Tranzistor n p n je jedním z hlavních typů polovodičových přístrojů. Tento tranzistor se skládá ze tří vrstev polovodičového materiálu, které mají dva přechody: jeden mezi emitorem a základnou a druhý mezi základnou a kolektorem.
Princip fungování tranzistoru n p n přechodu spočívá v řízení proudu, který protéká oběma přechody. Když je tranzistor v aktivním režimu provozu, proud kolektoru mezi kolektorem a emitorem je definován proudem základny mezi základnou a emitorem. Tranzistor lze tedy použít jako zesilovač signálu nebo jako spínací zařízení, v závislosti na způsobu připojení.
Hlavní charakteristikou tranzistoru n p n přechodu je jeho proudová přenosová charakteristika (parametr h). Určuje poměr mezi vstupním a výstupním proudem a napětím. Je také důležité znát další parametry, jako je přenosový koeficient proudu, maximální výkon a pracovní frekvence.
Zvláštností tranzistoru n p n přechodu je jeho schopnost zesilovat proud a plnit funkci přepínání s dobrou účinností. Díky těmto vlastnostem se tranzistory staly klíčovými prvky v elektronice a našly uplatnění v mnoha zařízeních, včetně rádií, televizorů, počítačů a telefonů.
Tranzistor n p n přechod
Vnější vrstva, nazývaná kolektor, tvoří polovodič typu n. dvě vnitřní vrstvy nazývané základna a emitor tvoří polovodiče typu p. kolektor a emitor jsou vzájemně propojeny přes základnu.
Princip fungování tranzistoru n p n přechodu je řídit proud mezi kolektorem a emitorem změnou napětí na základně. Když je kladné napětí ze zdroje přiváděno na základnu, elektrony z emitoru začnou přecházet do základny a dále do kolektoru. To vytváří elektrický proud, který proudí z kolektoru do emitoru.
Tranzistor n p n přechodu má řadu charakteristik, které určují jeho provoz. Konkrétně se jedná o přenosový koeficient proudu, který ukazuje, kolikrát je proud kolektoru větší než proud základny, stejně jako provozní frekvence a maximální hodnoty napětí a proudu. Tranzistor má navíc některé vlastnosti, jako je obrácený offset, který může vést k nežádoucím účinkům při použití v obvodech.
Princip fungování tranzistoru
Princip fungování tranzistoru je založen na řízení proudu prostřednictvím přechodů polovodičů pomocí elektrického pole nebo proudu. Jádrem práce tranzistoru je efekt vstřikování nosičů náboje: u malých proudů v základním emitterním přechodu se přenos náboje provádí přes základnu a u velkých proudů se provádí zesílení přes základní oblast.
V tranzistoru n p n přechodu je emitor obohacen o nosiče náboje, jako jsou elektrony, a tvoří oblast typu p polovodiče. Základna tranzistoru je oblastí n typu polovodiče a kolektor je oblastí n typu polovodiče. Když je kladný potenciál aplikován na základnu, dojde k emitorovému přechodu z emitoru na základnu a v základně se začnou elektrony volně pohybovat, což umožňuje ovládání proudu kolektoru.
Proud kolektoru je zesílená kopírování proudu emitoru, to znamená, že má velkou amplitudu. Tranzistor tak umožňuje zesílit slabé signály a provádět funkce zesílení a přepínání. Tranzistory se také liší v úrovních zisku a maximálních hodnotách proudu a napětí.
Charakteristika tranzistoru
Mezi hlavní charakteristiky tranzistoru patří následující:
1. Hlavní proud kolektoru (IC) a emitora (IE) - jsou to proudy, které vstupují a vycházejí z tranzistoru. Jsou určeny velikostí proudu základny (IB) a ziskem proudu (β). Hlavní proud kolektoru je obvykle výrazně větší než proud emitoru.
2. Proudový zisk (β) - je to poměr změny hlavního proudu kolektoru ke změně proudu základny. Určuje, jak silně tranzistor zesiluje vstupní signál.
3. Napětí kolektoru (VCE) a emitora (VBE) - je to napětí mezi kolektorem a emitorem tranzistoru. Ovlivňují chování tranzistoru a jeho fungování v různých režimech.
4. Ztrátový výkon (Ploss) - je to výkon, který se ztrácí na zařízení při přenosu signálu nebo energie. Závisí na hodnotách hlavního proudu a napětí emitoru kolektoru.
5. Pracovní frekvence (f) - je to frekvence signálu, na které může tranzistor pracovat s dostatečnou stabilitou a zesílením.
Charakteristiky tranzistoru jsou klíčovými ukazateli jeho práce a pomáhají inženýrům vybrat vhodný tranzistor pro konkrétní použití. Mají také vliv na účinnost a spolehlivost zařízení, které používá tranzistor.
Funkce tranzistoru n p n přechodu
Zvláštností tranzistoru n p n přechodu je schopnost ovládat proud, který protéká v hlavní (střední) vrstvě typu n, změnou proudu protékajícího základnou složenou z vrstvy typu p. tranzistor n p n přechodu se obvykle používá ve zesilovacích obvodech a logických prvcích.
Princip tranzistoru n p n přechodu je založen na fyzikálním efektu vstřikování nepodstatných elektronů ze základny do oblasti emitoru. Při zapnutí proudu na základnu se vytvoří elektrické pole, které podporuje vstřikování nepodstatných elektronů ze základny do emitoru. Tímto způsobem se zesiluje hlavní proud a vzniká efekt zesílení signálu v tranzistoru.
Mezi vlastnosti tranzistoru n p n přechodu patří proudový zisk (β), pokles napětí mezi kolektorem a emitorem (VCE) a pokles napětí mezi základnou a emitorem (VBE), stejně jako tepelný ztrátový výkon.
| Charakteristika | Hodnota |
|---|---|
| Proudový zisk (β) | Od několika desítek do několika stovek |
| Pokles napětí mezi kolektorem a emitorem (VCE) | Od několika desítek milivoltů až po několik voltů |
| Pokles napětí mezi základnou a emitorem (VBE) | Od 0.6 do 0.7 voltů |
| Ztrátový výkon | Ve formě tepla |
Jedním z hlavních rysů tranzistoru n p n přechodu je jeho vysoká účinnost a nízký odpor při práci v režimu aktivní saturace. Díky těmto vlastnostem je tranzistor n p n v moderní elektronice široce používán.
Struktura tranzistoru
Tranzistor n p n přechodu je polovodičový přístroj, který se skládá ze tří vrstev: dvou PN přechodů a jedné základní vrstvy. Vrstvy tvoří dva PN přechody: emitor-base (E-B) a kolektor-base (C-B).
Emitor-base (E-B) přechod má větší koncentraci nečistot, díky čemuž je vysoce legovaný. Má typ p, protože obsahuje akceptory (nečistoty s nadbytkem volných děr). Základní vrstva mezi emitorem a kolektorem je slabá, tenká a s minimální legalizací.
Sběrač-báze (C-B) přechod má menší koncentraci nečistot a má typ n, protože obsahuje dárce (nečistoty s přebytkem volných elektronů).
Emitor a kolektor jsou spojeny se společnou vrstvou - základnou. Základna (B) má neutrální vlastnosti z hlediska typu dopingu, protože obsahuje stejný počet nečistot typu p a n.
Je důležité poznamenat, že tranzistor typu npn vytváří prohlubeň pod emitorem. Oblast emitoru plynule přechází do základny díky procesu difúze. Koncentrace nosičů náboje se v této oblasti výrazně zvyšuje a vytváří hustý tok elektronů.
Tranzistor n p n přechodu má takovou strukturu, která zajišťuje provoz prvku v režimu zesílení. Rychlý přenos elektronů z emitoru do kolektoru a rozptyl energie náboje jsou přípustné při použití takové konfigurace tranzistoru.
Provozní režimy tranzistoru
- Režim aktivní saturace. V tomto režimu fungují oba p-n přechod tranzistoru. Koncentrace nosičů náboje v základně a kolektoru je maximální, což zvyšuje zisk signálu.
- Režim aktivního omezení. V tomto režimu funguje pouze p-n přechod emitor báze a přechod báze kolektor nepropouští proud. To umožňuje omezit proud kolektoru a řídit jeho hodnotu.
- Režim aktivní obřízky. V tomto režimu není proud veden přes základnu, což zbavuje tranzistor zesilovací funkce. Funguje jako vypínač a přepíná mezi dvěma stavy: sytým a oříznutým.
Volba režimu tranzistoru závisí na konkrétním obvodu a úkolu, který je třeba vyřešit. Na správném výběru provozního režimu závisí výkon tranzistoru a jeho účinnost obecně.