Jaké typy tranzistorů existují?

Tranzistor je všudypřítomnou a důležitou součástí moderní mikroelektroniky. Jeho účel je jednoduchý: umožňuje ovládat mnohem silnější pomocí slabého signálu.

Zejména může být použit jako řízená „klapka“: nepřítomností signálu na „bráně“ blokovat tok proudu a jeho napájením jej povolit. Jinými slovy: jedná se o tlačítko, které se nestiskne prstem, ale přivedením napětí. Toto je nejběžnější aplikace v digitální elektronice.

Tranzistory jsou k dispozici v různých baleních: stejný tranzistor může vypadat úplně jinak. Při prototypování jsou nejběžnější kryty:

TO-92 – kompaktní, pro lehké zatížení.
TO-220AB – masivní, dobrý odvod tepla, pro velké zatížení.

Označení na schématech se také liší v závislosti na typu tranzistoru a standardu označení použitého v kompilaci. Ale bez ohledu na variace zůstává jeho symbol rozpoznatelný.

Bipolární tranzistory

Bipolární tranzistory (BJT, bipolární tranzistory) mají tři kontakty:

Kolektor – je do něj přiváděno vysoké napětí, které chcete ovládat.

Základna – přes ni se dodává malé množství proudodemknout velké; základna je uzemněna, aby ji blokovala.

Emitor – proud jím protéká z kolektoru a báze, když je tranzistor „otevřený“.

Hlavní charakteristikou bipolárního tranzistoru je indikátor h_fe, také známý jako zisk. Udává, kolikrát více proudu v sekci kolektor-emitor může tranzistor propustit v poměru k proudu báze-emitor.

Například pokud h_fe = 100 a bází prochází 0,1 mA, pak přes sebe tranzistor projde maximálně 10 mA. Pokud je v tomto případě součástka ve vysokoproudé sekci, která spotřebovává např. 8 mA, bude jí přiděleno 8 mA a tranzistor bude mít určitou „výšku“. Pokud existuje součástka, která odebírá 20 mA, bude poskytnuta pouze s maximálním proudem 10 mA.

Také dokumentace pro každý tranzistor uvádí maximální přípustná napětí a proudy na kontaktech. Překročení těchto hodnot vede k nadměrnému zahřívání a snížení životnosti a silné překročení může vést ke zničení.

NPN a PNP

Výše popsaný tranzistor je tzv. NPN tranzistor. Skládá se ze tří vrstev křemíku spojených v pořadí Negativní-Pozitivní-Negativní (NPN), kde negativní je slitina křemíku s přebytkem negativních nosičů náboje (n-dopovaná) a pozitivní je slitina křemíku s přebytkem kladné nosiče náboje (p-dopované).

NPN jsou efektivnější a běžnější v průmyslu.

Při označování PNP tranzistorů se liší ve směru šipky. Šipka vždy ukazuje od P do N. Tranzistory PNP mají „obrácené“ chování: proud není blokován, když je báze uzemněna, a blokována, když jí proud protéká.

Tranzistory s efektem pole

Tranzistory s efektem pole (FET, Field Effect Transistor) mají přesně stejný účel jako bipolární, liší se však svou vnitřní strukturou. Zvláštním typem těchto součástek jsou tranzistory MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Umožňují vám pracovat s mnohem větším výkonem při stejných rozměrech. A ovládání samotné „klapky“ se provádí výhradně pomocí napětí: hradlem tranzistorů s efektem pole na rozdíl od bipolárních neprotéká proud.

Tranzistory s efektem pole mají tři kontakty:

Drain – je do něj přiváděno vysoké napětí, které chcete ovládat.

Přečtěte si více

Jaké typy architektonického zdiva existují?

Hradlo – je na něj přivedeno napětí, aby proud mohl protékat; brána je uzemněna, aby blokovala proud.

Zdroj – proud jím protéká z kolektoru, když je tranzistor „otevřený“.

N-kanál a P-kanál

Analogicky s bipolárními tranzistory se polní tranzistory liší polaritou. N-kanálový tranzistor byl popsán výše. Jsou nejčastější.

P-kanál, když je označen, se liší ve směru šipky a má opět „obrácené“ chování.

Připojení tranzistorů k buzení vysoce výkonných součástek

Typickým úkolem mikrokontroléru je zapínání a vypínání konkrétní součásti obvodu. Samotný mikrokontrolér má obvykle skromný výkon. Takže Arduino s výstupem 5 V na pin vydrží proud 40 mA. Výkonné motory nebo ultrasvítivé LED diody mohou čerpat stovky miliampérů. Při přímém připojení takových zátěží může čip rychle selhat. Některé součástky navíc vyžadují ke svému provozu napětí vyšší než 5 V, čehož výstupní piny Arduina (digitální výstupní pin) v podstatě nejsou schopny.

Ale snadno stačí k ovládání tranzistoru, který zase bude řídit velký proud. Řekněme, že potřebujeme připojit dlouhý LED pásek, který vyžaduje 12 V a spotřebuje 100 mA:

Nyní, když je výstup nastaven na logickou jedničku (vysoká), 5 V vstupujících do báze otevře tranzistor a páskou poteče proud – bude svítit. Nastavením výstupu na logickou nulu (nízká) dojde k uzemnění báze přes mikrokontrolér a zablokování toku proudu.

Dávejte pozor na odpor omezující proud R. Je nutné, aby při přiložení řídicího napětí nevznikl zkrat na trase mikrokontrolér-tranzistor-zem. Hlavní věcí není překročit přípustný proud přes pin Arduino 40 mA, takže musíte použít rezistor vypočítané hodnoty:

zde U_d – to je pokles napětí na samotném tranzistoru. Závisí na materiálu, ze kterého je vyroben, a je obvykle 0,3 – 0,6 V.

Ale absolutně není nutné udržovat proud na povolené hranici. Je pouze nutné, aby zesílení tranzistoru umožňovalo řídit požadovaný proud. V našem případě je to 100 mA. Řekněme pro použitý tranzistor h_fe = 100, pak nám bude stačit řídící proud 1 mA.

Vyhovuje nám rezistor s hodnotou od 118 Ohm do 4,7 kOhm. Pro stabilní provoz na jedné straně a malé zatížení čipu na straně druhé je 2,2 kOhm dobrou volbou.

Pokud místo bipolárního tranzistoru použijete tranzistor s efektem pole, můžete se obejít bez odporu:

To je způsobeno skutečností, že brána v takových tranzistorech je řízena výhradně napětím: v sekci mikrokontrolér-brána-zdroj není žádný proud. A díky svým vysokým charakteristikám vám obvod využívající MOSFET umožňuje řídit velmi výkonné komponenty.

Pokud není uvedeno jinak, obsah této wiki je licencován pod následující licencí: CC Attribution-Nonkomerční-Share Alike 4.0 International

Odvozená díla musí obsahovat odkaz na http://wiki.amperka.ru jako původní zdroj, bezprostředně před obsah práce.
Wiki běží na skvělém enginu DokuWiki.

obvod design/tranzistory.txt · Poslední změna: 2024. 07. 22 14:00 — mik