Co jsou charakteristiky tranzistoru?

Tranzistory jsou komponenty elektronických zařízení, které řídí a zesilují tok elektřiny v zařízení a jsou považovány za jeden z nejdůležitějších vynálezů ve vývoji moderní elektroniky. Důležité charakteristiky tranzistoru, které ovlivňují fungování tranzistoru, zahrnují zisk, strukturu a polaritu tranzistoru, jakož i konstrukční materiály. Charakteristiky tranzistoru se mohou značně lišit podle účelu tranzistoru.

Tranzistory jsou užitečné, protože mohou použít malé množství elektřiny jako signál k řízení toku mnohem větších množství. Schopnost tranzistoru to dělat se nazývá zisk tranzistoru, který se měří jako poměr výstupu, který tranzistor produkuje ke vstupu potřebnému k produkci tohoto výstupu. Čím vyšší je výstup vzhledem k vstupu, tím vyšší je zisk. Tento poměr lze měřit podle výkonu, napětí nebo proudu elektřiny. Se zvyšující se provozní frekvencí se zisk snižuje.

Charakteristiky tranzistoru se liší podle složení tranzistoru. Mezi běžné materiály patří polovodiče křemík, germanium a gallium arsenid (GaAs). Gallium arsenid je často používán pro tranzistory, které pracují při vysokých frekvencích, protože jeho pohyblivost elektronů, rychlost, jakou se elektrony pohybují přes polovodičový materiál, je vyšší. Může také bezpečně pracovat při vyšších teplotách v křemíkových nebo germaniových tranzistorech. Křemík má nižší elektronovou pohyblivost než ostatní tranzistorové materiály, ale běžně se používá, protože křemík je levný a může pracovat při vyšších teplotách než germanium.

Jednou z nejdůležitějších charakteristik tranzistoru je konstrukce tranzistoru. Bipolární tranzistor (BJT) má tři terminály nazývané základna, kolektor a emitor, přičemž základna leží mezi kolektorem a emitorem. Malé množství elektřiny se pohybuje od základny k emitoru a malá změna napětí způsobuje mnohem větší změny v toku elektřiny mezi emitorovou a kolektorovou vrstvou. BJT se nazývají bipolární, protože jako nosiče nábojů používají jak záporně nabité elektrony, tak pozitivně nabité otvory elektronů.

V tranzistoru s efektem pole (FET) se používá pouze jeden typ nosiče náboje. Každý FET má tři polovodičové vrstvy zvané brána, odtok a zdroj, které jsou analogické základně BJT, kolektoru a emitoru. Většina FET má také čtvrtý terminál označovaný jako tělo, objem, základna nebo substrát. To, zda FET používá elektrony nebo díry elektronů k přenosu nábojů, závisí na složení různých polovodičových vrstev.

Každý polovodičový terminál v tranzistoru může mít kladnou nebo zápornou polaritu, v závislosti na tom, s jakými látkami byl dopován hlavní polovodičový materiál tranzistoru. Při dopingu typu N se přidávají malé nečistoty arsenu nebo fosforu. Každý atom dopantu má ve vnějším plášti pět elektronů. Vnější obal každého atomu křemíku má pouze čtyři elektrony, a tak každý atom arsenu nebo fosforu poskytuje nadbytek elektron, který se může pohybovat přes polovodič, což mu dává záporný náboj. Při dopingu typu P se místo toho používá gallium nebo bor, z nichž oba mají ve vnějším obalu tři elektrony. To dává čtvrtému elektronu ve vnějším obalu atomů křemíku nic, na co by se navázalo, čímž se vytvoří odpovídající pozitivní nosiče náboje nazývané díry elektronů, do kterých se mohou elektrony pohybovat.

Tranzistory jsou také klasifikovány podle polarity jejich komponent. U NPN tranzistorů má střední terminál - základna v BJT, brána v FET - kladnou polaritu, zatímco dvě vrstvy na obou stranách jsou negativní. U tranzistoru PNP je tomu tak naopak.