Przeczytaj
Warto przeczytać
W obwodach prądu stałego anoda to elektroda, która przyjmuje ładunek ujemny lub wysyła dodatni, zaś katoda to elektroda wysyłająca ładunek ujemny lub przyjmująca dodatni.
Trzecim rodzajem są elektrody oddziałujące przede wszystkim z wytwarzanym przez siebie polem elektrycznym, niekiedy także przyjmujące i emitujące ładunki elektryczne. Tego typu elektrody występują w tranzystorach i lampach elektronowych, gdzie odpowiadają za sterowanie przepływem prądu przez dany element.
Tranzystory są elementami elektronicznymi, których podstawową właściwością jest możliwość sterownia prądem o dużym natężeniu, za pomocą prądu o małym natężeniu. Ta właściwość pozwala:
wzmacniać amplitudę małego prądu - tranzystor działa jako wzmacniacz,
włączać i wyłączać prąd o dużym natężeniu prądem o małym natężeniu - tranzystor działa jako klucz.
Działanie tranzystora zależy od napięć, jakie doprowadzają do niego elektrody. Więcej o działaniu tranzystorów przeczytasz w e- materiałach: „Czym jest tranzystor?”, „Zasada działania tranzystora npn” i „Zasada działania tranzystora pnp”.
Stosowane są dwa typy tranzystorów: bipolarne i unipolarne.
Tranzystor bipolarny to tranzystor, w którym istotny udział w przewodzeniu prądu mają dwa typy nośników prądu występujące w półprzewodnikach: elektrony i dziury. Powstaje z połączenia trzech warstw półprzewodników p i n ułożonych w kolejności p‑n-p lub n‑p-n (Rys. 1.).
Poszczególne warstwy tranzystora i doprowadzone do nich elektrody noszą nazwy odzwierciedlające ich rolę w działaniu tranzystora:
emiter (oznaczony oznaczany literą E) to warstwa silnie domieszkowana, stanowiąca źródło nośników prądu;
baza (oznaczona literą B) – warstwa cienka i słabo domieszkowana; jej zadaniem jest sterowanie prądem przepływającym przez tranzystor;
kolektor (oznaczony literą C) – „zbiera” ładunki przepływające przez tranzystor.
Działanie tranzystora bipolarnego polega na sterowaniu prądem w obwodzie kolektora IIndeks dolny C Indeks dolny koniecC za pomocą prądu płynącego w obwodzie bazy IIndeks dolny BB. Jest to możliwe dzięki temu, że obszar bazy jest bardzo cienki i nośniki przenoszące prąd w obwodzie emiter – baza bardzo łatwo przenikają do obszaru kolektora i silnie wpływają na natężenie prądu płynącego w obwodzie emiter – kolektor.
Tranzystory unipolarne (polowe) to tranzystory, w których sterowanie prądem odbywa się za pomocą pola elektrycznego, a przewodzenie prądu odbywa się dzięki jednemu rodzajowi nośników.
Jednym z typów tranzystorów polowych jest tranzystor JFET (ang. Junction Field Effect Tranzystor). Schemat budowy tego tranzystora przedstawia Rys. 2.
Prąd przepływa między elektrodami S (źródło) i D (dren) po przyłożeniu między nimi napięcia. Wartość natężenia prądu jest sterowana napięciem przyłożonym między elektrodami S i G (bramka). Napięcie przyłożone do bramki zmienia opór elektryczny obszaru między źródłem i drenem.
Efekt działania obu rodzajów tranzystorów jest podobny: dwie elektrody doprowadzają napięcie do tranzystorów zachowując się podobnie jak katoda i anoda. Elektrodami tymi są emiter i kolektor w tranzystorze bipolarnym oraz źródło i dren w tranzystorach unipolarnych. Jedna z nich emituje nośniki prądu (emiter i źródło) , zadaniem drugiej jest zbieranie ładunków przepływających przez tranzystor. Napięcie doprowadzane do trzeciej elektrody: bazy w tranzystorach bipolarnych i bramki w tranzystorach unipolarnych steruje natężeniem prądu przepływającego przez tranzystor.
W zależności od wielkości i kierunków napięć doprowadzonych do elektrod, tranzystor może znaleźć się w różnych stanach pracy. Dla tranzystora bipolarnego wyróżnia się następujące stany:
– Aktywny, w którym tranzystor pracuje jako wzmacniacz, a związek między natężeniami prądów kolektora i bazy opisuje wzór IIndeks dolny cc = beta·IIndeks dolny BB , gdzie beta – współczynnik wzmocnienia tranzystora. Jego wartość wynosi zazwyczaj powyżej 100.
– Nasycenia, gdy duży prąd bazy dostarcza na tyle dużo nośników prądu w obszar bazy, że opór elektrycznyopór elektryczny obwodu kolektor - emiter staje się bardzo mały, napięcie między kolektorem i emiterem spada do wartości bliskiej zero i natężenie prądu kolektora praktycznie nie zależy od napięcia zasilania obwodu emiter – kolektor.
– Zatkania, w którym napięcie UIndeks dolny EBEB jest równe 0 lub jest w stanie zaporowym, wówczas z powodu braku nośników prądu w obszarze bazy, natężenie prądu kolektora Ic jest praktycznie równe 0.
– Inwersyjnym, gdzie emiter jest spolaryzowany zaporowo, a kolektor w stanie przewodzenia. Stan ten charakteryzuje niewielkie wzmocnienie prądowe tranzystora.
Analogiczne, ale inaczej nazywane, stany pracy mają tranzystory unipolarne.
Zastosowania tranzystora związane są z jego możliwymi stanami pracy:
- W stanie aktywnym tranzystor może pracować jako wzmacniacz.
- Przejście tranzystora między stanem nasycenia a zatkania wykorzystywane jest jako szybki system przełączający (tzw. klucz tranzystorowy) w logicznych obwodach cyfrowych oraz układach impulsowych.
Słowniczek
(ang.: elctric resistance (active)) wielkość charakteryzująca relację między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. Zazwyczaj opór elektryczny oznacza się literą R i definiuje się wzorem , gdzie: R – opór przewodnika elektrycznego, U – napięcie między końcami przewodnika, I – natężenie prądu elektrycznego.
(ang.: concentration of current carriers) ilość nośników prądu w jednostce objętości.
(ang.: majority carriers) nośniki ładunku elektrycznego w półprzewodnikach występujące w większości. Ich źródłem są atomy domieszek. W półprzewodnikach typu n nośnikami większościowymi są elektrony, w półprzewodnikach typu p – dziury. Koncentracja nośników większościowych jest w typowych półprzewodnikach około 10 miliardów razy większa niż nośników mniejszościowych, których źródłem są atomy samoistne półprzewodnika.
(ang.: the blocking direction (state) of the p‑n connector) stan, w którym do złącza p‑n przyłożone jest napięcie powodujące wzrost bariery ładunku i napięcia na złączu i złącze praktycznie nie przewodzi prądu. Płynie jedynie prąd o bardzo małym natężeniu – około 1muA, przenoszony przez nośniki mniejszościowe, których źródłem nie są domieszki, tylko atomy macierzyste półprzewodnika. W stanie zaporowym minus napięcia jest przyłożony do części p złącza, a plus do części n.
(ang.: conduction direction (state) of the p‑n connector) stan, w którym do złącza p‑n przyłożone jest napięcie powodujące zmniejszenie bariery ładunku i napięcia na złączu i złącze dobrze przewodzi prąd. W stanie przewodzenia minus napięcia jest przyłożony do części n złącza, a plus do części p.
(ang.: electric signal) to zazwyczaj zmienny w czasie przebieg prądu elektrycznego, przenoszący informację. Sygnały mogą być opisane przebiegiem zależności napięcia elektrycznego lub natężenia prądu od czasu.