Teória‎ > ‎

Tranzistor

Tranzistor je základným stavebným prvkom skoro každého dnešného elektronického zariadenia. Základom tranzistora je kryštál polovodiča s dvoma priechodmi PN. Polovodičové priechody tranzistora vytvárajú štruktúru zodpovedajúcej spojenie dvoch polovodičových diód v jednej súčiastke. Avšak väčšinu vlastností tranzistorov sa nedá nahradiť touto dvojicou diód. Pri zhotovovaní tranzistorov sa používajú rôzne technológie. Ich cieľom je utvoriť v kremíku, príp. v germániu s určitým typom vodivosti dve oblasti s opačným typom vodivosti. Podľa princípu činnosti sa tranzistory delia na bipolárne a unipolárne. Rozlišujú sa schematickou značkou.

Schématická značka

schématická značka tranzistorov JFET MOSFET PNP NPN bipolárny unipolárny

Typy tranzistorov

Každý tranzistor má (najmenej) tri elektródy, ktoré sa u bipolárnych tranzistorov označujú ako kolektor (C alebo K), báza (B) a emitor (E), u unipolárnych ako drain (D), gate (G) a source (S).

Tranzistory môžeme rozlišovať na základe niekoľkých kategórií napr.:

Základné typy tranzistorov podľa vnútornej štruktúry

  • Bipolárne - (BJT - Bipolar Junction Transistor) sú riadené prúdom tečúcim do bázy.
  • Unipolárne - (FET - Field Effect Transistor) sú riadené napätím (elektrostatickým poľom) na riadiacej elektróde (gate).
    - JFET - (Junction FET) riadiaca elektróda je tvorená záverne polarizovaným priechodom PN.
    - MESFET - (Metal Semiconductor FET) riadiaca elektróda je tvorená záverne polarizovaným priechodom kov-polokov.
    - MOSFET - (Metal Oxide Semiconductor FET) riadiaca elektróda je izolovaná od zvyšku tranzistora oxidom. Ich výkonnostné varianty majú medzi Drain a Source takzvanú Body diódu, ktorá im pomáha zvládať napäťové špičky opačného napätia spôsobené rýchlym odpájaním induktora (napr. motora - kde sa MOSFET na riadenie často používa).
    - MISFET - (Metal Insulated Semiconductor FET) obecný názov pre tranzistor s izolovanou riadiacou elektródou. Izolantom nemusí byť len oxid (napr. nitrid ...).

Rozdelenie tranzistorov podľa výkonu

  • bežné tranzistory: slúžia pre spracovanie signálu (či už ako jednotlivé "diskrétne" súčiastky alebo ako súčiastky v integrovaných obvodov) a sú dnes základným prvkom spotrebnej elektroniky (televízory, rádiá, počítače, mobilné telefóny ...). Bežné tranzistory zvyčajne spracúvajú signál v jednotkách voltov, prúd pritom býva najviac v rádoch mA. Snahou od počiatku je minimalizácia oboch elektrických veličín, taktiež aj strát energie v súčiastke a z toho vyplývajúca efektivita spracovania informácie.
  • výkonové tranzistory: sú kľúčovým prvkom používaným vo výkonovej elektronike, napríklad v oblasti spínaných zdrojov alebo frekvenčných meničov. Výkonová elektronika je taktiež kľúčová pri realizácii moderných zdrojov svetla (úsporná žiarovka, LED dióda), moderných trakčných vozidiel s asynchrónnymi motormi, hybridných automobilov a elektromobilov, fotovoltaických a veterných elektrární. Súčasné výkonové tranzistory (IGBT) sú schopné v spínacom režime pracovať s napätím až niekoľko kilovoltov a s prúdmi v ráde stoviek alebo tisícok ampér. 
  • stredne výkonné tranzistory: sú niekde medzi bežnými a výkonovými tranzistormi (často ako parametrami, tak aj fyzickou funkciou). Prevádzkované sú v lineárnom režime a používajú sa napríklad pre lineárne regulátory napätia alebo pre výkonové stupne zvukového zosilňovača.

Podľa usporiadania použitých polovodičov typu P alebo N

  • bipolárne tranzistory sa rozlišujú na NPN a PNP (prostredné písmeno zodpovedá báze).
    mnemotechnická pomôcka: PNP - Poď Na Pivo - šípka ide dnu
    mnemotechnická pomôcka: NPN - Nemám Peniaze Nejdem - šípka ide von (alebo eN Pé eN - šípka ide ven)
  • unipolárne tranzistory sa rozlišujú na N-FET a P-FET.

Podľa použitécho materiálu

  • kremíkové (tieto sa dnes používajú najviac, cca na 99%)
  • gálium-arzenidové
  • germániové

Podľa rýchlosti spínania

  • nízkofrekvenčné - vlastnosti tranzistora sa dosť výrazne menia podľa pracovnej frekvencie. Základný údaj pre dynamiku tranzistora je tzv. tranzitívna frekvencia fT. Je to frekvencia, pri ktorej je zosilnenie rovné 1.
  • vysokofrekvenčné - pri návrhu vysokofrekvenčných obvodov s tranzistormi musíme rátať, že zosilnenie je menšie ako pri malých frekvenciách a vstupný signál je rušený výstupným signálom (hlavne pri zapojení so spoločným emitorom, pri spoločnej báze rádove menej). To je pri bipolárnych tranzistoroch spôsobené kapacitou priechodu CB, keďže je to dióda v závernom smere a tá sa chová ako kondenzátor.

Podľa usporiadania kontaktov

  • laterálne - usporiadanie kontaktov v jednej rovine, z jednej strany substrátu
  • vertikálne - napríklad u DMOS, Trench-MOS, IGBT, drainov (kolektorový) kontakt je zo spodnej strany substrátu, emitor a hradlo z hornej strany substrátu. Vertikálne usporiadanie umožňuje väčšiu integráciu a vyššie prúdové zaťaženie.

Ako funguje tranzistor

V nasledujúcich videách (od českého autora: ViaExplore - Tomáš Kamenický) sa dozviete ako fungujú tranzistory.

Ako funguje bipolárny tranzistor NPN/PNP


Ako funguje JFET


Ako funguje MOSFET


Tranzistory na AliExpresse