Transistor

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Denne artikel handler om elektronikkomponenter. For transistor i betydningen radiomodtager, se transistorradio

To silicium transistor-chips (ca. 1*1 mm) i samme hus. Husnavnet er enten TO39 eller TO5. Stregerne foroven er en millimeterskala. Bonding ledningerne fra chip til tilledninger er sikkert lavet af guld. I dag er næsten alle bonding ledninger lavet af aluminium, da det er billigere. Chips anvendt i skibsudstyr skal helst have bonding ledninger af guld, da aluminiumsledninger efter et stykke tid bliver korroderet af salt fra havets skumsprøjt.

Nutidige silicium-baserede transistorer.

Ældre germanium-baserede transistorer mest med typenumre, der starter med OC.

En transistor er en elektrisk komponent lavet af halvlederfaststof og formet som en chip og pakket ind i et hus med typisk tre ben (også kaldet terminaler). Dens formål i næsten al elektronik er at forstærke elektriske signaler (analog styring) eller fungere som en elektrisk kontakt (digital styring).

[redigér] Opdagelse - opfindelse

En replikation af verdens første fungerende transistor lavet i Bell Laboratorierne.

Det var en svær nød at knække at lave et faststofbaseret forstærkertrin (transistoren). Den blev opdaget/opfundet i december 1947 af John Bardeen, Walter Houser Brattain og William Bradford Shockley i Bell Laboratorierne, men opfindelsen/opdagelsen blev først offentliggjort i juni 1948.

Man forsøgte at lave et elektronrør i faststof mellem ca. 1930-1947, men uden større succes. I 1947 lavede Bell Laboratorie opdagerne nogle overflademålinger på et rent Germaniumkrystal, som er en halvleder, og opdagede, at to elektroder, med en indbyrdes afstand på langt under en mm, havde en kraftig indbyrdes strømindvirkning.

[redigér] Andre forstærkende eller transistorlignende opdagelser

Elektrikeren Robert Denk har sandsynligvis opdaget en transistoreffekt i 1942 Erläuterung zu Robert Denk's Entdeckung og har sikkert lavet verdens første transistorradio i februar 1948: Das erste Transistorradio der Welt. Det vides ikke om det forstærkende element blot var en komponent som besad negativ differentiel modstand.

Det vides ikke om Dr. Julius Edgar Lilienfeld byggede sine patenterede "metode og apparat til at kontrollere elektrisk strøm": "MESFET" ( US Patent 1,745,175) i 1926/1930; "MOSFET" ( US Patent 1,900,018) i 1928/1933 og en forstærker ( US Patent 1,877,140). Kilder: Julius Edgar Lilienfeld, about.com: Inventors Dr. Julius Edgar Lilienfeld.

Her er mere information: Bell Labs - The Transistor - Other Claims to the Invention.

[redigér] Transistorproduktion

Fra 1947 til ca. 1960 (ikke checket) blev transistorerne håndlavet og var derfor dyre. Datidens transistorer vil med dagens priser koste ca. 1000 kr/stk.

Fra ca. 1960 (ikke checket) til nu anvendes litografi til masseproduktion af transistorer. Fra ca. 1970 (ikke checket) blev også ledningerne mellem chippen og benene (bonding wire) automatisk placeret og svejset med ultralyd. I dag (2003) kan transistorer købes for under 1 kr/stk.

I chips (integrerede kredsløb, IC'er) bliver transistorerne endnu billigere: En Intel Pentium 4 Northwood har 55 millioner transistorer i chippen og 2 GHz-udgaven kan købes for 660 kr. (2003). Prisen per transistor er her: 0,000012 kr.!

[redigér] Transistortyper

NPN:		N-channels:
PNP:		P-channels:
	BJT		JFET	depletion IGFET	enhancement IGFET

Transistor symboler for BJT, JFET og IGFET (f.eks. MOSFET)

Der findes en række forskellige typer transistorer. De mest udbredte er felteffekttransistoren (FET, Field Effect Transistor) og den bipolare transistor (BJT, Bipolar Junction Transistor). Den bipolare transistor var den mest udbredte ind til midten af 1970'erne, da den er mindre krævende at fremstille end felteffekttransistoren, som dog i dag i antal er mere udbredt end den bipolare transistor.

Herudover findes der den ikke særligt kendte og udbredte unijunction-transistor (UJT).

En transistortype, som måske ikke er en selvstændig type, er IGBT (eng. Insulated Gate Bipolar Transistor). Den kan bedst beskrives som en sammenbygning af en bipolar transistor og en MOSFET. Den bliver stort set kun anvendt til højeffektanvendelser.

[redigér] Hvordan virker en bipolar transistor i praksis

En germaniumbaseret transistor med typenummeret OC44. Stregerne foroven er en millimeterskala. Transistoren er sandsynligvis håndlavet. Den blev anvendt i år 1955-1960 og bl.a. fremstillet af firmaet Mullard (kilde 1, kilde 2). Den "skyede" masse som ses på transistorpladen og som huset var fyldt med, er sandsynligvis for at undgå korrosion eller mikrofoni.

[redigér] Strømstyring

I den mest anvendte bipolare transistorkobling; fælles emitterkobling anvendes strømstyring af input (Ib), da strømmen Ic næsten er en konstant faktor af Ib. Fordi Ic/Ib næsten er konstant for varierende Ib, har man givet den et navn: Strømforstærkningsfaktoren og benævnelsen beta, Hfe eller hFE. Den er nogenlunde konstant overfor Tchip ændringer ved Vce > 1 V. Typisk er Hfe i følgende interval for laveffekt småsignal transistorer: 10 < Hfe < 800.

Det skal bemærkes, at det er hældningen ΔIc/ΔIb, som er mest interessant i signalforstærkere.

[redigér] Hvorfor er det interessant med strømforstærkning?

Det er det fordi vi er interesseret i at forstærke signaler. Det at forstærke vil sige at gange med en fast faktor, uafhængig af input-signalets styrke. F.eks. er spændingen mellem en svag og stærk radiokanal 7,5 uV og 75mV på en radioantenne ved en belastning på 75 Ohm. Via Ohms lov kan vi regne strømmen ud til at være mellem 0,1uA og 1mA. Skal vi lytte til lyden fra en radiokanal, skal vi strømforstærke mellem 1.000.000 og 100 gange, for at vi kan høre radiokanalen i højttaleren. Her forudsættes en strøm på 100mA i en højttaler på f.eks. 8 Ohm.

En transistor i fælles-emitter kobling i det lineare arbejdsområde fungerer tilnærmelsesvis som en strømstyret strømgenerator.

[redigér] Se også

• radiorør, MOSFET.
• Elektronik

[redigér] Eksterne henvisninger

[redigér] Opdagelse

• This Month in Physics History - November 17 - December 23, 1947: Invention of the First Transistor
• The Discovery of the Transistor
• Das erste Transistorradio der Welt. Robert Denk, Erläuterung zu Robert Denk's Entdeckung Citat: "...Er entdeckte 1942 durch Zufall einen bis dahin unbekannten festkörperphysikalischen Effekt, als bei einer Fehlschaltung zwei blanke und oxydierte Drähte bewirkten, dass ein Röhrenradio weiterspielte, obwohl zwei Röhren ausgeschaltet waren...."
• Transistor: Eine kurze Transistor-Historie

[redigér] Historisk

• Bell Labs - The Transistor
• Welcome to Mister Transistor's Web Pages, A Home-made Transistor
• Transistor Collections & Information (That's the devices themselves!)
• Early Germanium Transistors (Der er også billeder af transistorer indvendigt)
• William Bradford Shockley
• The Road to the Transistor, By Jed Margolin

[redigér] Teknisk

• 101science.com: transistor Her er en masse transistor information på engelsk
• Posted: Sept. 27, 2000, Semiconductor Manufacturing, Peter Dunn, FACSNET High Tech Adviser

[redigér] Data på moderne typer

• BC550 NPN

[redigér] Fremtidsmuligheder

• Applied Physics Letters--July 17, 2000 Volume 77, Issue 3 side 447: Superconducting device with transistor-like properties including large current amplification Citat: "...We have fabricated and studied a stacked superconducting double tunnel junction device with transistor-like properties..."
• 14 April 2005, PhysicsWeb: New transistor breaks speed record Citat: "...The two physicists have shown their transistor can operate at a frequency of 604 gigahertz, a new record..."
• June 03 2005, iol: Canadian engineers unveil tiny transistor Citat: "...It's no longer science fiction. There is no question, molecules can be used as electronic components..."