Vysvetlíme, čo je tranzistor, jeho pôvod a ako funguje. Tiež typy tranzistorov a ich integrované obvody.
Čo je to tranzistor?
Nazýva sa tranzistor (z angličtiny:transfer resystém"Prenosový odpor") na typ polovodičového elektronického zariadenia schopného modifikovať elektrický výstupný signál v reakcii na vstupný signál, ktorý slúži ako jeho zosilňovač, spínač, oscilátor alebo usmerňovač.
Je to typ zariadenia bežne používaného v mnohých zariadeniach, ako sú hodinky, lampy, tomografy, mobilné telefóny, rádiá, televízory a predovšetkým ako súčasť integrovaných obvodov (čipy alebo mikročipy).
Tranzistory majú svoj pôvod v potrebe riadiť tok elektrický prúd v rôznych aplikáciách, ako súčasť vývoja v oblasti elektronika. Jeho priamym predchodcom bol prístroj, ktorý vynašiel Julius Edgar Lilienfeld v Kanade v roku 1925, ale až v polovici storočia ho bolo možné implementovať pomocou polovodičových materiálov (namiesto vákuových trubíc).
Prvé úspechy v tomto smere spočívali v rozšírení výkonu elektrického signálu jeho vedením cez dve zlaté vzpery nanesené na germániový kryštál.
Názov tranzistora navrhol americký inžinier John R. Pierce z prvých modelov navrhnutých Bell Laboratories. Prvý kontaktný tranzistor sa objavil v Nemecku v roku 1948, zatiaľ čo prvý vysokofrekvenčný tranzistor bol vynájdený v roku 1953 v Spojených štátoch.
Boli to prvé kroky k elektronickému výbuchu druhej polovice 20. storočia, ktorý umožnil okrem iného rozvoj tzv. počítačov.
Pri konštrukcii tranzistorov sa dnes používajú materiály ako germánium (Ge), kremík (Si), arzenid gália (GaAs) alebo zliatiny kremíka a germánia či kremíka a hliníka. V závislosti od použitého materiálu bude zariadenie schopné vydržať určité množstvo elektrického napätia a a teplota odporové zahrievanie max.
Ako funguje tranzistor?
Tranzistory pracujú na prúde prúdu, fungujú ako zosilňovače (prijímajú slabý signál a generujú silný) alebo ako spínače (prijímajú signál a odpájajú ho). K tomu dochádza v závislosti od toho, ktorú z troch pozícií tranzistor v určitom okamihu zaberá, a ktoré sú:
- V aktívnom. Premenlivá úroveň prúdu (viac alebo menej prúdu) môže prechádzať.
- Sekcionálne. Neprepúšťa elektrický prúd.
- V sýtosti. Umožňuje prejsť všetok tok elektrického prúdu (maximálny prúd).
V tomto zmysle funguje tranzistor ako uzatvárací kohútik v potrubí: ak je úplne otvorený, prepúšťa všetok tok Voda, ak je zatvorený nič neprepúšťa a vo svojich medzipolohách prepúšťa viac či menej vody.
Teraz sa každý tranzistor skladá z troch prvkov: základňa, kolektor a žiarič. Prvý je ten, ktorý sprostredkúva medzi emitorom (kam prúdi prúd) a kolektorom (kam prúd prúdi). A robí to, naopak, aktivovaný nižším elektrickým prúdom, odlišným od toho, ktorý je modulovaný tranzistorom.
Týmto spôsobom, ak základňa nedostáva prúd, tranzistor sa nachádza v odrezanej polohe; ak dostane stredný prúd, základňa otvorí tok o určitú hodnotu; a ak základňa dostane dostatočný prúd, potom sa priehrada úplne otvorí a prejde ňou plne modulovaný prúd.
Rozumie sa teda, že tranzistor funguje ako spôsob riadenia množstva elektriny to sa deje v určitom momente, čo umožňuje konštrukciu logických vzťahov vzájomného prepojenia.
Typy tranzistorov
Existuje niekoľko typov tranzistorov:
- Bodový kontaktný tranzistor. Tiež nazývaný "kontaktný hrot", je to najstarší typ tranzistora a pracuje na germániovej báze. Bol to revolučný vynález, aj keď bol náročný na výrobu, bol krehký a hlučný. Dnes sa už nepoužíva.
- Bipolárny tranzistor. Vyrobené na kryštále polovodičového materiálu, ktorý je selektívne a kontrolovane kontaminovaný atómov arzénu alebo fosforu (donory elektróny), čím sa generujú oblasti bázy, žiariča a kolektora.
- Tranzistor s efektom poľa. V tomto prípade sa používa kremíková tyč alebo iný podobný polovodič, v ktorého svorkách sú vytvorené ohmické svorky, teda pracujúce s kladným napätím.
- Fototranzistory. Týmto spôsobom sa nazývajú citlivé tranzistory na svetlov spektrách blízkych viditeľnému. Aby ich bolo možné ovládať pomocou elektromagnetických vĺn na diaľku.
Integrované obvody
Integrované obvody sú lepšie známe ako čipy alebo mikročipy a sú to malé štruktúry kremíka alebo iných polovodičov v zapuzdrení. plast keramické, ktoré bežne nájdeme v elektronických paneloch rôznych zariadení (počítače, kalkulačky, televízory a pod.).
Tieto obvody sa skladajú z mnohých malých tranzistorov a rezistorov umiestnených na plechu, aby mohli efektívne vykonávať úlohy manipulácie s elektrickým signálom, ako je napr. zosilnenie.