Tranzistor

5. listopadu 2008 v 16:07 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Tranzistor



Tento článek pojednává o elektrotechnické součástce. Další významy jsou uvedeny v článku rádio.
Tranzistory
Tranzistor je polovodičová součástka, kterou tvoří dvojice přechodů PN. Jedná se v podstatě o spojení dvou polovodičových diod v jedné součástce, většinu vlastností tranzistoru však dvojicí diod nahradit nelze. Tranzistor je základem všech dnešních integrovaných obvodů, jako např. procesorů, pamětí atd.
Tranzistorový efekt byl objeven a tranzistor vynalezen 16. prosince 1947 v Bellových laboratořích týmem ve složení William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain. Za tento objev jim byla roku 1956 udělena Nobelova cena za fyziku, jednalo se o velmi významný objev, který vedl k faktickému vědeckotechnickému převratu v oblasti aplikované elektrotechniky, v praxi se to projevuje zejména obrovskou mírou miniaturizace jednotlivých součástek a tím i neustálým zvyšováním koncentrace polovodičových součástek vztaženou na jednotku plochy.
Každý tranzistor má (nejméně) tři elektrody, které se u bipolárních tranzistorů označují jako kolektor, báze a emitor, u unipolárních jako drain, gate a source. Podle uspořádání použitých polovodičů typu P nebo N se rozlišují dva typy bipolárních tranzistorů, NPN a PNP (prostřední písmeno odpovídá bázi). Unipolární tranzistory jsou označovány jako N-FET nebo P-FET.
//<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>

Základní typy tranzistorů

  • Bipolární - (BJT - Bipolar Junction Transistor) je ovládán připojením elektrického proudu na bázi. Velikostí tohoto proudu se ovládá proud v obvodu procházejícího mezi emitorem a kolektorem.
  • Unipolární (FET)- využívají k řízení proudu mezi D a S (drain, source) elektrostatického pole, vytvořeného v obvodu řídící elektrody G (gate).
    • JFET - (Junction Field-Effect Transistor) Tranzistor s přechodovým hradlem.
    • MESFET - (MEtal Semiconductor FET) FET ve spojení se Schottkyho diodou (přechod kov-polovodič). Tento tranzistor má lepší dynamické vlastnosti.
    • MOSFET - (Metal Oxide Semiconductor FET) je polem řízený tranzistor, kde je vodivost kanálů mezi elektrodami Source a Drain ovládána elektrickým polem ve struktuře kov-oxid-polovodič. Tento tranzistor má možnost větší hustotu integrace ( integrované obvody ).
    • MISFET - (Metal Insulation Semiconductor FET)

Princip činnosti

Popis funkce bipolárního tranzistoru: uvažujme jednoduché zapojení tranzistoru NPN jako zesilovače: Přivedeme-li napětí na bázi tranzistoru, dojde k vyzdvižení elektronů polovodiče do vodivostního pásu, a tím se přechod NPN stane vodivý. Proud prochází z kolektoru do emitoru a jeho charakteristika je až na velikost stejná jako v bázi. Poměr I(ke)/I(b) se označuje jako zesílení tranzistoru.

Základní zapojení

Zapojení tranzistorového zesilovače se společným emitorem.
V elektronických obvodech může být tranzistor zapojen třemi základními způsoby. Podle elektrody, která je společná pro vstupní i výstupní signál se rozlišuje zapojení se společným emitorem (SE), společnou bází (SB) a společným kolektorem (SC). Nejčastěji se však používá zapojení se společným emitorem (SE), viz obrázek. Důležitou informaci o vlastnostech tranzistoru podávají jeho výstupní charakteristiky. Celková charakteristika se zakresluje do kartézského souřadnicového systému.

Matematický popis tranzistoru

K výpočtu zesilovacího činitele (jako například h21E) se používá tzv. hybridních rovnic.
u1 = h11 i1 + h12 u2
i2 = h21 i1 + h22 u2
Můžeme dosadit např. pro zapojení SE:
uBE = h11 iB + h12 uCE
iC = h21 iB + h22 uCE
z toho např. h11:
h11 = uBE / iB při uCE = 0, => UCE = konst.
Stejně tak platí vztah IE = IC + IB. Ten platí vždy a to v jakémkoli zapojení.
h11 = Diferenciální vstupní odpor při výstupu nakrátko.
h12 = Diferenciální zpětný napěťový přenos při vstupu naprázdno.
h21 = Diferenciální proudový přenos při výstupu nakrátko. (někdy uváděn jako hFE nebo β)
h22 = Diferenciální výstupní vodivost při vstupu naprázdno.
Můžeme také počítat s Admitančními rovnicemi :
i1 = y11 u1 + y12 u2
i2 = y21 u1 + y22 u2
  • POZNÁMKA - všímejte si malých a velkých písmen, neboť velká jsou statické hodnoty a malá jsou dynamické - tzn. že velká písmena vyjadřují chování v ustáleném stavu při stejnosměrných veličinách, kdežto malá písmena určují chování (okamžité hodnoty) při střídavých veličinách. Je nutné brát toto v potaz!

Schematické značení tranzistorů

Pro označování tranzistorů v elektrotechnických schematech se používá jednoduchých grafických symbolů:
P-kanál(báze)
N-kanál(báze)
JFETMOSFET-indukovaný kanálMOSFET-vestavěný kanálBipolární

Rozdělení tranzistorů podle výkonu

  • slaboproudé tranzistory (ať už jako jednotlivé součástky, obvykle tzv. výkonové tranzistory, či součástky integrované v čipech a mikročipech kupř. v mikropocesorech), nejčastěji používané i velice běžné ve všech moderních elektronických systémech z oblasti výpočetní techniky, telekomunikační techniky, spotřební elektroniky apod.
  • silnoproudé tranzistory, používané málo a to výhradně v oblasti silnoproudé elektroniky pouze pro velmi specializované technické aplikace (spolu se silnoproudými diodami a tyristory).
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Anketa

Jaký Internetový vyhledávač používáte?

Google 22.8% (134)
Seznam 16.5% (97)
Atlas 16.7% (98)
Centrum 13.1% (77)
Slunečnice 17% (100)
idnes 13.8% (81)

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama