Jakie są cechy tranzystora?
Tranzystory są elementami urządzeń elektronicznych, które kontrolują i wzmacniają przepływ energii elektrycznej w urządzeniu i są uważane za jeden z najważniejszych wynalazków w rozwoju nowoczesnej elektroniki. Ważne cechy tranzystora, które wpływają na sposób działania tranzystora, obejmują wzmocnienie, strukturę i polaryzację tranzystora, a także materiały konstrukcyjne. Charakterystyka tranzystora może się znacznie różnić w zależności od przeznaczenia tranzystora.
Tranzystory są przydatne, ponieważ mogą wykorzystywać niewielką ilość energii elektrycznej jako sygnał do kontrolowania przepływu znacznie większych ilości. Zdolność tranzystora do tego jest nazywana wzmocnieniem tranzystora, który jest mierzony jako stosunek mocy wyjściowej wytwarzanej przez tranzystor do wejścia wymaganego do wytworzenia tego wyjścia. Im wyższa moc wyjściowa w stosunku do wejścia, tym wyższe wzmocnienie. Ten stosunek można zmierzyć pod względem mocy, napięcia lub prądu. Wzmocnienie maleje wraz ze wzrostem częstotliwości roboczej.
Charakterystyka tranzystora różni się w zależności od składu tranzystora. Do powszechnych materiałów należą półprzewodniki krzemowe, germanowe i arsenowe galu (GaAs). Arsenek galu jest często stosowany w tranzystorach pracujących z dużymi częstotliwościami, ponieważ jego ruchliwość elektronów, prędkość, z jaką elektrony poruszają się w materiale półprzewodnikowym, jest wyższa. Może także bezpiecznie pracować w wyższych temperaturach w tranzystorach krzemowych lub germanowych. Krzem ma niższą ruchliwość elektronów niż inne materiały tranzystorowe, ale jest powszechnie stosowany, ponieważ krzem jest niedrogi i może działać w wyższych temperaturach niż german.
Jedną z najważniejszych cech tranzystora jest konstrukcja tranzystora. Tranzystor bipolarny (BJT) ma trzy zaciski zwane bazą, kolektorem i emiterem, przy czym baza leży między kolektorem a emiterem. Małe ilości energii elektrycznej przemieszczają się z podstawy do emitera, a niewielka zmiana napięcia powoduje znacznie większe zmiany w przepływie energii elektrycznej między warstwami emitera i kolektora. BJT nazywane są bipolarnymi, ponieważ wykorzystują zarówno ujemnie naładowane elektrony, jak i dodatnio naładowane dziury elektronowe jako nośniki ładunku.
W tranzystorze polowym (FET) stosowany jest tylko jeden typ nośnika ładunku. Każdy FET ma trzy warstwy półprzewodnikowe zwane bramką, drenem i źródłem, które są analogiczne odpowiednio do bazy, kolektora i emitera BJT. Większość tranzystorów polowych ma również czwarty terminal określany jako ciało, masa, podstawa lub podłoże. To, czy FET wykorzystuje elektrony czy dziury elektronowe do przenoszenia ładunków, zależy od składu różnych warstw półprzewodnikowych.
Każdy zacisk półprzewodnikowy w tranzystorze może mieć biegunowość dodatnią lub ujemną, w zależności od substancji domieszkowanych głównym materiałem półprzewodnikowym tranzystora. W domieszkowaniu typu N dodaje się małe zanieczyszczenia arsenu lub fosforu. Każdy atom domieszki ma pięć elektronów w swojej zewnętrznej powłoce. Zewnętrzna powłoka każdego atomu krzemu ma tylko cztery elektrony, a zatem każdy atom arsenu lub fosforu zapewnia nadmiar elektronu, który może przemieszczać się przez półprzewodnik, nadając mu ładunek ujemny. W domieszkach typu P stosuje się zamiast tego gal lub bor, z których oba mają trzy elektrony w swojej zewnętrznej powłoce. Daje to czwartemu elektronowi w zewnętrznej powłoce atomów krzemu nic, z czym można się wiązać, wytwarzając odpowiednie nośniki ładunku dodatniego zwane otworami elektronowymi, w które mogą się przemieszczać elektrony.
Tranzystory są również klasyfikowane zgodnie z biegunowością ich elementów. W tranzystorach NPN środkowy zacisk - podstawa w BJT, bramka w FET - ma biegunowość dodatnią, podczas gdy dwie warstwy po obu stronach są ujemne. W przypadku tranzystora PNP sytuacja jest odwrotna.