Elektronika, która rozwija się w niesamowitym tempie już od kilkudziesięciu lat, zupełnie zmieniła nasze życia. Zdefiniowała ona na nowo nie tylko to, jak spędzamy wolny czas, ale też dzięki jej rozkwitowi, od nowa określono stare zawody a także powołano do życia mnóstwo nowych. Jednym z największych odkryć w historii tej dziedziny nauki był tranzystor, który zastąpił, często zawodne, lampy elektronowe.
Do czego używa się tranzystorów?
Tranzystory posiadają dwie niezwykle ważne cechy: mogą wzmacniać sygnał a także działać jak swoisty przełącznik (w dużym uproszczeniu jednym prądem sterujemy przepływem drugiego). Ze względu na właściwości wzmacniające, tranzystorów używa się do budowy wszelkiego rodzaju wzmacniaczy np. różnicowych, mocy, czy szerokopasmowych. Dzięki swoim cechom tranzystory są niezwykle ważnym elementem przy budowie między innymi źródeł prądowych, generatorów czy stabilizatorów. Tranzystor może też pełnić rolę klucza elektronicznego, dzięki czemu możliwe jest budowanie z nich bramek logicznych, będących podstawą techniki cyfrowej. To właśnie dzięki bramkom pracujemy na co dzień na komputerach i innych pokrewnych urządzeniach.
Szczypta historii
Pierwsze patenty na tranzystory zostały złożone już w latach dwudziestych XX wieku w Kanadzie, USA i Niemczech. Niestety ze względów technologicznych nie udało się ich wtedy wytworzyć. Pierwsze działające tranzystory ostrzowe skonstruowano pod koniec lat czterdziestych, zaś w latach pięćdziesiątych pojawiły się także działające tranzystory, jakie znamy do dziś, czyli MOSFET i JFET. Warto nadmienić, że John Bardeen, Walter Houser Brattain oraz William Bradford Shockley otrzymali za wynalezienie tranzystora Nagrodę Nobla z fizyki w 1956 roku.
W Polsce pierwsze tranzystory ostrzowe zbudowano w 1953 roku, jednak nie nadawały się one do szerszego zastosowania ze względu na niestabilność parametrów. Technologię dopracowano w ciągu kilku najbliższych lat i w 1960 roku Fabryka Półprzewodników Tewa z Warszawy rozpoczęła produkcję na skalę przemysłową.
Podstawowy podział tranzystorów
Ze względu na niesamowity potencjał i rozpędzający się dzięki tranzystorom rozwój elektroniki nad wynalezieniem różnych ich rodzajów pracowało wiele instytucji. Dziś używa się dwóch podstawowych rodzajów tranzystorów, zasadniczo różniących się zasadą działania.
Tranzystory unipolarne
Inaczej nazywa się je tranzystorami polowymi. W tym typie tranzystorów prąd płynie przez półprzewodnik o jednym typie przewodnictwa a prąd wyjściowy zależy bezpośrednio od napięcia sterującego. W obszarze półprzewodnika z dwiema elektrodami (nazywanymi źródłem i drenem) tworzy się tzw. kanał, którym płynie prąd. Jego przepływ jest sterowany przez bramkę, czyli trzecią elektrodę umieszczoną wzdłuż tego obszaru – napięcie przyłożone do bramki zmienia przewodnictwo w kanale.
Tranzystory bipolarne
W tranzystorach tego typu prąd może przepływać pomiędzy złączami o różnym typie przewodnictwa, określanym jako p i n. Sam tranzystor jest zbudowany z trzech warstw półprzewodnika (pnp lub npn) nazywanych emiterem, bazą i kolektorem. Podobnie jak w tranzystorach unipolarnych, mniejszy prąd steruje większym, jednak tym razem to prąd pomiędzy bazą a emiterem steruje prądem pomiędzy kolektorem a emiterem.
A co z przełączaniem dużego prądu?
Odpowiednikiem tranzystora dla dużych prądów jest przekaźnik. Przekaźnik może być stosowany np. w celu sterowania żarówką zasilaną z sieci. Reaguje on na zmianę zadanej wartości fizycznej (może to być napięcie, natężenie prądu, czy temperatura). Po przekroczeniu po przekroczeniu odpowiedniego poziomu na wejściu sygnał wyjściowy zmienia się skokowo, czyli może np. włączyć lub wyłączyć dane urządzenie. Istnieje specjalny rodzaj przekaźnika – tzw. przekaźnik czasowy, który jest używany w elektronice do kontrolowania m. in. sygnalizacji świetlnej, wiatraków, wind, czy schodów ruchomych.
