W poprzednim artykule omawialiśmy cewki. Czas na kolejną grupę elementów podstawowych w elektronice. Tranzystory to kluczowe elementy współczesnej elektroniki, znajdujące się w praktycznie każdym urządzeniu elektronicznym, od komputerów, przez telewizory, aż po smartfony. Ich głównym zadaniem jest kontrolowanie przepływu prądu elektrycznego w obwodach, co pozwala na wzmocnienie sygnału, przełączanie oraz modulację sygnałów.
Co to jest tranzystor?
Tranzystor to półprzewodnikowy element elektroniczny, który może działać jako wzmacniacz sygnału lub jako przełącznik. Jego działanie opiera się na kontroli przepływu prądu między dwoma jego złączami, przy jednoczesnym sterowaniu napięciem lub prądem w trzecim złączu. Wynalezienie tranzystora w 1947 roku zrewolucjonizowało elektronikę, zastępując większe i mniej efektywne lampy próżniowe.
Rodzaje tranzystorów
Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów tranzystorów, które różnią się budową i zastosowaniem. Poniżej omówione zostaną najpopularniejsze typy tranzystorów.
1. Tranzystor bipolarny (BJT)
Tranzystor bipolarny składa się z trzech warstw półprzewodnika o różnych typach domieszkowania (NPN lub PNP). Jego działanie opiera się na przepływie nośników ładunku, takich jak elektrony i dziury. Wyróżnia się dwa główne rodzaje tranzystorów bipolarnych:
- NPN: W tym typie tranzystora prąd przepływa od kolektora do emitera, gdy baza jest podłączona do dodatniego napięcia względem emitera.
- PNP: W tranzystorze PNP prąd przepływa od emitera do kolektora, gdy baza jest podłączona do ujemnego napięcia względem emitera.
Tranzystory bipolarne są często używane w układach wzmacniających.
2. Tranzystor polowy (FET)
Tranzystory polowe różnią się od bipolarnych tym, że sterowanie prądem odbywa się za pomocą pola elektrycznego, a nie przepływu nośników. Są bardziej efektywne energetycznie i znajdują szerokie zastosowanie w układach cyfrowych. Główne typy tranzystorów polowych to:
- Junction Field Effect Transistor (JFET): Typ, w którym prąd przepływa przez kanał półprzewodnika, a przepływ ten jest regulowany napięciem przyłożonym do złącza.
- Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET): Najbardziej powszechny typ tranzystora, stosowany głównie w układach cyfrowych. MOSFET ma izolowaną bramkę, co sprawia, że wymaga bardzo małego prądu sterującego.
3. Tranzystor unipolarny
Tranzystory unipolarne działają na zasadzie przepływu prądu tylko jednego rodzaju nośników (elektronów lub dziur). Przykładem są tranzystory MOSFET, które mogą być zoptymalizowane do różnych zastosowań, takich jak przełączanie wysokich napięć lub szybkich impulsów.
4. Tranzystory IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) to połączenie cech tranzystorów bipolarnych i polowych. Tranzystory IGBT łączą wysoką wydajność przełączania MOSFET z dużą zdolnością przenoszenia prądu tranzystorów bipolarnych, co sprawia, że są idealne do zastosowań w układach mocy, takich jak przemienniki częstotliwości.
Zastosowanie tranzystorów
Tranzystory znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach elektroniki:
- Wzmacniacze sygnału: Tranzystory są kluczowym elementem układów wzmacniających sygnały radiowe, audio czy sygnały z czujników.
- Przełączniki: W elektronice cyfrowej tranzystory działają jako przełączniki, co umożliwia tworzenie bramek logicznych w mikroprocesorach.
- Układy zasilające: W zasilaczach impulsowych tranzystory MOSFET i IGBT są używane do sterowania wysokimi napięciami i prądami.
Podsumowanie
Tranzystory to podstawowe elementy nowoczesnej elektroniki. Dzięki swojej wszechstronności znajdują zastosowanie w praktycznie każdej dziedzinie technologii. Zrozumienie różnych rodzajów tranzystorów, takich jak BJT, FET czy IGBT, oraz ich zastosowań, jest kluczowe dla projektowania efektywnych układów elektronicznych.
Obraz PublicDomainPictures z Pixabay