TBJ sau FET, de frecventa joasa sau inalta, din siliciu sau germaniu sunt doar cateva dintre caracteristicile care definesc tipurile de tranzistori la care se poate apela pentru realizarea de circuite electronice. Afla din acest articol ce sunt tranzistorii si ce elemente caracterizeaza cele mai importante categorii de produse disponibile sub aceasta denumire.

 

In 2012 un singur chip de calculator continea peste 5.000.000 de tranzistori. Telefoane mobile, televizoare, radio-uri, tablete, ipod-uri si multe alte dispozitive electronice au evoluat in ultimii 60 de ani si arata astazi asa cum stim datorita tranzistorului. Pentru cei pasionati de electrica este asadar o componenta de baza, fara de care putine proiecte se pot pune in aplicare. Iata cateva aspecte elementare pe care este bine sa le stii despre tranzistori, daca te pasioneaza acest domeniu.

 

Ce este un tranzistor

Tranzistorul este o componenta esentiala a circuitelor electrice, care permite controlarea unei cantitati mari de curent sau a unui nivel ridicat de tensiune, cu o cantitate redusa de curent sau o tensiune mica. Este folosit pentru a modifica semnale electrice, ceea ce poate insemna atat indeplinirea unui rol de comutator, pentru oprirea si pornirea fluxului de curent in circuite, cat si a functiei de amplificare.

Primul tranzistor a fost realizat in anul 1948 de catre John Bardeen, William Bradford si Walter House Brittain si a facut posibila dezvoltarea de aparate de dimensiuni mai reduse si cu costuri mai mici de fabricatie (televizoare, aparate de radio, computere, calculatoare de buzunar, telefoane mobile etc.). Tranzistoarele au inlocuit tuburile din sistemele de calcul reducand dimensiunea celor din urma pana la cea a computerului desktop si mai apoi, la dispozitivele mobile pe care le avem astazi.

Tot datorita lor ai astazi la dispozitie boxe, amplificatoare de sunet pentru instrumente muzicale electrice, amplificatoare de semnal pentru captarea canalelor TV, filtre, modulatoare etc.

Materiale semiconductoare si procesul de dopare

Tranzistorul este un semiconductor realizat, in general, din siliciu, si uneori din germaniu, a carui conductivitate este sporita prin dopare. Acest proces presupune introducerea intentionata de impuritati intr-un semiconductor intrinsec. Pentru ambele materiale se pot utiliza pentru dopare adaosuri de:

• bor, aluminiu, galiu, indiu – folosite pentru a crea segmente de tip p, cu locuri libere pentru electroni, numite si goluri;
• fosfor, arsenic, litiu, bismut, antimoniu – pentru zone de tip n, cu numar crescut de electroni liberi.

Siliciul este preferat ca material datorita rezistentei sale mai bune la temperaturi ridicate, de pana la 200oC. Germaniul este limitat din acest punct de vedere la limita de 100oC, peste care tranzistorii nu mai functioneaza corect.

Principiul de baza care sustine functionarea tranzistorilor este tendinta electronilor liberi de a migra in mod natural catre zonele cu goluri, formand astfel un flux de curent electric.

 

Doua mari categorii de tranzistoare

Nu poti aborda nici macar electronica pentru incepatori fara a cunoaste elementele de baza despre cele doua categorii principale de tranzistori de putere care au fost dezvoltati pana acum: bipolari si unipolari sau cu efect de camp.

Modelul de tranzistor bipolar este primul aparut, se numara printre cele mai populare componente electrice si este caracterizat prin trei elemente esentiale:

• este alcatuit din trei segmente sau terminale (baza, emitor si colector) cu doua jonctiuni de tip np sau pn;
• foloseste doua tipuri de purtatori ai sarcinii electrice –  atat electronii, cat si golurile; 
• controleaza conductivitatea prin variatia curentului intre emitor si baza care declanseaza/opreste circulatia curentului electric si determina si intensitatea acestuia.

 

Versiunile unipolare sunt ceva mai noi, primul tranzistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) fiind construit in anul 1959 la laboratoarele Bell. Ofera o serie de avantaje suplimentare fata de modelele bipolare in ceea ce priveste:

• impedanta de intrare – care este in acest caz foarte mare, permitand conectarea de surse cu impedanta complexa, cum sunt de exemplu pick-upurile piezoelectrice;
• gabaritul – este mai mic; 
• zgomotul – este mai redus; 
• liniaritatea circuitului – este mai buna;
• posibilitatea de a folosi tranzistorii ca rezistente comandate in tensiune.

Spre deosebire de tranzistorii bipolari, un model unipolar:

• este format din trei sau patru terminale numite sursa, drena, grila sau poarta si substrat;
• foloseste un singur tip de purtatori de sarcina, fie electroni, fie goluri, care circula printr-un canal semiconductor;
• controlul conductibilitatii se realizeaza prin aplicarea de tensiune asupra grilei, care joaca in acest caz rolul de electrod de comanda.

Un astfel de dispozitiv mai poarta si denumirea de tranzistor cu efect de camp (TEC) sau FET (Field Effect Tranzistor).

 

Tipuri de tranzistoare unipolare

Intr-un tranzistor unipolar (IRFZ44N, IRF640, IRF740), drena si sursa sunt conectate la capetele canalului semiconductor, purtatorii de sarcina circuland de la sursa catre drena, sub controlul grilei, care se realizeaza in functie de tensiunea aplicata intre grila si sursa. In functie de modul in care este conceput canalul semiconductor, tranzistorul cu efect de camp poate fi:

• cu grila jonctiune, numit TEC-J, care poate avea canal tip n sau canal de tip p;
• cu grila izolata, numit TEC-MOS, tranzistor MOS sau tranzistor MOS-FET, cu canal initial sau canal indus.

Tipuri de tranzitoare bipolare

Tranzitorul bipolar cu jonctiuni, cunoscut si sub numele de tranzistor TB sau TBJ este una dintre cele mai populare dispozitive semiconductoare utilizate in electronica. Este disponibil in doua variante constructive: tranzistor npn sau cu conductivitate inversa si tranzistor pnp sau cu conductivitate directa. 

Modelele bipolare sunt recomandate in general pentru aplicatii in care se lucreaza cu mai putin de 1amp, in timp ce alternativele FET se pot utiliza si in proiecte cu amperaj mult mai mare. Pe lista produselor din aceasta categorie se afla versiuni precum IRF840.

 

Categorii de putere si frecventa

Tranzistorii se clasifica in functie de principalii parametri tehnici avuti in vedere la conceperea circuitelor electrice, cel mai important dintre ele fiind puterea de disipare. Astfel un tranzistor poate lucra cu o putere:

• mica – sub 0.3W
• medie – intre 0.3 si 3W
• ridicata – peste 3W

In functie de frecventa cu care lucreaza, tranzistorii mai sunt de asemenea grupati si in modele de tensiune:

• joasa (sub 3Mhz) si medie (intre 3 si 30MHz) – pentru circuite de comanda si audio
• inalta (peste 30MHz) si foarte inalta (peste 300MHZ, cu microunde) – in domeniul radio-TV, circuite de comutatie, circuite cu microunde.

De la laptopul sau telefonul pe care citesti acum acest articol si pana la masina de spalat, un stabilizator de tensiune adus pentru centrala sau alte dispozitive complexe din locuinta, tranzistorul este prezent in toate. Desi cu dimensiuni reduse, este una dintre componentele minune care face posibila dezvoltarea tehnologica la ritmul din momentul actual.