Tranzistory (tranzistory, anglicky) se nazývají polovodičové triody, které mají tři výstupy. Jejich hlavní vlastností je schopnost řídit vysoký proud na výstupech obvodu pomocí relativně nízkých vstupních signálů.
Pro rádiové součástky, které se používají v moderních komplexních elektrických spotřebičích, se používají tranzistory s efektem pole. Díky vlastnostem těchto prvků dochází k zapínání nebo vypínání proudu v elektrických obvodech desek plošných spojů, případně k jeho zesílení.
Co je to tranzistor s efektem pole
Tranzistory s efektem pole jsou tři nebo čtyři kontaktní zařízení, ve kterých lze proud jdoucí do dvou kontaktů regulovat napětím elektrického pole třetího kontaktu. na dvou kontaktech je regulováno napětím elektrického pole na třetím. V důsledku toho se takové tranzistory nazývají tranzistory s efektem pole.
Název kontaktů umístěných v zařízení a jejich funkce:
- Zdroje – kontakty s příchozím elektrickým proudem, které jsou umístěny v sekci n;
- Svody – kontakty s odchozím, zpracovaným proudem, které jsou umístěny v sekci n;
- Hradla – kontakty umístěné v sekci p, změnou napětí, na kterém se na zařízení upravuje propustnost.
Tranzistory s efektem pole s np přechody jsou speciální typy, které umožňují řídit proud. Zpravidla se liší od jednoduchých tím, že jimi protéká proud, aniž by překročil úsek p-n přechodů, úsek, který se tvoří na hranicích těchto dvou zón. Velikost oblasti p-n je nastavitelná.
Video „Podrobnosti o tranzistorech s efektem pole“
Typy tranzistorů s efektem pole
Tranzistor s efektem pole s n-p přechody je rozdělen do několika tříd v závislosti na:
- Z typu kanálů vodičů: n nebo p. Kanály ovlivňují znaky, polarity, řídicí signály. Znaménko musí být opačné než n-site.
- Ze struktury zařízení: difúzní, legované p-n přechody, se Schottkyho hradly, tenkovrstvé.
- Z celkového počtu kontaktů: mohou být tři nebo čtyři kontakty. U čtyř kontaktních zařízení jsou substráty také hradla.
- Z použitých materiálů: germanium, křemík, arsenid gallia.
Na druhé straně dochází k rozdělení tříd v závislosti na principu činnosti tranzistoru:
- zařízení ovládaná p-n přechody;
- zařízení s izolovanými vraty nebo závorami Schottky.
Princip činnosti tranzistoru s efektem pole
Jednoduše řečeno o tom, jak funguje tranzistor s efektem pole pro figuríny s řídicími pn přechody, stojí za zmínku: rádiové komponenty se skládají ze dvou částí: p-přechody a n-přechody. Úsekem n prochází elektrický proud. Úsek p je překrývající se zóna, druh ventilu. Pokud na něj vyvinete určitý tlak, zablokuje oblast a zabrání průchodu proudu. Nebo naopak s poklesem tlaku se zvýší množství procházejícího proudu. V důsledku takového tlaku dochází ke zvýšení napětí na kontaktech bran umístěných v úseku řeky.
Zařízení s řídicími pn kanálovými přechody jsou polovodičové destičky s elektrickou vodivostí jednoho z těchto typů. Na koncové strany desek jsou připojeny kontakty: odtok a zdroj, uprostřed – hradlové kontakty. Princip činnosti zařízení je založen na změně prostorových tlouštěk pn přechodů. Protože v blokovacích oblastech prakticky neexistují žádné mobilní nosiče náboje, je jejich vodivost nulová. V polovodičových waferech, v jejichž oblastech není blokovací vrstva ovlivněna, se vytvářejí proudově vodivé kanály. Je-li vůči zdroji aplikováno záporné napětí, vytvoří se v hradle, kterým proudí nosiče náboje, proud.
Pro izolované brány je charakteristické umístění tenké vrstvy dielektrika na nich. Takové zařízení funguje na principu elektrických polí. K jeho zničení stačí jen trochu elektřiny. V tomto ohledu, aby se zabránilo statickému napětí, které může přesáhnout 1000 V, je nutné vytvořit speciální pouzdra pro zařízení, která minimalizují účinek vystavení virovým typům elektřiny.
Proč potřebujete tranzistor s efektem pole
Při zvažování provozu složitých typů elektrotechniky stojí za zvážení provoz tak důležité součásti integrovaného obvodu, jako je tranzistor s efektem pole. Hlavní úkol použití tohoto prvku spočívá v pěti klíčových oblastech, v souvislosti s nimiž se tranzistor používá pro:
- Vysokofrekvenční zesílení.
- Zesílení nízké frekvence.
- Modulace.
- DC zesílení.
- Klíčová zařízení (spínače).
Jako jednoduchý příklad lze provoz tranzistorového spínače znázornit jako mikrofon a žárovku v jedné sestavě. Díky mikrofonu jsou zachycovány zvukové vibrace, které ovlivňují vzhled elektrického proudu tekoucího do oblasti uzamčeného zařízení. Přítomnost proudu ovlivňuje zapnutí zařízení a zapnutí elektrického obvodu, ke kterému jsou připojeny žárovky. Ty se rozsvítí poté, co mikrofon zachytí zvuk, ale spálí se kvůli napájecím zdrojům, které nejsou připojeny k mikrofonu a jsou výkonnější.
Modulace se používá k řízení informačních signálů. Signály řídí frekvence oscilací. Modulace se používá pro vysoce kvalitní zvukové rádiové signály, pro přenos zvukových frekvencí do televizních přenosů, pro vysílání barevných obrazů a televizních signálů ve vysoké kvalitě. Modulace se používá všude tam, kde je potřeba pracovat s vysoce kvalitními materiály.
Jako zesilovače fungují tranzistory s efektem pole ve zjednodušené formě podle tohoto principu: graficky lze jakékoli signály, zejména zvukovou řadu, znázornit jako přerušovanou čáru, kde její délka je časový interval a výška přestávky je frekvence zvuku. Pro zesílení zvuku je do rádiové součástky přiváděn silný proud napětí, který díky přívodu slabých signálů na ovládací kontakty získá požadovanou frekvenci, ale s vyšší hodnotou. Jinými slovy, díky zařízení dochází k proporcionálnímu překreslení původní čáry, ale s vyšší špičkovou hodnotou.
Jak používat tranzistor s efektem pole pro figuríny
První zařízení, která vstoupila na trh do prodeje a ve kterých byly použity tranzistory s efektem pole s řídicími pn přechody, byla naslouchátka. Jejich vynález se uskutečnil v padesátých letech XX století. Ve větším měřítku se používaly jako prvky pro telefonní ústředny.
V dnešní době lze využití takových zařízení vidět v mnoha typech elektrotechniky. V přítomnosti malých velikostí a velkého seznamu charakteristik se tranzistory s efektem pole nacházejí v kuchyňských spotřebičích (toustovače, varné konvice, mikrovlnné trouby), v počítačích, audio a video zařízeních a dalších elektrických spotřebičích. Používají se pro systémy požární signalizace.
V průmyslových podnicích se tranzistorové zařízení používá k řízení napájení obráběcích strojů. V oblasti dopravy jsou instalovány ve vlacích a lokomotivách, v systémech vstřikování paliva na osobních vozech. V bytovém a komunálním sektoru umožňují tranzistory sledovat dispečerské a řídicí systémy veřejného osvětlení.
Také nejoblíbenější oblastí, ve které se tranzistory používají, je výroba součástek používaných v procesorech. Zařízení každého procesoru poskytuje několik miniaturních rádiových komponent, které při zvýšení frekvence o více než 1,5 GHz vyžadují zvýšenou spotřebu energie. V souvislosti s těmito vývojáři procesorové technologie se rozhodli vytvořit vícejádrové zařízení, spíše než zvýšit taktovací frekvenci.
Výhody a nevýhody tranzistorů s efektem pole
Použití tranzistorů s efektem pole díky jejich univerzálním charakteristikám umožnilo obejít jiné typy tranzistorů. Jsou široce používány v integrovaném obvodu jako spínač.
- dílčí kaskády spotřebovávají malé množství energie;
- indikátory zesílení překračují hodnoty jiných podobných zařízení;
- vysoká odolnost proti hluku je dosažena díky skutečnosti, že v bráně není žádný proud;
- mají vyšší zapínací a vypínací rychlost, pracují s frekvencemi nedostupnými pro jiné tranzistory.
- méně odolné vůči vysokým teplotám, které vedou ke zničení;
- při frekvencích nad 1,5 GHz se množství spotřebované energie rychle zvyšuje;
- citlivé na statickou elektřinu.
Díky vlastnostem, které mají polovodičové materiály, které jsou základem pro tranzistor s efektem pole, umožňují použití zařízení v domácím a průmyslovém sektoru. Tranzistory s efektem pole jsou vybaveny různými domácími spotřebiči, které používá moderní člověk.
