Как работает транзистор [Veritasium]

А вы знаете как работает транзистор? В какой-то мере наша жизнь зависит от них. При упоминании транзисторов люди первым делом вспоминают радио. Они, конечно, правы, но всё намного серьёзнее.


Транзисторы изобрели в 1947 году и радио стало первым прибором, доступным широким массам, в котором применили эту новую технологию. Благодаря транзисторам размер приёмников удалось уменьшить, повысив при этом качество их работы. Но, пожалуй, самым важным событием для нас, которым мы обязаны транзисторам, стала революция в сфере микрокомпьютеров, а с ней и появление интернета, телевидения, мобильных телефонов, навороченных стиральных и посудомоечных машин, калькуляторов, спутников, проекторов и так далее.


В основе транзистора лежит полупроводник, обычно кремний, с некоторыми примесями, позволяющими аккуратно изменять его электрические свойства. Из таких n- и p-полупроводников составляются особые конфигурации, позволяющие достичь необходимого результата. Например, сделать маленький переключатель, как в случае с нашим транзистором. Эти переключатели затем соединяют вместе, и с их помощью производят вычисления, хранят информацию и, в общем-то, делают любой электроприбор «умным».

Наука | Научпоп

7.6K постов78.4K подписчика

Добавить пост

Правила сообщества

Основные условия публикации

- Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.

- Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.

- Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.

- Видеоматериалы должны иметь описание.

- Названия должны отражать суть исследования.

- Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.


Не принимаются к публикации

- Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.

- Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.

- Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.


Наказывается баном

- Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.

- Попытки использовать сообщество для рекламы.

- Фальсификация фактов.

- Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.

- Троллинг, флейм.

- Нарушение правил сайта в целом.


Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает @SupportComunity и общество Пикабу.

Вы смотрите срез комментариев. Показать все
28
Автор поста оценил этот комментарий

Вообще-то это (пост и перевод в ролике) не совсем корректны. Мягко говоря. У любого производителя полупроводников (в том числе и транзисторов) принципиально разделяются "транзисторы" (transistors, BJT) и "полевые транзисторы" (MOSFET,JFET и гибрид - IGBT). Строго говоря, так, как описывает в ролике чувак "транзисторы" не работают. Так работают ТОЛЬКО MOSFET. Даже IGBT и JFET работают иначе. Например, аудиофилы (не ламповые страдальцы, а нормальные строители качественных усилителей) этого чувака затоптали бы ногами в землю по самую модную бородку. Потому, что "транзисторы" управляются вовсе не напряжением, как в ролике, а током. Ток, правда, для транзисторов, выполняет функцию, аналогичную функции напряжения, описанной в ролике для полевых транзисторов. А в цифре и  правда, ТТЛ логика (транзисторно-транзисторная) почти полностью умерла много лет назад. Тут скрипач не нужен.  полевики, конечно, применяются и для усилителей низкого качества. Типа домашних кинотеатров. Класс Д. Дёшево и сердито (громко). В общем это для домохозяек и любителей ардуино (одно и то же). Т.е. для тех, кому это, в общем-то не надо.  Или для студентов, не ходивших на лекции. :) Ну им тоже, значит, не надо.

раскрыть ветку (32)
6
Автор поста оценил этот комментарий
+100

Когда-то мне рассказали, что транзистор работает как выключатель, управляемый напряжением, и я обрадовался что всё так просто. А потом пошли полевые, биполярные, типовые схемы включения, куда что течет и как всё сложно. Я проклял того человека, который рассказывал про выключатель. Лучше не говорить вообще, чем объяснять вот так.

1
Автор поста оценил этот комментарий

Говорить, что биполярные транзисторы управляются током, мягко говоря не верно. Это справедливо лишь с точки зрения удобства расчета схемы, или конкретной математической модели описания работы транзистора. С точки зрения физики воздействием (причиной) является напряжение, а следствием этого является ток. В том числе и БТ не исключение. Самые общие модели как раз описываются через зависимости от напряжений.

Зачем топтать, кого-то в землю? В ролике и не пытались объяснять работу биполярного транзистора. Если бы наоборот утверждали, что током затвора управляют, то это уже ересь была бы.

Да и откуда взялось, что транзистор это только биполярный? Мосфет перестал что ли быть транзистором? Транзистор - это класс приборов, а не только биполярный. И ничего, что мосфеты в микроэлектронике намного более распространены, и схемы не ограничиваются лишь усилителями аудио?

раскрыть ветку (7)
1
Автор поста оценил этот комментарий

Вспоминаю, как 15 лет назад на экзамене по физическим основам микроэлектроники я объяснял преподу, что такое транзисторы, какие они бывают, основные соотношения, коэффициент  передачи тока базы... уй)))... Всё, что писал, препод отверг как антинаучную хрень (может, я и правда ошибался, не помню уж), но в итоге поставил мне хорошо, так как я, по его словам единственный из группы чётко сформулировал, что биполярный транзистор - это п/п прибор, управляемый током, а полевой - напряжением)))) А так он вначале курса говорил, что транзистор - это маленькая штучка, которая сведёт нас всех с ума)

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

Препод видимо был не совсем в курсе физики работы прибора, а транзистор для него этакий черный ящик, раз он так однозначно заявлял. Если не веришь, то посмотри физическую модель Эберса Молла или более продвинутую Гумелля-Пуна и убедись самолично, что напряжение является независимым параметром, а ток это его функция.

То, что транзистор якобы управляется током - это следствие сильного упрощения полной физической модели, чем активно и пользуются при расчете на бумажке.

1
Автор поста оценил этот комментарий
Не для продолжительного спора, а просто для равновесия взглядов: это вопрос терминологии. С одной стороны верно: про переходы говорят, что они прямо- или обратно СМЕЩЁННЫЕ. Т.е. как бы напряжение. но с другой стороны, ведь происходит ИНЖЕКЦИЯ носителей. Т.е. ток. Это в отличие от МОП транзистора, где никакой инжекции не происходит. Так, что я остаюсь при своём: биполяры управляются током (количеством основных носителей). В ролике рассматривается именно мосфет,  а не "вообще транзистор", как класс. По-моему я это и написал. При чём тут распространённость фетов или биполяров? Или аудио-не аудио?
раскрыть ветку (4)
1
Автор поста оценил этот комментарий

Инжекция это следствие смещения перехода в данном случае. То есть не то что ток пришел и изменил падение напряжения на переходе (хотя можно и с этой стороны подходить к вопросу, что контринтуитивно), а наоборот напряжение, поданное на переход Б-Э вызывает ток, как следствие прямого смещения pn-перехода. Сигналы модулируют это напряжение, соответственно и токи. Ток базы это уже в каком-то смысле паразитный эффект из-за того, что не все основные носители из эмиттера прямиком попадают в коллектор (стремятся сделать, чтобы как можно больше), часть из них рекомбинирует. Ну и ток БЭ перехода содержит и компоненту из неосновных носителей (например дырок, если это npn), а ему неоткуда кроме как из базового контакта взяться.  Это касательно процессов и самых общих моделей.

В частном случае можно подойти к рассмотрению БТ как источника тока, управляемого током, это уже вопрос удобства, кому как проще считать схемы. Но эта модель возникла уже как следствие более общей.

Так ты написал, что именно "транзисторы" это БТ, а МОП - это "полевые транзисторы" - это не верно. И МОП и БТ - это все просто "транзисторы", с немного разной физикой (кстати подпороговый режим МОП очень похож на принцип работы БТ). В ролике конечно забыли сказать, что он полевой, но это не отменяет того, что он (мосфет) тоже просто транзистор.

А распространенность при том, что даже если и говорить про транзисторы без упоминания какого он типа (что есть не хорошо) и объяснять его как переключатель, то намного логичнее воспринимать сегодня МОП, как самое распространенное. Аудио-неаудио к тому, что не стоит сравнивать все качества транзисторов относительно этой узкой области применения. У незнающего может сложиться впечатление, что БТ - хорошо, МОП - плохо. В реальности чаще наоборот.

раскрыть ветку (3)
1
Автор поста оценил этот комментарий
Да, только смещение в режиме отсечки не приводит к росту тока (никакого) до известного порогового уровня. Т.е. просто смещение перехода не вызывает тока на начальном этапе характеристики. Или, пока тока нет, это не считается смещением?

Для БТ входным параметром является ток базы, а не напряжение БЭ. Это вспомогательный параметр, фактически означающий напряжение приоткрывания. Дальше - лавина коллекторного тока, если не управлять базовым. Какое тут управление напряжением? Понятно, что ток и напряжение связаны. Но это тоже, что говрить про светодиод, что он управляется напряжением. Конечно и у СД пока не сместишь переход, тока не будет и света не будет. Но все люмены приводятся в зависимости от тока,а не напряжения.


Это не я написал. Это общая практика. Во всей встреченной мной литературе и описаниях (если это не транзистор против диода или симистора) разделяют транзисторы и феты. Можно посмотреть сайт IR, Fair, Vishay везде разделение на биполяры и феты. Это всё равно, что говорить "осадки" не уточняя, снег или дождь на улице. Формально - правильно.  А по сути не очень информативно, осенью, например. ну и обратимся к ролику: там написано "как работает транзистор" Повторяю: "транзистор" так не работает, так работает только транзистор, управляемый напряжением. там же, кстати, мелькают обозначения электродов: d  и s. Я же могу не знать о существовании полевиков (ещё не проходил), но уже  знать о биполярах. Так, вот, биполяры так не работают и никакого "дрейна" у них нет.


Что значит "хорошо" и "плохо"? Для каждого типа транзистора - свои задачи. Сделать хороший ключ на биполяре сложнее, чем на полевике. Особенно быстрый и на много ампер. Что, биполяр не хорош? А то, что полевику не просто обеспечить рабочий режим в линейной схеме - полевик плох? В реальности совсем не наоборот, а хорош или плох в зависимости от применения. В аудиотехнике, известной мне, нечто  на полевиках всегда хуже того же на биполярах. Объективно хуже. Впрочем я уж написал,  дискутировать не буду.

раскрыть ветку (2)
1
Автор поста оценил этот комментарий

Ток есть при любом ненулевом напряжении, пусть даже крайне малом, иначе говоря ток - это непрерывная функция напряжения. Вследствие экспоненциальной зависимости от напряжения при низком напряжении ток очень мал и изменение напряжения не приводит к заметному увеличению тока. Изменение напряжения (60 мВ допустим) в районе 0,7 В приведет к 10 кратному увеличению тока от например 1 до 10 мА, а около 0,1 В изменение будет тоже в 10 раз, но порядка долей мкА, что не заметно.  Поэтому может показаться, что до порога тока нет, а после есть. Само наличие порога - это тоже упрощение, возможное благодаря экспоненте.

То, что ток это входной параметр БТ это повсеместная практика схемотехников, но это следствие сильно упрощенной модели, которая кстати полностью эквивалентна (обратна) такой же упрощенной модели, в которой контролируется напряжение БЭ. Вообще говоря оно в любом случае присутствует в простой модели в виде Ik=B*Ib=Is*exp(Vbe/Vt), где ток коллектора - это управляемый генератор тока, а Vbe напряжение на переходе БЭ. Управляется источник либо B*Ib (откуда пошла практика называть его управляемым по току), но тогда надо следить за Vbe=Vt*ln(Ik/Is) и Vce, либо управляется Is*exp(Vbe/Vt) - диодная характеристика (упрощенная), показывающая управление напряжением, что более правильно с точки зрения физики и причины-следствия, а Ib=Iк/B. В полной модели Эберса-Молла таких вот простых перестановок уже не сделаешь и придется свыкаться с тем, что независимый параметр - это напряжение. Специально поискал даже, в небезызвестной книге Искусство схемотехники как раз то же самое и говорится, что вообще то ток коллектора в общем случае управляется напряжением, а не током базы. Более того, контроль за Vbe очень важен в проектировании современных надежных схем с низким питанием (нечувствительность к разбросу Бета, температуре, пульсаций в питании, паразитных импульсов) и это проще делать, анализируя схему через этот параметр.


Наверное не очень понял, что я имел ввиду, перефразирую. Я тоже считаю, что в ролике лучше было бы упомянуть, что он полевой и я кажется это написал, но речь не об этом. Я имел ввиду, то что под транзистором по умолчанию не понимается только БТ, транзистор не равно только БТ, как и транзистор не равно только МОП, но и БТ и МОП это все подмножество транзисторов. Я все время писал о том, что мне режет глаза " разделяют транзисторы и феты". И сделал небольшой комментарий, почему вероятно в ролике говорят транзистор на примере полевого и без пояснения, что он полевой: он проще, распространённее, ну или банально может забыли (или забили) просто. Один хрен целью было показать, что он - это электронный ключ.


В последнем вопросе согласен почти полностью, фактически мое же мнение повторяешь. Но с некоторой поправкой, почему чаще МОП лучше будет. Схемы не ограничиваются дискретными, а в интегральном применении и всяких схем куда больше и задач тоже, вот там МОПы во многих применениях вне конкуренции в совокупности своих свойств. Интегральная схемотехника по масштабам пообширнее будет.

раскрыть ветку (1)
1
Автор поста оценил этот комментарий

ОК. Удачи!

1
Автор поста оценил этот комментарий

Угу, давай, расскажи мне что усилитель на IRFZ44 маломощная и низкокачественная игрушка.

раскрыть ветку (12)
1
Автор поста оценил этот комментарий
Вы это мне? Мне-то зачем Вам это рассказывать? На полевике можно построить массу всяких схем и линейных и ключевых. В том числе и усилителей. А с Вашим смешным заявлением обратитесь на соответствующие форумы. Таких, как Вы много. Очень-очень  много. Есть разновидности борцов за качественные и "прогретые" провода или "аудиоконденсаторы". Есть любители ламповых усилителей (чтобы большая лампа обязательно торчала посерёдке ящика). Есть и любители линейных усилителей на полевиках, которые до посинения спорят про фантастическую линейность и (до слёз, прям) "мяхкость звука, почти как у ламп!!!" Ещё есть поклонники цифровых усилителей, которые "гораздо лучче всех, только послушайте". Все эти секты очень беспокойны и напористы. Как правило, бездоказательно. Мне это неинтересно. Я делаю усилители для себя (адын из хобби такой у мне), а не чтобы до усрачки всем внушать про их крутизну. И Вам ничего внушать не стану. Тут, вообще-то речь про дырки всякие и легирование, ну, там, переходы ещё. Вот эффект Миллера ещё не обсуждали.

Кстати, транзистры эти уже старые. Вас в них что привлекает? Скорость переключения или сопротивление открытого канала? Может, ёмкости? Уверяю Вас, есть транзисторы покруче. Во всех отношениях. А если Вы любитель класса Д, то есть специальные "аудиополевики".  И фирма Международный Выпрямитель не единственный  производитель хороших полевиков. Да они, по-моему, уж продались Инфениону.

:) :)

раскрыть ветку (11)
1
Автор поста оценил этот комментарий

^ этот человек хотел написать что звуковые усилители правильно оценивать по их параметрам, а не по схемотехническим решениям.

раскрыть ветку (9)
1
Автор поста оценил этот комментарий
Конечно так правильно оценивать. Только, вот у апологетов того или иного схемотехнического решения, когда с параметрами не очень, возникают "прозрачность" "теплота"  "бархатистые низы" и другие качества, которые измерить никак невозможно. И вот тут возникают "эксперты, которые точно услышали, что УМЗЧ такой-то гораздо лучше такого-то..." Как поклонники автомобильной марки спорят до хрипоты.
раскрыть ветку (8)
Автор поста оценил этот комментарий

измерить всё можно, была бы методика. я вот что-то не видел ни разу, чтобы производитель указывал допустим модуляционные искажения (измерив уже непосредственно микрофоном на выходе), которые режут слух гораздо сильнее чем например искажения нелинейные.

или почему акустическое оформление ЗЯ или ЧВ лучше чем ФИ даже при одинаковой ачх?

наверное потому что всё это слишком сложно, или нет общепринятых стандартов, вот и возникает у людей мракобесие.

раскрыть ветку (2)
Автор поста оценил этот комментарий
Дальнейшие рассуждения на эту тему будут нескончаемыми. А, главное, бессмысленными: никто никого не убедит. Меня столкнуть с моих убеждений сложно, поскольку они базируются на 30-летнем опыте не только изготовителя и измерятеля :) всякой аналоговой техники, но и профессиональном опыте, правда, с аудио связанном не прямо. А Вас (да и кого угодно) мне убеждать смысла нет.

Во-первых, должен быть обозначен объект спора и позиции сторон. Во-вторых, аргументы (расчёты и измерения и чужие достоверные данные). Мы только на "объект" спора можем убить много страниц :). А уж про "достоверность данных" можно вообще неделями рассуждать. :)

Производитель чего не указывает модуляционные искажения измеренные микрофоном где? Вы имеете ввиду интермодуляционные искажения?

Микрофон - это уже акустика. Я в ней слабоват. У меня есть доступ к Брюлекъеру :), но нет безэховой камеры. А чего будем измерять?

Если Вы говорите про промышленные УМЗЧ, то я ими не очень интересуюсь. И не знаю, что они там приводят.

 
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

да да, интермодуляционные всей системы. у усилителя их измерять смысла нет, они на нуле обычно.

Автор поста оценил этот комментарий
Воу как вас размазало то, а ведь я хотел сказать только то-же что и @Styopa1 . Меня возмутило ваше высказывание "громко и не качественно" хотя на полевиках можно получить нормальные характеристики.


Я вообще мало различаю классы усилителей и при слепом прослушивании разницы не услышу, единственное, может быть отличу ламповый от D класса и то, чисто из-за того что лампа глушит низы выходным трансформатором, а D-шка их наоборот усиливает за счёт ШИМ и то не всегда. При этом не я один, трольнул друга - аудиомана, дав послушать усилитель на PAM микросхеме, запитаный от трёх ААА аккумуляторов. Сказав что это супер-пупер навороченный японец принесённый в ремонт. Друг подвоха не понял и начал втирать про "фирменный японский звук".


Вся эта чехарда с "бархатистыми низами" и прочее для меня звучит как мракобесие, для меня есть четыре параметра наличие или отсутствие которых я тоже, услышу только при каких-нибудь чудовищных значениях. Шум, АЧХ, искажения, мощность. Уже 10 лет юзаю усилитель на "автомобильной" TDA 7560, дёшево и сердито.
раскрыть ветку (4)
Автор поста оценил этот комментарий

у неё кни >1% и хрен пойми что с выходным сопротивлением. тяжело тебе наверное :)

раскрыть ветку (3)
Автор поста оценил этот комментарий

да нет. Главное брать оригиналы, у них таких адских проблем нет, обычный класс А, ставил китайские подделки - звук словно крышкой унитаза гремели, искажения лютейшие. Поставил оригиналы, запел нормально.


60 ватт; монических на 1кгц - 0,04;  интермодуляционных 0,10; разностных 0,05; Скорость нарастания 20в\мкс. От 1 гц до 80 кгц.

Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку (2)
Автор поста оценил этот комментарий

я вроде как про TDA7560 тебе говорил...

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

Ааа, ой. :-) Просто я ждал вопроса про свой усилитель и готовил его ТТХ на обозрение,


сорян, чувствую себя как веган :(


Ну да, я бы не назвал эту схему супер-пупер, но мне норм. Так собирал то я её ещё в наборе мастер-кит. http://masterkit.ru/shop/multimedia/amplifiers-low/1318729/
http://masterkit.ru/zip/bm2043.pdf

Автор поста оценил этот комментарий

Интернационал Рецифаер продался Инфениону ? Не слышал

1
Автор поста оценил этот комментарий
хм, а вы тогда можете посоветовать литературу или каналы на тытрубе ( можно на англ) где подобное более -менее понятно объясняется для начинающих?
раскрыть ветку (9)
8
Автор поста оценил этот комментарий

Вот тут не знаю. Очень рекомендую почитать первые разделы легендарной уже книги Титце и Шенка "Полупроводниковая схемотехника". Прекрасно описано. Хотя и не опускаясь (гыыы :) ) до матрицы параметров биполяров. Это и правда на инженерном уровне было бы уже слишком круто. В этой книге есть все основные типы транзисторов. Кроме того, она имеет массу переизданий. У меня - 90х годов. Там ещё не было IGBT. Сейчас, наверное, есть. насчёт "послушать живьём" просто не знаю.

2
Автор поста оценил этот комментарий

Борисов "Юный радиолюбитель"
офигенная литература для начинающих (была такая когда ходил в школе в радиокружок) все просто и доступно, практически на пальцах.

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

Ага. Тоже с 6 издания начинал в далеком 1986 году

2
Автор поста оценил этот комментарий

Вот дядька, похоже что то понимает.


https://youtu.be/qUeK7pHe0rI?list=PLvOlSehNtuHtWlH0UOZNtOn-F...

раскрыть ветку (1)
2
Автор поста оценил этот комментарий

Для меня он слишком быстро говорит. Но картинки и понятные мне слова - совершенно верные. До конца, правда не досмотрел. :)

2
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

Литература - книги для тех. ВУЗов. Набираете в ютубе: "как работает БИПОЛЯРНЫЙ транзистор", "как работает ПОЛЕВОЙ транзистор". В ролике в посте всё смешано в кучу, что даёт обывателю неверное представление о том, как работает полупроводниковый прибор - транзистор.

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий
Набираете в ютубе: "как работает БИПОЛЯРНЫЙ транзистор", "как работает ПОЛЕВОЙ транзистор".

...И попадаете на подобные видео, авторы которых сами не знают что говорят.

Автор поста оценил этот комментарий

ого, столько инфы сразу , спасибо всем!))

Автор поста оценил этот комментарий

https://www.youtube.com/channel/UClH7sqfyOoJ3jpeAqWZX7WA/vid...

Самое лучшее, что можно найти на ютубе и вообще из того, что я встречал по основам электроники (правда некоторое знание ТОЭ для понимания нужно), у нас в институте так же хорошо почти никто не преподавал. Лектор Behzad Razavi является еще и автором одних из самых лучших книг по микроэлектронике. Лекции фактически повторяют соответствующие главы Fundamentals of microelectronics. При желании параллельно можно заглядывать в Microelectronic circuits от Sedra Smith, она чуть более подробная.


Так же есть неплохой вводный курс на edx MITx: 6.002x Circuits and Electronics, это более для новичков. Построен по книге Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits.

https://www.edx.org/course/circuits-electronics-1-basic-circ...

https://www.edx.org/course/circuits-electronics-2-amplificat...

https://www.edx.org/course/circuits-electronics-3-applicatio...


Касательно физики и моделирования МОП транзисторов есть очень продвинутый курс https://ru.coursera.org/learn/mosfet но тут надо реально шарить. А лектор Yannis Tsividis снова автор одной из самых лучших книг по моделированию МОП транзисторов Operation and Modeling of the MOS Transistor (акцент в ней сделан на моделирование, а не детальное рассмотрение всей возможной физики со всеми ее фишками)

Вы смотрите срез комментариев. Чтобы написать комментарий, перейдите к общему списку