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 27 Tranzistorový jev Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 TRANZISTOROVÝ JEV... 2 1.1 ZAPOJENÍ TRANZISTORU... 2 1.2 VA CHARAKTERISTIKA TRANZISTORU... 3 1.3 POPIS REŽIMŮ BIPOLÁRNÍHO TRANZISTORU... 3 1.4 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem tranzistorového jevu. 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 Tranzistorový jev 1.1 Zapojení tranzistoru V praxi se nejčastěji používá zapojení se společným emitorem. Vstupní napětí je přivedeno mezi bázi a emitor. Přechod báze-emitor je polován propustně, chová se podobně jako dioda v propustném směru. Překročí-li napětí U BE hodnotu prahového napětí, začne přechodem protékat proud I B. Do báze tranzistoru vtékají nosiče kladného náboje - díry. Jim naproti z emitoru vtékají elektrony. Většina elektronu je ale stržena elektrickým polem kolektoru a přejde z báze do kolektoru, protože báze je velmi tenká (0,01mm). Díky tomu tranzistor zesiluje proud. Obrázek 1 - tranzistor PNP I E stejnosměrný proud emitoru I B stejnosměrný proud báze I K stejnosměrný proud kolektoru U BE stejnosměrné napětí báze - emitor U KE stejnosměrné napětí kolektor - emitor I E = I B + I K Obrázek 2 - Převodní charakteristika tranzistoru 2
1.2 VA charakteristika tranzistoru Voltampérová charakteristika znázorňuje závislost kolektorového proudu I K na napětí kolektor-emitor U KE pří konstantním proudu do báze I B. Pro každou velikost proudu I B platí jedna charakteristika. Při nulovém proudu I B prochází tranzistorem zbytkový proud I K0. Obrázek 3 - příklad VA charakteristiky v propustném směru 1.3 Popis režimů bipolárního tranzistoru Bipolární tranzistor může pracovat ve čtyřech režimech, které jsou dány polaritou a velikostí napětí na přechodech bipolárního tranzistoru. Závěrný režim - přechody JE, JC jsou polarizovány v závěrném směru - nevodivý stav. Nasycený (saturační) režim - přechody JE, JC jsou v propustném směru. Součástkou teče velký proud, jehož hodnota je konstantní a je daná velikostí napětí napájecího zdroje a odporu v kolektorovém obvodu. Aktivní režim - emitorový přechod JE, je polarizován v propustném směru, kolektorový přechod JC je polarizován závěrně. Toto je nejčastější stav, ve kterém se tranzistor využívá, proudem báze můžeme řídit velikost proudu v kolektorovém i emitorovém obvodu. Inverzní režim - emitorový přechod JE, je polarizován závěrně, kolektorový přechod JC je polarizován v propustném směru. Inverzní režim vede po překročení mezních údajů emitorového přechodu v závěrném směru k poškození součástky. 1.4 Kontrolní otázky 1. Popište tranzistorový jev. 2. Co znázorňuje voltampérová charakteristika tranzistoru? 3. V kolika režimech může pracovat bipolární tranzistor? 4. Popište jednotlivé režimy bipolárního tranzistoru. 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 - TRANZISTOR PNP... 2 OBRÁZEK 2 - PŘEVODNÍ CHARAKTERISTIKA TRANZISTORU... 2 OBRÁZEK 3 - PŘÍKLAD VA CHARAKTERISTIKY V PROPUSTNÉM SMĚRU... 3 6