Tranzistor je aktivní polovodičová součástka se třemi vývody. Používá se zejména v zesilovačích, nebo spínacích obvodech.
Podle technologie výroby se rozdělují na bipolární a unipolární. Bipolární dále na NPN a PNP, unipolární na JFET, MOSFET s vodivým kanálem a MOSFET s indukovaným kanálem P nebo N.
Běžnější jsou tranzistory bipolární, které mají dva polovodičové přechody a tři elektrody zvané báze (B), emitor (E) a kolektor (C). Na vstupní elektrodu (bázi) musíme přivést napětí, které vyvolá vstupní proud. Polovodičový přechod mezi bází a emitorem je v propustném směru a napětí mezi bází a emitorem je menší než 1V. Malým proudem protékajícím do báze se ovládá větší proud tekoucí mezi kolektorem a emitorem (tranzistor zesiluje proud).
Na rozdíl od bipolárních prochází řízený proud u unipolárních tranzistorů jen polovodičem jednoho typu. Mají velmi malý úbytek napětí v sepnutém stavu a ovládají se pouze napětím. Proud přechodem prochází vždy, i když na vstupní elektrodě není žádné napětí (kromě MOS-FET s indukovaným kanálem). Jejich vstupní odpor je velmi vysoký (až 1017 Ω). Vstupní elektroda G (Gate - brána) je izolována od polovodičového přechodu typu N nebo P. Další elektrody jsou označovány S (Source - zdroj) a D (Drain - odtok).
Schématické značky
Pouzdra (Package)
Pro klasickou montáž se nejčastěji používají pouzdra TO92 nebo TO220 pro výkonové tranzistory. Pro povrchovou montáž například pouzdro SOT23.
Zapojení vývodů se u jednotlivých typů liší. Informace o konkrétním tranzistoru naleznete v katalogu součástek a webových stránkách výrobců nebo prodejců. Komplexní údaje v datasheetu, například zde.
Ukázka údajů z datasheetu pro tranzistor BC546:
Nejsou-li vývody tranzistoru zapojeny správně nebo je špatně připojené napájecí napětí, tranzistor se může nenávratně poškodit!
Základní parametry
U bipolárních tranzistorů patří k hlavním parametrům proudový zesilovací činitel označovaný jako h21e nebo hFE. Jedná se o bezrozměrné číslo udávající kolikrát větší je proud kolektoru v poměru k proudu báze.
| Příklad technických parametrů bipolárního tranzistoru BC546B | ||
| Ic | 0,1 | A |
| U(CE0) | 65 | V |
| U(CB0) | 80 | V |
| Pd | 0,65 | W |
| h(21E) | 110-220 | |
| f(T) | 300 | MHz |
| Pouzdro | TO92 | |
Unipolární tranzistory se používají zejména ve spínaných zdrojích, proto je důležitým parametrem odpor v sepnutém stavu Rds, který by měl být co nejnižší.
| Příklad technických parametrů unipolárního tranzistoru IRL540N | ||
| Provedení | Vývodové | |
| Technologie | N-MOSFET | |
| Idss | 30 | A |
| Uds | 100 | V |
| Ugs | 16 | V |
| Rds | 0,044 | Ω |
| Pd | 94 | W |
| Pouzdro | TO220AB | |
Možnosti zapojení
Protože tranzistor má tři vývody, lze ho z hlediska vstupu a výstupu do obvodu zapojit třemi způsoby. U bipolárních tranzistorů vychází názvy z toho, že jeden z vývodů je použit společně jak pro vstup, tak i pro výstup.
| Název | Principiální schéma | Výkonové zesílení | Napěťové zesílení | Proudové zesílení | Vstupní odpor | Výstupní odpor | Fázový posun napětí | Fázový posun proudu |
|
Společný emitor |
 |
velké (až 104) | velké | velké | malý až střední | velký | 180º | 0º |
|
Společný kolektor |
 |
malé až střední | >1 | velké |
velmi vysoký (až 106 Ω) |
velmi nízký (102 Ω) |
0º | 180º |
|
Společná báze |
 |
malé až střední | 102 | >1 | 1 až 10 Ω | 105 až 106 Ω | 0º | 180º |
Zapojení se společným emitorem (SE)
Nejčastěji používané zapojení bipolárních tranzistorů, které má největší výkonové zesílení (104).
Příklad zapojení zesilovače se společným emitorem:
Zapojení se společným kolektorem (SC) - emitorový sledovač
Používá se buď k zesílení signálu ze zdrojů s velkým vnitřním odporem (např. krystalové přenosky) nebo k přizpůsobení výstupu zesilovače na malý zatěžovací odpor (např. na koaxiální kabel nebo sluchátka).
Příklad zapojení zesilovače se společným kolektorem:
Zapojení se společnou bází (SB)
Používá se ojediněle k zesílení signálů zdrojů s malým vnitřním odporem (antény, termočlánky).
Příklad zapojení zesilovače se společnou bází:
Měření
Nejpohodlnější je použití testeru součástek. Vývody je možné připojit v libovolném pořadí. Tester automaticky zjistí a zobrazí typ tranzistoru, schématickou značku i zapojení vývodů včetně změřených hodnot (např. hFE u bipolárních tranzistorů).
Použít můžete také multimetr, který měří hFE u bipolárních tranzistorů. Důležité je správné zapojení vývodů tranzistoru včetně polarity
(NPN, PNP).
Ke kontrole funkčnosti bipolárních tranzistorů postačí i běžný ohmmetr. Vycházíme z toho, že tranzistor obsahuje dva proti sobě orientované polovodičové přechody a lze si ho tedy představit jako dvě diody, viz obrázek.
Pomocí ohmmetru tedy postupně změříme obě diody v propustném i závěrném směru.
Příklad měření NPN bipolárního tranzistoru:
- Kladnou svorku ohmmetru připojíme na bázi (B) a zápornou postupně na kolektor (C) a emitor (E). Ohmmetr by měl ukazovat malou hodnotu odporu.
- Zápornou svorku ohmmetru připojíme na bázi (B) a kladnou postupně na kolektor (C) a emitor (E). Ohmmetr by měl ukazovat vysokou hodnotu odporu.
- Ohmmetr připojíme mezi kolektor (C) a emitor (E). V obou směrech (kladná svorka na kolektoru a pak na emitoru) bychom měli změřit vysokou hodnotu odporu.
Při měření bipolárního tranzistoru PNP postupujeme stejně, ale vždy s opačnou polaritou svorek ohmmetru.
Příklady použití tranzistorů
Tranzistor jako spínač
Emitor tranzistoru T1 není spojen přímo s mínus pólem zdroje, ale je připojen na bázi trazistoru T2. Tímto je dosaženo větší citlivosti. Spojením svorek Imput začne protékat proud tranzistory T1 až T3 a rozsvítí se LED dioda.
Tranzistor jako zesilovač napětí
Dvoutranzistorový zesilovač se třemi obvody záporné zpětné vazby, které zvyšují stabilitu zapojení. Na výstupu je zapojen potenciometr pro regulaci hlasitosti.
Tranzistor jako regulátor napětí v laboratorním zdroji
Jednoduchý regulovaný zdroj.
Tranzistor T4, zapojený mezi výstupem usměrňovače a stabilizátoru, reguluje a stabilizuje výstupní napětí. Musí být umístěn na chladiči, protože zatěžován je značným výkonem.
Tranzistor ve výkonovém nízkofrekvenční zesilovači
Zesilovač s výkonem 0,8W. Klasické zapojení s komplementárními (NPN a PNP) tranzistory T2, T3 a nastavením klidového proudu pro snížení přechodového zkreslení trimrem P3.
Trimrem P2 se nastavuje pracovní bod (polovina napájecího napětí na + kondenzátoru C3).
Tranzistor jako oscilátor
Základní zapojení RC oscilátoru tvořeného rezistory R2 až R4 a kondenzátory C1 až C3.
Tranzistory se používají také v oscilátorech LC, kde je frekvence určována rezonančním kmitočtem.
Tranzistor jako klopný obvod
Zkoušečka obvodů, kde je zvuk tvořen astabilním klopným obvodem s tranzistory T1 a T2.
S tranzistory je možné také zhotovit bistabilní, monostabilní nebo schmittův klopný obvod.