Tranzistor (polovodičová súčiastka)
Prehľad tranzistora: definícia, hlavné typy (BJT, FET/MOSFET), princíp, história, výroba, balenie, aplikácie a základné technické parametre.
Prehľad
Tranzistor je aktívna polovodičová súčiastka používaná v elektronike ako zosilňovač alebo spínač. Malá zmena na jednej elektróde riadi prúd medzi ďalšími dvoma, čo umožňuje ovládanie signálov a výkonu v obvodoch. Tranzistory sú základnou súčasťou takmer všetkých moderných elektronických zariadení; detailné vysvetlenie základných pojmov je dostupné tu: základné pojmy o tranzistoroch.
Galéria obrázkov
10 Obrázky
Typy a princíp fungovania
Existujú dve hlavné rodiny tranzistorov. BJT (bipolárny tranzistor) pracuje na princípe prúdového riadenia medzi emitorom, bázou a kolektorom. FET (polovodičový tranzistor s riadeným poľom) riadi prúd napätím na bráne, pričom najrozšírenejším typom pre digitálne obvody je MOSFET. MOSFETy sú preferované v logických hradlách a v napájacích obvodoch kvôli vysokému vstupnému odporu a efektívnosti; viac o ich použití: MOSFET v digitálnej elektronike.
Stavba a materiály
Tranzistor je vyrobený z polovodičového materiálu, najčastejšie z kremíka; používa sa však aj germánium alebo zlátiny a v špeciálnych aplikáciách karbid kremíka či arsenid gália. Výber materiálu ovplyvňuje rýchlosť, tepelnú odolnosť a elektrické vlastnosti. Viac o materiáloch a vlastnostiach polovodičov je možné nájsť tu: informácie o polovodičových materiáloch.
Výroba, balenie a integrácia
Tranzistory môžu byť dodávané ako diskrétne súčiastky (s keramickými alebo plastovými obalmi a vývodmi) alebo sú integrované v čipoch spolu s ďalšími prvkami. Integrované obvody obsahujú často milióny až miliardy tranzistorov na jednom die; o vývoji integrovaných obvodov: vývoj integrovaných obvodov. Diskrétne výkonové tranzistory sú navrhnuté tak, aby odolali vysokým prúdom a teplu a často sa montujú na chladiče.
Aplikácie
Tranzistory majú široké uplatnenie: v analógových zosilňovačoch (audio, rádio), v digitálnej logike a mikroprocesoroch, v regulácii výkonu (meniče, zdroje), v rádiovej frekvencii a telekomunikáciách. Použitie v mikroprocesoroch a logických hradlách je kľúčové pre výpočtovú techniku a viac o tom nájdete tu: tranzistory v mikroprocesoroch.
Technické parametre a obmedzenia
Kľúčové parametre zahŕňajú zisk alebo prenosovú charakteristiku, maximálne napätie a prúd, tepelný odpor, rýchlosť prechodu a šírku pásma. Pri návrhu sa musí zohľadniť aj teplotná stabilita a potreba chladiča pri vyšších stratách. Praktické informácie o parametroch a porovnaní typov sú k dispozícii tu: porovnanie typov tranzistorov.
Spoľahlivosť, testovanie a ochrana
Tranzistory môžu zlyhať pri nadmernom prúde, preťažení tepelným výkonom alebo napäťovými špičkami. Ochrana obvodov zahŕňa obmedzovače prúdu, pojistky, obmedzovače napätia a teplotné senzory. Testovanie zahŕňa meranie charakteristík v rôznych podmienkach a kontrolu parametrov v dokumentácii výrobcu: technické listy.
Krátka história a význam
Tranzistor bol vynájdený v polovici 20. storočia a nahradil veľké vákuové elektronky v mnohých aplikáciách; tento prechod umožnil miniaturizáciu, zvýšenie spoľahlivosti a nižšiu spotrebu energie. Predchodcom boli elektronky, napríklad trióda, s ktorými má tranzistor historické spojenie: trióda a skorá história. Tranzistory sa dnes vyrábajú v obrovskom množstve a tvoria základ modernej mikroelektroniky, ktorá sa používa vo väčšine elektronických zariadení: elektronické zariadenia.
Praktické zdroje a ďalšie čítanie
Pre študentov a návrhárov sú užitočné elektronické učebnice, datasheety výrobcov a aplikačné poznámky. Základné materiály a študijné texty sú zhromaždené tu: aplikácie a spínanie tranzistorov a učebné zdroje.
Ako fungujú
Tranzistory majú tri svorky: gate, drain a source (v bipolárnom tranzistore sa vodiče môžu nazývať emitor, kolektor a báza). Keď je zdroj (alebo emitor) pripojený k zápornému pólu batérie a odtok (alebo kolektor) ku kladnému pólu, v obvode nebude prúdiť žiadna elektrina (ak máte v sérii s tranzistorom iba lampu). Keď sa však dotknete hradla a odtoku spolu, tranzistor prepustí elektrinu. Je to preto, že keď je hradlo kladne nabité, kladné elektróny vytlačia ostatné kladné elektróny v tranzistore a nechajú prúdiť záporné elektróny. Tranzistor môže fungovať aj vtedy, keď je hradlo len kladne nabité, takže sa nemusí dotýkať drénu.
Vizualizácia
Jednoducho si môžete predstaviť, ako tranzistor funguje, ako hadicu s ostrým ohybom, ktorý bráni vode v prechode. Voda sú elektróny, a keď kladne nabijete bránu, tá hadicu rozpojí a nechá vodu prúdiť.
Základný obvod Darlingtonovho tranzistora je vytvorený z dvoch bipolárnych tranzistorov zapojených emitor k báze, takže sa správajú ako jeden tranzistor. Jeden z tranzistorov je zapojený tak, že riadi prúd do bázy druhého tranzistora. To znamená, že môžete ovládať rovnaké množstvo prúdu s veľmi malým množstvom prúdu idúceho do bázy.
Používa
Keď je brána P-kanálu MOSFET kladne nabitá, prúdi cez ňu elektrický prúd, čo je užitočné pre elektroniku, ktorá vyžaduje zapnutie spínača, čím sa z neho stáva elektronický spínač. Ten konkuruje mechanickému spínaču, ktorý si vyžaduje neustále tlačenie silou.
V tranzistore MOSFET, ktorý sa používa ako zosilňovač, tranzistory preberajú prúd odtoku a zdroja, a keďže prúd zdroja je oveľa väčší ako prúd odtoku, je bežné, že prúd odtoku stúpa na hodnotu zdrojov, čím sa zosilňuje.
Materiály
Tranzistory sa vyrábajú z polovodičových chemických prvkov, zvyčajne z kremíka, ktorý patrí do modernej 14. skupiny (predtým IV. skupina) periodickej tabuľky prvkov. Germánium, ďalší prvok 14. skupiny, sa používa spolu s kremíkom v špecializovaných tranzistoroch. Vedci skúmajú aj tranzistory vyrobené zo špeciálnych foriem uhlíka. Tranzistory sa môžu vyrábať aj zo zlúčenín, ako je arzenid gália.
História
Tranzistor nebol prvým trojpólovým zariadením. Trióda slúžila na rovnaký účel ako tranzistor o 50 rokov skôr. Vákuové elektrónky boli dôležité v domácej technike pred tranzistormi. Bohužiaľ, elektrónky boli veľké a krehké, spotrebovali veľa energie a nevydržali dlho. Tieto problémy vyriešil tranzistor.
V roku 1947 sa o vynález tranzistora zaslúžili traja fyzici: Brattain, John Bardeen a William Shockley, ktorí prispeli najviac.
Dôležitosť
Tranzistor je dnes veľmi dôležitou súčasťou. Nebyť tranzistora, zariadenia, ako sú mobilné telefóny a počítače, by boli úplne iné alebo by možno vôbec neboli vynájdené. Tranzistory boli vyrobené veľmi malé (široké desiatky atómov), takže ich možno vložiť do malého počítačového čipu miliardy.
Galéria
· 
Periodická tabuľka prvkov
· 
Replika prvého tranzistora
· 
Vynálezcovia tranzistora
Súvisiace články
Autor
AlegsaOnline.com Tranzistor (polovodičová súčiastka) Leandro Alegsa
URL: https://sk.alegsaonline.com/art/101159
Zdroje
- hyperphysics.phy-astr.gsu.edu : "The Junction Transistor"
- mysite.du.edu : "transisting"
- sccs.swarthmore.edu : "Bipolar Transistors"
- thalia.spec.gmu.edu : "What are transistors made of?"
- dspace.mit.edu : "Fabrication and electrical characterization of transistors made from carbon nanotubes and graphene"
- nobelprize.org : "The Transistor-History"
- sjsu.edu : "History of the Transistor"
- cs.bu.edu : "From transistor to gates!"