Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Orbis pictus 21. století Princip tranzistorů I. Obor: ElektrikářRočník: 1.Vypracoval:Ing. Jiří Šebesta, Ph.D. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

3. Tranzistor je polovodičová součástka, jejíž hlavní funkcí je zesílení (napětí nebo proudu). • Základním typem tranzistoru je bipolární tranzistor sestávající ze tří polovodičových oblastí, buď N-P-N nebo P-N-P. • Každá z těchto oblastí má kovový kontakt – kolektor C, bázi B a emitor E.

4. Tranzistor obsahuje dva PN přechody jeden mezi bází a emitorem a druhý mezi bází a kolektorem. • Šířka prostřední oblasti (báze) je velmi malá, proto i krajní oblasti (emitor, kolektor) navzájem na sebe přes bázi působí. • Napájení tranzistorů NPN a PNP

5. Uvažujme jako nosiče elektrického náboje volné elektrony, díry se v polovodiči pohybují proti směru pohybu elektronů. • Pro připojení napájecího napětí na tranzistor NPN podle předchozího obrázku bude PN přechod báze –emitor po-larizován v propustném směru. PN přechod kolektor – emitor je polarizován závěrně. • Pokud mezi bází a emitorem bude dostatečné napětí (alespoň 0,6 V u křemíkového tranzistoru), podobně jako u křemíkové diody začne přechodem téct proud. • Volné elektrony jsou dodávané do zdrojem napětí do emitoru jsou přitahovány kladným napěťovým potenciálem báze. • Avšak protože je báze (střední P-oblast tranzistoru) velmi

6. úzká, nejsou všechny elektrony bází zachyceny a odvedeny, ale velká část prolétne až do kolektoru (i přes PN přechod v závěrném směru), kde jsou přitahovány kladným potenciálem na kontaktu kolektoru.

7. Poměr počtu elektronů, které jsou zachyceny bází, a elektronů, které projdou až do kolektoru je konstantní, tzn., že když se počet elektronů zachycených bází zdvojnásobí, zdvojnásobí i se i počet elektronů, které prolétnou do kolektoru. • Pro poměr kolektorového a bázového proudu musí tedy platit: • Tranzistor zesiluje proud, tzv. tranzistorový jev. a představuje tzv. proudový zesilovací činitel tranzistoru a dosahuje hodnot od 10 až do 500 (napájecí napětí kolektoru musí být dostatečné). • Tranzistor je tedy součástka, pomocí které můžeme malým proudem báze řídit proud kolektorem (zesilovat proud).

8. Podle základního principu tranzistoru jsou nazvány i jeho elektrody: emitor emituje (generuje) elektrony, báze je základnou, kterou se řídí jejich množství (proud) a kolektor je kolektuje (sbírá). • Z principu tranzistoru je zřejmé, že proud emitorem je součtem proudu bází a kolektorem (emitor dodává volné elektrony jak pro bázi, tak i pro kolektor): • Příklad: Určete proudový zesilovací činitel tranzistoru, když byl naměřen proud do báze 5 mA a proud kolektorem 250 mA. Určete rovněž emitorový proud.

9. Bipolární tranzistor (pracuje s oběma typy nosičů náboje – volnými elektrony i volnými dírami) lze do obvodu, který tvoří dvojbran (obvod – „black box“ , který má vstupní svorky a výstupní svorky), zapojit několika způsoby. • Nejčastěji se v praxi vyskytuje zapojení se společným emitorem SE (emitor je připojen ke vstupu i k výstupu) • Bipolární tranzistor v zapojení SE z principu zesiluje proud, malý proud do báze (do vstupu) zapříčiňuje velký proud kolektorem (do výstupu).

10. Proto bývá proudový zesilovací činitel tranzistoru  označován jako parametr h21E (E v indexu parametru h21 specifikuje zapojení se společným emitorem SE): • Napájení tranzistoru v zapojení SE • Napěťový zdroj UB zajišťuje vhodné předpětí báze (pra-covní bod tranzisto-ru), v praxi je nejčas-těji odvozen od spo-lečného napájecího zdroje UN.

11. Napájení výstupního obvo-du (zajištění kolektorového proudu) je řešeno pomocí napěťového zdroje UN. • Na zatěžovacím odporu (kolektorovém odporu) RZ pak vzniká úbytek napětí odpovídající kolektorovému proudu. • Pokud je pomocí zdroje UB (bázové předpětí) otevřen PN přechod báze-emitor, malý proud ze vstupu (napětí z generátoru s vnitřním odporem) se sčítá s proudem z předpěťového zdroje. • Tato malá změna bázového proudu se projeví velkou změnou kolektorového proudu (-krát) a tím i úbytkem napětí na zatěžovacím odporu URZ.

12. Tranzistor zapojený jako SE, tedy zesiluje napětí ze vstupu (z generátoru) na zátěž zapojenou v kolektorovém obvodu. • Protože je PN přechod báze – emitor polarizován v propustném směru (zajištěno předpětím UB) má i malý odpor (dynamický odpor diody v propustném směru za prahovým napětím), který představuje vstupní odpor tranzistoru Rvst. • Aby bipolární tranzistor zesiloval musíme do báze dodávat určitý proud – bipolární tranzistor v zapojení SE pracuje v režimu proudového buzení (musíme dodávat ze vstupu výkon). • Naopak ve výstupním obvodě je v sérii se zatěžovacím odporem zapojen PN přechod kolektor – báze v závěrném směru a bipolární tranzistor v zapojení SE tedyvykazuje velký výstupní odpor Rvýst.

13. Zapojení vstupního obvodu zesilovače s tranzistorem v za-pojení SE • Předpokládejme, že pomocí předpětí UB je otevřen PN přechod báze – emitor tranzistoru. Střídavý signál z generátoru (např. audiosignál ze sluchátkového výstupu počítače) s vnitřním (z pohledu generátoru výstupním) odporem RG můžeme navázat přes vazební kondenzátor do bázového obvodu tranzistoru. • Vazební kondenzátor Cvst zajistí oddělení stejnosměrného předpětí od zdroje (jinak by mohl stejnosměrný proud ze zdro-

14. je UB téct do generátoru místo do báze).  Na bázi tranzistoru se sečtou oba proudy (z předpěťového zdroje a z generátoru) a vytvoří napětí na bázi (úbytek na vstupním odporu tranzistoru).  Kolektorový proud je pak zesílen -krát.

15. Proud iC pak vyvolá úbytek napětí na zátěži uRZ, tranzistor v zapojení SE zesiluje napětí z generátoru na napětí na zátěži. • Aby tranzistor jako zesilovač v zapojení SE pracoval dobře, musí být odpor RG malý vzhledem k Rvst, jinak by vznikl odporový dělič RG-Rvst a zesilovaný signál by byl utlumen. • Naopak Rz musí být velký vzhledem k Rvýst, aby na něm vznikl velký úbytek napětí.

16. Děkuji Vám za pozornost Jiří Šebesta Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky