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 29 Unipolární tranzistor Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 UNIPOLÁRNÍ TRANZISTOR... 2 1.1 POPIS UNIPOLÁRNÍHO TRANZISTORU... 2 1.2 POUŽITÍ UNIPOLÁRNÍCH TRANZISTORŮ... 2 1.3 TRANZISTOR TYPU MOSFET... 3 1.4 TRANZISTOR TYPU JFET... 3 1.5 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem unipolárních 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 Unipolární tranzistor 1.1 Popis unipolárního tranzistoru Základní rozdíl mezi bipolárním a unipolární tranzistorem spočívá ve způsobu řízení jejich vodivosti. Zatímco u bipolárního tranzistoru se k řízení vodivosti využívají oba typy nosičů náboje současně při řízení vodivosti přechodů, unipolární tranzistory využívají ve své struktuře vždy jen jeden typ nosičů elektrony, nebo díry, jejichž vodivost je v prostoru tzv. kanálu řízena velikostí elektrického pole, proto název FET z ang. Field Effect Transistor. Unipolární tranzistory mají nekonečný vstupní odpor, jsou řízeny napětím, přivedeným na řídící elektrodu G (gate). Vývod D (drain) často označujeme také jako kolektor (C), vývod S (source) jako N emitor (E), obdobně jako u bipolárních tranzistorů. Obrázek 1 - typy unipolárních tranzistorů Rozlišujeme tranzistory s kanálem typu N nebo kanálem typu P. Vodivost tranzistoru je řízena změnou vodivosti vodivého kanálu uvedeného typu v prostoru pod izolovanou řídicí elektrodou hradlem. Podle způsobu, jak je hradlo izolováno od polovodičové struktury, rozlišujeme dva typy tranzistorů. Obrázek 2 - Unipolární tranzistor P-Kanál 1.2 Použití unipolárních tranzistorů Unipolární tranzistor lze použít v zesilovačích v zapojeních se společnou bázi, emitorem, nebo kolektorem (resp.se společnou elektrodou gate, drain, nebo source). Další oblastí využití unipolárních tranzistorů je spínání. Tranzistory se chovají skoro stejně, jako kontakty mechanického spínače 2
1.3 Tranzistor typu MOSFET Metal Oxide Semiconductor FET Obrázek 3 - schématická značka N MOS a P MOS Hradlo je izolováno tenkou vrstvičkou izolantu, např. SiO 2 a tak stejnosměrný vstupní odpor tohoto prvku je teoreticky nekonečný. Do substrátu o vodivosti P jsou nadifundovány dvě oblasti typu N+ a tyto oblasti slouží jako elektrody S a D. Řídicí elektroda je mezi těmito oblastmi a je izolována tenkou vrstvou SiO2. 1.4 Tranzistor typu JFET Junction Field Effect Tranzistor Obrázek 4 - schématická značka N JFET a P JFET Tranzistor je tvořen základní destičkou polovodiče jednoho typu (například N), na které je ze dvou stran vytvořena brána (hradlo) z polovodiče opačného typu (P). Bránou prochází kanál, kterým protéká proud. Tranzistory N JFET jsou otevřené při nulovém napětí mezi řídící elektrodou a emitorem, záporným napětím přivedeným na řídící elektrodu se zavírají. Tranzistory P JFET se připojují kolektorem na záporné napětí a emitorem na kladné napětí a jsou otevřené při nulovém napětí mezi řídící elektrodou a emitorem, kladným napětím přivedeným na řídící elektrodu se zavírají. 1.5 Kontrolní otázky 1. Jaký je rozdíl mezi bipolárním a unipolární tranzistorem? 2. Jak se nazývají elektrody unipolárního tranzistoru? 3. Jaké jsou typy unipolárních tranzistorů? 4. Jaké je použití unipolárních tranzistorů? 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 - TYPY UNIPOLÁRNÍCH TRANZISTORŮ... 2 OBRÁZEK 2 - UNIPOLÁRNÍ TRANZISTOR P-KANÁL... 2 OBRÁZEK 3 - SCHÉMATICKÁ ZNAČKA N MOS A P MOS... 3 OBRÁZEK 4 - SCHÉMATICKÁ ZNAČKA N JFET A P JFET... 3 6