ELModules©

Kerüljön közelebb az elektronikához, lépésről lépésre!

 

Tranzisztor

A tranzisztor a diódák felépítését követő félvezető eszköz, de az egyetlen p-n átmenettel szemben itt N-P-N  vagy éppen P-N-P átmeneteket képeznek a gyártás során. A tranzisztort a gyakorlati életben legtöbbször jelerősítőként vagy vezérelhető kapcsolóként használják. A teljesítményük szerint különböző tokozattal látják el kezdve a szubminiatűr SMD-től a hatalmas méretű, fémes felülettel hűtőbordára szerelhető változatig. De nem csak önállóan jelenik meg, hanem Si lapkára integrálva számtalan analóg és digitális IC alkotóeleme. A mai korszerű processzorokban például csak úgy hemzsegnek a tranzisz­torok, számukat milliókban mérik.

 

Áramköri jele: , illetve 

Felépítése

Egy félvezető egykristályban (az ábrán látható módon) kialakított három, eltérően adalékolt tartományból áll. Az NPN-tranzisztor esetén két N-típusú tartomány között egy vékony P-típusú réteg van, PNP-tranzisztor esetén pedig két P-típusú réteg közé kerül egy vékony N-típusú tartomány. A két szélső réteget kollektor-nak (C), illetve emitter-nek (E), a középső réteget pedig bázis-nak (B) nevezik. A félvezető rétegek tulajdonképpen két egymással szembefordított p-n átmenetet, diódát alkotnak. Ezért ezeket emitter- ill. kollektor diódának nevezik. Minden réteg kivezetéssel van ellátva. A bázis jóval vékonyabb, mint a másik két réteg. A tranzisztor három rétege sokszor a félvezető kristálynak csak a felső vékony rétegét foglalja el. A kristály alsó része mechanikusan tartja a rétegeket. A félvezető kristály aszimmetrikus kialakításából következéséből adódóan a kollektor és az emitter kivezetés nem cserélhető fel. Ha mégis így tennénk, ún. inverz üzemről beszélhetünk, melyben az eszköz látszólag működik, de paraméterei teljesen eltérnek a tranzisztor adatlapján közöltektől.

Működés

(a leírásban az NPN változattal foglalkozunk, PNP esetben a polaritások fordítva értendők)      
Az NPN tranzisztor áramköri bekötése olyan, hogy az emiterhez képest a bázis pozitívabb, a kollektor pedig a bázishoz képest pozitívabb potenciálon legyen. A B-E diódát nyitó irányú feszültségnek kitéve fokozatosan áram indul a kollektor felől az emitter irányába. A jelenség a B-E dióda teljes kinyitásával ér véget. A működés lényege, hogy a bázisba befolyó áram jóval kisebb, mint a kollektorból az emitterbe átfolyó áram erőssége, vagyis a bázissal csak vezéreljük a fő áramot. A két áram arányát erősítési tényezőnek hívja és β betűvel illeti a szakirodalom. Ez a tényező teljesítmény tranzisztoroknál több 10, de kisáramú jeltran­zisz­toroknál akár több száz is lehet. Mivel a bázisra kapcsolt jelalakot a kollektoron átfolyó áram „lemásolja” csak éppen felnagyítva, ezt a hatást jelerősítésként említhetünk. Ha a bázisra egy digitális (van feszültség / nincs feszültség) jelet kötünk, a tranzisztor tulajdon­képpen kapcsolóként üzemel. Ez az elve a digitális integrált áramköröknek.

Jellemző paraméterek

(az értékek adott feladatra készített tranzisztoroknál jelentős eltérést mutatnak)  
A felhasználás szempontjából fontos tudni, hogy a tranzisztor mekkora nyitó irányú áramot (ICE), illetve mekkora záró irányú feszültséget (UCE) képes elviselni a kollektora és emittere között. Az erősítési tényező jelzésére a β és a hFE vagy h21e egyaránt használatos.

Speciális tranzisztorok:

A hagyományos (bipoláris) tranzisztorokon túl említést érdemelnek a gyártástechnológiában teljesen más, de működésre hasonló térvezérlésű tranzisztorok (FET-ek), amik a korszerű elektronikában mind nagyobb szerepet játszanak. Legfontosabb előnyük, hogy rendkívül kis ellenállásuk miatt igen kicsi a disszipációjuk (melegedés) vagyis kisebb terjedelembe nagyobb teljesítményt lehet „belezsúfolni”. Vezérlésük pedig nem árammal, hanem feszültséggel történik.

A Darlington tranzisztorok a hagyományos bipoláris tranzisztorok egy speciális kapcsolását valósítják meg egy tokon belül. Ennek a kapcsolásnak előnye, hogy extrém nagy erősítési tényezőt lehet így elérni (a két tranzisztorénak szorzatát) vagyis kisebb árammal vezérelhető. Hátránya viszont a nagyobb maradék nyitó feszültség, mely az eszközön átfolyó áram hatására nagyobb disszipációt jelent.