Vytvorené: 13. 11. 2020 Tlačiť

Polovodičová súčiastka, ktorá sa používa ako: zosilňovač, spínač, stabilizátor...

V dnešnej dobe sú tranzistory takmer v každom elektronickom zariadení. Pracujú spoľahlivo v mnohých aplikáciách ako diskrétne prvky, veľa tranzistorov nájdeme v integrovaných obvodoch, resp. mikroprocesoroch.

Oproti elektrónkam používaným v minulosti má tranzistor:

  • nižšie prevádzkové napätie,
  • skoro neobmedzenú životnosť (dobu funkcie),
  • malé geometrické rozmery,
  • vysokú odolnosť proti otrasom a pádom[1]

Tranzistory rozdeľujeme na dve veľké skupiny:

  • unipolárne tranzistory (FET, Field Effect Transistor),
  • bipolárne tranzistory (BJT, Bipolar Junction Transistor).

 

Značky bipolárnych tranzistorov NPN a PNP
x
Značky unipolárnych tranzistorov

 

Bipolárny tranzistor (BJT, Bipolar Junction Transistor)

Trojvrstvová polovodičová súčiastka. Každá vrstva tranzistora je vyvedená na elektródu, ktoré majú tieto názvy:

  • E – emitor,
  • B – báza,
  • C – kolektor.

Tranzistor sa skladá z dvoch materiálov typu N oddelených materiálom typu P, tzv. NPN tranzistor, alebo z dvoch vrstiev materiálu typu P oddelených materiálom typu N, tzv. PNP tranzistor

Bipolárny tranzistor inak:

Tranzistor je polovodičová súčiastka s tromi elektródami: emitorom E, bázou Bkolektorom C.

Vyrába sa v dvoch modifikáciách:

  • NPN – emitor je polovodič typu N, báza je vrstvička polovodiča typu P a kolektor je opäť polovodič typu N,
  • PNP – emitor je polovodič typu P, báza je vrstvička polovodiče typu N a kolektor je opäť polovodič typu P.

Rozdiel medzi tranzistorom typu NPN a typu PNP spočíva v podstate len v opačnej polarite pri ich napájaní.

 

Emitor je bohato dotovaná časť so stredne veľkou vrstvou a je určená na emitovanie elektrónov. Vrstva emitora musí mať podstatne väčšiu koncentráciu prímesí ako vrstva bázy.

Báza je stredne dotovaná úzka vrstva, určená na prechod elektrónov. Hrúbka prostrednej bázy má byť veľmi malá, menšia ako difúzna dĺžka dier emitorovej vrstvy PNP tranzistora resp. difúzna dĺžka elektrónov emitorovej vrstvy tranzistora NPN.

Kolektor je slabo dotovaná veľká vrstva určená na zachytávanie elektrónov.

 

Ako funguje bipolárny tranzistor?

Činnosť tranzistora NPN si vysvetlíme v dvoch krokoch[2].

1. Zapojenie kolektorového obvodu

Najprv zapojíme len obvod medzi kolektorom a emitorom tranzistora. Emitor pripojíme k zápornému a kolektor ku kladnému pólu zdroja s napätím Uc. Báza zatiaľ zostáva nezapojená. Prechod medzi emitorom a bázou je síce zapojený v priepustnom smere, ale prechod medzi bázou a kolektorom je zapojený v závernom smere. Preto kolektorovým obvodom prúd neprechádza.

2. Pripojenie obvodu bázy

Teraz pripojíme medzi emitor a báze zdroj malého napätia Ub. Báza je pripojená k jeho kladnému a emitor k jeho zápornému pólu. Pretože je prechod emitor-báza zapojený v priepustnom smere, začnú elektróny prúdiť z emitora do bázy. Väčšina elektrónov však pokračuje cez prechod báza-kolektor až do kolektora, pretože sú k nemu priťahované veľkým kladným napätím Uc. Kolektorovým obvodom teraz prúd prechádza a je oveľa väčší prúd než obvodom bázy.

Výsledok

Základnou vlastnosťou tranzistora je jeho schopnosť zosilňovať prúd alebo napätie. Tranzistor NPN sa zapája do obvodu tak, že báza je pripojená k malému kladnému napätie a kolektor k veľkému kladnému napätiu. Malá zmena prúdu alebo napätia v obvode bázy spôsobí veľkú zmenu kolektorového prúdu, t.j. tranzistor funguje ako zosilňovač. Inými slovami - malým prúdom v obvode bázy môžeme ovládať oveľa väčší prúd v obvode kolektora.

Poznámka

Podobným spôsobom môžeme popísať aj funkciu tranzistora PNP. Rozdiel je iba  v tom, že oba zdroje napätia sú zapojené opačne ako u tranzistora NPN. Kolektorový prúd je v tomto prípade ovládaný malým záporným napätím, privedeným na bázu.

 

Vlastnosti bipolárnych tranzistorov:

  • sú riadené prúdom tečúcim do bázy[3],
  • bipolárne tranzistory využívajú vždy oba typy nosičov,
  • umožňujú menšiu hustotu integrácie ako unipolárne tranzistory,
  • majú vysokú frekvenciu spínania, čas prechodu medzi stavmi dosahuje rádovo nanosekundy. 

 

Spôsoby a charakteristiky zapojenia bipolárnych tranzistorov 

Zapojenie so spoločným emitorom
Zapojenie so spoločnou bázou
Zapojenie so spoločným kolektorom

 

Veličina/Zapojenie

SE

x

SB

x

SC

Vstupný odpor

malý až stredný

 

veľmi malý

 

veľmi veľký

Výstupný odpor

veľký

 

veľmi veľký

 

veľmi malý

Napäťové zosilnenie

veľké

 

veľmi veľké

 

< 1

Prúdové zosilnenie

veľké

 

< 1

 

veľké

Výkonové zosilnenie

veľké

 

malé až stredné

 

malé až stredné

 

Zapojenie a princíp zapojenia so spoločným emitorom podrobne

 

x
Tranzistor ako spínač
 
Zapojenie dotykového snímača

 

Tranzistor ako zosilňovač

 

Zosilňovací efekt tranzistora

 

Fotografia výkonového tranzistoru s kovovým púzdrom, ktorý sa používa vo veľkých zosilňovačoch. Tranzistor je tvorený základnou kremíkovou doštičkou, pripojenou tenkými drôtikmi s vonkajšími kontaktami – bázou, emitorom a kolektorem (kolektor je spojený s kovovým púzdrom).

 

Unipolárny tranzistor (FET, Field Effect Transistor)

Pri unipolárnych tranzistoroch riadený prúd prechádza len polovodičom jedného typu. Majú teda veľmi malý úbytok napätia v zopnutom stave. Ovládajú sa iba napätím. Majú teda veľmi veľký vstupný odpor (rádovo MΩ).

Unipolárne tranzistory sú riadené napätím (elektrostatickým poľom) na riadiacej elektróde (gate)[4].

Unipolárny sa im hovorí preto, že používajú len jeden typ nosičov, t.j. buď elektróny alebo diery, podľa typu vodivého kanála. 

 

Vlastnosti unipolárnych tranzistorov

Unipolárne tranzistory majú:

  • dlhšie spínacie časy ako bipolárne tranzistory,
  • väčšiu hustotu integrácie ako bipolárne tranzistory,
  • menší príkon ako bipolárne tranzistory, ten však závisí od pracovného kmitočtu,
  • dobrú šumovú odolnosť. 

 

Ako funguje unipolárny tranzistor?

Ak máme substrát P a elektródy (S a D) N, medzi ktorými je P substrát, tak je tento tranzistor normálne nevodivý. Ale nad substrátom je elektróda G. Na tú keď privedieme kladné napätie, tak k nej pritiahneme elektróny a zo substrátu P sa v blízkosti elektródy vytvorí N. Tak vznikne medzi S a D most a tranzistor je otvorený.

MOS N-kanál obohacovací, vypnutý

Dôležitá je izolačná vrstva medzi hradlovou elektródou a substrátom.

MOS N-kanál obohacovací, zapnutý

Keď ale hradlo odpojíme, tento most ešte dlho ostane (rádove sekundy, pri diskrétnych výkonových ešte dlhšie). Keď ho chceme vypnúť, musíme hradlo pripnúť na nulu (alebo vyrovnať s D). Toto sa využívalo v niektorých pamätiach. Príčinou je kapacita medzi hradlom a S a D. Táto kapacita tiež obmedzuje rýchlosť spínania na tranzistore, lebo pri väčších frekvenciách sa samozrejme správa ako skrat.

 

Delenie unipolárnych tranzistorov:

  • JFET PN priechodom riadený tranzistor,
  • MOSFET s vodivým kanálom,
  • MOSFET s indukovaným kanálom,
  • MESFET s prechodom kov-polovodič. 

Delenie unipolárnych tranzistorov inak:

  • JFET (Junction FET) – riadiaca elektróda je tvorená záverne polarizovaným priechodom PN,
  • MESFET (Metal Semiconductor FET) – riadiaca elektróda je tvorená záverne polarizovaným priechodom kov-polokov,
  • MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) – riadiaca elektróda je izolovaná od zvyšku tranzistora oxidom. Ich výkonnostné varianty majú medzi Drain a Source takzvanú Body diódu, ktorá im pomáha zvládať napäťové špičky opačného napätia spôsobené rýchlym odpájaním induktora[5],
  • MISFET (Metal Insulated Semiconductor FET) – obecný názov pre tranzistor s izolovanou riadiacou elektródou. Izolantom nemusí byť len oxid ale napríklad aj nitrid…
[1] Odpadol príkon na žhavenie.
[2] Pre správne pochopenie však musíme poznať vlastnosti priechodu PN, najmä jeho vlastnosti pri zapojení v priepustnom a závernom smere.
[3] V bipolárnom tranzistore prechádza riadený prúd dvoma polovodičovými prechodmi, a tie sa ovládajú sa bázovým prúdom, čím zaťažujú budiaci obvod nízkym vstupným odporom.
[4] Unipolárne tranzistory sú riadené elektrickým poľom FET (Field Effect Tranzistor), ktorým regulujú veľkosť prúdu prechádzajúceho vodivým kanálom polovodiča typu N alebo P.
[5] Napríklad motora, kde sa MOSFET na riadenie často používa.

Tranzistor jednoducho

Hodnotenie užitočnosti článku:


    O troch pilieroch EP je spat Prehlad Fyzika Prehlad Informatika Treti pilier Fotograf_krojov On-line kurzy Ako sa učiť a ako učiť Dejiny sveta Dejiny Slovenska

     

    O VŠETKÝCH KURZOCH 

     

    · Simulácie z fyziky 
    · O Slovensku po slovensky 
    · Slovenské kroje
    · Kurz národopisu
    · Diela maliarov
    · Kontrolné otázky, Domáce úlohy, E-testy - Priemysel
    · Odborné obrázkové slovníky
    · Poradňa žiadaného učiteľa
    · Rýchlokurz Angličtiny
    . Rozprávky (v mp3)
    · PREHĽADY (PRIBUDLO, ČO JE NOVÉ?)
    Seriály:
    · História sveta (1÷6)
    · História Slovenska (1÷5)
    · História módy (1÷5).

                                       
    Členstvo na portáli
    Mám účet a chcem sa prihlásiť Prihlásiť sa
    Nemám účet, ale chcel by som ho získať Registrovať sa
    Poznámka pre autora

    Ak ste na stránke našli chybu, dajte nám vedieť

    Newsletter

    Nenechajte si ujsť žiadny nový článok

    @

    Copyright © 2013-2021 Wesline, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Mapa stránky ako tabuľka | Kurzy | Prehľady