Tranzistor

Tranzistor je třívrstvá polovodičová součástka, kterou tvoří dvojice přechodů PN. Tranzistory jsou základní aktivní součástky, které se používají jako zesilovače, spínače a invertory. Jsou základem všech dnešních integrovaných obvodů, jako např. procesorů, pamětí atd.

Základ činnosti

Základní vlastností tranzistoru je schopnost zesilovat – malé změny napětí nebo proudu na vstupu mohou vyvolat velké změny napětí nebo proudu na výstupu.

Tranzistorový jev (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. Tím byl zároveň potvrzen dosavadní stálý trend miniaturizace jednotlivých a později integrovaných součástek, shrnutý Mooreovým zákonem jako v čase konstantní proces koncentrace polovodičových součástek.

Podle principu činnosti se rozlišují tranzistory bipolární a unipolární. Polovodičové přechody tranzistoru vytvářejí strukturu odpovídající spojení dvou diod v jedné součástce, většinu vlastností tranzistoru však dvojicí diod nahradit nelze. Každý tranzistor má (nejméně) tři elektrody, které se u bipolárních tranzistorů označují jako kolektor (C, příp. K), báze (B) a emitor (E), u unipolárních jako drain (D), gate (G) a source (S). Podle uspořádání použitých polovodičů typu P nebo N se rozlišují dva typy bipolárních tranzistorů, NPN a PNP (prostřední písmeno odpovídá bázi). Unipolární tranzistory se rozlišují na N-FET a P-FET.

Základní typy tranzistorů

Bipolární – (BJT – Bipolar Junction Transistor) Jsou řízeny proudem tekoucím do báze.
Unipolární – (FET – Field Effect Transistor) Jsou řízeny napětím (elektrostatickým polem) na řídící elektrodě (gate).
- JFET – (Junction FET) Řídící elektroda je tvořena závěrně polarizovaným přechodem PN.
- MESFET – (Metal Semiconductor FET) Řídící elektroda je tvořena závěrně polarizovaným přechodem kov–polokov.
- MOSFET – (Metal Oxide Semiconductor FET) Řídící elektroda je izolována od zbytku tranzistoru oxidem. Jejich výkonnostní varianty mají mezi Drain a takzvanou Body diodou^[1] která jím pomáhá zvládat napěťové špičky opačného napětí způsobené rychlým rozpojováním induktoru např. motoru ( pro jehož řízení se často používají)
- MISFET – (Metal Insulated Semiconductor FET) Obecný název pro tranzistor s izolovanou řídící elektrodou. Izolantem nemusí být jen oxid (např. nitrid…).

Schematické značení tranzistorů

Pro označování tranzistorů v elektrotechnických schématech se používají následující schematické značky:

Bipolární	Unipolární	JFET	MOSFET s indukovaným kanálem	MOSFET s vodivým kanálem
NPN:	kanál P:
PNP:	kanál N:

Rozdělení tranzistorů podle výkonu

běžné tranzistory: slouží pro zpracování signálu (ať už jako jednotlivé „diskrétní“ součástky, či součástky v čipech a mikročipech integrovaných obvodů), jsou dnes základním prvkem spotřební i nespotřební elektroniky (televize, rádia, počítače, mobilní telefony…). Běžné tranzistory obvykle zpracovávají signál v jednotkách voltů. Proud přitom bývá nejvýše v řádu miliampérů. Snahou od počátku je a zůstává minimalizace jak obou elektrických veličin, tak ztrát energie v součástce a z toho vyplývající efektivita zpracování informace.

výkonové tranzistory: jsou klíčovým prvkem používaným ve výkonové elektronice, například v oblasti spínaných zdrojů nebo frekvenčních měničů. Výkonová elektronika je rovněž klíčová při realizaci moderních zdrojů světla (úsporná žárovka, LED dioda), moderních trakčních vozidel s asynchronními motory, hybridních automobilů a elektromobilů, fotovoltaických a větrných elektráren. Současné výkonové tranzistory (viz IGBT) jsou schopny ve spínacím režimu pracovat s napětím až v řádu kilovoltů a s proudy v řádu stovek nebo tisíců ampér.

středně výkonné tranzistory: mezi běžnými a výkonovými tranzistory – často jak parametry, tak fyzickou funkcí – jsou provozované v lineárním režimu a používají se například pro lineární regulátory napětí nebo pro výkonové stupně audiozesilovačů.

Odkazy

Reference

↑ Power MOSFET. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. (anglicky) Page Version ID: 716939986.

Související články

Literatura

Valsa J.: Teoretická elektrotechnika I; VUT Brno, 1997
Brančík L.: Elektrotechnika I; VUT Brno
Dědková J: Elektrotechnický seminář; VUT Brno
Musil V., Brzobohatý J., Boušek J., Prchalová I.: Elektronické součástky; VUT Brno, 1996
Mikulec M., Havlíček V.: Základy teorie elektrických obvodů 1; ČVUT, 1997
Stránský J. a kol.: Polovodičová technika I – učebnice pro elektrotechnické fakulty; SNTL; 1982
Blahovec A.: Elektrotechnika I; Informatorium, 1997
Blahovec A.: Elektrotechnika II; Informatorium, 1997
Blahovec A.: Elektrotechnika III; Informatorium, 1997
Maťátko J.: Elektronika; Idea Servis, 1997
Syrovátko M.: Zapojení s polovodičovými součástkami; SNTL, 1987
FROHN M., OBERTHÜR W. A KOL. Elektronika – polovodičové součástky a základní zapojení. Praha: BEN – technická literatura, 2006. ISBN 80-7300-123-3.
Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika – součástky a obvody, principy a příklady; Grada Publishing; 2001
DOLEČEK, J. Moderní učebnice elektroniky 1. část. Praha: BEN – technická literatura, 2005. ISBN 80-7300-146-2.
DOLEČEK, J. Moderní učebnice elektroniky 2. část. Praha: BEN – technická literatura, 2005. ISBN 80-7300-161-6.
DOLEČEK, J. Moderní učebnice elektroniky 3. část. Praha: BEN – technická literatura, 2005. ISBN 80-7300-184-5.
DOLEČEK, J. Moderní učebnice elektroniky 4. část. Praha: BEN – technická literatura, 2006. ISBN 80-7300-185-3.

Externí odkazy

Bipolární tranzistor v učebnici Praktická elektronika ve Wikiknihách
Obrázky, zvuky či videa k tématu tranzistor na Wikimedia Commons

[1] Power MOSFET. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. (anglicky) Page Version ID: 716939986.

[1]