Маркировка транзисторов — системы обозначений

Транзисторы. Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.
Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.
Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.
В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.
Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.
И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Принцип действия

Полупроводники занимают промежуточное состояние между проводниками и диэлектриками. В обычном состоянии они не проводят электрический ток, но их сопротивление падает с ростом температуры. Чем она выше, тем больше энергии, которую получает вещество.

В атомах полупроводника электроны отрываются от «родительского» атома и улетают к другому, чтобы заполнить там «дырку», которую оставил такой же электрон. Получается, что внутри такого материала одновременно происходят два процесса: полет электронов (n-проводимость, от слова negative – отрицательный), и образование «дырок» (p-проводимость от слова positive – положительный). В обычном куске кремния эти процессы уравновешены: количество дырок равно количеству свободных электронов.

Однако с помощью специальных веществ можно нарушить это равновесие, добавив «лишние» электроны (вещества – доноры) или «лишние» «дырки» (вещества акцепторы). Таким образом можно получить кристалл полупроводника с преобладающей n-проводимостью, либо p-проводимостью.

Если два таких материала приложить друг к другу, то в месте их соприкосновения образуется так называемый p-n переход. Дырки и электроны проходят через него, насыщая соседа. То есть там, где был избыток дырок, идет их заполнение электронами и наоборот.

В какой-то момент в месте соприкосновения не останется свободных носителей заряда и наступит равновесие. Это своего рода барьер, который невозможно преодолеть, этакая пустыня. Этот слой принято называть обедненным слоем.

Принцип действия транзистора

Теперь, если приложить к такому материалу напряжение, то оно поведет себя интересным образом: при прямой его направленности обедненный слой истончится и через него пойдет электроток, а при обратном – наоборот, расширится.

Как говорится, если для чайников, то p-n переход обладает способностью пропускать ток только в одном направлении. Это своего рода «обратный клапан» для электрической сети. На этом их свойстве основана работа всех полупроводниковых приборов.

Существует две основные разновидности транзисторов: полевые (иногда их называют униполярными) и биполярными. Различаются они по устройству и принципу действия.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.
Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.
Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».
Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.
Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.
Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.
Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.
Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h21. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.
Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.
Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.
Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.
Также параметрами биполярного транзистора являются:

  • обратный ток коллектор-эмиттер
  • время включения
  • обратный ток колектора
  • максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Полевой транзистор

Если в биполярном транзисторе управление происходило с помощью тока, то в полевом – с помощью напряжения. Состоит он из пластинки полупроводника, которую называют каналом. С одной стороны к ней подключен исток – через него в канал входят носители электрического тока, а с другой сток – через него они покидают канал.

Сам канал как бы «зажат» между затвором, который обладает обратной проводимостью, то есть если канал имеет n-проводимость, то затвор – p-проводимость. Затвор электрически отделен от канала. Изменяя напряжение на затворе, можно регулировать зону p-n перехода. Чем она больше, тем меньше электрической энергии проходит через канал. Существует значение напряжения, при котором затвор полностью перекроет канал и ток между истоком и стоком прекратится.

принцип действия полевого транзистора

Наиболее наглядная иллюстрация в этом случае – садовый шланг, который проходит через камеру небольшого колеса. В таком случае, даже когда в него подается небольшое давление воздуха (напряжение затвор-исток), оно значительно увеличивается в размерах и начинает пережимать шланг, перекрывается просвет шланга и прекращается подача воды (увеличивается зона p-n перехода и через канал перестает идти электроток).

Описанный выше тип полупроводникового прибора является классическим и называется транзистором с управляющим p-n переходом. Часто можно встретить аббревиатуру JFET – Junction FET, что просто перевод русского названия на английский.

Другой тип полевого триода имеет небольшое различие в конструкции затвора. На слое кремния с помощью окисления образуется слой диэлектрика оксида кремния. Уже на него методом напыления металла наносят затвор. Получаются чередующиеся слои Металл -Диэлектрик – Полупроводник или МДП-затвор.

Такой полевой транзистор с изолированным затвором обозначается латинскими буквами MOSFET.

Существует два вида МДП-затвора:

  1. МДП-затвор с индуцированным (или инверсным) каналом в обычном состоянии закрыт, то есть при отсутствии напряжения на затворе электроток через канал не проходит. Для того, чтобы открыть его, к затвору необходимо приложить напряжение.
  2. МДП-затвор со встроенным (или собственным) каналом в обычном состоянии открыт, то есть при отсутствии напряжения на затворе электроток через канал проходит. Для того, чтобы закрыть его, к затвору необходимо приложить напряжение.

транзистор с изолированным затвором

Схема включения полевых транзисторов

Распространены три схемы включения полевых транзисторов. Первая схема – с общим истоком. Вторая – с общим стоком. Третья – с общим затвором.
Самой распространенной является схема с общим истоком. Она очень похожа на схему биполярного транзистора с общим эмиттером. Очень большое усиление мощности и тока достигается каскадом с общим истоком.

Схема подключения транзистора с истоком

Схема с общим затвором также сравнима с одной из схем биполярных транзисторов, а именно – с общей базой. Усиления тока она не дает, а потому не трудно предположить, что в ней и усиление мощности намного меньше, чем в схеме с общим истоком.

Схема подключения транзистора с общим стоком

Последняя схема – с общим затвором – имеет достаточно ограниченное применение на практике. Связано это в первую очередь с тем, что каскад общего затвора имеет крайне низкое сопротивление на входе.

Схема подключения транзистора с общим затвором

 

Отличие биполярных транзисторов от полевых

Полевые транзисторы управляются при помощи электрического поля и благодаря этому они очень энергоэффективны. Именно по этой причине они используются при производстве процессоров.

С другой стороны, у полевых транзисторов есть слабое место. Это их тонкий p-n переход. Он очень чувствителен к статическому электричеству. Кстати, именно из-за статического электричества перестают работать флешки и карты памяти, если вы их вытащили из устройства во время работы.

Схемы защиты от статического электричества не успевают сработать, и статика разрушает полевые транзисторы.

А вот биполярные транзисторы наоборот, лучше переносят статику. Но в тоже время, они потребляют больше мощности, так как для их открытия нужен электрический ток.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

  1. Усилительные схемы.
  2. Генераторы сигналов.
  3. Электронные ключи.

Применение транзисторов
Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства. Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы.

Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора.

Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем. На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.

Цветовая маркировка транзисторов

В данной маркировке используют цветные точки для кодирования параметров транзисторов в корпусах КТ-26 (ТО-92) и КТП-4. При полной цветовой маркировке кодирование типономинала, группы и даты выпуска наносится на срезе боковой поверхности согласно принятой цветовой гамме.

Кодирование параметров транзисторов в корпусах КТ-26 (ТО-92) и КТП-4

Точку, обозначающую типономинал наносят в левом верхнем углу. Она является началом отсчета. Далее, по часовой стрелке наносятся три точки, означающие группу, год и месяц выпуска соответственно.

При сокращении цветовой маркировке дату выпуска опускают (указывается на вкладыше упаковки). Типономинал указывается на срезе боковой поверхности корпуса. Группа указывается на торце корпуса.

Цветовая маркировка транзисторов в корпусах КТ-26 (ТО-92)

Символьно — цветовая маркировка транзисторов

Отличительная особенность данной маркировки – отсутствие цифр и букв. Типономинал транзистора обозначается на срезе боковой поверхности специальными символом (точки, горизонтальные, вертикальные или пунктирные линии) или цветной геометрической фигурой (круг, полукруг, квадрат, треугольник, ромб и др.). Маркировка группы относится одной (несколькими) точками на торце корпуса (КТ-26, КТП-4).

Цветовая гамма точек, обозначающих группу при данной маркировке, не совпадает со стандартной цветовой гаммой по ГОСТ 24709-81. Она определяется производителем.

Символ круга на боковом срезе транзистора необходимо отличать от точки, которая не имеет четкой формы, т.к. наносится кистью.

Символьно - цветовая маркировка транзисторов в корпусах КТ-26 (ТО-92)
Символьно - цветовая маркировка транзисторов в корпусах КТ-26 (ТО-92)
Символьно - цветовая маркировка транзисторов в корпусах КТ-26 (ТО-92)

Особенности маркировки зарубежных транзисторов

Ряд зарубежных фирм использует цветовую маркировку для обозначения коэффициента усиления радиочастотных транзисторов. В таблице показана цветовая маркировка радиочастотных транзисторов фирмы MOTOROLLA. Возможно либо нанесение буквенного кода, либо цветной точки.

Особенности маркировки зарубежных транзисторов
Особенности маркировки зарубежных транзисторов, Символьно — цветовая маркировка транзисторов, Цветовая маркировка транзисторов

Маркировка года и месяца изготовления электронных компонентов

Согласно ГОСТ 25486-82, для того, чтобы обозначить месяц и год изготовления транзистора и других электронных компонентов, используются буквы и цифры: первое значение – год, второе значение – месяц. Что касается приборов, изготовленных за рубежом, для обозначения даты выпуска применяется кодировка из четырех цифр, где первые две – это год, следующие – номер модели.

Каждому году соответствует своя буква:

ГодКод
1986 U
1987 V
1988 W
1989 X
1990 A
1991 B
1992 C
1993 D
1994 E
1995 F
1996 H
1997 I
1998 K
1999 L
2000 M
2001 N
2002 P
2003 R
2004 S
2005 T
2006 U
2007 V
2008 W
2009 X
2010 A
2011 B
2012 C
2013 D
2014 E
2015 F

Маркировка месяца

МесяцКод
Январь 1
Февраль 2
Март 3
Апрель 4
Май 5
Июнь 6
Июль 7
Август 8
Сентябрь 9
Октябрь O
Ноябрь N
Декабрь D

Чтобы обозначить месяц выпуска, применяются не только цифры, но и некоторые буквы: месяцы с января по сентябрь полностью соответствуют цифрам, следующие – первым буквам названия месяца.

PRO-ELECTRON (система, разработанная в Европе)

Маркировка приборов у европейских производителей несколько отличается. Код, которым промаркирован иностранный транзистор – это комбинация символом:

  1. Символ под номер один указывает на материал, из которого изготовлен прибор: А – из германия, В – из кремния, С – из арсенида галлия, R – из сульфида кадмия;
  2. Второй символ сообщает о типе транзистора: С – маломощный прибор с низкой частотностью; D – мощный элемент с низкой частотностью; F – прибор маленькой мощность с высоким уровнем частотности; G – в одном корпусе присутствует одновременно два и более элемента; L – прибор с высокой мощностью и частотностью; S – маломощный прибор с функцией переключения; U – транзистор-переключатель высокой мощности;
  3. Третий символ означает номер серии продукта: изделия общего пользования маркируются цифрами от 100 до 999; в том случае, когда перед цифровым значением прописана буква, это говорит о том, что данная деталь изготовлена для использования в промышленности или специализированного пользования.

Более того, общая кодировка иногда дополнятся символом модификации. Определить ее может только сам производитель.

Пример маркировки транзисторов по системе PRO-ELECTRON

Американская система JEDEC

Заводы-производители, выпускающие транзисторы в Америке, при кодировке используют четыре символа:

  1. Цифра с количеством переходов: 1 – диод; 2 – транзистор;3 – тиристор; 4 – оптопара;
  2. Буква с обозначением группы;
  3. Третий символ означает номер серии (варьируется в пределах от 100 до 9999);
  4. Буква, которая соответствует модификации элемента.

Японская система JIS

Стандарты маркировки, выработанные в Японии представлены буквами и цифрами в количестве 5 штук:

  1. Цифра под номером 1 – тип полупроводникового транзистора: 0 – обозначение фотодиода или фототранзистора; 1 – обозначение диода; 2 – обозначение транзистора;
  2. Буквенный символ S проставляется на каждом выпущенном элементе;
  3. Третий по счету маркировочный элемент говорит о разновидности детали: А – PNP с высокой частотностью; В – PNP с низкой частотностью; С — NPN с высоким уровнем частотности; D — NPN с низким уровнем частотности; Н – однопереходной; J — транзистор полевого типа с N-каналом; К — транзистор полевого типа с P-каналом;
  4. Цифра под номер 4 – номер серии в диапазоне от 10 до 9999;
  5. Пятый символ маркировки обозначает модификацию. Иногда данный символ отсутствует.

Бывают ситуации, когда в кодировке присутствует 6 символ – это дополнительная литера N, M или S, которая отвечает за соответствие прибора определенным стандартам. Маркировка, разработанная в Японии, не предусматривает использование обозначений цветом.

Японская система JIS

Источники
  • https://habr.com/ru/post/133136/
  • https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/1098-tranzistor/
  • https://remont220.ru/stati/595-shemy-vklyucheniya-tranzistorov/
  • https://go-radio.ru/transistor.html
  • https://tyt-sxemi.ru/tranzistor/
  • https://tokar.guru/hochu-vse-znat/tranzistor-vidy-primenenie-i-principy-raboty.html
  • https://raschet.info/cvetovaja-i-simvolno-cvetovaja-markirovka-tranzistorov/
  • http://www.radiodetector.ru/markirovka-tranzistorov/


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Home Made Electronics