Slide 1

Tranzystor

Miłosz Andrzejewski IE


Slide 2

Tranzystor


Slide 3

 Tranzystor - trójelektrodowy półprzewodnikowy element
elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania
sygnału elektrycznego. Według oficjalnej dokumentacji z
Laboratoriów Bella nazwa urządzenia wywodzi się od
słów transkonduktancja (transconductance) i warystor
(varistor), jako że "element logicznie należy do rodziny
warystorów i posiada transkonduktancję typową dla
elementu z współczynnikiem wzmocnienia co czyni taką
nazwę opisową"


Slide 4

Historia
 Pierwsze trzy patenty tranzystora zostały udzielone w 1928 r. w
Niemczech Juliusowi Edgarowi Lilienfeldowi. On jednak
prawdopodobnie nie wykorzystał swoich projektów i
tranzystora nie skonstruował - dopiero eksperyment
przeprowadzony w latach 90. XX wieku wykazał, że jeden z nich
działałby prawidłowo.
 Pierwszy tranzystor został skonstruowany 16 grudnia 1947 roku
w laboratoriach firmy Bell Telephone Laboratories.
Wynalazcami są John Bardeen, Walter Houser Brattain oraz
William Bradford Shockley, za co otrzymali Nagrodę Nobla z
fizyki w 1956.
 Pierwszym tranzystorem produkowanym w małych ilościach w
Polsce był tranzystor ostrzowy TC1. Pierwszymi
produkowanymi na skalę przemysłową przez Tewę były
germanowe tranzystory stopowe TG1 i TG2.


Slide 5

Replika pierwszego tranzystora


Slide 6

Znaczenie
 Wynalezienie tranzystora uważa się za przełom w elektronice,
zastąpił on bowiem duże, zawodne lampy elektronowe, dając
początek coraz większej miniaturyzacji przyrządów i urządzeń
elektronicznych, zwłaszcza że dzięki mniejszemu poborowi
mocy można było zmniejszyć też współpracujące z
tranzystorami elementy bierne.


Slide 7

Zastosowanie
 Tranzystor ze względu na swoje właściwości
wzmacniające znajduje bardzo szerokie
zastosowanie. Jest wykorzystywany do budowy
wzmacniaczy różnego rodzaju: różnicowych,
operacyjnych, mocy (akustycznych),
selektywnych, pasmowych. Jest kluczowym
elementem w konstrukcji wielu układów
elektronicznych, takich jak źródła prądowe,
lustra prądowe, stabilizatory, przesuwniki
napięcia, klucze elektroniczne, przerzutniki czy
generatory.


Slide 8

Zastosowanie
 Dzięki rozwojowi technologii oraz ze
względów ekonomicznych większość
wymienionych wyżej układów
tranzystorowych realizuje się w
postaci układów scalonych. Co więcej,
niektórych układów, jak np.
mikroprocesorów liczących sobie
miliony tranzystorów, nie sposób
byłoby wykonać bez technologii
scalania.


Slide 9

Wyróżnia się dwie główne grupy
tranzystorów
 Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów, różniące się
zasadniczo zasadą działania.
1. Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją
prądu wejściowego (sterowanie prądowe).
2. Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd
wyjściowy jest funkcją napięcia (sterowanie napięciowe).


Slide 10

Tranzystor bipolarny
 tranzystor bipolarny – tranzystor, który zbudowany jest z
trzech warstw półprzewodników o różnym rodzaju
przewodnictwa, tworzących dwa złącza PN; sposób
polaryzacji złącz determinuje stan prac tranzystora.
 Tranzystor posiada trzy końcówki przyłączone do warstw
półprzewodnika, nazywane:
-emiter (ozn. E),
-baza (ozn. B),
-kolektor (ozn. C).
 Ze względu na kolejność warstw półprzewodnika
rozróżnia się dwa typy tranzystorów: pnp oraz npn; w
tranzystorach npn nośnikiem prądu są elektrony, w
tranzystorach pnp dziury.


Slide 11

Tranzystor-bipolarany-epiplanarny


Slide 12

Cztery stany pracy tranzystora
bipolarnego:
 Rozróżnia się cztery stany pracy tranzystora bipolarnego:
 stan zatkania (odcięcia): złącza BE i CB spolaryzowane są w
kierunku zaporowym,
 stan nasycenia: złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku
przewodzenia,
 stan aktywny: złącze BE spolaryzowane w kierunku
przewodzenia, zaś złącze CB zaporowo,
 stan aktywny inwersyjny (krócej: inwersyjny): BE zaporowo, CB
w kierunku przewodzenia (odwrotnie niż stanie aktywnym).
 Stan aktywny tranzystora jest podstawowym stanem pracy
wykorzystywanym we wzmacniaczach; w tym zakresie pracy
tranzystor charakteryzuje się dużym wzmocnieniem prądowym
(kilkadziesiąt-kilkaset).
 Stany nasycenia i zatkania stosowane są w technice
impulsowej, jak również w układach cyfrowych.
 Stan aktywny inwersyjny nie jest powszechnie stosowany,
ponieważ ze względów konstrukcyjnych tranzystor
charakteryzuje się wówczas gorszymi parametrami niż w stanie
aktywnym (normalnym), m.in. mniejszym wzmocnieniem
prądowym.


Slide 13

Zasada działania


Slide 14

Zasada działania
 Zasada działania tranzystora bipolarnego od strony 'użytkowej'
polega na sterowaniu wartością prądu kolektora za pomocą
prądu bazy. (Prąd emitera jest zawsze sumą prądu kolektora i
prądu bazy). Prąd kolektora jest wprost proporcjonalny do
prądu bazy, współczynnik proporcjonalności nazywamy
wzmocnieniem tranzystora i oznaczamy symbolem h21E lub
grecką literą β
 Napięcie przyłożone do złącza baza-emiter w kierunku
przewodzenia wymusza przepływ prądu przez to złącze –
nośniki większościowe (elektrony w tranzystorach NPN lub
dziury w tranzystorach PNP) przechodzą do obszaru bazy (stąd
nazwa elektrody: emiter, bo emituje nośniki). Nośniki
wprowadzone do obszaru bazy przechodzą bezpośrednio do
kolektora – jest to możliwe dzięki niewielkiej grubości obszaru
bazy – znacznie mniejszej niż droga swobodnej dyfuzji
nośników ładunku w tym obszarze (ok. 0,01-0,1 mm), co
pozwala na łatwy przepływ nośników przechodzących przez
jedno ze złącz do obszaru drugiego złącza – nośniki
wstrzyknięte do bazy niejako 'siłą rozpędu' dochodzą do złącza
kolektor baza. Ponieważ złącze to jest spolaryzowane w
kierunku zaporowym to nośniki mniejszościowe są 'wsysane'
do kolektora.


Slide 15

Parametry dla przykładowych
tranzystorów.


Slide 16

Tranzystor polowy, tranzystor
unipolarny
 Tranzystor polowy, tranzystor unipolarny, FET (ang. Field
Effect Transistor) - tranzystor, w którym sterowanie
prądem odbywa się za pomocą pola elektrycznego.
 Zasadniczą częścią tranzystora polowego jest kryształ
odpowiednio domieszkowanego półprzewodnika z
dwiema elektrodami: źródłem (symbol S od angielskiej
nazwy source) i drenem (D, drain). Pomiędzy nimi tworzy
się tzw. kanał, którym płynie prąd. Wzdłuż kanału
umieszczona jest trzecia elektroda, zwana bramką (G,
gate). W tranzystorach epiplanarnych, jak również w
przypadku układów scalonych, w których wytwarza się
wiele tranzystorów na wspólnym krysztale, wykorzystuje
się jeszcze czwartą elektrodę, tzw. podłoże (B, bulk albo
body), służącą do odpowiedniej polaryzacji podłoża.


Slide 17

Klasyfikacja tranzystorow
unipolarnych .