сам практично усунувся від цієї теми. Два роки наполегливої праці принесли лише негативні результати. Бардін припустив, що надлишкові електрони міцно осідали в приповерхневих областях і екранували зовнішнє поле. Ця гіпотеза підказала подальші дії. Плоский керуючий електрод замінили вістрям, намагаючись локально впливати на тонкий приповерхневих шар напівпровідника.
3. СТВОРЕННЯ біполярні транзистори
Точковий транзистор Бардіна та Браттейн - безперечно величезний прогрес у порівнянні з електронними лампами. Але не він став основою мікроелектроніки, вік його виявився короткий, близько 10 років. Шоклі швидко зрозумів зроблене колегами і створив площинний варіант біполярного транзистора, який живий і сьогодні і буде жити, поки існує мікроелектроніка. Патент на нього він отримав в 1951 р А в 1952 р У. Шоклі створив і поле виття транзистор, так само їм запатентований. Так що свою участь в Нобелівської премії він заробив чесно.
У 1950 р фірма GSI розробила перший кремнієвий транзистор, а з 1954 р перетворивши в Texas Instruments. початку його серійне виробництво.
4. «ХОЛОДНА ВІЙНА» І ЇЇ ВПЛИВ НА електроніки
5. ПЕРШІ РАДЯНСЬКИХ ТРАНЗИСТОРИ
У травні 1953 був утворений спеціалізований НДІ (НДІ-35, пізніше - НДІ «Пульсар»), заснований Міжвідомча Рада з напівпровідників. У 1955 р почалося промислове виробництво транзисторів на заводі «Світлана» в Ленінграді, а при заводі створено ОКБ з розробки напівпровідникових приладів. У 1956 р московський НДІ-311 з дослідним заводом перейменований в НДІ «Сапфір» з заводом «Оптрон» і переорієнтований на розробку напівпровідникових діодів і тиристорів. На протязі 50-х років в країні були розроблені ряд нових технологій виготовлення площинних транзисторів: сплавна, сплавно-дифузійна, Меза-дифузійна. Напівпровідникова промисловість СРСР розвивалася досить швидко: в 1955 році було випущено 96 тисяч, в 1957 р - 2,7 млн, а в 1966 р - понад 11 млн. Транзисторів. І це був тільки початок.
6. ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ
Схема з патенту представлена на Рис. де:
Керуючий електрод (1) виконує роль затвора, електрод (3) виконує роль стоку, електрод (4) роль витоку. Подаючи змінний сигнал на затвор, розташований дуже близько до провідника, отримуємо зміну опору напівпровідника (2) між стоком і витоком. При низькій частоті можна спостерігати коливання стрілки амперметра (7). Винахід є прототипом польового транзистора з ізольованим затвором. Наступний період хвилі винаходів з транзисторів настав в 1939 році, коли після трирічних пошуків по твердотельному підсилювача в фірмі "BTL" (Bell Telephone Laboratories) Шоклі був запрошений включитися в дослідження Браттейн по медноокісному випрямителю. Робота була перервана другою світовою війною але вже перед від'їздом на фронт Шоклі запропонував два транзистора. Дослідження з транзисторів
Біполярні транзистори напівпровідникові прилади з великим числом шарів різного типу електропровідності, розташованих в різному поєднанні. Розглянемо біполярний транзистор.
Принцип дії біполярного транзистора полягає в тому, що 2 р-п переходу розташовані настільки близько один до одного, що відбувається взаємне їх вплив, внаслідок чого вони посилюють електричні сигнали.
Як показано на рис. це три області - п-, р- і п. (В принципі може бути і навпаки: р-, п-, р-; всі міркування щодо такого транзистора будуть однакові, різниця тільки в полярностях напруг, такий транзистор називається р-п- р, а ми для простоти будемо розглядати п-р-п, зображений на рис.)
Отже, на рис. зображені три шари: з електронною електропровідністю, причому сильної, що позначає плюс - емітер, доречний - база, і знову електронної, але слабше легованої (концентрація електронів найменша) - колектор. Товщина бази, тобто відстань між двома р-п переходами, рівне Lб. дуже мала. Вона повинна бути менше дифузійної довжини електронів в базі. Це від одиниць до десятка мкм. Товщина бази повинна бути не більше одиниць мкм. (Товщина людської волосини 20-50 мкм. Відзначимо також, що це близько до межі дозволу людського ока, так як ми не можемо бачити нічого меншого, ніж довжина хвилі світла, тобто приблизно 0,5 мкм). Всі інші розміри транзистора не більше приблизно 1 мм.
До верствам прикладають зовнішня напруга так, що емітерний р-п перехід зміщений в прямому напрямку, і через нього протікає великий струм, а колекторний р-п перехід зміщений в протилежну сторону, так що через нього не повинен протікати струм. Однак внаслідок того, що р-п переходи розташовані близько, вони впливають один на одного, і картина змінюється: струм електронів, що пройшов з емітерного р-п переходу, протікає далі, доходить до колекторного р-п переходу і електричним полем останнього електрони втягуються в колектор. В результаті в хороших транзисторів практично весь струм колектора дорівнює току емітера. Втрати струму дуже незначні: відсотки і навіть частки відсотка.
Зазвичай в схемах біполярні транзистори зображаються так:
Як видно, схематичне зображення зовсім не схоже на їх дійсну конструкцію. Але так прийнято. Гурток символізує корпус транзистора. Індексом "б" позначений контакт до бази, "до" позначає контакт до колекторної області, а "е" - до емітерний області. Напрямок стрілки у емітерного контакту визначає тип транзистора (п-р-п або р-п-р).
Схема із загальною базою: Коефіцієнт посилення a 1
7. ОБЛАСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ ТРАНЗИСТОРА
Першими транзисторами випущеними вітчизняною промисловістю були точкові транзистори, які призначалися для посилення і генерування коливань частотою до 5 МГц. В процесі виробництва перших в світі транзисторів були відпрацьовані окремі технологічні процеси та розроблені методи контролю параметрів. Накопичений досвід дозволив перейти до випуску більш досконалих приладів, які вже могли працювати на частотах до 10 МГц. Надалі на зміну точковим транзисторам прийшли площинні, що володіють більш високими електричними і експлуатаційними якостями. Перші транзистори типу П1 і П2 призначалися для посилення і генерування електричних коливань з частотою до 100 кГц.
Потім з'явилися більш потужні низькочастотні транзистори П3 і П4 застосування яких в 2-х тактних підсилювачах дозволяло отримати вихідну потужність до декількох десятків ват. В міру розвитку напівпровідникової промисловості відбувалося освоєння нових типів транзисторів, в тому числі П5 і П6, які в порівнянні зі своїми попередниками володіли поліпшеними характеристиками.
Йшов час, освоювалися нові методи виготовлення транзисторів, і транзистори П1 - П6 вже не задовольняли чинним вимогам і були зняті з виробництва. Замість них з'явилися транзистори типу П13 - П16, П201 - П203, які теж ставилися до низькочастотних не перевищує 100 кГц. Такий низький частотний межа пояснюється способом виготовлення цих транзисторів, здійснюваним методом сплаву.
Тому транзистори П1 - П6, П13 - П16, П201 - П203 називають сплавними. Транзистори здатні генерувати і підсилювати електричні коливання з частотою в десятки і сотні МГц з'явилися значно пізніше - це були транзистори тіпаП401 - П403, які поклали початок застосуванню нового дифузійного методу виготовлення напівпровідникових приладів. Такі транзистори називають дифузійними. Подальший розвиток йшло шляхом удосконалення як сплавних, так і дифузійних транзисторів, а так само створення і освоєння нових методів їх виготовлення.
З появою біполярних польових транзисторів почали втілюватися ідеї розробки малогабаритних ЕОМ. На їх основі стали створювати бортові електронні системи для авіаційної і космічної техніки.
У схемі ОЕ вхідний сигнал подається на базу, а вихідний сигнал знімається з колектора. Схема і вихідні характеристики зображені на ріс.1Відно, що схема стала дуже складною. Однак головне, що тут є - це резистор Rк. який визначає коефіцієнт посилення по напрузі, і який становить від одиниць кОм до МОм (чим більше цей резистор, тим більше посилення). Всі інші елементи більш-менш условни.Прежде всього Rе необхідно для термостабілізації транзистора. Це здійснюється за рахунок зворотного зв'язку по постійному струмі, яку ми обговоримо пізніше.
Се - конденсатор, який шунтує цей резистор на робочих частотах, так що при змінному сигналі резистора немає. Цей конденсатор - кілька мкФ. Зазвичай це електролітичний конденсатор.
Ср - розділові конденсатори, які відокремлюють постійну складову сигналу на вході і виході схеми від зовнішніх сігналлов. Зазвичай це кілька мкФ.
Rб1 - важливий резистор, керуючий роботою транзистора, служить для завдання робочої точки. Цей резистор задає постійну складову струму бази. Його значення залежить від величини Rк.
Rб2 - практично непотрібний резистор, просто він ставиться для запобігання транзистора від згоряння. Його значення має бути більшим, так як стоїть він паралельно входу і може його закоротити. Зазвичай це 1 або кілька кіло, так як вхідний опір транзистора мало.
Rн - опір навантаження, краще, якщо воно велике, так як воно підключено паралельно виходу транзистора, і якщо воно буде малим, вихідний сигнал впаде.
Uвх - сигнал на вході транзистора. Як видно, на вході багато різних деталей - резисторів і конденсаторів. Але на робочих частотах опору конденсаторів малі, і вони добре пропускають сигнали. А два паралельних резистора Rб1 і Rб2 досить великі в порівнянні з вхідним опором транзистора. Тому врахуємо тільки це вхідний сопротівленіе.Обично власне опору транзистора позначаються малими буквами:
rб - опір базової області транзистора, зазвичай дуже мало - від декількох Ом до десятків Ом;
rе - опір емітерний області (десяті або соті частки Ом) і емітерного р-п переходу, звичайно зміщеного в прямому напрявленія. При відкритому транзисторі це в межах 10. 100 Ом. На вхід подається напруга Uвх. Струм, що протікає через базу транзістора.Через колектор протікає струм Ік = bIб. Обчислимо потенціал на колекторі. Тепер знайдемо коефіцієнт посилення по напрузі Кu = U вих / Uвх, але так як це важко, будемо шукати диференційний коефіцієнт посилення: