Typy tranzistorů: jejich vlastnosti a účel. Jaké jsou hlavní typy tranzistorů?

Tranzistor je polovodičové zařízení, jehož hlavními funkcemi jsou konverze, zesílení a spínání elektrických signálů a má tři výstupy. Také tranzistor je klíčovým prvkem všech mikroobvodů jako základní jednotka. První polovodičový tranzistor byl představen v roce 1947 a v roce 1956 byla za tento vynález a výzkum polovodičů udělena Nobelova cena za fyziku Williamu Shockleymu a Johnu Bardeenovi. Vynález tranzistoru byl v podstatě pokusem zlepšit vakuovou triodu zlepšením jejích charakteristik a zmenšením její velikosti. V 1950. letech XNUMX. století začala masová výroba bipolárních tranzistorů.

Hlavními materiály pro výrobu tranzistorů jsou nyní křemík (Si), nitrid galia (GaN), karbid křemíku (SiC) a arsenid galia (GaAs), který se používá především ve vysokofrekvenčních zařízeních. Existuje několik typů tranzistorů, které se liší typem provozu. Z hlavních nejběžnějších typů lze rozlišit tři:

• Bipolární tranzistory (BJT)
• Tranzistory s efektem pole (FET)
• Bipolární tranzistory s izolovaným hradlem (IGBT)

Bipolární tranzistor (BJT, bipolar junction tranzistor) je nejstarší ze všech typů a jedná se o strukturu střídajících se oblastí polovodiče s různými typy vodivosti n – p – n (hlavními nosiči náboje jsou elektrony) nebo p – n – p ( hlavními nosiči náboje jsou otvory ). Mezi hlavní výhody patří schopnost pracovat s poměrně vysokými proudy a snadná výroba. Používá se jako klíčový a zesilovací prvek v elektronických obvodech. Mezi nevýhody patří vysoká spotřeba energie a regulace základního proudu.

Bipolární tranzistor se skládá ze 3 oblastí: kolektor, emitor a báze. V závislosti na zařazení lze pomocí tohoto typu implementovat různá provozní schémata. Hlavní použití jsou zesilovače a jako klíč.

Tranzistor řízený polem (FET, field effect tranzistor) je v současnosti nejpoužívanějším typem tranzistoru. Má mnoho výhod oproti bipolárním, což určuje jeho široké použití, například: vysoká vstupní impedance, zvýšená rychlost, regulace napětí atd.

Existují dva typy tranzistorů s efektem pole: řízený přechodem (JFET) a tranzistor s izolovanou bránou (MOSFET), druhý z nich je nejběžnější. JFET (tranzistor s efektem přechodového pole) funguje pouze v režimu vyčerpání, takže jeho aplikace jsou velmi omezené.

MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect tranzistor) je dnes nejpoužívanějším typem tranzistoru na světě. Skládá se z odtokových a zdrojových oblastí jednoho typu vodivosti, integrovaných do substrátu jiného typu a vzájemně oddělených. Hradlo je kovový kontakt, který je od polovodičové části oddělen dielektrikem. Při přivedení určitého napětí na hradlo se v substrátu mezi zdrojem a kolektorem indukuje kanál, který odpovídá otevření tranzistoru.

Tradičně jsou tranzistory s efektem pole vyrobeny z křemíku. Ale v posledním desetiletí se výroba tranzistorů z karbidu křemíku aktivně rozvíjí. MOSFET z karbidu křemíku může pracovat při vyšším napětí a při mnohem vyšších frekvencích. Při vytváření převodníků na bázi SiC MOSFETů tato charakteristika velmi pomáhá z hlediska velikosti zařízení a redukční (levnější) kabeláže.

Tranzistory s efektem pole se nyní používají téměř všude: domácí spotřebiče, průmyslová automatizace, napájecí zdroje, automobilová elektronika a mnoho dalších míst.

Třetím nejrozšířenějším typem tranzistoru je IGBT (bipolární tranzistor s izolovaným hradlem). Podle názvu „Insulated Gate Bipolar Transistor“ je jasné, že se jedná o hybrid různých technologií. V 90. letech minulého století jsem chtěl mít polovodičové zařízení, které kombinuje vysoký výkon, jako např. tyristory, stejně nízké ztráty jako tranzistor s efektem pole.

IGBT tranzistor je bipolární tranzistor řízený polem. Oblastí použití jsou především výkonná zařízení: frekvenční měniče, trakční pohony elektromobilů, napájecí zdroje.

Moderní IGBT pracují s napětím až 10 kilovoltů a proudy několika kiloampérů.

Tato stránka používá k ukládání dat soubory cookie. Setrváním na této stránce souhlasíte se zpracováním cookies a osobních údajů.

• Produktový katalog
• zprávy a články
• Informace o společnosti
• výrobci a značky
• platba a doručení
• záruka a certifikáty
• kde koupit?
• stát se partnerem
• Kontaktní informace
• kariéru ve společnosti

Tranzistor – elektronické „tlačítko“ v napájecím obvodu, které není stisknuto prstem, ale elektrickým signálem, například z ovladače, který umožňuje ovládat silný impuls pomocí slabého. Používá se také pro převod a spínání elektrických signálů, které se široce používají v elektronických zařízeních jakékoli složitosti, včetně mikroobvodů, jako atomový spouštěč a tak dále.

Tranzistor má obvykle tři nohy: vstupní, výstupní a řídicí signál.

V DIY vývoji se tranzistory nejčastěji používají ve dvou případech: TO-92 pro malé zatížení a TO-220 – větší a výkonnější. Tranzistory jsou dvou typů: bipolární и pole, z nichž každý má své vlastní vlastnosti, výhody a nevýhody.

Bipolární tranzistory.

• Sběratel – kontakt pro silný kladný proud, který musí být řízen.
• Vysílač — kontakt pro „uzemnění“ silného proudu, kterému se přechod otevírá nebo zavírá v závislosti na stavu Základny.
• Báze – stejné „tlačítko“, přivedením malého proudu, na který můžete odblokovat spojení kolektor-emitor, a uzemněním jej můžete zablokovat.

V našem případě pin Arduino nejčastěji funguje jako brána. Aby se zajistilo, že tento kolík nevyhoří, je zapotřebí odpor omezující proud, protože když je přiveden signál, tento kontakt se přiblíží k zemi. K tomuto účelu postačí odpor o jmenovité hodnotě 180 ohmů.

Hlavní charakteristikou bipolárního tranzistoru je zisk hfe, poměr mezi řídicím proudem a proudem zátěže:

Led = Ibe * hfe

Pojďme si spočítat, kolik proudu může projít typickým tranzistorem bc337 v pouzdru TO-92. Podle datasheetu se zisk takového tranzistoru pohybuje od 160 do 400, 300 berme jako rozumně optimální. Vezměme hodnotu rezistoru omezujícího proud jako 1 kOhm, což znamená, že dostaneme proud na základně:

Ibe = V/R = 5/1000 = 0.005 A

Maximální řízený proud vypočítáme pomocí jednoduchého vzorce:

Led = 5 mA * 300 = 1500 mA

Odpověď: Pomocí tranzistoru bc337 můžeme (teoreticky) řídit zátěž až 1.5 A. Při vyšší zátěži se tranzistor zcela neotevře, „extra“ část se zahřeje a tranzistor rychle vyhoří.

Mezi hlavní charakteristiky bipolárního tranzistoru patří také maximální napětí kolektor-emitor a maximální proud kolektorem. Pro náš příklad bc337 jsou tyto parametry 50 V a 0.8 A. Ukazuje se, že vypočtených 1.5 A stále nemůžeme tímto tranzistorem propustit, maximálně 0.8. Proto před výběrem tranzistoru nezapomeňte prostudovat jeho charakteristiky a vlastnosti zatížení.

Bipolární tranzistory jsou dostupné ve dvou variantách: NPN a PNP.

Tranzistor z příkladu diskutovaného výše je NPN (Negative-Positive-Negative), ty jsou účinnější, a proto běžnější. PNP tranzistory pracují podle reverzní logiky: když je základna uzemněna, otevřou se a když je na ni přivedeno napájení, zavřou se.

Tranzistory s efektem pole

Tranzistory s efektem pole umožňují ovládat mnohem výkonnější zátěže se stejnými rozměry pouzdra. Na rozdíl od bipolárních tranzistorů proud neprochází polní bránou, je izolován od hlavní zátěže, řízení probíhá pouze pomocí napětí, takže nepotřebují odpor omezující proud.

• Akcie — pro napájení řízené zátěže;
• Исток – pro uzemnění, spojení se kterým se otevírá nebo zavírá v závislosti na stavu brány;
• Závěrka – ovládací kontakt, přiložit napětí – otevřít tranzistor, uzemnit – sepnout.

Hlavní vlastnosti tranzistoru s efektem pole jsou:

• Maximální napětí zdroje kolektoru;
• Maximální odtokový proud;
• Odpor zdroje odtoku;
• Ztráta výkonu;

Nejznámějším typem tranzistorů s efektem pole je MOSFET a nejčastěji se používají v kutilech. Zvláštní pozornost věnujte tranzistorům s písmenem L v označení, například IRLZ44n, jsou velmi vhodné pro práci s regulátory díky logické úrovni řízení. To znamená, že signál z pinu je zaručeně dostatečný pro úplné otevření, obvykle 2,5 V nebo vyšší. Maximální odběrový proud těchto tranzistorů je mnohonásobně vyšší než u bipolárních v případě IRLZ44n, činí až 45 A, oproti 0,8 A pro bc337. Proto se doporučuje používat je pro zvládání těžkých břemen.

příklad

Nebudeme zde uvažovat o použití tranzistorů jako o jednoduchém spínači, zvláště když takové obvody již byly uvedeny výše. Zkusme z nich udělat něco složitějšího a užitečnějšího. Například řízení asynchronního elektromotoru s možností zpětného chodu. K tomu používáme schéma zapojení známé jako H-můstek. Nejjednodušší varianta by vypadala takto:

Pro spuštění motoru v jednom směru použijte jedničku na první kolík a nulu na druhý. Na diagramu je dobře vidět, že v tomto případě proud poteče podél červené čáry plus k levému kontaktu motoru, mínus doprava. Nastavíme-li stav pinů do opačné polohy, proud poteče po modré čáře a motor se bude točit opačným směrem. Pokud jsou oba kolíky nastaveny do stejné polohy, motor se nebude otáčet, protože mezi jeho kontakty nebude žádný rozdíl potenciálů.

Vystačíte si s jedním pinem, zapojte druhý ovládací kontakt přes logický invertor, jako příklad – mikroobvod 74HC04, který změní nulu na jedničku a naopak. Pak bude na pinech vždy jiný signál a motor se bude otáčet jedním nebo druhým směrem, podle zapojení a stavu jediného ovládacího pinu.

Tranzistor – další elementární „cihla“, jeden ze základních prvků elektroniky, spolu s rezistorem a kondenzátorem a diodou. Kombinací těchto „kostek“ vzniká ohromné ​​množství elektronických obvodů. Každý kutil by měl znát tyto prvky, jejich vlastnosti, odrůdy a umět je používat.