Tranzistory patří mezi nejdůležitější a nejrozšířenější elektronické součástky. Jsou to polovodičové přístroje, které mohou zesilovat a přepínat elektrický signál. Někdy však při analýze a návrhu složitých elektrických obvodů vzniká potřeba jednoduššího přístupu k modelování tranzistorů. K tomu se používají náhradní systémy.
Náhradní obvody jsou aproximací chování tranzistoru pomocí jednodušších a srozumitelnějších obvodů sestávajících z odporů, kondenzátorů a napájecích zdrojů. To usnadňuje analýzu, modelování a navrhování složitých elektronických zařízení. Existují různé typy náhradních obvodů pro tranzistory, jako jsou: obvod se zpětnou vazbou, obvod se zesílením a další.
Aplikace náhradních obvodů pro tranzistory zahrnuje mnoho oblastí. Jednou z hlavních oblastí je navrhování a optimalizace zesilovačů. Pomocí náhradních obvodů lze rychle a přesně předpovědět vlastnosti zesilovače a optimalizovat jeho provoz. Kromě toho jsou náhradní obvody široce používány v analýze a návrhu elektronických obvodů, které zahrnují více tranzistorů nebo jiných složitých zařízení.
Je důležité si uvědomit, že náhradní obvody dělají určitá zjednodušení a předpoklady, takže v některých případech může být přesnost aproximace omezena. Ve většině praktických případů jsou však náhradní obvody výkonným nástrojem pro analýzu a návrh elektronických obvodů pomocí tranzistorů.
Závěrem lze říci, že náhradní obvody pro tranzistory jsou nástrojem, který usnadňuje analýzu a simulaci elektronických zařízení pomocí tranzistorů. Jsou široce používány v různých oblastech, jako je navrhování zesilovačů a analýza složitých elektronických obvodů. Navzdory některým omezením jsou náhradní obvody cenným nástrojem pro inženýry a elektronikáře, kteří pracují s tranzistory a chtějí rychle a přesně určit jejich vlastnosti a chování.
Historie vývoje
V první polovině 20.století tranzistory neexistovaly a hlavním prvkem elektroniky byl elektronický lampový skok. Lampové obvody však byly složité a vyžadovaly velký prostor, energii a teplo. Proto byla potřeba vyvinout kompaktnější a efektivnější prvek.
V roce 1947 vynalezli tři vědci Bardin, Brattain a Shockley tranzistor - zařízení schopné provádět funkce zesílení a přepínání elektrických signálů. Název tranzistor pochází ze zkratky anglického výrazu "transfer resistor", což se překládá jako"přenosový odpor".
Tranzistor se skládá z polovodičového krystalu, který má tři vrstvy (p-n-p nebo n-p-n) a tři vodiče (emitor, základna a kolektor). Díky struktuře a vlastnostem polovodičů se tranzistor stal spolehlivějším, odolnějším a menším analogem skoku lampy. Tento vynález otevřel pokročilé možnosti pro elektroniku a aplikace tranzistorů v různých zařízeních a technologiích.
Postupem času se tranzistorové náhradní obvody vyvinuly a staly se důležitou součástí elektronických obvodů. Tranzistory zlepšily účinnost a spolehlivost zařízení, snížily rozměry a hmotnost zařízení a snížily spotřebu energie. Dnes existuje mnoho různých náhradních obvodů pro různé druhy tranzistorů, které se používají v mnoha oblastech průmyslu-od rádiové komunikace a elektroniky až po energetiku a automobilový průmysl.
Princip fungování tranzistorů
V závislosti na typu tranzistoru (polního nebo bipolárního) a jeho konfiguraci (npn nebo pnp) se princip fungování může mírně lišit, ale základní principy zůstávají společné.
Pro bipolární tranzistor typu npn slouží emitor jako vrstva np, kolektor je vrstva pn a základna je mezi nimi. Proud procházející emitorem kolektorového obvodu je řízen proudem, který protéká základnou. Při přívodu kladného napětí na základnu dochází k emisi elektronů z emitoru do základny, čímž se v základně vytváří elektronické ochuzování. To umožňuje proud protékat z kolektoru do emitoru. Když je na základnu přiváděno záporné napětí,ochuzování zmizí a zabrání proudění.
U tranzistoru pole typu n, který má emitor, kolektor a základnu, je princip fungování založen na řízení elektrického pole v kanálu, kterým proud prochází. Při přívodu kladného napětí na základnu se vytvoří elektrické pole, které změní vodivost kanálu a umožní proud protékat z emitoru do kolektoru. Když je na základnu přiváděno záporné napětí,elektrické pole zmizí a zabrání proudění.
Tranzistory jsou široce používány v elektronice k zesílení slabých signálů, vytváření logických prvků a přepínání signálů. Jejich pracovní princip a schopnost řídit proud z nich činí nedílnou součást moderních elektronických zařízení.
Základní typy náhradních schémat
Pro zjednodušení výpočtů a analýzy provozu tranzistorů se používají speciální náhradní obvody, které umožňují vyjádřit výkon tranzistoru pomocí některých parametrů, které charakterizují jeho elektrické vlastnosti.
Mezi hlavní typy náhradních obvodů pro tranzistory patří:
| Typ substitučního schématu | Popis |
|---|---|
| Schéma Eber-Moll | Toto schéma se používá ke zjednodušení výpočtů v aktivním režimu tranzistoru. Obvod se skládá ze dvou diod a odporů, které se vyznačují některými parametry, jako jsou diodové proudy a napětí na nich. |
| Schéma typu "vlastního tranzistoru" | Toto schéma se používá ke zjednodušení výpočtů v režimu nasycení tranzistoru. Obvod jsou dvě diody a dva odpory, které se vyznačují parametry, jako jsou proudy diod a napětí na nich. |
| Schéma typu "vlastního tranzistoru" se zpětnou vazbou | Tento obvod se používá ke zjednodušení výpočtů a analýzy provozu tranzistoru v režimu saturace se zpětnou vazbou. Skládá se ze dvou diod, dvou odporů a zpětnovazebního odporu. Parametry obvodu jsou definovány pomocí proudů diod, napětí na nich a velikosti odporu zpětné vazby. |
Každý z těchto typů náhradních obvodů má své vlastní vlastnosti a lze jej použít v různých případech v závislosti na provozních režimech tranzistoru a požadovaných vlastnostech zařízení.