MŮJ PRVNÍ TRANZISTOR - 1

Tranzistory se dají počítat mezi základní elektronické aktivní prvky. Vyskytují se buď jako samostatné součástky, nebo obsažené spolu s dalšími ve tvaru integrovaného obvodu, nejsložitější z nich, skládající se z obrovského množství mrňavých tranzistorů jsou například i mikroprocesory, používané (nejenom) ve výpočetní technice.

Tranzistorů je několik druhů, základní dělení je na bipolární a polem řízené. Schematické značky bipolárních tranzistorů jsou znázorněny na obrázku, vyskytují se podle typu vodivosti ve dvou provedeních, n-p-n (mnemotechnická pomůcka: en pé en – šipka ven, prostřední písmeno je p, na kolektor tedy přijde plus) a p-n-p. Struktura tranzistoru a fyzikální procesy v něm probíhající se učí ve škole, takže tuto část vynecháme a budeme se věnovat spíše jejich praktickému použití. Nejprve se podívejte, jak se tranzistory kreslí ve schématech.

                 

K čemu se hodí tranzistor?  Základem jeho činnosti je zesílení proudu, tedy i signálů, zesílení je zde provedeno na úkor zdroje napájecího napětí. Zkusíme si popsat činnost tranzistoru, podobně, jako počítání „na prstech“. Zkusíme si představit kamion s posilovačem brzdy. Jakmile řidič sešlápne brzdový pedál, otevře se ventil, který pustí velký tlak do brzdového válce. Ve výsledku poměrně slabý tlak na brzdový pedál vyvolá mnohem větší tlak v brzdovém systému, a těžký kolos se zastaví.

No a obdobné je to s tím naším tranzistorem. Do báze pustíme slabý proud (viz obrázek) a vlivem tohoto proudu se otevře ventil (říkáme „přechod“) mezi emitorem a kolektorem, a tím pádem začne kolektorem protékat mnohem větší proud, dodávaný napájecím zdrojem. Pokud se ten slabý proud báze s časem mění, samozřejmě se mění i ten silnější proud kolektoru a kopíruje tak průběh proudu báze.

Tomuto rozdílu mezi slabým proudem báze a silným proudem kolektoru říkáme proudový zesilovací činitel tranzistoru, v katalogu tranzistorů jej najdeme pod označením h21e, což se rovná Ic / Ib (proud kolektoru děleno proudem báze). Čím větší je tento údaj, tím je také praktické zesílení tranzistoru větší. Jenže – tohle platí pouze v ideálním případě. Ve skutečnosti závisí proud kolektoru také na napětí na bázi, ale již ne lineárně. Vzpomeňte si na volt-ampérovou charakteristiku diody, kde v dolní části charakteristiky je proud velmi malý, a začne podstatně narůstat se vzrůstem napětí. Jelikož tranzistor spočívá na stejných fyzikálních podmínkách, tak i zde se projevuje stejný „defekt“.

Teď si představte, že si vyrobíme zesilovač podle tohoto obrázku a budeme mluvit do mikrofonu. Kupodivu (teda, vlastně samozřejmě) z reproduktoru nic neuslyšíme, což je způsobeno tím, že napětí z mikrofonu je velmi malé, takže nestačí k otevření tranzistoru. Takže zde nedochází k zesílení, ale naopak, k zeslabení signálu.

Aby mohl tranzistor pracovat jako zesilovač, je zapotřebí zvětšit napětí na jeho bázi. Dá se to provést různými způsoby, třeba i zvětšením výstupního napětí z mikrofonu, jenže v tom případě náš zesilovač ztrácí svůj smysl. Také je možno přivést na bázi tranzistoru stejnosměrné napětí přes odpor, a tím jej pootevřít a již je možné na bázi přivést přes oddělovací kondenzátor malé signálové napětí. K čemu zde dochází – slabé střídavé napětí z mikrofonu se složí se stejnosměrným napětím ze zdroje přes odpor a výsledné napětí na bázi se bude měnit v rytmu slabého napětí z mikrofonu. Jak k tomu došlo – no prostě a jednoduše, pomocné stejnosměrné napětí posunulo pracovní bod tranzistoru na strmější lineární úsek charakteristiky tranzistoru a tranzistor tedy již může pracovat.

Zjednodušeně řečeno, vezmeme si jako příklad vodovodní ventil. Když je uzavřený, a důkladně utažený, malé dítě jej svou slabou ručkou nemůže otevřít. Ale přijde někdo silnější, ventil pootevře, aby voda tekla alespoň slabým pramínkem, a již jde ovládat (zesilovat a zeslabovat proud vody) velmi snadno i pro malé dítě. V našem případě to malé slabé dítě je ono malé střídavé napětí z mikrofonu, a onen silnější je nahrazen stejnosměrným napětím přivedeným na bázi přes odpor. Změnou velikosti tohoto napětí můžeme také snadno měnit zesilovací činitel tohoto stupně.

Ještě jedna malá poznámka, aby jste nebyli překvapeni, až se dostanete hlouběji do tranzistorové techniky. Ono to předpětí báze, jak jste se právě dočetli, také nemusí ve všech případech používat. Když se vrátíme k našemu příkladu s vodovodem a slabým dítětem, může na jeho místo nastoupit silnější klučina, který ventil dokáže otevřít. Například v zesilovacích stupních vysílačů se předpětí na bázi nemusí přivádět, jestliže amplituda vstupního napětí je dostatečně velká k otevření tranzistoru. Zrovna tak se předpětí báze nemusí použít v případě, že tranzistor pracuje jako spínač. Jednoduše, pokud se na bázi nepřivádí žádné napětí, tranzistor je uzavřen (proud neprotéká) a když jej chceme otevřít (aby protékal kolektorový proud), přivedeme na bázi napětí. Toto zapojení se používá hlavně v digitální (číslicové) technice, kde pracujeme s nulami (napětí není) a s jedničkami (napětí je) a nic mezi tím.

V příštím díle tohoto povídání si již postavíme nějaké praktické zapojení, můžete se těšit.

Zpracováno na námět http://cxema.my1.ru/