Các loại bóng bán dẫn và ứng dụng của chúng

Từ "bóng bán dẫn" được hình thành từ hai từ: chuyển và điện trở. Từ đầu tiên được dịch từ tiếng Anh là "truyền", từ thứ hai - "kháng cự". Theo cách này bóng bán dẫn Là một loại điện trở đặc biệt, được điều chỉnh bởi điện áp giữa đế và bộ phát (dòng cơ sở) bóng bán dẫn lưỡng cựcvà điện áp giữa cổng và nguồn của bóng bán dẫn hiệu ứng trường.

Ban đầu, một số tên đã được đề xuất cho thiết bị bán dẫn này: một triode bán dẫn, một triode tinh thể, lotatron, nhưng kết quả là, chúng tập trung vào cái tên "bóng bán dẫn", được đề xuất bởi John Pierce, một kỹ sư người Mỹ và nhà văn khoa học viễn tưởng, người bạn của William Shockley.

Để bắt đầu, chúng ta sẽ đi sâu vào lịch sử một chút, sau đó chúng ta sẽ xem xét một số loại bóng bán dẫn từ các thành phần điện tử phổ biến hiện nay trên thị trường.

William Shockley, Walter Brattain và John Bardin, làm việc như một nhóm trong phòng thí nghiệm của Bell Labs, vào ngày 16 tháng 12 năm 1947 đã tạo ra bóng bán dẫn lưỡng cực hoạt động đầu tiên, được các nhà khoa học chứng minh chính thức và công khai vào ngày 23 tháng 12 năm đó. Đó là một bóng bán dẫn điểm.

Sau gần hai năm rưỡi, bóng bán dẫn tiếp giáp Germanium đầu tiên xuất hiện, sau đó là bóng bán dẫn mesa hợp nhất, điện hóa, khuếch tán, và cuối cùng, vào năm 1958, Texas instrument đã phát hành bóng bán dẫn silicon đầu tiên, sau đó, vào năm 1959, bóng bán dẫn silicon phẳng đầu tiên được tạo ra bởi Jean Ernie, kết quả là, Germanium đã được thay thế bằng silicon và công nghệ phẳng đã tự hào về vị trí công nghệ chính để sản xuất bóng bán dẫn.

Công bằng mà nói, chúng tôi lưu ý rằng vào năm 1956, William Shockley, John Bardin và Walter Brattain đã nhận được giải thưởng Nobel về Vật lý "cho nghiên cứu về chất bán dẫn và phát hiện ra hiệu ứng bóng bán dẫn".

Đối với các bóng bán dẫn hiệu ứng trường, các ứng dụng bằng sáng chế đầu tiên đã được nộp từ giữa những năm 20 của thế kỷ 20, ví dụ, nhà vật lý Julius Edgar Lilienfeld ở Đức đã cấp bằng sáng chế cho nguyên lý bóng bán dẫn hiệu ứng trường vào năm 1928. Tuy nhiên, bóng bán dẫn hiệu ứng trường trực tiếp được cấp bằng sáng chế lần đầu tiên vào năm 1934 bởi nhà vật lý người Đức Oscar Hail.

Hoạt động của một bóng bán dẫn hiệu ứng trường về cơ bản sử dụng hiệu ứng tĩnh điện của trường, nó đơn giản hơn về mặt vật lý, vì ý tưởng về bóng bán dẫn hiệu ứng trường xuất hiện sớm hơn ý tưởng về bóng bán dẫn lưỡng cực. Transitor hiệu ứng trường đầu tiên được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1960. Do đó, gần hơn với thập niên 90 của thế kỷ 20, công nghệ MOS (công nghệ bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại) bắt đầu thống trị trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm cả lĩnh vực CNTT.

Trong hầu hết các ứng dụng, bóng bán dẫn đã thay thế ống chân không, một cuộc cách mạng silicon thực sự đã xảy ra trong việc tạo ra các mạch tích hợp. Vì vậy, ngày nay trong các bóng bán dẫn lưỡng cực công nghệ tương tự thường được sử dụng nhiều hơn, và trong công nghệ kỹ thuật số - chủ yếu là các bóng bán dẫn hiệu ứng trường.

Thiết bị và nguyên tắc hoạt động của lĩnh vực và bóng bán dẫn lưỡng cực - đây là các chủ đề của các bài viết riêng lẻ, vì vậy chúng tôi sẽ không tập trung vào những điều tinh tế này, mà xem xét chủ đề từ quan điểm hoàn toàn thực tế với các ví dụ cụ thể.

Như bạn đã biết, theo công nghệ sản xuất, bóng bán dẫn được chia thành hai loại: hiệu ứng trường và lưỡng cực. Lần lượt lưỡng cực được chia theo độ dẫn thành các bóng bán dẫn n-p-n có độ dẫn ngược và bóng bán dẫn p-n-p có độ dẫn trực tiếp. Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường tương ứng là với kênh loại n và loại p. Cổng bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể được cách ly (IGBT) hoặc như một điểm nối pn. TôiTransitor GBT đi kèm với một kênh tích hợp hoặc với một kênh cảm ứng.

Các lĩnh vực ứng dụng bóng bán dẫn được xác định bởi các đặc tính của chúng và bóng bán dẫn có thể hoạt động ở hai chế độ: trong khóa hoặc trong bộ khuếch đại.Trong trường hợp đầu tiên, bóng bán dẫn hoàn toàn mở hoặc đóng hoàn toàn trong quá trình hoạt động, cho phép bạn kiểm soát việc cung cấp năng lượng của các tải đáng kể, sử dụng một dòng điện nhỏ để điều khiển. Và trong khuếch đại, hoặc theo một cách khác - ở chế độ động, thuộc tính của bóng bán dẫn được sử dụng để thay đổi tín hiệu đầu ra với một thay đổi nhỏ trong đầu vào, tín hiệu điều khiển. Tiếp theo, chúng tôi xem xét các ví dụ về các bóng bán dẫn khác nhau.

2N3055 - bóng bán dẫn lưỡng cực n-p-n trong gói TO-3. Nó phổ biến như là một yếu tố của các giai đoạn đầu ra của bộ khuếch đại âm thanh chất lượng cao, nơi nó hoạt động ở chế độ động. Thường được sử dụng cùng với lắp ráp p-n-p bổ sung MJ2955. Transitor này cũng có thể hoạt động ở chế độ chính, ví dụ, trong các bộ biến tần tần số thấp biến áp 12 x 220 volt 50 Hz, một cặp 2n3055 điều khiển bộ chuyển đổi kéo đẩy.

Đáng chú ý là điện áp collector-emitter cho bóng bán dẫn này trong quá trình hoạt động có thể đạt tới 70 volt và 15 ampe hiện tại. Vỏ TO-3 cho phép bạn thuận tiện sửa nó trên bộ tản nhiệt nếu cần thiết. Hệ số truyền dòng tĩnh là từ 15 đến 70, điều này đủ để kiểm soát hiệu quả ngay cả các tải mạnh mẽ, mặc dù thực tế là cơ sở của bóng bán dẫn có thể chịu được dòng điện lên đến 7 ampe. Transitor này có thể hoạt động ở tần số lên đến 3 MHz.

KT315 - một huyền thoại trong số các bóng bán dẫn lưỡng cực năng lượng thấp trong nước. Transitor loại n-p-n này được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1967 và cho đến ngày nay nó trở nên phổ biến trong môi trường vô tuyến nghiệp dư. Một cặp bổ sung cho nó là KT361. Lý tưởng cho các chế độ động và chính trong các mạch điện thấp.

Ở điện áp cực đại cho phép thu cực đại cho phép là 60 volt, bóng bán dẫn tần số cao này có khả năng truyền dòng điện lên đến 100 mA qua chính nó, và tần số cắt của nó ít nhất là 250 MHz. Hệ số truyền hiện tại đạt 350, mặc dù thực tế là dòng cơ sở bị giới hạn ở mức 50 mA.

Ban đầu, bóng bán dẫn chỉ được sản xuất trong vỏ nhựa KT-13, rộng 7 mm và cao 6 mm, nhưng gần đây nó cũng có thể được tìm thấy trong vỏ TO-92, ví dụ, do Integral OJSC sản xuất.

KP501 - bóng bán dẫn cổng cách điện n kênh công suất thấp. Nó có một kênh n phong phú, điện trở trong khoảng từ 10 đến 15 Ohms, tùy thuộc vào sự điều chỉnh (A, B, C). Transitor này được thiết kế, vì nó được định vị bởi nhà sản xuất, để sử dụng trong các thiết bị liên lạc, trong điện thoại và các thiết bị điện tử khác.

Transitor này có thể được gọi là một tín hiệu. Gói nhỏ TO-92, điện áp nguồn tối đa - lên tới 240 volt, dòng thoát tối đa - lên tới 180 mA. Công suất màn trập dưới 100 pF. Điều đặc biệt đáng chú ý là điện áp ngưỡng của màn trập là từ 1 đến 3 volt, cho phép bạn thực hiện điều khiển với chi phí rất, rất thấp. Lý tưởng như một bộ chuyển đổi mức tín hiệu.

irf3205 - bóng bán dẫn hiệu ứng trường HEXFE kênh n. Nó được sử dụng phổ biến như một phím nguồn để tăng cường bộ biến tần tần số cao, ví dụ như những chiếc ô tô. Thông qua kết nối song song của một số tòa nhà, có thể xây dựng các bộ chuyển đổi được thiết kế cho dòng điện đáng kể.

Dòng điện tối đa cho một bóng bán dẫn như vậy đạt tới 75A (việc xây dựng vỏ TO-220 hạn chế nó) và điện áp nguồn thoát tối đa là 55 volt. Điện trở kênh chỉ 8 mOhm. Công suất màn trập 3250 pF yêu cầu sử dụng trình điều khiển mạnh mẽ để điều khiển ở tần số cao, nhưng ngày nay đây không phải là vấn đề.

FGA25N120ANTD Transitor cổng lưỡng cực cách điện (IGBT) trong gói TO-3P. Nó có thể chịu được điện áp nguồn cống 1200 volt, dòng thoát tối đa là 50 ampe. Một tính năng sản xuất các bóng bán dẫn IGBT hiện đại ở cấp độ này cho phép chúng ta phân loại chúng là các bóng bán dẫn cao áp.

Phạm vi là các bộ biến đổi điện loại biến tần, chẳng hạn như lò sưởi cảm ứng, máy hàn và các bộ biến đổi tần số cao khác, được thiết kế để cung cấp điện áp cao. Lý tưởng cho các bộ chuyển đổi cộng hưởng cầu cao và nửa cầu, cũng như hoạt động trong điều kiện chuyển mạch cứng, có một diode tốc độ cao tích hợp.

Chúng tôi chỉ kiểm tra ở đây một vài loại bóng bán dẫn và đây chỉ là một phần rất nhỏ trong sự phong phú của các mẫu linh kiện điện tử trên thị trường hiện nay.

Bằng cách này hay cách khác, bạn có thể dễ dàng chọn bóng bán dẫn phù hợp cho mục đích của mình, vì tài liệu cho chúng có sẵn ngày nay dưới dạng datasheets, trong đó tất cả các đặc điểm được trình bày toàn diện. Các loại trường hợp của bóng bán dẫn hiện đại là khác nhau, và cho cùng một mô hình, cả hai phiên bản đầu ra và SM thường có sẵn.