Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3 Polovodiče a jejich využití Kapitola 28 Použití tranzistorů Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 POUŽITÍ TRANZISTORŮ... 2 1.1 TRANZISTOR JAKO SPÍNAČ... 2 1.2 TRANZISTOR JAKO ZESILOVAČ... 3 1.3 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá použitím tranzistorů. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací. 1
1 Použití tranzistorů 1.1 Tranzistor jako spínač Pokud je spínač do báze rozepnut, tranzistor je zavřený a žárovkou neprotéká proud. Pokud sepneme spínač v bázi, přechod báze emitor se otevře, čímž způsobí i otevření přechodu kolektor báze a žárovka se rozsvítí. Odpor R B omezuje proud, aby nedošlo ke zničení přechodu báze emitor překročením maximálního proudu. Výhodou tranzistoru oproti mechanickému spínači nebo relé je mnohem vyšší spínací frekvence až MHz, (mechanické spínače pouze Hz), prakticky neomezený počet sepnutí a menší řídící proud, než například u relé. Naopak, tranzistor a všechny polovodičové součástky jsou náchylnější ke zničení nadproudem nebo přepětím. Při spínání induktivní zátěže (např. cívka relé) by při rozepnutí tranzistoru mohlo dojít k jeho zničení indukovaným napětím, proto se do obvodu musí zařadit prvek omezující indukované napětí, nejčastěji zpětná (nulová) dioda. Obrázek 1 - zapojení tranzistoru jako spínač Tranzistor jako spínač nachází uplatnění například na výstupu různých řídících obvodu, kde výstupní tranzistor sepne relé a to pak zapne spotřebič. Dále používá v polovodičových měničích - střídacích, pulzních měničích, aktivních filtrech atd. Tranzistor se také využívá ve spínaných zdrojích (napájecí zdroje počítačů, televizoru, nabíječek k mobilům ), v logických obvodech (dnes už se nedělají z diskrétního tranzistoru, ale z integrovaného obvodu, které obsahují tranzistory). 2
1.2 Tranzistor jako zesilovač Tranzistor zesiluje tím, že malé změny malého proudu přes bázi, způsobují velké změny velkého proudu jdoucího mezi kolektorem a emitorem. Obrázek 2 - proudové zesílení Příklad: Pří napětí U BE = 0,1V je I B = 0,05mA a I K = 1mA Pří napětí U BE = 0,2V je I B = 0,15mA a I K = 4mA Obrázek 3 - zapojení tranzistoru NPN jako zesilovač Proudové zesílení udává proudový zesilovací činitel v zapojení se společným emitorem β (někdy se označuje h21e). Hodnota zesilovacího činitele v podstatě udává zesílení tranzistoru a dosahuje podle typu a funkce v zapojení hodnot několika desítek nebo stovek. ; Obrázek 4 - pro konstantní stejnosměrný proud, pro změnu proudu 1.3 Kontrolní otázky 1. Jak může být použitý bipolární tranzistor? 2. Popište zapojení bipolárního tranzistoru jako spínač. 3. Uveďte příklad zapojení tranzistoru jako spínače. 4. Vysvětlete funkci tranzistoru jako zesilovače. 5. Co je to proudový zesilovací činitel? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - ZAPOJENÍ TRANZISTORU JAKO SPÍNAČ... 2 OBRÁZEK 2 - PROUDOVÉ ZESÍLENÍ... 3 OBRÁZEK 3 - ZAPOJENÍ TRANZISTORU NPN JAKO ZESILOVAČ... 3 OBRÁZEK 4 - PRO KONSTANTNÍ STEJNOSMĚRNÝ PROUD, PRO ZMĚNU PROUDU... 3 6