NÁZEV ŠKOLY: S0Š Net Office, spol. s r.o, Orlová Lutyně AUTOR: Ing. Oldřich Vavříček NÁZEV: Podpora výuky v technických oborech TEMA: Základy elektrotechniky ČÍSLO PROJEKTU:CZ.1.07/1.5.00/34.0458

Polovodiče Tranzistory

Tranzistory a jejich využití Tranzistory jsou základní elektronické součástky, které mají běžně tři elektrody. Užívají se k zesilování proudu nebo napětí. Název je odvozen od spojení slov Transfer resistor, které mu dali jeho objevitelé - Bardeen, Brattain, Shockley v roce 1947. Bipolární tranzistor se skládá ze tří polovodičových oblastí, které tvoří dva přechody a jako nosiče nábojů využívají elektrony i díry, proto název bipolární. Jednotlivé oblasti mohou být typu P nebo N. Pak rozlišujeme tranzistory PNP nebo NPN. Každá vrstva má svůj název -kolektor, emitor a báze. Na obrázku je nakreslena struktura NPN ve dvou základních stavech. V prvním případě, kdy je připojen ke kolektoru a emitoru zdroj napětí UCE vidíme, že přechod mezi bází a emitorem je v propustném směru, ale přechod mezi kolektorem a bází je v závěrném směru. Takže proud mezi emitorem a kolektorem nemůže protékat.

Říkáme, že tranzistor je zavřený Říkáme, že tranzistor je zavřený. Ve druhé případě je mezi bázi a emitor připojen ještě další zdroj napětí UBE. Emitorový přechod je zapojen v propustném směru a tak začnou elektrony protékat z emitoru do báze a mají tak velkou energii, že setrvačností proniknou bází, která je jen velmi tenká vrstva (0,01 mm), do oblasti kolektoru. Zde jsou kladným pólem UCE přitahovány a uzavřou obvod. Tento stav nazýváme jako tranzistor otevřený. Zde si musíme uvědomit, že všechny elektrony se nedostanou z báze do kolektoru. Asi 3% proudu protéká mezi emitorem a bází. To znamená, že pro proudy tranzistorem můžeme napsat vztah: IE = IB + ICE Pro zjednodušení se uvádí zjednodušená rovnice - IE = IC , kde předpokládáme, že proud kolektoru je roven proudu emitoru a proud báze zanedbáme.

Tranzistor jako zesilovač Definuje se pak základní parametr tranzistoru AI - jeho proudové zesílení, které je dáno poměrem rozdílu proudu kolektoru v otevřeném stavu a zavřeném stavu k rozdílu proudu báze v otevřeném a zavřeném stavu. Tranzistor jako zesilovač Zesilovací účinek tranzistoru si můžeme vysvětlit na následujícím příkladu, který je uveden na obrázku. V prvním případě je napětí zdroje UBE řádově desetiny voltu a proud, který protéká mezi bází a emitorem je 0,05 mA. Napětí UCE je 5 V proud mezi kolektorem a emitorem je 1,5 mA. Můžeme tedy říci, že v tomto případě je tranzistor zavřený. Jestliže se zvýší napětí zdroje mezi bází a emitorem na hodnotu 0,2 V, pak proud báze bude 0,15 mA a proud mezi kolektorem a emitorem 4 mA. Tranzistor je otevřený.

Základní zapojení tranzistorů Z toho vidíme, že proud v obvodu báze - emitor se zvýšil z 0,05 mA na 0,15 mA, ale proud v obvodu kolektor - emitor se zvýšil z hodnoty 1,5 mA na 4 mA. Tento jev je nazýván zesilovacím účinkem tranzistoru nebo také že tranzistor pracuje jako zesilovač. Základní zapojení tranzistorů Jak již bylo výše uvedeno, je možné vytvořit tranzistory, které pak mají označení NPN nebo PNP. Jejich vlastnosti jsou stejné, pouze je opačná polarita na kolektoru, emitoru i bázi. Dále lze tranzistory zapojit tak, že jedna elektroda je společná. Rozlišujeme pak zapojení se společným emitorem SE, společným kolektorem SC nebo společnou bází SB. Pro zapojení se společným emitorem a kolektorem je výstupní napětí odebíráno mezi kolektorem a emitorem a výstupní charakteristiky se u těchto konfigurací příliš neliší.

Kontrolní otázky Co je to tranzistor? Jaký je počet přechodů a elektrod tranzistoru NPN? Jaký je rozdíl mezi emitorovým a kolektorovým proudem? Proč má tranzistor zesilovací účinek? Co znázorňují voltampérové charakteristiky tranzistoru?

ANOTACE Prezentaci lze použít jako materiál kapitole “Polovodiče - tranzistory“. Zde se žáci seznámí se základními principy činnosti tranzistorů, jejich základním zapojením a zesilovacím účinkem tranzistoru. Dále se žáci seznámí s fyzikálními principy činnosti tranzistoru a vysvětlení jeho důležité funkce, což je použití tranzistorů při zapojení zesilovačů. Předpokládaný čas 45 min. CITACE JAN KESL. Elektronika I analogová technika. Praha: BEN, 2004. ISBN 80-7300-143-8. VÍT ZÁHLAVA , Jan Vobecký. Elektronika. Praha: Grada. ISBN 8024712415.