Tranzystor

Tranzystor – trójelektrodowy (niekiedy czteroelektrodowy) półprzewodnikowy element elektroniczny, mający zdolność sterowania przepływem prądu i wzmacniania sygnału elektrycznego. 

Istnieją dwa podstawowe rodzaje tranzystorów: bipolarne oraz unipolarne (polowe). Tranzystory bipolarne sterowane są prądem, a tranzystory unipolarne sterowane są napięciem. 

Tranzystor bipolarny

Tranzystory bipolarne składają się z trzech warstw półprzewodnika, a do każdej z nich dołączone jest jedno wyprowadzenie. W tranzystorach bipolarnych wyprowadzenia posiadają następujące nazwy: emiter (oznaczany E), baza (B), kolektor (C lub K).

Warstwy tranzystora ułożone są jedna na drugiej, tworząc układ dwóch tzw. złącz. Prąd przepływa przez złącza półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa (n i p). Warstwy można układać na dwa sposoby: “npn” i “pnp”.

Tranzystor bipolarny to rodzaj elektronicznego przełącznika, dzięki któremy niewielki prąd płynący pomiędzy bazą i emiterem steruje większym prądem płynącym między kolektorem i emiterem.

Tranzystor może znajdować się w czterech stanach: 

- aktywnym, w którym prąd kolektora jest odpowiednio większy od prądu bazy (stopień wzmocnienia Ic = β*Ib)

- nasycenia, gdzie prąd bazy jest tak duży, że obwód kolektora nie może wygenerować odpowiednio większego prądu - napięcie kolektor-emiter nie ma wtedy istotnej wartości (Ic = I nasycenia)

- zatkania, w którym złącze baza-emiter nie jest spolaryzowane, lub jest w stanie zaporowym (Ic = 0)

- inwersyjnym, gdzie emiter jest spolaryzowany zaporowo, a kolektor w stanie przewodzenia. Stan ten charakteryzuje niewielkie wzmocnienie prądowe tranzystora.

Zastosowania

Zastosowania tranzystora związane są z jego stanami. W stanie aktywnym może pracować jako wzmacniacz, w zależności od konstrukcji układu, prądowy, napięciowy lub prądowo-napięciowy.

Przejście tranzystora między stanem nasyconym (włączony) a zatkanym (wyłączony), wykorzystywane jest jako system przełączający (tzw. klucz tranzystorowy) w zastosowaniach cyfrowych oraz układach impulsowych.

Tranzystory unipolarne

Tranzystory unipolarne (polowe) są rodzajem tranzystora, w których prąd wyjściowy jest funkcją napięcia sterującego. Sterowanie prądem odbywa się tu za pomocą pola elektrycznego.

Tranzystor polowy zbudowany jest z kryształu odpowiednio domieszkowanego półprzewodnika z dwiema elektrodami: źródłem (symbol S - odpowiednik emitera w tranzystorze bipolarnym) i drenem (D - odpowiednik kolektora). Pomiędzy źródłem i drenem tworzy się tzw. kanał, którym płynie prąd. Kanał posiada elektrodę, zwaną bramką (G - odpowiednik bazy w tranzystorze bipolarnym). Napięcie przyłożone do bramki zmienia przewodnictwo kanału, modyfikując tym samym płynący prąd. W tranzystorach unipolarnych typu MOSFET bramka jest odizolowana od kanału warstwą dielektryka, a w tranzystorach unipolarnych złączowych (JFET) izolowana jest spolaryzowanym w kierunku zaporowym złączem p–n. Tranzystor taki składa się z warstwy półprzewodnika typu N (tranzystor z kanałem typu N) lub typu P (z kanałem typu P) oraz silnie domieszkowanej warstwy półprzewodnika przeciwnego typu - w tranzystorze tworzone jest złącze p-n.

W tranzystorach epiplanarnych, jak również w przypadku wielu tranzystorów na wspólnym krysztale (układ scalony), wykorzystuje się wspomnianą czwartą elektrodę, tzw. podłoże (B), służącą do odpowiedniej jego (podłoża) polaryzacji.

Rozróżnia się dwa podstawowe typy tranzystorów unipolarnych:

• złączowe JFET oraz 
• z izolowaną bramką IGFET

W tranzystorach złączowych (JFET) bramka odizolowana jest od obszaru kanału złączem spolaryzowanym zaporowo. Ze względu na rodzaj złącza bramka-kanał rozróżnia się:

• tranzystory ze złączem p-n (PNFET) oraz 
• tranzystory ze złączem metal-półprzewodnik (MESFET)

W tranzystorach polowych z izolowaną bramką, bramka odizolowana jest od kanału warstwą dielektryka. Tranzystory tego rodzaju często znajdują zastosowanie w układach scalonych, występują wtedy z czwartą elektrodą (podłożem). Jako elementy dyskretne sprawdzają się w roli tranzystorów mocy. Wśród tego rodzaju tranzystorów wyróżnia się:

• tranzystory MISFET produkowane z półprzewodnika monokrystalicznego - izolatorem jest tu najczęściej ditlenek krzemu (tlenek metalu czyli Metal-Oxide), stąd najczęściej nazywa się je MOSFSET (Metal-Oxide-Semiconductor FET). MOSFETy dzielimy dodatkowo na:

- tranzystory z kanałem zubażanym, w przypadku którego brak napięcia bramka-źródło czyni kanał otwartym, oraz

- tranzystory z kanałem wzbogacanym, w których przy braku tegoż napięcia kanał jest zatkany.

• tranzystory TFT wykonane z półprzewodnika polikrystalicznego, niekiedy nazywane cienkowarstwowymi, ze względu na ten sam sposób wytwarzania jak cienkowarstwowych układów scalonych.

Materiały

Do budowy tranzystora wykorzystuje się najczęściej krzem, podstawowy materiał półprzewodnikowy. W tranzystorach wykorzystywanych w układach bardzo wysokich częstotliwości stosowany jest arsenek albo azotek galu. Niekiedy w tego typu układach, a także w technice dużych mocy i wysokich temperatur stosowany bywa węglik krzemu. German, obecnie traktowany jako materiał historyczny, stosowany bywa niekiedy w połączeniu z krzemem do produkcji tranzystorów wykorzystywanych w technice wysokich częstotliwości.