Tranzistor je elektronický přístroj používaný k zesílení a přepínání signálů. Jako každý jiný přístroj má tranzistor řadu funkcí, které určují jeho fungování. Jedním z těchto parametrů je strmost.
Strmost tranzistoru je veličina, která charakterizuje jeho schopnost zesilovat signál. Čím větší je strmost, tím lépe tranzistor zesiluje signál. Strmost se měří v ampér na volt (a/V) a je označena symbolem gm.
Strmost tranzistoru závisí na jeho konstrukci a materiálu, ze kterého je vyroben. Například tranzistory na bázi křemíku mají menší strmost než tranzistory na bázi galliarsenidu (GaAs), což omezuje jejich použití v některých oblastech.
Rotace tranzistoru hraje důležitou roli při navrhování elektronických obvodů. Větší strmost umožňuje dosáhnout většího zisku a zlepšit výkon obvodu. Při výběru tranzistoru pro konkrétní úkol je proto důležité vzít v úvahu jeho kroutivost a zvolit optimální hodnotu pro dosažení požadovaných charakteristik.
Co je tranzistor?
Určující vlastností tranzistoru je jeho zesilující schopnost. Může zesílit slabý elektrický signál na úroveň dostatečnou pro ovládání velkého proudu. Díky této vlastnosti se tranzistory používají v mnoha elektronických zařízeních-od rádiových přijímačů a televizorů až po počítače a mobilní telefony.
Tranzistory lze klasifikovat podle typu vodivosti materiálů – bipolární a polní. Bipolární tranzistory mají dva typy vazeb: npn (negativní-pozitivní-negativní) a pnp (pozitivní-negativní-pozitivní). Tranzistory pole jsou klasifikovány jako n-kanálové a p-kanálové.
Bipolární tranzistory mají větší zesilovací schopnost a nižší náklady, ale mají složitější obvod připojení. Tranzistory v terénu mají vyšší rychlost přepínání a nižší spotřebu energie, což z nich činí ideální volbu pro použití v digitálních zařízeních.
Historie vývoje tranzistoru
Tranzistor, jako zásadně nový prvek elektroniky, byl vynalezen v roce 1947 v Bellových laboratořích společnosti AT&T. Tato událost se stala milníkem v historii elektroniky a vedla k revoluci v různých odvětvích, včetně rádiových komunikací, televize, počítačů a telekomunikací.
Tranzistory byly původně vytvořeny jako polovodičové spotřebiče a skládaly se ze tří vrstev materiálu: N-typ, P-Typ A N-typ (NPN) nebo P-Typ, N-typ A P-Typ (PNP). Použití polovodičových materiálů, jako je křemík a germanium, umožnilo významné výhody oproti dříve používaným vakuovým lampám, jako je malá velikost, nízká spotřeba energie a vysoká spolehlivost.
V následujících letech po vynálezu tranzistoru došlo k mnoha objevům a vylepšením polovodičové technologie. Byly vyvinuty nové typy tranzistorů, jako jsou bipolární tranzistory a tranzistory v terénu. Byly také učiněny objevy ve výrobních procesech, které umožnily vytvářet tranzistory stále menší velikosti a zvyšovat jejich účinnost.
S rozvojem technologie polovodičů a tranzistorů byla provedena miniaturizace elektronických zařízení, což vedlo ke vzniku mobilních telefonů, počítačů, chytrých telefonů a dalších moderních zařízení. Dnes se tranzistory používají všude a jsou základním stavebním kamenem moderní elektroniky.
Vlastnosti tranzistoru
Hlavním rysem tranzistoru je jeho schopnost řídit elektrický proud. Tranzistory jsou vyráběny v různých typech: bipolární, polní a unipolární. Každý typ tranzistoru má své vlastní jedinečné vlastnosti a používá se v různých obvodech a zařízeních.
Bipolární tranzistory, jako je NPN a PNP, se skládají ze tří vrstev polovodičového materiálu. Mají schopnost zesilovat signály a používají se ve zesilovacích obvodech. Tranzistory pole, jako je MOSFET a JFET, mají dvě vrstvy a jsou ovládány elektrickým polem. Mají vysokou rychlost práce a používají se v digitální elektronice.
Tranzistory umožňují zesilovat signály, přepínat elektrický proud a řídit jeho tok. Mají vysokou strmost, což znamená, že jsou schopni rychle a efektivně měnit výstup při změně vstupního signálu. Strmost tranzistoru je důležitým parametrem při výběru a použití tranzistorů v různých elektronických obvodech.
Mezi hlavní vlastnosti tranzistoru patří jeho malé rozměry, vysoká spolehlivost a účinnost, nízká spotřeba energie, široký rozsah provozních frekvencí a schopnost pracovat v různých režimech. Tranzistory jsou také levné a cenově dostupné komponenty, díky čemuž jsou široce používány v různých oblastech elektroniky.
Je důležité si uvědomit, že správné použití a připojení tranzistoru vyžaduje znalosti a zkušenosti v oblasti elektroniky. Nesprávné připojení nebo nesprávný výběr tranzistoru může způsobit jeho poškození nebo nesprávné fungování elektronických zařízení.
Princip fungování tranzistoru
Uvnitř tranzistoru jsou tři vrstvy polovodičového materiálu-dvě vrstvy s typem vodivosti N A jedna vrstva s typem vodivosti P. Přitom všechny tři vrstvy tvoří dva přechody-emitor-základna a kolektor-základna.
| Emitor-základna | Kolektor-základna |
|---|---|
| Proud elektronů v emitorové zóně (N) je regulován napětím na základně | Proud elektronů ze základní zóny (P) přechází do kolektoru (N) |
| Nízký odpor | Vysoký odpor |
Pracovní princip tranzistoru je založen na kontrole proudu elektronů nebo děr v základní oblasti. Aplikace malého signálu na základní přechod mění koncentraci hlavních nosičů náboje, což mění vodivost přechodu a tím řídí tok proudu přes kolektorový přechod. Tranzistor tedy plní funkci zesílení a lze jej použít v různých typech elektronických zařízení.
Typy tranzistorů
1. Bipolární tranzistory (BJT). Tento typ tranzistorů se skládá ze tří vrstev polovodičového materiálu a má tři vodiče: základnu, emitor a kolektor. Bipolární tranzistory mohou být NPN nebo PNP, v závislosti na typech polovodičového materiálu použitého pro každou z vrstev.
2. Unipolární tranzistory (FET). Unipolární tranzistory, známé také jako tranzistory v terénu, jsou založeny na principu změny vodivosti substrátu polovodičového materiálu pomocí elektrického vedení. Nejběžnější typy unipolárních tranzistorů jsou MOSFET a JFET.
3. IGBT (izolovaný - gate bipolární tranzistor). Tranzistory IGBT kombinují výhody bipolárních a unipolárních tranzistorů s nízkým odporem inkluze a vysokým výkonem.
4. Tunelové tranzistory (Tunneling Transistors) Tento typ tranzistorů využívá fenomén tunelování k řízení elektrického proudu. Mají velmi vysokou rychlost přepínání a lze je použít v zařízeních, která vyžadují vysoké frekvence a rychlé doby odezvy.
Každý z typů tranzistorů má své výhody a nevýhody a výběr konkrétního typu závisí na požadavcích a konkrétních aplikacích elektronického obvodu.
Strmost tranzistoru
Čím vyšší je hodnota strmosti, tím lepší je fungování tranzistoru a tím přesněji plní svou funkci. Vysoká strmost umožňuje ovládat výstupní proud tranzistoru s menším řídicím napětím nebo proudem.
Strmost tranzistoru závisí na jeho konstrukci a materiálech použitých při jeho výrobě. Charakteristika strmosti je důležitým faktorem při výběru tranzistoru pro konkrétní úkol.
Vysoká strmost tranzistoru je zvláště důležitá v elektronice, kde malé změny řídicího signálu by měly vést k velkým změnám výstupního signálu. Například v zesilovačích nebo generátorech signálu.
Strmost tranzistoru lze také použít k posouzení účinnosti zesílení a stability tranzistoru za různých podmínek.