Transistör
.jpg){kind=spacer}
Transistör, elektrik sinyallerini ve gücü yükseltmek veya değiştirmek için kullanılan yarı iletken bir cihazdır. Transistör, modern elektroniğin temel yapı taşlarından biridir. Yarı iletken malzemeden oluşur ve genellikle bir elektronik devreye bağlantı için en az üç terminali vardır. Transistörün bir çift terminaline uygulanan bir voltaj veya akım, başka bir çift terminalden geçen akımı kontrol eder. Kontrol edilen (çıkış) güç, kontrol eden (giriş) güçten daha yüksek olabileceğinden, bir transistör bir sinyali yükseltebilir. Bazı transistörler ayrı ayrı paketlenir, ancak çok daha fazlası entegre devrelerde gömülü olarak bulunur. ⓘ
Avusturya-Macaristanlı fizikçi Julius Edgar Lilienfeld 1926 yılında alan etkili transistör kavramını ortaya atmış, ancak o dönemde çalışan bir cihaz inşa etmek mümkün olmamıştır. İlk çalışan cihaz 1947 yılında Amerikalı fizikçiler John Bardeen ve Walter Brattain tarafından Bell Laboratuarlarında William Shockley'in altında çalışırken icat edilen nokta temaslı transistördü. Üçlü, başarılarından dolayı 1956 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaştı. En yaygın kullanılan transistör türü, 1959 yılında Bell Laboratuvarlarında Mohamed Atalla ve Dawon Kahng tarafından icat edilen metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistördür (MOSFET). Transistörler elektronik alanında devrim yaratmış ve diğer şeylerin yanı sıra daha küçük ve daha ucuz radyoların, hesap makinelerinin ve bilgisayarların önünü açmıştır. ⓘ
Transistörlerin çoğu çok saf silikondan ve bazıları germanyumdan yapılır, ancak bazen diğer bazı yarı iletken malzemeler de kullanılır. Bir transistör, alan etkili transistörde olduğu gibi yalnızca bir tür yük taşıyıcıya sahip olabilir ya da iki kutuplu bağlantı transistör cihazlarında olduğu gibi iki tür yük taşıyıcıya sahip olabilir. Vakum tüpü ile karşılaştırıldığında, transistörler genellikle daha küçüktür ve çalışması için daha az güç gerektirir. Bazı vakum tüplerinin çok yüksek çalışma frekanslarında veya yüksek çalışma voltajlarında transistörlere göre avantajları vardır. Birçok transistör tipi, birden fazla üretici tarafından standartlaştırılmış spesifikasyonlara göre üretilmektedir. ⓘ
Tarihçe
.jpg)
1907'de icat edilen bir vakum tüpü olan termiyonik triyot, güçlendirilmiş radyo teknolojisini ve uzun mesafeli telefonu mümkün kıldı. Ancak triyot, önemli miktarda güç tüketen kırılgan bir cihazdı. 1909 yılında fizikçi William Eccles kristal diyot osilatörünü keşfetti. Avusturya-Macaristanlı fizikçi Julius Edgar Lilienfeld, 1925 yılında Kanada'da triyotun yerine katı hal ikamesi olması amaçlanan bir alan etkili transistör (FET) için patent başvurusunda bulundu. Lilienfeld aynı patentleri 1926 ve 1928'de Amerika Birleşik Devletleri'nde de dosyaladı. Bununla birlikte, Lilienfeld cihazları hakkında herhangi bir araştırma makalesi yayınlamadı ve patentlerinde çalışan bir prototipin herhangi bir spesifik örneğine atıfta bulunmadı. Yüksek kaliteli yarı iletken malzemelerin üretimine daha onlarca yıl olduğu için, böyle bir cihaz yapılmış olsa bile Lilienfeld'in katı hal amplifikatör fikirleri 1920'lerde ve 1930'larda pratik kullanım alanı bulamazdı. 1934 yılında Alman mucit Oskar Heil Avrupa'da benzer bir cihazın patentini aldı. ⓘ
Bipolar transistörler
17 Kasım 1947'den 23 Aralık 1947'ye kadar AT&T'nin Murray Hill, New Jersey'deki Bell Laboratuvarlarında John Bardeen ve Walter Brattain deneyler yaptılar ve bir germanyum kristaline iki altın nokta kontağı uygulandığında, çıkış gücü girişten daha fazla olan bir sinyal üretildiğini gözlemlediler. Katı Hal Fiziği Grubu lideri William Shockley bu konudaki potansiyeli gördü ve sonraki birkaç ay boyunca yarı iletkenler konusundaki bilgileri büyük ölçüde genişletmek için çalıştı. Transistör terimi John R. Pierce tarafından transrezistans teriminin kısaltılmasıyla türetilmiştir. Lillian Hoddeson ve Vicki Daitch'e göre Shockley, Bell Labs'ın transistör için alacağı ilk patentin alan-etkisine dayalı olmasını ve kendisinin mucit olarak adlandırılmasını önermişti. Yıllar önce Lilienfeld'in bilinmezliğe gömülen patentlerini ortaya çıkaran Bell Labs avukatları Shockley'in önerisine karşı çıktılar çünkü elektrik alanını "ızgara" olarak kullanan bir alan etkili transistör fikri yeni değildi. Bunun yerine Bardeen, Brattain ve Shockley'in 1947'de icat ettikleri şey ilk nokta temaslı transistördü. Bu başarıları nedeniyle Shockley, Bardeen ve Brattain, "yarı iletkenler üzerine yaptıkları araştırmalar ve transistör etkisini keşfetmeleri nedeniyle" 1956 Nobel Fizik Ödülü'ne ortaklaşa layık görüldüler. ⓘ
Shockley'in araştırma ekibi başlangıçta bir yarı iletkenin iletkenliğini modüle etmeye çalışarak bir alan etkili transistör (FET) inşa etmeye çalıştı, ancak esas olarak yüzey durumları, sarkan bağ ve germanyum ve bakır bileşik malzemeleriyle ilgili sorunlar nedeniyle başarısız oldu. Çalışan bir FET yapamamalarının ardındaki gizemli nedenleri anlamaya çalışırken, bu onları bunun yerine bipolar nokta temaslı ve bağlantı transistörlerini icat etmeye yöneltti. ⓘ
Nokta temaslı transistör 1948 yılında Alman fizikçiler Herbert Mataré ve Heinrich Welker tarafından, Paris'te bulunan bir Westinghouse yan kuruluşu olan Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse'da çalışırken bağımsız olarak icat edildi. Mataré, İkinci Dünya Savaşı sırasında Alman radar çalışmalarında silikon ve germanyumdan kristal doğrultucular geliştirme konusunda daha önce deneyime sahipti. Bu bilgisini kullanarak 1947 yılında "parazit" olgusunu araştırmaya başladı. Haziran 1948'e gelindiğinde, noktasal temaslardan akan akımlara tanık olan Mataré, Welker tarafından üretilen germanyum örneklerini kullanarak, Bardeen ve Brattain'in Aralık 1947'de daha önce başardıklarına benzer tutarlı sonuçlar elde etti. Bell Labs'ın bilim adamlarının transistörü kendilerinden önce icat ettiklerini fark eden şirket, Fransa'nın telefon şebekesinde güçlendirilmiş kullanım için "geçişini" üretime sokmak için acele etti ve 13 Ağustos 1948'de ilk transistör patent başvurusunu yaptı. ⓘ
İlk bipolar junction transistörler Bell Labs'den William Shockley tarafından icat edildi ve 26 Haziran 1948'de patent başvurusunda (2,569,347) bulundu. 12 Nisan 1950'de Bell Labs kimyagerleri Gordon Teal ve Morgan Sparks, çalışan bir bipolar NPN junction amplifikatör germanyum transistörü başarıyla üretti. Bell Labs bu yeni "sandviç" transistörün keşfini 4 Temmuz 1951'de bir basın açıklamasıyla duyurdu. ⓘ
İlk yüksek frekanslı transistör, 1953 yılında Philco tarafından geliştirilen ve 60 MHz'e kadar frekanslarda çalışabilen yüzey bariyerli germanyum transistördü. Bunlar, n-tipi germanyum tabana her iki taraftan İndiyum (III) sülfat jetleri ile bir inçin birkaç on binde biri kalınlığa gelene kadar çöküntüler aşındırılarak yapılmıştır. Çöküntülere elektrolizle kaplanan indiyum, toplayıcı ve yayıcıyı oluşturdu. ⓘ
AT&T, transistörleri telekomünikasyon ekipmanlarında ilk olarak 1953 yılında No. 4A Ücretli Çapraz Çubuk Anahtarlama Sistemi devrelerinde, çevirmen kartlarında kodlanmış yönlendirme bilgilerinden ana hat devrelerini seçmek için kullandı. Western Electric No. 3A fototransistör, delikli metal kartlardan mekanik kodlamayı okumuştur. ⓘ
İlk "prototip" cep transistörlü radyo INTERMETALL (Herbert Mataré tarafından 1952 yılında kurulan bir şirket) tarafından 29 Ağustos 1953 ve 6 Eylül 1953 tarihleri arasında Internationale Funkausstellung Düsseldorf'ta gösterildi. İlk "üretim" cep transistörlü radyo, Ekim 1954'te piyasaya sürülen Regency TR-1 idi. Regency Division of Industrial Development Engineering Associates, I.D.E.A. ve Texas Instruments of Dallas Texas arasında ortak bir girişim olarak üretilen TR-1, Indianapolis, Indiana'da üretildi. Neredeyse cep boyutunda olan bu radyo 4 transistör ve bir germanyum diyot içeriyordu. Endüstriyel tasarımı Chicago'daki Painter, Teague ve Petertil firmasına yaptırıldı. Başlangıçta altı farklı renkten biriyle piyasaya sürüldü: siyah, fildişi, mandalina kırmızısı, bulut grisi, maun ve zeytin yeşili. Kısa süre içinde diğer renkler de piyasaya sürülecekti. ⓘ
İlk "üretim" tamamen transistörlü otomobil radyosu Chrysler ve Philco şirketleri tarafından geliştirildi ve Wall Street Journal'ın 28 Nisan 1955 tarihli sayısında duyuruldu. Chrysler, Mopar modeli 914HR olan tümüyle transistörlü otomobil radyosunu, 1955 sonbaharından itibaren, ilk kez 21 Ekim 1955'te bayilerin showroom katlarına çıkan yeni 1956 Chrysler ve Imperial otomobilleri için bir seçenek olarak sunmuştu. ⓘ
1957'de piyasaya sürülen Sony TR-63, ilk seri üretim transistörlü radyoydu ve transistörlü radyoların kitlesel pazarda yaygınlaşmasına öncülük etti. TR-63 1960'ların ortalarına kadar dünya çapında yedi milyon adet sattı. Sony'nin transistörlü radyolardaki başarısı, transistörlerin 1950'lerin sonunda baskın elektronik teknolojisi olarak vakum tüplerinin yerini almasına yol açtı. ⓘ
İlk çalışan silikon transistör 26 Ocak 1954'te Bell Labs'de Morris Tanenbaum tarafından geliştirildi. İlk ticari silikon transistör 1954 yılında Texas Instruments tarafından üretildi. Bu, daha önce Bell Laboratuarlarında çalışmış olan, yüksek saflıkta kristal yetiştirme uzmanı Gordon Teal'in eseriydi. ⓘ
Alan etkili transistörler
Alan etkili transistörün (FET) temel prensibi ilk olarak Avusturyalı fizikçi Julius Edgar Lilienfeld tarafından 1926 yılında MESFET'e benzer bir cihaz için patent başvurusunda bulunduğunda ve 1928 yılında yalıtılmış kapı alan etkili transistör için patent başvurusunda bulunduğunda önerilmiştir. FET konsepti daha sonra 1930'larda Alman mühendis Oskar Heil ve 1940'larda William Shockley tarafından da teorileştirilmiştir. ⓘ
JFET'in patenti 1945 yılında Heinrich Welker tarafından alınmıştır. Shockley'in 1952'de JFET üzerine teorik çalışmasının ardından, 1953'te George C. Dacey ve Ian M. Ross tarafından çalışan pratik bir JFET yapıldı. ⓘ
1948 yılında Bardeen, MOSFET'in öncüsü olan, ters çevirme katmanına sahip yalıtılmış kapı FET'in (IGFET) patentini almıştır. Bardeen'in patentinin yanı sıra ters çevirme katmanı kavramı da günümüzde CMOS teknolojisinin temelini oluşturmaktadır. ⓘ
MOSFET (MOS transistör)
Yarı iletken şirketleri, yarı iletken endüstrisinin ilk yıllarında başlangıçta jonksiyon transistörlere odaklandı. Bağlantı transistörü, seri üretimi zor olan nispeten hacimli bir cihazdı ve bu da onu birkaç özel uygulama ile sınırladı. Alan etkili transistörler (FET'ler) bağlantı transistörlerine potansiyel alternatifler olarak teorize edildi, ancak araştırmacılar başlangıçta FET'lerin düzgün çalışmasını sağlayamadılar, bunun nedeni büyük ölçüde dış elektrik alanının malzemeye nüfuz etmesini engelleyen sorunlu yüzey durumu bariyeriydi. ⓘ
1950'lerde Mısırlı mühendis Mohamed Atalla, Bell Labs'de silikon yarı iletkenlerin yüzey özelliklerini araştırdı ve burada yarı iletken cihaz üretimi için yeni bir yöntem önerdi; bir silikon levhayı yalıtkan bir silikon oksit tabakasıyla kaplayarak elektriğin aşağıdaki iletken silikona güvenilir bir şekilde nüfuz etmesini sağladı ve elektriğin yarı iletken tabakaya ulaşmasını engelleyen yüzey durumlarının üstesinden geldi. Daha sonra silikon entegre devrelerin seri üretimini mümkün kıldığı için yarı iletken endüstrisi için kritik hale gelen bu yöntem yüzey pasivasyonu olarak bilinir. Bulgularını 1957 yılında sundu. Yüzey pasivasyon yöntemini temel alarak metal-oksit-yarı iletken (MOS) sürecini geliştirdi. MOS sürecinin ilk çalışan silikon FET'i inşa etmek için kullanılabileceğini öne sürdü ve Koreli meslektaşı Dawon Kahng'ın yardımıyla bunun üzerinde çalışmaya başladı. ⓘ
Metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET) veya MOS transistör, 1959 yılında Mohamed Atalla ve Dawon Kahng tarafından icat edilmiştir. MOSFET, çok çeşitli kullanımlar için minyatürleştirilebilen ve seri üretilebilen ilk gerçek kompakt transistördü. Kendinden hizalı CMOS işleminde, geçit katmanının (polisilikon veya metal) bir difüzyon katmanını geçtiği her yerde bir transistör oluşur. Yüksek ölçeklenebilirliği, çok daha düşük güç tüketimi ve iki kutuplu bağlantı transistörlerinden daha yüksek yoğunluğu sayesinde MOSFET, tek bir IC'de 10.000'den fazla transistörün entegrasyonuna izin vererek yüksek yoğunluklu entegre devreler oluşturmayı mümkün kılmıştır. ⓘ
CMOS (tamamlayıcı MOS) 1963 yılında Fairchild Semiconductor'da Chih-Tang Sah ve Frank Wanlass tarafından icat edilmiştir. Yüzer kapılı bir MOSFET'in ilk raporu 1967 yılında Dawon Kahng ve Simon Sze tarafından yapılmıştır. Çift kapılı bir MOSFET ilk kez 1984 yılında Elektroteknik Laboratuvarı araştırmacıları Toshihiro Sekigawa ve Yutaka Hayashi tarafından gösterilmiştir. Bir tür 3D düzlemsel olmayan çok kapılı MOSFET olan FinFET (fin field-effect transistor), 1989 yılında Digh Hisamoto ve ekibinin Hitachi Merkezi Araştırma Laboratuvarı'ndaki araştırmalarından kaynaklanmıştır. ⓘ
Önemi
Transistörler neredeyse tüm modern elektronik cihazların temel aktif bileşenleridir. Bu nedenle pek çok kişi transistörü 20. yüzyılın en büyük icatlarından biri olarak görmektedir. ⓘ
Bell Laboratuvarlarında ilk transistörün icadı 2009 yılında IEEE Kilometre Taşı olarak adlandırılmıştır. IEEE Kilometre Taşları listesinde 1948'de jonksiyon transistörün ve 1959'da MOSFET'in icatları da yer almaktadır. ⓘ
MOS transistörü olarak da bilinen MOSFET (metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör), bilgisayar ve elektronikten akıllı telefonlar gibi iletişim teknolojilerine kadar çeşitli uygulamalarda kullanılan en yaygın transistördür. MOSFET en önemli transistör, muhtemelen elektronikteki en önemli buluş ve modern elektroniğin doğuşu olarak kabul edilmiştir. MOS transistör, 20. yüzyılın sonlarından bu yana modern dijital elektroniğin temel yapı taşı olmuş ve dijital çağın önünü açmıştır. ABD Patent ve Marka Ofisi bu buluşu "dünya çapında yaşamı ve kültürü dönüştüren çığır açıcı bir buluş" olarak nitelendirmektedir. Günümüz toplumundaki önemi, transistör başına şaşırtıcı derecede düşük maliyetler elde eden son derece otomatik bir süreç (yarı iletken cihaz üretimi) kullanılarak seri üretilebilmesine dayanmaktadır. MOSFET'ler, 2018 yılına kadar 13 sekstilyondan fazla üretilerek şimdiye kadar en fazla sayıda üretilen yapay nesnelerdir. ⓘ
Birkaç şirketin her biri her yıl bir milyardan fazla ayrı ayrı paketlenmiş (ayrık olarak bilinen) MOS transistör üretmesine rağmen, transistörlerin büyük çoğunluğu artık tam elektronik devreler üretmek için diyotlar, dirençler, kapasitörler ve diğer elektronik bileşenlerle birlikte entegre devrelerde (genellikle IC, mikroçipler veya sadece çipler olarak kısaltılır) üretilmektedir. Bir mantık kapısı yaklaşık yirmi transistörden oluşurken, 2021 itibariyle gelişmiş bir mikroişlemci 39 milyar kadar transistör (MOSFET) kullanabilmektedir. ⓘ
Transistörün düşük maliyeti, esnekliği ve güvenilirliği onu her yerde bulunan bir cihaz haline getirmiştir. Transistörlü mekatronik devreler, cihazların ve makinelerin kontrolünde elektromekanik cihazların yerini almıştır. Bir kontrol işlevini yerine getirmek için standart bir mikro denetleyici kullanmak ve bir bilgisayar programı yazmak, aynı işlevi kontrol etmek için eşdeğer bir mekanik sistem tasarlamaktan genellikle daha kolay ve ucuzdur. ⓘ
Basitleştirilmiş operasyon
Bir transistör, bir çift terminali arasına uygulanan küçük bir sinyali, başka bir çift terminalindeki çok daha büyük bir sinyali kontrol etmek için kullanabilir. Bu özelliğe kazanç denir. Daha zayıf bir giriş sinyali ile orantılı olan daha güçlü bir çıkış sinyali, bir voltaj veya akım üretebilir ve böylece bir amplifikatör olarak hareket edebilir. Alternatif olarak transistör, akım miktarının diğer devre elemanları tarafından belirlendiği elektriksel olarak kontrol edilen bir anahtar olarak bir devrede akımı açmak veya kapatmak için kullanılabilir. ⓘ
Bir devrede nasıl kullanıldıkları konusunda küçük farklılıkları olan iki tip transistör vardır. Bipolar transistörün baz, kollektör ve emitör olarak etiketlenmiş terminalleri vardır. Baz terminalindeki küçük bir akım (yani, baz ve yayıcı arasında akan), toplayıcı ve yayıcı terminalleri arasında çok daha büyük bir akımı kontrol edebilir veya değiştirebilir. Bir alan etkili transistör için, terminaller kapı, kaynak ve drenaj olarak etiketlenir ve kapıdaki bir voltaj, kaynak ve drenaj arasındaki bir akımı kontrol edebilir. ⓘ
Resim, bir devredeki tipik bir bipolar transistörü temsil etmektedir. Bazdaki akıma bağlı olarak emitör ve kollektör terminalleri arasında bir yük akacaktır. Dahili olarak baz ve emitör bağlantıları yarı iletken bir diyot gibi davrandığından, baz akımı varken baz ve emitör arasında bir voltaj düşüşü gelişir. Bu voltajın miktarı transistörün yapıldığı malzemeye bağlıdır ve VBE olarak adlandırılır. ⓘ
Anahtar olarak transistör
Transistörler dijital devrelerde, hem anahtarlamalı güç kaynakları gibi yüksek güçlü uygulamalar hem de mantık kapıları gibi düşük güçlü uygulamalar için "açık" veya "kapalı" durumda olabilen elektronik anahtarlar olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu uygulama için önemli parametreler arasında anahtarlanan akım, işlenen voltaj ve yükselme ve düşme süreleri ile karakterize edilen anahtarlama hızı yer alır. ⓘ
Bir anahtarlama devresinde amaç, kapalıyken açık devre, açıkken kısa devre ve iki durum arasında anlık geçiş özelliklerine sahip ideal anahtarı mümkün olduğunca yakın bir şekilde simüle etmektir. Parametreler, "kapalı" çıkış bağlı devreyi etkilemeyecek kadar küçük kaçak akımlarla sınırlı olacak, "açık" durumdaki transistörün direnci devreyi etkilemeyecek kadar küçük olacak ve iki durum arasındaki geçiş zararlı bir etkiye sahip olmayacak kadar hızlı olacak şekilde seçilir. ⓘ
Gösterilen ışık anahtarı devresi gibi topraklanmış emitörlü bir transistör devresinde, baz voltajı yükseldikçe, emitör ve kollektör akımları katlanarak artar. Kollektör voltajı, kollektörden emitere olan direncin azalması nedeniyle düşer. Eğer kolektör ve emiter arasındaki voltaj farkı sıfır (veya sıfıra yakın) olsaydı, kolektör akımı sadece yük direnci (ampul) ve besleme voltajı ile sınırlı olurdu. Akım kollektörden emitere serbestçe aktığı için buna doygunluk denir. Doyuma ulaştığında, anahtarın açık olduğu söylenir. ⓘ
Anahtarlama uygulamaları için bipolar transistörlerin kullanılması, transistörün kapalı durumdaki kesme bölgesi ile doyma bölgesi (açık) arasında çalışacak şekilde öngerilimlenmesini gerektirir. Bu da yeterli baz sürücü akımı gerektirir. Transistör akım kazancı sağladığından, kollektördeki nispeten büyük bir akımın baz terminaline çok daha küçük bir akımla anahtarlanmasını kolaylaştırır. Bu akımların oranı transistörün tipine bağlı olarak değişir ve hatta belirli bir tip için kollektör akımına bağlı olarak değişir. Bir ışık anahtarı devresi örneğinde, gösterildiği gibi, direnç, transistörün doymasını sağlamak için yeterli baz akımı sağlayacak şekilde seçilir. Baz direnç değeri besleme voltajı, transistör C-E bağlantı voltaj düşüşü, kolektör akımı ve amplifikasyon faktörü beta'dan hesaplanır. ⓘ
Bir amplifikatör olarak transistör
Ortak emitörlü amplifikatör, voltajdaki (Vin) küçük bir değişiklik transistörün tabanından geçen küçük akımı değiştirecek şekilde tasarlanmıştır; akım amplifikasyonu devrenin özellikleriyle birleştiğinde Vin'deki küçük dalgalanmaların Vout'ta büyük değişiklikler ürettiği anlamına gelir. ⓘ
Tek transistörlü amplifikatörlerin çeşitli konfigürasyonları mümkündür; bazıları akım kazancı, bazıları voltaj kazancı ve bazıları da her ikisini birden sağlar. ⓘ
Cep telefonlarından televizyonlara kadar çok sayıda ürün ses üretimi, radyo iletimi ve sinyal işleme için amplifikatörler içerir. İlk ayrık transistörlü ses amplifikatörleri ancak birkaç yüz miliwatt sağlıyordu, ancak daha iyi transistörler kullanıma sunuldukça ve amplifikatör mimarisi geliştikçe güç ve ses kalitesi kademeli olarak arttı. ⓘ
Birkaç yüz watt'a kadar çıkan modern transistörlü ses amplifikatörleri yaygındır ve nispeten ucuzdur. ⓘ
Vakum tüpleri ile karşılaştırma
Transistörler geliştirilmeden önce, vakum (elektron) tüpleri (ya da İngiltere'de "termiyonik valfler" veya sadece "valfler") elektronik ekipmanlardaki ana aktif bileşenlerdi. ⓘ
Avantajları
Transistörlerin çoğu uygulamada vakum tüplerinin yerini almasını sağlayan temel avantajlar şunlardır
- Katot ısıtıcı (tüplerin karakteristik turuncu ışıltısını üreten) yoktur, güç tüketimini azaltır, tüp ısıtıcılar ısınırken gecikmeyi ortadan kaldırır ve katot zehirlenmesi ve tükenmesinden etkilenmez.
- Çok küçük boyut ve ağırlık, ekipman boyutunu azaltır.
- Çok sayıda son derece küçük transistör tek bir entegre devre olarak üretilebilir.
- Sadece birkaç hücreli pillerle uyumlu düşük çalışma gerilimleri.
- Daha yüksek enerji verimliliğine sahip devreler genellikle mümkündür. Özellikle düşük güç uygulamaları (örneğin voltaj yükseltme) için enerji tüketimi tüplere göre çok daha az olabilir.
- Vakum tüpleri ile mümkün olmayan tamamlayıcı simetri devreleri de dahil olmak üzere tasarım esnekliği sağlayan tamamlayıcı cihazlar mevcuttur.
- Mekanik şok ve titreşime karşı çok düşük hassasiyet, fiziksel sağlamlık sağlar ve şok kaynaklı sahte sinyalleri neredeyse ortadan kaldırır (örneğin, ses uygulamalarında mikrofonikler).
- Cam zarfın kırılmasına, sızıntıya, gaz çıkışına ve diğer fiziksel hasarlara karşı hassas değildir. ⓘ
Sınırlamalar
Transistörler aşağıdaki sınırlamalara sahip olabilir:
- Vakum tüplerinin vakumunun sağladığı yüksek elektron hareketliliğinden yoksundurlar, bu da yüksek güçlü, yüksek frekanslı çalışma için arzu edilir - bazı kablosuz televizyon vericilerinde ve bazı uydularda amplifikatör olarak kullanılan gezici dalga tüplerinde kullanılanlar gibi
- Transistörler ve diğer katı hal cihazları, kullanım sırasında elektrostatik deşarj da dahil olmak üzere çok kısa süreli elektriksel ve termal olaylardan kaynaklanan hasara karşı hassastır. Vakum tüpleri elektriksel olarak çok daha sağlamdır.
- Radyasyona ve kozmik ışınlara karşı hassastırlar (uzay aracı cihazları için özel radyasyonla sertleştirilmiş çipler kullanılır).
- Ses uygulamalarında transistörler, vakum tüplerinin karakteristik özelliği olan ve bazıları tarafından tercih edilen düşük harmonik bozulmadan (tüp sesi olarak adlandırılır) yoksundur. ⓘ
Türleri
Sınıflandırma
 |
PNP |  |
P-kanalı |
 |
NPN |  |
N-kanal |
| BJT | JFET |
 |
 |
 |
P-kanalı |
 |
 |
 |
N-kanal |
| MOSFET geliştirme | MOSFET dep | ||
Transistörler aşağıdakilere göre kategorize edilir
- Yapı: MOSFET (IGFET), BJT, JFET, yalıtılmış kapı bipolar transistörü (IGBT), diğer tipler.
- Yarı iletken malzeme (dopantlar):
- Metaloidler; germanyum (ilk kez 1947'de kullanıldı) ve silikon (ilk kez 1954'te kullanıldı) - amorf, polikristalin ve monokristalin formda.
- Galyum arsenit (1966) ve silisyum karbür (1997) bileşikleri.
- Silisyum-germanyum alaşımı (1989)
- Karbon grafenin allotropu (2004'ten beri devam eden araştırmalar), vb. (bkz. Yarı iletken malzeme).
- Elektriksel polarite (pozitif ve negatif): NPN, PNP (BJT'ler), N-kanal, P-kanal (FET'ler).
- Maksimum güç derecesi: düşük, orta, yüksek.
- Maksimum çalışma frekansı: düşük, orta, yüksek, radyo (RF), mikrodalga frekansı (ortak emitörlü veya ortak kaynaklı bir devrede bir transistörün maksimum etkili frekansı, geçiş frekansının kısaltması olan fT terimi ile gösterilir - geçiş frekansı, transistörün birlik voltaj kazancı sağladığı frekanstır)
- Uygulama: anahtar, genel amaçlı, ses, yüksek gerilim, süper-beta, eşleştirilmiş çift.
- Fiziksel paketleme: delikli metal, delikli plastik, yüzeye montaj, bilyalı ızgara dizisi, güç modülleri (bkz. Paketleme).
- Amplifikasyon faktörü hFE, βF (transistör beta) veya gm (transkondüktans).
- Çalışma sıcaklığı: Aşırı sıcaklık transistörleri ve geleneksel sıcaklık transistörleri (-55 ila 150 °C (-67 ila 302 °F)). Aşırı sıcaklık transistörleri, yüksek sıcaklık transistörlerini (150 °C'nin (302 °F) üzerinde) ve düşük sıcaklık transistörlerini (-55 °C'nin (-67 °F) altında) içerir. Termal olarak 250 °C'ye (482 °F) kadar kararlı çalışan yüksek sıcaklık transistörleri, iç içe geçen yarı kristal konjuge polimerler ve yüksek cam geçiş sıcaklığı yalıtım polimerlerinin harmanlanmasına yönelik genel bir strateji ile geliştirilebilir. ⓘ
Bu nedenle, belirli bir transistör silikon, yüzeye monte, BJT, NPN, düşük güçlü, yüksek frekanslı anahtar olarak tanımlanabilir. ⓘ
Anımsatıcılar
Transistör tipini (bir elektrik sembolü ile temsil edilir) hatırlamak için uygun anımsatıcı, okun yönünü içerir. BJT için, bir n-p-n transistör sembolünde ok "İçeriyi Göstermez". Bir p-n-p transistör sembolünde ok "Gururla İçeriyi Gösterir". Ancak bu durum MOSFET tabanlı transistör sembolleri için geçerli değildir, çünkü ok tipik olarak ters çevrilmiştir (yani n-p-n için ok içeriyi gösterir). ⓘ
Alan etkili transistör (FET)
Bazen tek kutuplu transistör olarak da adlandırılan alan etkili transistör, iletim için ya elektronları (n-kanal FET'de) ya da delikleri (p-kanal FET'de) kullanır. FET'in dört terminali kaynak, kapı, boşaltma ve gövde (alt tabaka) olarak adlandırılır. FET'lerin çoğunda gövde, paketin içindeki kaynağa bağlıdır ve aşağıdaki açıklamada bu varsayılacaktır. ⓘ
Bir FET'de, drenajdan kaynağa akım, kaynak bölgesini drenaj bölgesine bağlayan iletken bir kanal üzerinden akar. İletkenlik, kapı ve kaynak terminalleri arasına bir voltaj uygulandığında üretilen elektrik alanı ile değişir, bu nedenle drenaj ve kaynak arasında akan akım, kapı ve kaynak arasına uygulanan voltaj tarafından kontrol edilir. Geçit-kaynak gerilimi (VGS) arttıkça, drenaj-kaynak akımı (IDS) eşiğin altındaki VGS için üstel olarak artar ve daha sonra kabaca ikinci dereceden bir oranda artar: (IDS ∝ (VGS - VT)2, burada VT drenaj akımının başladığı eşik gerilimidir) eşiğin üzerindeki "alan-şarj-sınırlı" bölgede. Modern cihazlarda, örneğin 65 nm teknoloji düğümünde ikinci dereceden bir davranış gözlenmez. ⓘ
Dar bant genişliğinde düşük gürültü için FET'in daha yüksek giriş direnci avantajlıdır. ⓘ
FET'ler iki aileye ayrılır: junction FET (JFET) ve insulated gate FET (IGFET). IGFET daha yaygın olarak metal-oksit-yarı iletken FET (MOSFET) olarak bilinir ve orijinal yapısını metal (kapı), oksit (yalıtım) ve yarı iletken katmanlarından yansıtır. IGFET'lerin aksine JFET kapısı, kaynak ve drenajlar arasında kalan kanal ile bir p-n diyot oluşturur. İşlevsel olarak bu, n-kanal JFET'i, benzer şekilde ızgarası ve katodu arasında bir diyot oluşturan vakum tüpü triyodunun katı hal eşdeğeri yapar. Ayrıca, her iki cihaz da tükenme modunda çalışır, her ikisi de yüksek bir giriş empedansına sahiptir ve her ikisi de bir giriş voltajının kontrolü altında akım iletir. ⓘ
Metal-yarı iletken FET'ler (MESFET'ler), ters önyargılı p-n bağlantısının bir metal-yarı iletken bağlantı ile değiştirildiği JFET'lerdir. Bunlar ve yük taşıma için çok yüksek taşıyıcı hareketliliğine sahip iki boyutlu bir elektron gazının kullanıldığı HEMT'ler (yüksek elektron hareketliliğine sahip transistörler veya HFET'ler) özellikle çok yüksek frekanslarda (birkaç GHz) kullanım için uygundur. ⓘ
FET'ler ayrıca, kanalın sıfır kapı-kaynak voltajı ile açılıp kapanmasına bağlı olarak tükenme modu ve geliştirme modu tiplerine ayrılır. Geliştirme modu için, kanal sıfır öngerilimde kapalıdır ve bir kapı potansiyeli iletimi "artırabilir". Tüketim modu için, kanal sıfır öngerilimde açıktır ve bir geçit potansiyeli (zıt kutuplu) kanalı "tüketerek" iletimi azaltabilir. Her iki mod için de, daha pozitif bir kapı voltajı, n kanallı cihazlar için daha yüksek bir akıma ve p kanallı cihazlar için daha düşük bir akıma karşılık gelir. Neredeyse tüm JFET'ler tükenme modludur, çünkü diyot bağlantıları, geliştirme modlu cihazlar olsalardı ileri önyargı ve iletim yaparlardı, IGFET'lerin çoğu ise geliştirme modlu tiplerdir. ⓘ
Metal-oksit-yarı iletken FET (MOSFET)
Metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET, MOS-FET veya MOS FET), aynı zamanda metal-oksit-silikon transistör (MOS transistör veya MOS) olarak da bilinir, bir yarı iletkenin, tipik olarak silikonun kontrollü oksidasyonu ile üretilen bir alan etkili transistör türüdür. Voltajı cihazın iletkenliğini belirleyen yalıtılmış bir kapıya sahiptir. Uygulanan voltaj miktarı ile iletkenliği değiştirme yeteneği, elektronik sinyalleri yükseltmek veya anahtarlamak için kullanılabilir. MOSFET açık ara en yaygın transistördür ve çoğu modern elektroniğin temel yapı taşıdır. MOSFET, dünyadaki tüm transistörlerin %99,9'unu oluşturmaktadır. ⓘ
Bipolar bağlantı transistörü (BJT)
Bipolar transistörler, hem çoğunluk hem de azınlık taşıyıcılarını kullanarak iletim yaptıkları için bu şekilde adlandırılmıştır. Seri olarak üretilen ilk transistör tipi olan bipolar bağlantı transistörü, iki bağlantı diyotunun bir kombinasyonudur ve iki n tipi yarı iletken arasına sıkıştırılmış ince bir p tipi yarı iletken tabakasından (bir n-p-n transistörü) veya iki p tipi yarı iletken arasına sıkıştırılmış ince bir n tipi yarı iletken tabakasından (bir p-n-p transistörü) oluşur. Bu yapı iki p-n bağlantısı üretir: taban bölgesi olarak bilinen ince bir yarı iletken bölge ile ayrılmış bir taban-yayıcı bağlantısı ve bir taban-kollektör bağlantısı. (Araya giren yarı iletken bir bölgeyi paylaşmadan birbirine bağlanan iki bağlantı diyotu bir transistör oluşturmaz). ⓘ
BJT'lerin üç yarı iletken katmanına karşılık gelen üç terminali vardır - bir yayıcı, bir taban ve bir toplayıcı. Yükselteçlerde kullanışlıdırlar çünkü yayıcı ve toplayıcıdaki akımlar nispeten küçük bir baz akımıyla kontrol edilebilir. Aktif bölgede çalışan bir n-p-n transistörde, yayıcı-baz bağlantısı ileri eğilimlidir (elektronlar ve delikler bağlantı noktasında yeniden birleşir) ve baz-kolektör bağlantısı ters eğilimlidir (elektronlar ve delikler bağlantı noktasında oluşur ve bağlantı noktasından uzaklaşır) ve elektronlar baz bölgesine enjekte edilir. Baz dar olduğu için, bu elektronların çoğu ters önyargılı baz-kollektör birleşimine yayılacak ve kollektöre süpürülecektir; elektronların belki de yüzde biri, baz akımındaki baskın mekanizma olan bazda yeniden birleşecektir. Ayrıca, taban hafif katkılı olduğundan (yayıcı ve toplayıcı bölgelerine kıyasla), rekombinasyon oranları düşüktür ve daha fazla taşıyıcının taban bölgesi boyunca yayılmasına izin verir. Tabandan ayrılabilen elektronların sayısı kontrol edilerek, kolektöre giren elektronların sayısı kontrol edilebilir. Kollektör akımı yaklaşık olarak taban akımının β (ortak yayıcı akım kazancı) katıdır. Küçük sinyal transistörleri için tipik olarak 100'den büyüktür ancak yüksek güç uygulamaları için tasarlanmış transistörlerde daha küçük olabilir. ⓘ
Alan etkili transistörün aksine (aşağıya bakınız), BJT düşük giriş empedanslı bir cihazdır. Ayrıca, taban-yayıcı gerilimi (VBE) arttıkça taban-yayıcı akımı ve dolayısıyla kollektör-yayıcı akımı (ICE) Shockley diyot modeli ve Ebers-Moll modeline göre üstel olarak artar. Bu üstel ilişki nedeniyle BJT, FET'ten daha yüksek bir transkondüktansa sahiptir. ⓘ
Bipolar transistörler ışığa maruz bırakılarak iletken hale getirilebilir, çünkü taban bölgesindeki fotonların emilimi, taban akımı olarak işlev gören bir foto akım oluşturur; kolektör akımı, foto akımın yaklaşık β katıdır. Bu amaç için tasarlanmış cihazların paketinde şeffaf bir pencere bulunur ve bunlara fototransistör adı verilir. ⓘ
MOSFET ve BJT'lerin Kullanımı
MOSFET, hem dijital devreler hem de analog devreler için açık ara en yaygın kullanılan transistördür ve dünyadaki tüm transistörlerin %99,9'unu oluşturur. Bipolar bağlantı transistörü (BJT) daha önce 1950'lerden 1960'lara kadar en yaygın kullanılan transistördü. MOSFET'ler 1970'lerde yaygın olarak kullanılmaya başlandıktan sonra bile BJT, 1980'lerde güç elektroniği uygulamalarının çoğunda MOSFET cihazları (güç MOSFET'leri, LDMOS ve RF CMOS gibi) yerini alana kadar, daha yüksek doğrusallığı nedeniyle amplifikatörler gibi birçok analog devre için tercih edilen transistör olmaya devam etmiştir. Entegre devrelerde, MOSFET'lerin arzu edilen özellikleri, 1970'lerde dijital devreler için neredeyse tüm pazar payını ele geçirmelerini sağladı. Ayrık MOSFET'ler (tipik olarak güç MOSFET'leri) analog devreler, voltaj regülatörleri, amplifikatörler, güç vericileri ve motor sürücüleri dahil olmak üzere transistör uygulamalarında uygulanabilir. ⓘ
Diğer transistör tipleri
- Alan etkili transistör (FET):
- Metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET), burada geçit sığ bir yalıtkan tabaka ile yalıtılmıştır
- p-tipi MOS (PMOS)
- n-tipi MOS (NMOS)
- tamamlayıcı MOS (CMOS)
- RF CMOS, güç elektroniği için
- Çok kapılı alan etkili transistör (MuGFET)
- Fin alan etkili transistör (FinFET), kaynak/boşaltma bölgesi silikon yüzeyinde kanatçıklar oluşturur
- GAAFET, FinFET'e benzer ancak kanatçıklar yerine nanoteller kullanılır, nanoteller dikey olarak istiflenir ve geçit tarafından 4 taraftan çevrelenir
- Samsung tarafından üretilen MBCFET, nanoteller yerine nanosheets kullanan bir GAAFET çeşidi
- İnce film transistör, LCD ve OLED ekranlarda kullanılır
- Uçucu olmayan depolama için yüzer kapı MOSFET (FGMOS)
- Güç elektroniği için Güç MOSFET'i
- yanal dağınık MOS (LDMOS)
- Kanal malzemesinin bir karbon nanotüp ile değiştirildiği karbon nanotüp alan etkili transistör (CNFET)
- Geçidin ters önyargılı bir p-n bağlantısı ile yalıtıldığı bağlantı kapılı alan etkili transistör (JFET)
- Metal-yarı iletken alan etkili transistör (MESFET), p-n bağlantısı yerine Schottky bağlantısı olan JFET'e benzer
- Yüksek elektron mobiliteli transistör (HEMT)
- Ters-T alan etkili transistör (ITFET)
- Hızlı-ters epitaksiyel diyot alan etkili transistör (FREDFET)
- Yarı iletkenin organik bir bileşik olduğu organik alan etkili transistör (OFET)
- Balistik transistör (anlam ayrımı)
- Çevreyi algılamak için kullanılan FET'ler
- İyona duyarlı alan etkili transistör (ISFET), çözeltideki iyon konsantrasyonlarını ölçmek için,
- Elektrolit-oksit-yarı iletken alan etkili transistör (EOSFET), nöroçip,
- Deoksiribonükleik asit alan etkili transistör (DNAFET).
- Metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET), burada geçit sığ bir yalıtkan tabaka ile yalıtılmıştır
- Bipolar bağlantı transistörü (BJT):
- Heterojonksiyon bipolar transistör, birkaç yüz GHz'e kadar, modern ultra hızlı ve RF devrelerinde yaygın
- Schottky transistör
- çığ transistörü
- Darlington transistörler, iki transistörün akım kazançlarının çarpımına eşit yüksek bir akım kazancı sağlamak için birbirine bağlanan iki BJT'dir
- Yalıtımlı kapı bipolar transistörleri (IGBT'ler), yüksek bir giriş empedansı vermek için bir güç BJT'sine benzer şekilde bağlanmış orta güçlü bir IGFET kullanır. Güç diyotları genellikle özel kullanıma bağlı olarak belirli terminaller arasına bağlanır. IGBT'ler özellikle ağır hizmet tipi endüstriyel uygulamalar için uygundur. Üç fazlı güç kaynakları için tasarlanan ASEA Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100, 38'e 140'a 190 mm ölçülerinde ve 1,5 kg ağırlığında bir kasada üç n-p-n IGBT barındırır. Her bir IGBT 1.700 volt olarak derecelendirilmiştir ve 2.400 amper işleyebilir
- Fototransistör.
- Verici anahtarlamalı bipolar transistör (ESBT), yüksek voltajlı bir bipolar transistörün ve kaskod topolojisinde düşük voltajlı bir güç MOSFET'inin monolitik bir konfigürasyonudur. STMicroelectronics tarafından 2000'lerde tanıtılmış ve birkaç yıl sonra 2012 civarında terk edilmiştir.
- Transistör-transistör mantığında ve entegre akım aynalarında kullanılan çoklu yayıcı transistör
- Plak çalar veya radyo ön uçları gibi gürültülü ortamlarda çok düşük seviyeli sinyalleri yükseltmek için kullanılan çoklu taban transistörü. Etkili bir şekilde, çıkışta sinyalin yapıcı olarak eklendiği, ancak rastgele gürültünün yalnızca stokastik olarak eklendiği paralel çok sayıda transistördür.
- Tünel alan etkili transistör, bir bariyer üzerinden kuantum tünellemesini modüle ederek anahtarlama yapar.
- Difüzyon transistörü, dopantların yarı iletken alt tabakaya yayılmasıyla oluşur; hem BJT hem de FET olabilir.
- Unijunction transistör, basit darbe jeneratörleri olarak kullanılabilir. Her iki ucunda omik kontaklar (Base1 ve Base2 terminalleri) bulunan p-tipi veya n-tipi yarı iletkenin ana gövdesinden oluşur. Üçüncü terminal (Emitör) için gövdenin uzunluğu boyunca bir noktada karşıt yarı iletken tipiyle bir bağlantı oluşturulur.
- Tek elektronlu transistörler (SET), iki tünelleme bağlantısı arasındaki bir kapı adasından oluşur. Tünelleme akımı, bir kondansatör aracılığıyla geçide uygulanan bir voltajla kontrol edilir.
- Nanofluidik transistör, iyonların hareketini mikroskobik altı, su dolu kanallar aracılığıyla kontrol eder.
- Multigate cihazlar:
- Tetrot transistör
- Pentod transistör
- Trigate transistör (Intel tarafından prototip)
- Çift kapılı alan etkili transistörler, yüksek frekanslı amplifikatörler, mikserler ve osilatörler için optimize edilmiş bir konfigürasyon olan kaskodda iki kapılı tek bir kanala sahiptir.
- Junctionless nanowire transistör (JNT), elektronların telden akışını sağlamak üzere hareket eden elektriksel olarak izole edilmiş bir "alyans" ile çevrili basit bir silikon nanotel kullanır.
- Vakum kanallı transistör, 2012 yılında NASA ve Güney Kore'deki Ulusal Nanofab Merkezi'nin sadece 150 nanometre boyutunda bir prototip vakum kanallı transistör inşa ettiği bildirildiğinde, standart silikon yarı iletken işleme kullanılarak ucuza üretilebilir, düşman ortamlarda bile yüksek hızlarda çalışabilir ve standart bir transistör kadar güç tüketebilir.
- Organik elektrokimyasal transistör.
- Solaristör (güneş pili transistöründen), iki terminalli geçitsiz kendinden güçlü bir fototransistör. ⓘ
Cihaz tanımlama
Transistör cihazlarını tanımlamak için üç ana tanımlama standardı kullanılmaktadır. Her birinde, alfanümerik önek cihazın türüne ilişkin ipuçları sağlar. ⓘ
Ortak Elektron Cihaz Mühendisliği Konseyi (JEDEC)
JEDEC parça numaralandırma şeması 1960'larda Amerika Birleşik Devletleri'nde geliştirilmiştir. JEDEC EIA-370 transistör cihaz numaraları genellikle 2N ile başlar ve üç terminalli bir cihazı gösterir. Çift kapılı alan etkili transistörler dört terminalli cihazlardır ve 3N ile başlar. Önekin ardından iki, üç ya da dört basamaklı bir sayı gelir ve bu sayının cihaz özellikleri açısından bir önemi yoktur, ancak düşük sayılara sahip ilk cihazlar germanyum cihazlar olma eğilimindedir. Örneğin, 2N3055 bir silikon n-p-n güç transistörüdür, 2N1301 ise bir p-n-p germanyum anahtarlama transistörüdür. "A" gibi bir harf son eki bazen daha yeni bir varyantı belirtmek için kullanılır, ancak nadiren gruplama kazanır. ⓘ
| Önek | Tip ve kullanım |
|---|---|
| 1N | diyotlar gibi iki terminalli cihaz |
| 2N | transistörler veya tek kapılı alan etkili transistörler gibi üç terminalli cihaz |
| 3N | çift kapılı alan etkili transistörler gibi dört terminalli cihaz |
Japon Endüstriyel Standardı (JIS)
Japonya'da JIS yarı iletken tanımı (|JIS-C-7012), 2S ile başlayan transistör cihazlarını etiketler, örneğin 2SD965, ancak bazen "2S" öneki paket üzerinde işaretlenmez - 2SD965 yalnızca D965 olarak işaretlenebilir ve 2SC1815 bir tedarikçi tarafından sadece C1815 olarak listelenebilir. Bu seri bazen daha sıkı hFE (kazanç) grupları gibi varyantları belirtmek için kırmızı, turuncu, mavi vb. anlamına gelen R, O, BL gibi son eklere sahiptir. ⓘ
| Önek | Tip ve kullanım |
|---|---|
| 2SA | yüksek frekanslı p-n-p BJT |
| 2SB | ses frekansı p-n-p BJT |
| 2SC | yüksek frekanslı n-p-n BJT |
| 2SD | ses frekansı n-p-n BJT |
| 2SJ | P-kanal FET (hem JFET hem de MOSFET) |
| 2SK | N-kanal FET (hem JFET hem de MOSFET) |
Avrupa Elektronik Bileşen Üreticileri Birliği (EECA)
Avrupa Elektronik Bileşen Üreticileri Birliği (EECA), 1983 yılında EECA ile birleştiğinde Pro Electron'dan devralınan bir numaralandırma şeması kullanmaktadır. Bu şema iki harfle başlar: ilki yarı iletken tipini verir (germanyum için A, silikon için B ve GaAs gibi malzemeler için C); ikinci harf kullanım amacını belirtir (diyot için A, genel amaçlı transistör için C, vb.). Bunu üç basamaklı bir sıra numarası (veya endüstriyel tipler için bir harf ve iki basamak) takip eder. İlk cihazlarda bu, kasa tipini gösterir. Bir harfle birlikte son ekler kullanılabilir (örneğin "C" genellikle yüksek hFE anlamına gelir, örneğin: BC549C) veya kazancı (örneğin BC327-25) veya voltaj değerini (örneğin BUK854-800A) göstermek için başka kodlar takip edebilir. Daha yaygın olan ön ekler şunlardır:
| Önek | Tip ve kullanım | Örnek | Eşdeğer | Referans |
|---|---|---|---|---|
| AC | Germanyum, küçük sinyal AF transistörü | AC126 | NTE102A | |
| AD | Germanyum, AF güç transistörü | AD133 | NTE179 | |
| AF | Germanyum, küçük sinyalli RF transistörü | AF117 | NTE160 | |
| AL | Germanyum, RF güç transistörü | ALZ10 | NTE100 | |
| AS | Germanyum, anahtarlama transistörü | ASY28 | NTE101 | |
| AU | Germanyum, güç anahtarlama transistörü | AU103 | NTE127 | |
| M.Ö. | Silikon, küçük sinyal transistörü ("genel amaçlı") | BC548 | 2N3904 | Veri Sayfası |
| BD | Silikon, güç transistörü | BD139 | NTE375 | Veri Sayfası |
| BF | Silikon, RF (yüksek frekans) BJT veya FET | BF245 | NTE133 | Veri Sayfası |
| BS | Silikon, anahtarlama transistörü (BJT veya MOSFET) | BS170 | 2N7000 | Veri Sayfası |
| BL | Silikon, yüksek frekans, yüksek güç (vericiler için) | BLW60 | NTE325 | Veri Sayfası |
| BU | Silikon, yüksek voltaj (CRT yatay saptırma devreleri için) | BU2520A | NTE2354 | Veri Sayfası |
| CF | Galyum arsenit, küçük sinyalli mikrodalga transistörü (MESFET) | CF739 | — | Veri Sayfası |
| CL | Galyum arsenit, mikrodalga güç transistörü (FET) | CLY10 | — | Veri Sayfası |
Tescilli
Cihaz üreticilerinin kendi özel numaralandırma sistemleri olabilir, örneğin CK722. Cihazlar ikinci elden tedarik edildiğinden, bir üreticinin öneki (MPF102'deki "MPF" gibi, başlangıçta bir Motorola FET'i belirtir) artık cihazı kimin ürettiğine dair güvenilmez bir göstergedir. Bazı tescilli adlandırma şemaları diğer adlandırma şemalarının parçalarını benimser, örneğin, bir PN2222A plastik bir kasadaki (muhtemelen Fairchild Semiconductor) 2N2222A'dır (ancak bir PN108, bir BC108'in plastik bir versiyonudur, bir 2N108 değildir, PN100 ise diğer xx100 cihazlarıyla ilgisizdir). ⓘ
Askeri parça numaralarına bazen İngiliz Askeri CV Adlandırma Sistemi gibi kodlar atanır. ⓘ
Çok sayıda benzer parça satın alan üreticiler, standart bir kayıtlı numaraya sahip bir cihazı değil, belirli bir satın alma spesifikasyonunu tanımlayan "ev numaraları" ile tedarik edebilirler. Örneğin, 1854,0053 numaralı bir HP parçası (JEDEC) 2N2218 transistördür ve bu parçaya CV numarası da atanmıştır: CV7763 ⓘ
İsimlendirme sorunları
Bu kadar çok bağımsız adlandırma şeması ve cihazların üzerine basıldığında parça numaralarının kısaltılması nedeniyle bazen belirsizlik ortaya çıkmaktadır. Örneğin, iki farklı cihaz "J176" olarak işaretlenmiş olabilir (biri J176 düşük güçlü JFET, diğeri daha yüksek güçlü MOSFET 2SJ176). ⓘ
Eski "delikli" transistörlere yüzey montajlı paketli muadilleri verildiğinden, üreticilerin pin çıkışı düzenlemelerindeki çeşitlilik ve bir pakette çift veya eşleştirilmiş n-p-n + p-n-p cihazları için seçeneklerle başa çıkma sistemleri olduğundan, bunlara birçok farklı parça numarası atanma eğilimindedir. Bu nedenle, orijinal cihaz (2N3904 gibi) bir standart otoritesi tarafından atanmış ve yıllar boyunca mühendisler tarafından iyi biliniyor olsa bile, yeni versiyonlar isimlendirmelerinde standart olmaktan uzaktır. ⓘ
İnşaat
Yarı iletken malzeme
| Yarı İletken malzeme |
İleri kavşak 25 °C'de gerilim, V |
Elektron hareketliliği 25 °C'de, m2/(V-s) |
Delik hareketliliği 25 °C'de, m2/(V-s) |
Maks. bağlantı sıcaklık, °C |
|---|---|---|---|---|
| Ge | 0.27 | 0.39 | 0.19 | 70 ila 100 |
| Si | 0.71 | 0.14 | 0.05 | 150 ila 200 |
| GaAs | 1.03 | 0.85 | 0.05 | 150 ila 200 |
| Al-Si birleşimi | 0.3 | — | — | 150 ila 200 |
İlk BJT'ler germanyumdan (Ge) yapılmıştır. Şu anda silikon (Si) türleri baskındır, ancak bazı gelişmiş mikrodalga ve yüksek performanslı versiyonlar artık bileşik yarı iletken malzeme galyum arsenit (GaAs) ve yarı iletken alaşım silikon-germanyum (SiGe) kullanmaktadır. Tek elementli yarı iletken malzeme (Ge ve Si) elementel olarak tanımlanır. ⓘ
Transistör yapımında kullanılan en yaygın yarı iletken malzemeler için kaba parametreler yandaki tabloda verilmiştir. Bu parametreler sıcaklık, elektrik alanı, safsızlık seviyesi, gerilme ve diğer çeşitli faktörlerdeki artışla değişecektir. ⓘ
Bağlantı ileri voltajı, tabanın belirli bir akımı iletmesini sağlamak için bir BJT'nin yayıcı-baz bağlantısına uygulanan voltajdır. Kavşak ileri voltajı arttıkça akım üstel olarak artar. Tabloda verilen değerler 1 mA akım için tipik değerlerdir (aynı değerler yarı iletken diyotlar için de geçerlidir). Bağlantı ileri voltajı ne kadar düşük olursa o kadar iyidir, çünkü bu transistörü "sürmek" için daha az güç gerektiği anlamına gelir. Belirli bir akım için bağlantı ileri voltajı, sıcaklıktaki artışla azalır. Tipik bir silikon bağlantı için bu değişim -2,1 mV/°C'dir. Bazı devrelerde bu tür değişiklikleri telafi etmek için özel dengeleme elemanları (sensörler) kullanılmalıdır. ⓘ
Bir MOSFET'in kanalındaki hareketli taşıyıcıların yoğunluğu, kanalı oluşturan elektrik alanının ve kanaldaki safsızlık seviyesi gibi çeşitli diğer olayların bir fonksiyonudur. Dopant adı verilen bazı safsızlıklar, MOSFET'in elektriksel davranışını kontrol etmek için bir MOSFET yapımında kasıtlı olarak eklenir. ⓘ
Elektron hareketliliği ve delik hareketliliği sütunları, malzeme boyunca uygulanan metre başına 1 voltluk bir elektrik alanıyla elektronların ve deliklerin yarı iletken malzemeden yayıldığı ortalama hızı gösterir. Genel olarak, elektron hareketliliği ne kadar yüksekse transistör o kadar hızlı çalışabilir. Tablo, Ge'nin bu açıdan Si'den daha iyi bir malzeme olduğunu göstermektedir. Ancak Ge'nin silikon ve galyum arsenide kıyasla dört önemli eksikliği vardır:
- Maksimum sıcaklığı sınırlıdır.
- Nispeten yüksek kaçak akıma sahiptir.
- Yüksek voltajlara dayanamaz.
- Entegre devrelerin imalatı için daha az uygundur.
Elektron hareketliliği tüm yarı iletken malzemeler için delik hareketliliğinden daha yüksek olduğundan, belirli bir bipolar n-p-n transistörü, eşdeğer bir p-n-p transistöründen daha hızlı olma eğilimindedir. GaAs, üç yarı iletken arasında en yüksek elektron hareketliliğine sahiptir. Bu nedenle GaAs yüksek frekanslı uygulamalarda kullanılır. Nispeten yeni bir FET gelişimi olan yüksek elektron hareketli transistör (HEMT), GaAs-metal bariyer bağlantısının iki katı elektron hareketliliğine sahip alüminyum galyum arsenit (AlGaAs)-galyum arsenit (GaAs) heteroyapısına (farklı yarı iletken malzemeler arasındaki bağlantı) sahiptir. Yüksek hızları ve düşük gürültüleri nedeniyle HEMT'ler 12 GHz civarında frekanslarda çalışan uydu alıcılarında kullanılmaktadır. Galyum nitrür ve alüminyum galyum nitrür tabanlı HEMT'ler (AlGaN/GaN HEMT'ler) daha da yüksek elektron hareketliliği sağlar ve çeşitli uygulamalar için geliştirilmektedir. ⓘ
Maksimum bağlantı sıcaklığı değerleri, çeşitli üreticilerin veri sayfalarından alınan bir kesiti temsil eder. Bu sıcaklık aşılmamalıdır, aksi takdirde transistör hasar görebilir. ⓘ
Al-Si bağlantısı, genellikle Schottky diyotu olarak bilinen yüksek hızlı (alüminyum-silikon) metal-yarı iletken bariyer diyotunu ifade eder. Bazı silikon güç IGFET'lerinde üretim sürecinin bir parçası olarak kaynak ve boşaltma arasında oluşan parazitik bir ters Schottky diyotu bulunduğu için bu tabloya dahil edilmiştir. Bu diyot sıkıntı yaratabilir, ancak bazen devrede kullanılır. ⓘ
Paketleme
Ayrık transistörler ayrı ayrı paketlenmiş transistörler veya paketlenmemiş transistör çipleri (kalıplar) olabilir. ⓘ
Transistörler birçok farklı yarı iletken paketinde gelir (resme bakın). İki ana kategori delikli (veya kurşunlu) ve yüzey montajlı cihaz (SMD) olarak da bilinen yüzey montajlıdır. Bilyalı ızgara dizisi (BGA) en yeni yüzeye monte pakettir. Alt tarafında uçlar yerine lehim "topları" vardır. Daha küçük oldukları ve daha kısa ara bağlantılara sahip oldukları için SMD'ler daha iyi yüksek frekans özelliklerine ancak daha düşük güç değerlerine sahiptir. ⓘ
Transistör paketleri cam, metal, seramik veya plastikten yapılır. Paket genellikle güç derecesini ve frekans özelliklerini belirler. Güç transistörleri, gelişmiş soğutma için ısı alıcılarına kelepçelenebilen daha büyük paketlere sahiptir. Ayrıca, çoğu güç transistörünün kollektörü veya drenajı fiziksel olarak metal muhafazaya bağlıdır. Diğer uçta, bazı yüzey montajlı mikrodalga transistörleri kum taneleri kadar küçüktür. ⓘ
Genellikle belirli bir transistör tipi birkaç pakette mevcuttur. Transistör paketleri çoğunlukla standartlaştırılmıştır, ancak bir transistörün işlevlerinin terminallere atanması standart değildir: diğer transistör tipleri paketin terminallerine başka işlevler atayabilir. Aynı transistör tipi için bile terminal ataması değişebilir (normalde parça numarasına bir son ek harf ile belirtilir, örneğin BC212L ve BC212K). ⓘ
Günümüzde çoğu transistör çok çeşitli SMT paketlerinde gelir, buna karşılık mevcut açık delikli paketlerin listesi nispeten küçüktür, burada alfabetik sırayla en yaygın açık delikli transistör paketlerinin kısa bir listesi bulunmaktadır: ATV, E-line, MRT, HRT, SC-43, SC-72, TO-3, TO-18, TO-39, TO-92, TO-126, TO220, TO247, TO251, TO262, ZTX851. ⓘ
Paketlenmemiş transistör çipleri (kalıp) hibrit cihazlara monte edilebilir. 1960'ların IBM SLT modülü, cam pasifleştirilmiş transistör (ve diyot) kalıbı kullanan bu tür bir hibrit devre modülüne bir örnektir. Çip olarak ayrık transistörler için diğer paketleme teknikleri arasında doğrudan çip takma (DCA) ve kart üzerinde çip (COB) bulunmaktadır. ⓘ
Esnek transistörler
Araştırmacılar, organik alan etkili transistörler de dahil olmak üzere çeşitli esnek transistörler yapmışlardır. Esnek transistörler, bazı esnek ekran türlerinde ve diğer esnek elektroniklerde kullanışlıdır. ⓘ
Yapısı
Transistör iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup iki ana çeşittir. ⓘ
- NPN
- PNP ⓘ
Transistörün kullanım alanları
Transistör yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre elemanıdır. Daha yaygın kullanım amacı ise devrede anahtarlama yapmaktır. Elektroniğin her alanında kullanılmaktadır. Dolayısı ile teknolojinin en değerli elektronik devre elemanlarından biridir. ⓘ
Vakum lambaları ile karşılaştırma
Üstünlükler
- Transistörler çok küçüktür ve çok az enerji harcarlar.
- Transistörler çok daha uzun çalışma ömrüne sahiptirler.
- Transistörler her an çalışmaya hazır durumdadırlar. (lambaların flaman gerilimi sorunu)
- Çalışma voltajları çok daha azdır. Pille bile çalışırlar.
- Lambalar gibi cam değildir, kırılmaz.
- Transistörlerin üretimi daha ucuz ve kolaydır. ⓘ
Zayıflıklar
- Elektromanyetik palse karşı vakum tüplerinden daha duyarlıdırlar. ⓘ
Transistörlerde akım kazançları
Transistörün yükseltme işlemi doğrudan doğruya çıkış akımı değişmelerinin giriş akımı değişmelerine oranı olan; akım kazancına bağlıdır. Bu işlemde çıkış devresi gerilimi sabittir. Akım kazancı, transistörün bağlantı şekline göre farklı isimler alır. ⓘ
Bağlantı şekillerine göre akım kazancı; ⓘ
- Emiteri ortak bağlantıda Beta-β
- Beyzi ortak bağlantıda Alfa-α
- Kollektörü ortak bağlantıda Gama-γ ⓘ
ismini alır. Transistörün NPN veya PNP oluşu ile değişmez. ⓘ
Akım kazancı=Çıkış devresi akımı değişmeleri/Giriş devresi akımı değişmeleri ⓘ
(Çıkış devresi gerilimi: Sabit) ⓘ
| Bağlantı Şekli | Çıkış Devresi Gerilimi | Giriş Akımı | Çıkış Akımı | Akım Kazancı ⓘ |
|---|---|---|---|---|
| Emiteri Ortak | VCE: Sabit | IB | IC | β=IC/IB |
| Base i Ortak | VCE: Sabit | IE | IC | α=IC/IE |
| Kollektörü Ortak | VCE: Sabit | IB | IE | γ=IE/IB |
Tablo: Transistör bağlantı Şekillerine göre akım kazançları ⓘ