Transistor

Transistor(ingltransferüle kandma +resistortakisti) on kolmeväljaviiguga pooljuhtseadisehk trioodelektriahelatelülitamiseks jaelektrisignaalidevõimendamiseks. Transistori abil saab ühe elektrisignaali ‒ sisendsignaali ‒ abil juhtida ehk tüürida teist elektrisignaali ‒ väljundsignaali.

Transistor onelektroonikalülitustetähtsaim osaelektroonikas,info- ja sidetehnikasningjõuelektroonikas.Peamiselt valmistatakse transistoreintegraallülitusteehkmikrokiipidesees, kuid ka eraldi seadistena.

Enamiku transistoride alusmaterjal on pooljuhträni.Kõrgsagedusseadiste jaoks on kasutusel kagalliumarseniidja teised pooljuhtmaterjalid. Ka jõutransistorides on kasutusel peamiselt räni, kuigi kasutatakse ka teisi kõrgema sulamistemperatuuriga pooljuhtmaterjale.

Ajalugu

Eelkäijad

Varasemal ajal kasutati samal otstarbel, milleks nüüd kasutatakse transistore,trioodeja teisielektronlampeehk raadiolampe, aga signaali diskreetseks sisse- ja väljalülitamiseks kasutatireleesidjt. lülitamiseks sobivaid elektri- ja elektroonikaseadiseid.

Transistoril, nagu ka elektronlambil, on pidevsisend-väljund-karakteristik.Lülitina kasutamisel antakse transistori sisendile diskreetne juhtsignaal, mille üks diskreetne väärtus viib transistori piisavalt avatud (juhtivasse) olekusse, teine aga sulgeb transistori. Tänapäeval kasutatakse ka elektronlampe, aga väga vähe, sest transistoril on elektronlambi ees mitmeid eeliseid.

Esimesed transistorid

Esimene transistoripatentanti füüsikJulius Edgar Lilienfeldile1925. aastal. Patendikirjeldus sarnanes väga selle seadme omaga, mida tänapäeval tuntakse väljatransistori nime all. Ka 1934. aastal patenteeris saksa leiutajaOskar Heilsarnase seadme.

1942. aastal eksperimenteeris järgmine sakslaneHerbert Mataré radarisüsteemileanduri väljatöötamisel niinimetatud "topeltdioodidega". Tema loodud seadmel oli pooljuhtaluse peal kaks eraldiseisvat, kuid väga lähestikku asetsevat metallkontakti. Leiutisega töötades avastas ta nähtusi, mida ei olnud võimalik seletada kahe iseseisvalt toimiva dioodi tööga. Nende nähtuste uurimisest kasvas välja algeline idee bipolaartransistori loomiseks.

1947. aastal avastasidAmeerika ÜhendriikideteadlasedJohn BardeenjaWalter Brattain,et kui panna germaaniumikristalli külge kaks kullast kontakti, siis väljundis saadava signaali võimsus on suurem sisendsignaali omast.William Shockleynägi selles avastuses suurt potentsiaali ning töötas paar kuud avastatud nähtuse mõistmiseks. Tema töö laiendas oluliselt teadmisi pooljuhtide olemusest ja nendega seotud nähtustest.

Esimene ränialuseline transistor töötati väljaTexas Instrumentsis Gordon Tealipoolt aastal 1954. EsimeseMOSFETtransistori (metall-oksiid-pooljuht väljatransistori) valmistasid teadlasedJohn AtallajaDawon Kahng1960. aastal.

Transistori eelised ja puudusedelektronlambigavõrreldes

Eelised:

Palju väiksem – isegi kuni tuhandeid kordi.
Ökonoomsem – eraldab vähem soojust (puudub hõõgkütteahel ja töötavad palju madalamatel pingetel).
Mehaaniliselt vastupidavam – elektronlambi klaaskest läheb kergesti katki ja sisemised detailid kardavad põrutusi.
Pikema tööeaga – elektronlambid kaotavad töötades aja jooksul oma töövõime, peamiseltkatoodi emissioonivõime vähenemise tõttu.
Kiirema töövalmidusega – transistor üldjuhul ei vaja soojenemist töörežiimi jõudmiseks.

Puudused:

Suurem tundlikkus tugevateelektromagnetväljadesuhtes.
Suurem tundlikkus kiirguste suhtes.
Kartlikkus ülepingete ja liigvoolude suhtes (toitehäiringud, näiteks välgust, ja elektrostaatika).
Ei talu kõrget temperatuuri ja suuri kaovõimsusi (aga elektronlampe saab tööle panna suure võimsusega, sest neid saab konstruktiivselt valmistada suuremana ja oma ehituse ja materjalide (metall, klaas, keraamika) tõttu taluvad nad kõrgemat temperatuuri ning nende jahutamise probleem on lihtsamini lahendatav).

Transistoride tingmärgid
	npn-bipolaartransistor (lühend inglise k NPN-BJT) B ‒ baas, C ‒ kollektor, E ‒ emitter
	pnp-bipolaartransistor (PNP-BJT)
	n-kanaliga pn-siirdegaväljatransistor (N-JFET) G (Gate) ‒ pais, D (Drain) ‒ neel, S (Source) ‒ läte
	p-kanaliga pn-siirdega väljatransistor (P-JFET)
	n-kanaliga vaegustüüpi MOS-transistor (depletion-mode N-MOSFET) (sisseehitatud n-kanaliga)
	p-kanaliga vaegustüüpi MOS-transistor (depletion-mode P-MOSFET) (sisseehitatud p-kanaliga)
	n-kanaliga küllustüüpi MOS-transistor (enhancement-mode N-MOSFET) (pingestamisel indutseeritava n-kanaliga)
	p-kanaliga küllustüüpi MOS-transistor (enhancement-mode P-MOSFET) (pingestamisel indutseeritava p-kanaliga)
	Isoleeritud paisuga bipolaartransistor (IGBT) G ‒ pais, C ‒ kollektor, E ‒ emitter

Põhiliigid

Transistoride põhirühmad on

unipolaartransistorid (uni- < ladina kunusüks +poloskreeka k poolus) ehk väljatransistorid ja
bipolaartransistorid (bi- < ladina kbiskahe-).

Väljatransistoride töös osalevad ainult üht liikilaengukandjad‒elektronidvõi augud, bipolaartransistorides aga nii elektronid kui ka augud, seega kaht liiki laengukandjad. Põhimõtteline erinevus on ka transistori väljundvoolu tüürimise (juhtimise) viisis: väljatransistoride korral tüüritakse väljundvoolu sisendpingega, bipolaartransistoridel sisendvooluga. Kuid see erinevus on väga tinglik

Väljatransistorid jagunevad struktuurilt

pn-tõkkekihigatransistorideks, kus tüüriva elektrivälja mõjul muutub kanali tegevristlõige, ja
isoleeritud tüürelektroodiga transistorideks, kus elektriväli muudab laengukandjate kontsentratsiooni kanalis, seega kanali takistust.

Esimesi nimetatakse lühemalt pn-väljatransistorideks, teisi isoleeritud paisuga transistorideks, rahvusvaheliselt kasutatav lühendMOSFET.Viimased ongi kõige laiemalt kasutusel, sest võimaldavad tüürida väljundvoolu praktiliselt võimsusvabalt (madalatel sagedustel).

Unipolaar- ja bipolaartransistoride tehniliselt kasulikud omadused on ühendatudisoleeritud paisuga bipolaartransistoris(IGBT), kus bipolaartransistori baasiahela voolu tüürib väljatransistor. Niisugune kombinatsioon võimaldab väikese tüürvõimsusega lülitada väljundahelas kõrget pinget ja tugevat voolu.

Kasutamine

Transistore kasutatakse peaaegu igaselektroonikalülitusesja nad on tavaliselt teostatudintegraallülitustekoosseisus, kus nad töötavad enamasti elektrooniliste lülititena. Eraldi komponentidena on transistorid kasutusel mitmesugustes elektritoitelülitustes (suure võimsusegavaheldites,alaldites,impulsstoiteallikates), samutianaloogelektroonikas,näiteks helisagedusvõimendite võimsusvõimendites, kuid siingi on võimsustransistorid enamasti ühel kiibil võimsusvõimendi teiste elementidega.

Arvuliselt kõige enam transistore on mitmesugustes digitaaltehnika komponentides, mille kiibi mõne ruutmillimeetri suurusel pinnal võib olla transistoristruktuure miljonites ja isegi miljardites. Nende väljatransistoride suurust väljendatakse kanali pikkusega, mida tänapäeval mõõdetakse kümnetes nanomeetrites (üks nanomeeter on üks miljondik millimeetrit).

Vaata ka