Tranzistory a cívky – maturitní otázka

 

Téma: Tranzistory a cívky

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

 

 

Tranzistor

• Aktivní, nelineární polovodičová součástka se třemi elektrodami: emitorem, bází, kolektorem. Schopná zesilovat napětí, nebo proud.
• Tranzistor je asi nejdůležitější polovodičová součástka její schopnost zesilovat znamená, že malé změny napětí nebo proudu na vstupu mohou vyvolat velké změny napětí nebo proudu na výstupu.
• Pracuje jako zesilovač, a v tom je jeho základní význam. Tranzistor je tedy zapojen na 4 svorky. Dle závislosti proudu v součástce je nelineární.
• V destičce krystalu germania nebo křemíku jsou tři vrstvy s vodivostí P a N a to v uspořádání NPN nebo PNP.

 

Tranzistory rozdělení:

Otevřený, uzavřený

Podle uspořádání vodivostních oblastí a zapojením napájecího napětí, se liší tranzistory NPN (musí mít na kolektoru vždy kladné napětí) a PNP (na kolektoru musí mít vždy záporné napětí.

• Bipolární tranzistory – aktivní polovodičové součástky se dvěma PN přechody. Velikost procházejícího proudu je určována proudem báze B.
  • Bipolární tranzistor je složen ze tří vrstev dotovaného polovodiče typu P a N, to znamená, že má dva PN přechody. Podle struktury vrstev rozlišujeme bipolární tranzistory na NPN a PNP. Strukturu bipolárního tranzistoru si lze představit jako dvě diody zapojené proti sobě anodou, nebo katodou (podle druhu tranzistoru), neznamená to ovšem, že tranzistor lze nahradit dvěma diodami. Vývody tranzistoru se nazývají emitor – E, kolektor – C (K) a báze – B.
• Unipolární tranzistory – aktivní polovodičová součástka řízená elektrickým polem. Velikost procházejícího proudu je určována napětím na řídící elektrodě G.
  • Unipolární tranzistory využívají k řízení proudu procházejícího tranzistorem elektrostatické pole. Vedení proudu se účastní pouze náboje jedné polarity, proto se tranzistory nazývají unipolární. Někdy se můžeme setkat s označením FET – z anglického field effect tranzistor (tranzistor řízený elektrickým polem). Unipolární tranzistory jsou elektrostaticky citlivé součástky vyžadující speciální zacházení.
• IGBT tranzistory – kombinace předcházejících tranzistorů využívá výhod obou typů, používá se ve výkonové elektronice.

 

Použití tranzistorů:

• 1) Tranzistor jako zesilovač – tranzistor zesiluje vstupní proudový, nebo napěťový signál.
• 2) Tranzistor jako spínač – tranzistor v otevřeném, nebo uzavřeném stavu funguje jako spínací prvek.

 

Funkce tranzistoru:

• Mezi vrstvami jsou 2 přechody PN, označené J1 a J2. Z nich 1 (J1) proveden jako vstřikový.
• Levá vrstva N1 je emitor E, prostřední vrstva P1 je báze, Ba pravá vrstva N2 je kolektor E.

 

Základní zapojení tranzistoru:

• Na tranzistoru zapojeném do obvodu rozeznáváme vstup a výstup, vstup je na 2 svorkách, kterými do tranzistoru vstupuje signál, který v něm má být zesílen.

 

Cívka

• Elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech:
  • k vytvoření magnetického pole elektrického proudu, které se dále využívá k působení magnetickou silou – cívka slouží jako elektromagnet
  • k indukci elektrického proudu proměnným magnetickým polem – cívka slouží jako induktor (nositel indukčnosti)
• Cívka je zároveň kmitočtově závislá součástka, dle závislosti proudu v součástce je lineární. Je to dvoupólová součástka, cívkami získáváme potřebnou indukci – jednotka indukce je 1 H – Henry, součástka lineární a frekvenčně závislá.

 

Stavba cívky:

• Cívka se skládá z vodiče navinutého na izolační nosnou kostru.
• Vinutí muže být jednovrstvé nebo vícevrstvé. V případě vícevrstvých cívek je třeba použít tzv. křížového vinutí, aby se omezila vlastní elektrická kapacita cívky. Navinutý vodič muže být i samonosný – bez kostry.
• Vodic v cívce má mít co nejmenší rezistivitu, aby v cívce nedocházelo k velkým tepelným ztrátám. Nejčastěji používaným materiálem je měď.

 

Druhy cívek:

• Bez jádra (vzduchové) – samostatné – závit vedle závitu
  • Vinuté na kostře – křížové vinutí, vinutí ,,na divoko“
  • Cívky jsou realizované buď jako samonosné, případně se při větším počtu závitů vinou na kostřičky z izolačního materiálu. Speciální skupinu tvoří tzv. plošné cívky, které jsou vytvořeny vyleptáním měděné fólie, tvořící obrazec plošného spoje do tvaru závitu. Jejich oblast použití spadá především do vf obvodů v přijímací technice.
• S jádrem: (většinou z magneticky vodivého materiálu), mají větší indukčnost od 10 Mh. Zatím, co skutečný kondenzátor lze považovat za ideální (má nekonečný odpor), při výpočtech je nutné cívku považovat jako sériovou.
  • Zvětšení indukčnosti cívky lze dosáhnout při srovnatelných rozměrech zvětšením magnetického toku (snížením magnetického odporu).

 

Podle rozměrů a tvaru lze rozlišit obyčejnou cívku na: 

• solenoid – velmi dlouhá cívka, je podlouhlá cívka se stejně hustými závity stejného kruhového tvaru po celé délce. Délka takové cívky obvykle převyšuje její průměr, magnetické pole uvnitř cívky se tak obvykle považuje za rovnoměrné (konstantní).
• toroid – cívka stočená do kruhu. Cívky lze rozdělit podle frekvence střídavého proudu, pro kterou je určená – nízkofrekvenční cívky a vysokofrekvenční cívky. V elektronice je toroid cívka s jádrem prstencového tvaru, obvykle se závity rovnoměrně rozmístěnými po celém obvodu jádra. Tento tvar je také základem konstrukce řady typů magnetických nádob.

 

Spojování cívek:

• Při sériovém zapojení cívek se zvětšuje celková indukčnost.
• Při paralelním zapojení se celková indukčnost zmenšuje.

 

Cívka ve stejnosměrném, střídavém obvodu:

• V obvodu stálého stejnosměrného proudu se cívka projevuje pouze svým elektrickým odporem.
• Kolem cívky se průchodem stejnosměrného proudu vytváří stálé magnetické pole. Magnetický indukční tok závisí přímo úměrně na indukčnosti cívky a velikosti proudu.

—–

• V obvodu střídavého proudu vzniká kolem cívky proměnné magnetické pole, které v cívce indukuje elektromotorické napětí. Indukované napětí působí vždy proti změnám, které je vyvolaly (Lenzův zákon), což má za následek vznik impedance, u cívky nazývané induktance, cívka rovněž způsobuje fázový posuv střídavého proudu oproti střídavému napětí o π/2 neboli 1/4 periody.

 

Použití cívek:

• Transformátory, tlumivky, filtry, rezonanční obvody, reproduktor, zvonek, elektromotor, elektromagnetické relé, elektromagnetický jeřáb.
• Cívka jako induktor – využívá se elektrické napětí indukované proměnným magnetickým polem kolem cívky