Tranzistori

Un tranzistor este unul dintre tipurile de dispozitive semiconductoare care este utilizat pentru a conduce și izola curentul electric sau tensiunile. Un tranzistor acționează ca un comutator și ca un amplificator.

Tranzistoarele sunt considerate una dintre componentele cheie în majoritatea componentelor electronice pe care le folosim astăzi. Este, de asemenea, considerată una dintre cele mai bune invenții din istoria științei și ingineriei. Este utilizat pentru a conduce curentul electric și tensiunea și, de asemenea, pentru a le izola. În acest articol, vom vorbi despre Tranzistor, tipurile sale, funcționarea, Avantajele și Dezavantajele unui Tranzistor și multe altele.

Ce este un Tranzistor?

Un tranzistor este un semiconductor care controlează fluxul de tensiune sau curent în semnalele electronice și le amplifică și acționează ca un comutator pentru acestea. Tranzistorul constă din trei straturi, fiecare dintre ele putând transporta un curent. Dacă tranzistorul funcționează ca un amplificator, atunci transformă un curent mic de intrare într-un curent mare de ieșire.

• În cazul unui comutator, poate fi una dintre cele două stări, adică PORNIT sau OPRIT, pentru a controla fluxul de semnale electronice printr-un dispozitiv electronic.
• Un tranzistor are trei straturi sau putem spune trei terminale și fiecare dintre ele transportă curentul.

Părțile unui Tranzistor

Așa cum s-a spus mai devreme, tranzistorul constă din trei straturi de materiale semiconductoare sau terminale care ajută la realizarea unei conexiuni la orice circuit extern și toate straturile transportă curentul. Aici, tensiunea sau curentul aplicat la oricare pereche de terminale controlează curentul sau tensiunea prin cealaltă pereche de terminale.

Există trei terminale pentru tranzistor, așa cum sunt menționate mai jos:

• Baza: Pentru a activa tranzistorul
• Colector: Conductorul pozitiv al tranzistorului
• Emitor: Conductorul negativ al tranzistorului

Practic, tranzistoarele funcționează pe baza fluxului de curent în dispozitiv de la un canal la altul.

Tipuri de Tranzistoare

Un Tranzistor poate fi clasificat în diverse categorii, însă există și alte tipuri de tranzistoare, dar vom discuta despre două tipuri principale, așa cum sunt menționate mai jos:

• Tranzistor Bipolar cu Juncțiune (BJT)
• Tranzistor cu Efect de Câmp (FET)

Tranzistor Bipolar cu Juncțiune (BJT)

Acest tip de Tranzistor este considerat unul dintre cele mai comune tipuri de tranzistoare. Tranzistorul BJT constă din trei terminale, adică emitor, bază și colector. Poate amplifica semnalul electric prin unirea tuturor celor trei straturi într-unul singur. În fluxul de curent, sunt implicate două tipuri de sarcini electrice, adică electroni și goluri.

BJT poate fi clasificat în continuare ca Tranzistor PNP și NPN

• Tranzistor P-N-P: În configurația P-N-P, golurile sunt purtătorii majoritari de sarcină. Când emitorul injectează goluri în tranzistor atunci când joncțiunea emitor-bază este polarizată direct. Acestea curg în regiunea bazei care controlează curentul care trece de la emitor la colector. Baza controlează acest flux, iar colectorul colectează golurile. Prin polarizarea inversă a joncțiunii colector-bază, fluxul este controlat, ceea ce permite modularea curentului de colector de către curentul de bază.
• Tranzistor N-P-N: În configurația N-P-N, electronii sunt purtătorii majoritari de sarcină. Electronii curg de la emitor la colector atunci când joncțiunea emitor-bază este polarizată direct. Baza controlează acest flux, iar colectorul colectează electronii. Prin polarizarea inversă a joncțiunii colector-bază, fluxul este controlat prin reglarea curentului de colector.

 

Tranzistor cu Efect de Câmp (FET)

Acest tip de tranzistor este un dispozitiv semiconductor cu trei terminale. Funcționarea sa se bazează pe o tensiune de intrare controlată. Utilizează un câmp electric pentru a controla câmpul de curent electric într-un semiconductor. Sunt cunoscuți și sub numele de tranzistoare unipolare, deoarece conțin operațiuni de tip purtător unic. FET utilizează fie electroni, fie goluri ca purtători de sarcină pentru funcționare, dar nu utilizează atât electroni, cât și goluri. Aceștia prezintă o impedanță de intrare ridicată la frecvențe joase.

Există două tipuri de FET, așa cum sunt menționate mai jos:

• JFET – FET cu poartă-joncțiune
• MOSFET – FET metal-oxid-semiconductor

 

Alte Tipuri

BJT și FET sunt principalele tipuri de tranzistoare bazate pe modul în care circuitul poate fi utilizat, în afară de acestea două există mai multe tipuri de tranzistoare, cum ar fi

• MOSFET (Tranzistor cu Efect de Câmp Metal-Oxid-Semiconductor): Utilizează o poartă izolată pentru a controla fluxul de electroni.
• JFET (Tranzistor cu Efect de Câmp cu Joncțiune): Controlează curentul cu un câmp electric aplicat pe un material semiconductor.
• IGBT (Tranzistor Bipolar cu Poartă Izolată): Combină caracteristicile atât ale MOSFET, cât și ale tranzistorului bipolar cu joncțiune (BJT), fiind utilizat în aplicații de mare putere.
• Tranzistor cu Film Subțire (TFT): Este utilizat în afișaje cu panou plat și senzori.
• HEMT (Tranzistor cu Mobilitate Electronică Ridicată):Este utilizat pentru funcționare la viteză mare și performanță cu zgomot redus.
• ITFET (Tranzistor cu Efect de Câmp în T Inversat):Utilizează o structură de poartă în formă de T inversat pentru performanțe îmbunătățite.
• FREDFET (Tranzistor cu Efect de Câmp cu Diodă Epitaxială cu Recuperare Rapidă Inversă): Este utilizat pentru aplicații de comutare la viteză mare cu timp redus de recuperare inversă.
• Tranzistor Schottky: Utilizează o barieră Schottky la joncțiunea bază-colector pentru a îmbunătăți viteza de comutare.
• Tranzistor cu Efect de Câmp Tunel (TFET):Este utilizat pentru funcționare la putere redusă.
• OFET (Tranzistor Organic cu Efect de Câmp):Este utilizat pentru electronice flexibile și afișaje.
• Tranzistor de Difuzie: Utilizează o joncțiune semiconductoare difuzată pentru amplificare.

 

Construcția Tranzistorului

Un tranzistor este un dispozitiv semiconductor cu trei straturi, care este intercalat între două tipuri identice de semiconductor. Procesul de intercalare se numește fabricarea tranzistorului.

În funcție de modul de construcție, este de două tipuri, așa cum sunt menționate mai jos: PNP și NPN

1. Construcția Tranzistorului PNP

În acest tip de tranzistor, tranzistorul de tip N este intercalat între două straturi de semiconductor de tip P, așa cum se arată în diagramă. În tranzistoarele de tip PNP, conducția are loc prin goluri care poartă o sarcină pozitivă, cu alte cuvinte, poate conduce în absența electronilor.

Rețineți că partea colectorului care transportă curentul este mai mică decât partea emitorului, iar partea bazei este cea care va controla fluxul de control între celelalte două părți.

2. Construcția Tranzistorului NPN

În acest tip particular de tranzistor, tranzistorul de tip P este intercalat între două straturi de semiconductor de tip N. În tranzistoarele de tip NPN , conducția are loc prin electroni și nu prin goluri. Rețineți că electronii care au o sarcină negativă trec de la emitor la bază și sunt colectați de colector.

De asemenea, baza controlează numărul de electroni de la emitor.

Cum funcționează Tranzistoarele?

Așa cum știm, BJT constă din trei straturi sau terminale, care sunt Emitor, Bază și Colector. Este un dispozitiv în care există două joncțiuni P-N în interiorul unui BJT.

• O joncțiune P-N există între regiunea emitorului și a bazei, iar a doua joncțiune există între regiunea colectorului și a bazei.
• Tranzistoarele sunt combinate pentru a forma o poartă logică în care compară mai mulți curenți de intrare și furnizează o ieșire.

Tranzistoarele sunt utilizate în circuite complexe de comutare care cuprind toate sistemele moderne de telecomunicații.

În funcționarea BJT, joncțiunea bază-emitor este polarizată direct, iar joncțiunea bază-colector este polarizată invers.

Funcționarea Tranzistorului NPN

Tranzistorul NPN este alcătuit din materiale de tip n, prin urmare majoritatea purtătorilor de sarcină sunt electroni care poartă sarcini negative. Atunci când joncțiunea bază-emitor este polarizată direct, electronii se vor deplasa din regiunea de tip n în regiunea de tip p, iar purtătorii minoritari de sarcină (golurile) se vor deplasa în regiunea de tip p. Dacă se combină și se întâlnesc, permit unui curent să curgă prin joncțiune. Dacă joncțiunea de aici este polarizată invers, atunci purtătorii de sarcină se îndepărtează de joncțiune. În acest caz, se va forma o regiune de depleție între cele două zone și nu va exista curent.

Dacă curentul curge între bază și emitor, atunci electronii se vor deplasa din regiunea emitorului în regiunea bazei. Rețineți că electronii se vor combina dacă ajung în regiunea superioară. Dacă electronii călătoresc fără a se recombina cu golurile, atunci electronii vor deriva spre colector. În acest fel, purtătorii de sarcină răspund și reacționează, iar curentul curge în circuitul colectorului.

Citiți și: Tranzistor PNP pentru detalii suplimentare.

Caracteristicile Tranzistorului

Reprezintă graficul sau structura care reprezintă relația dintre curentul și tensiunea unui tranzistor într-o configurație specifică. Caracteristicile unui Tranzistor sunt:

• Caracteristici de Intrare: Oferă informații despre modificarea curentului de intrare în funcție de variația tensiunii, menținând tensiunea de ieșire constantă.
• Caracteristici de Ieșire: Este un grafic al curentului de ieșire în funcție de tensiunea de ieșire, menținând tensiunea de intrare constantă.
• Caracteristici de Transfer de Curent: Acest grafic arată relația dintre curentul de ieșire și curentul de intrare, menținând tensiunea constantă.

1. Caracteristici de Intrare

Configurație CB (Bază Comună): Diagrama de mai jos va descrie variația curentului emitorului în funcție de tensiunea bază-emitor, menținând tensiunea colectorului constantă.

Configurație CC (Colector Comun): Graficul de mai jos arată variația curentului în concordanță cu tensiunea, menținând tensiunea colector-emitor constantă.

Configurație CE (Emitor Comun): Arată variația curentului în concordanță cu tensiunea, menținând tensiunea colector-emitor (Vce) constantă.

2. Caracteristici de Ieșire

Configurație CB: Graficul de mai jos prezintă variația curentului emitorului (I_e) în funcție de modificările V_ce, menținând I_b constant.

Configurație CC: În acest grafic se arată variația lui I_c în funcție de modificările V_ce, menținând I_b constant.

Configurație CE: Graficul arată variația lui I_c în funcție de I_e, menținând V_cb constant.

3. Caracteristici de Transfer de Curent

Configurație CB: Acest grafic arată variația curentului de colector  I_C în funcție de V_CB, când I_E este constant.

Configurație CC: Acest grafic arată variația lui  I_E în funcție de I_B, când V_CE este constant.

Configurație CE: Acest grafic arată variația lui  I_C în funcție de I_B ,când V_CE este constant.

Polarizarea Tranzistorului

Este un proces de aplicare a unei condiții de tensiune de operare DC la tranzistor, astfel încât semnalul de intrare AC să poată fi amplificat corect de tranzistor. Este unul dintre cele mai utilizate dispozitive semiconductoare, folosit pentru o gamă largă de aplicații. Pentru a obține aceste funcționalități, un tranzistor trebuie alimentat cu curent sau tensiune. Acest lucru poate fi realizat prin diverse circuite și tehnici de polarizare.

Tipuri de Polarizare a Tranzistorului

Ei bine, în acest context particular vom vedea tipurile de polarizare a tranzistorului, iar metodele cele mai comune preferate pentru polarizarea tranzistorului sunt menționate mai jos.

• Rezistor de Bază: Terminalul de bază al tranzistorului este conectat cu o valoare mare a rezistorului de bază, iar tranzistorul utilizat în circuit este de tip NPN, astfel încât celălalt capăt al rezistorului va fi conectat la partea pozitivă a sursei de alimentare. Acest lucru face ca joncțiunea bază-emitor să fie polarizată direct, iar terminalul de bază va fi pozitiv în comparație cu terminalul emitorului.
• Colector la Bază: În această polarizare colector-bază, circuitul constă dintr-un rezistor de bază care este conectat înapoi la terminalul colectorului. Este diferit de metoda rezistorului de bază. Rețineți că, dacă curentul la colector tinde să crească, tensiunea la rezistorul de sarcină crește, ceea ce duce la o creștere a valorii tensiunii la colector-emitor, iar curentul la bază va fi redus.
• Divizor de Tensiune: Acest tip de polarizare este larg preferat deoarece constă din doi rezistori. Această polarizare ajută la asigurarea stabilizării datorită rezistorului prezent la emitor, iar un dezavantaj al utilizării acestui tip de polarizare este că aici semnalele tind să se amestece în timpul utilizării acestei polarizări în circuite.

Condiții de Funcționare ale Tranzistorului

Când un semnal mic este aplicat între o pereche de terminale într-un tranzistor, un semnal poate fi operat pentru a controla un semnal mult mai mare la o altă pereche de terminale. În această parte, proprietatea tranzistorului este câștigată datorită puterii semnalului în procesul de comutare, iar ieșirea generată poate fi fie tensiune, fie curent, fie semnal electronic. Dacă intrarea crește, atunci și ieșirea crește. Cu alte cuvinte, este simplu de spus că ieșirea este proporțională cu intrarea. Datorită acestei activități particulare, tranzistorul poate acționa ca un amplificator.

Utilizarea principală a unui tranzistor este că face circuitul mai controlabil, iar fluxul de curent este determinat de alte elemente ale circuitului. În funcție de condițiile de polarizare, cum ar fi directă sau inversă, tranzistoarele au trei moduri majore de funcționare: regiunile de tăiere, activă și de saturație.

• Mod Activ: În acest mod, tranzistorul este utilizat în general ca amplificator de curent. În modul activ, două joncțiuni sunt polarizate diferit, ceea ce înseamnă că joncțiunea emitor-bază este polarizată direct, în timp ce joncțiunea colector-bază este polarizată invers. În acest mod, curentul curge între emitor și colector, iar cantitatea de curent care curge este proporțională cu curentul de bază.
• Mod de Tăiere: Aici, atât joncțiunea colector-bază, cât și joncțiunea emitorului sunt polarizate invers. Deoarece ambele joncțiuni PN sunt polarizate invers, nu există aproape niciun flux de curent, cu excepția unor scurgeri foarte mici de curenți. În modul BJT, acesta este oprit și este în esență un circuit deschis. Această regiune este utilizată în principal în circuitele de comutare și logice digitale.
• Mod de Saturație: În acest mod particular de funcționare, atât joncțiunile emitor-bază, cât și colector-bază sunt polarizate direct. Aici, curentul curge liber de la colector la emitor, cu o rezistență aproape de 0. În acest mod, tranzistorul este complet pornit și este un circuit închis. Este utilizat în principal în circuitele de comutare și logice digitale.

Importanța Tranzistoarelor

• Așa cum suntem conștienți, tranzistoarele sunt utilizate pentru construirea de comutatoare electronice simple. Sunt considerate elemente de bază în circuitele integrate. Pentru a construi un microprocesor, diverse numere de tranzistoare au fost încorporate într-un singur circuit integrat.
• Tranzistorul este utilizat în principal pentru aplicații de mare putere și frecvență joasă, cum ar fi adaptoarele de alimentare. În sistemele moderne de telecomunicații, tranzistoarele acționează ca circuite complexe de comutare.
• Tranzistoarele sunt dispozitive semiconductoare utilizate pentru echipamentele electronice moderne pentru a comuta semnale. Este considerat un element de construcție al mașinilor electronice moderne, fabricat din semiconductori.
• Așa cum știm, tranzistoarele constau din trei terminale care sunt utilizate pentru a controla tensiunea și curentul la cele două terminale. Astăzi, mai multe tranzistoare se găsesc în C încorporat.

Avantajele Tranzistorului

Iată câteva avantaje ale unui tranzistor:

• Are o tensiune de funcționare redusă și o durată de viață extrem de lungă.
• Realizează comutare rapidă și nu consumă energie.
• Prin utilizarea tranzistoarelor, se poate dezvolta o eficiență mai bună a circuitelor.
• Este utilizat pentru a dezvolta circuite integrate.
• Este mai mic ca dimensiune și mai ieftin.

Dezavantajele Tranzistorului

Iată câteva dezavantaje ale unui tranzistor:

• Dacă frecvența de comutare este mare, atunci tranzistorul are o pierdere mai mare de putere.
• Generează o cantitate mare de căldură și defectează circuitul.
• Este sensibil la radiații (raze cosmice).
• Este dificil de identificat tipul de eroare și de reparat tranzistoarele defecte din cauza dimensiunilor mici.
• Tranzistoarele produc puțină energie, care nu este suficientă pentru semnalele și dispozitivele electronice.

Aplicațiile Tranzistorului

Tranzistoarele sunt elemente de construcție fundamentale ale electronicii moderne. Sunt, în esență, comutatoare minuscule, în stare solidă, care pot amplifica sau regla un curent sau o tensiune. Iată câteva dintre aplicațiile lor cheie:

• Comutator: Tranzistoarele pot funcționa ca niște comutatoare electronice. Aplicând o tensiune mică, un flux mare de curent poate fi controlat pornit sau oprit. Această capacitate este crucială pentru circuitele digitale, fundamentul computerelor moderne și al multor alte dispozitive.
• Amplificator: Tranzistoarele pot prelua un semnal electric slab și îl pot face mult mai puternic. Acest lucru este esențial pentru aplicații precum aparatele auditive, amplificatoarele pentru instrumente muzicale și tehnologia radio.
• Circuite Integrate (CI): Tranzistoarele sunt miniaturizate și încorporate în număr mare pe cipuri mici de siliciu pentru a crea circuite integrate complexe. Aceste CI sunt inima electronicii moderne, găsindu-se în orice, de la smartphone-uri și computere la mașini și dispozitive medicale.
• Memorie: Tranzistoarele sunt utilizate în diverse dispozitive de memorie, cum ar fi Memoria cu Acces Aleatoriu (RAM) și memoria Flash, care permit dispozitivelor electronice să stocheze și să recupereze date.
• Porți Logice: Tranzistoarele pot fi combinate pentru a forma porți logice, elementele de construcție de bază ale circuitelor digitale. Porțile logice efectuează operații de bază precum AND, OR și NOT, ceea ce permite calcule complexe în cadrul dispozitivelor electronice.

Concluzie

În acest articol particular am văzut în detaliu despre tranzistor, tipurile sale, principiul de funcționare și aplicațiile sale. Tranzistoarele joacă un rol vital în această lume digitalizată, deoarece ajută la îmbunătățirea eficienței semnalelor electronice operaționale și la realizarea unor dispozitive electronice mai compacte și așa mai departe.

Deci, un tranzistor este utilizat ca un comutator în circuit, pe măsură ce tensiunea de bază crește, curentul curge de la colector la emitor, iar apoi tranzistorul se pornește, iar pe măsură ce curentul încetează să curgă, tranzistorul se oprește.