y
Tranzistorované přístroje
Tranzistorový přijímač: Na fotografii vidíme moderní síťový rozhlasový přijímač a vedle něho přijímač tranzistorový, který lze funkčně srovnat s přístrojem síťovým. Stále častěji se v denním životě setkáváme s elektronickými přístroji miniaturních rozměrů. Nejčastěji to jsou různé moderní tranzistorové rozhlasové přijímače od těch nejmenších – kapesních – až po větší – kabelkové nebo stolní. Pronikavě zmenšit rozměry rozhlasových přijímačů, a ovšem i mnoha jiných přístrojů a zařízení umožnily úspěchy studia vlastností polovodičů a zejména objev nového elektronického konstrukčního prvku – tranzistoru, který v tranzistorovaných přístrojích nahrazuje vakuové elektronky (triodu a pentodu).
Historie tranzistoru: V roce 1948 objevili američtí fyzikové z laboratoře Bell Telephone Barden a Brattain vcelku náhodně princip tranzistoru. Zkoumali vlastnosti povrchu germaniových krystalů tak, že se dotýkali polovodiče dvěma hroty, které k sobě postupně přibližovali. Když byly hroty dostatečně blízko sebe, zjistili, že lze proud v usměrňovači tvořeném jedním hrotem ovlivnit pomocí druhého hrotu. Podmínkou však bylo, aby byl tento hrot v bezprostřední blízkosti prvého hrotu a aby jím protékal proud v propustném směru. Tak vznikl první tzv. hrotový tranzistor.
Tranzistorový jev: Dnešní tranzistory jsou v převážné většině plošné. V krystalu germania jsou zvláštní technologií vytvořeny dva přechody p-n, opačně orientované. Základní krystal se nazývá báze a oblasti s opačným typem vodivosti jsou emitor (vlevo) a kolektor (vpravo). Připojíme-li k přechodu mezi emitorem a bází elektrické napětí v propustném směru, protéká vzniklým emitorovým obvodem poměrně značný proud již při velmi malém napětí. Přechod mezi bází a kolektorem je zapojen ve směru závěrném, takže bychom očekávali, že kolektorovým obvodem elektrický proud prakticky nepoteče. Tomu tak skutečně je v případě, že je emitorový obvod rozpojen, nebo když jím neprotéká žádný proud. Jestliže však emitorovým obvodem proud protéká, teče kolektorovým obvodem (přesto, že je zapojen ve směru závěrném) proud téměř stejné hodnoty, jakou má proud emitorový. Tuto skutečnost nazýváme tranzistorový jev.
Výklad tranzistorového jevu: Výklad tranzistorového jevu provedeme na zjednodušeném modelu tranzistoru, jehož báze je tvořena polovodičem typu p, v němž jsou nositeli proudu díry, a emitor i kolektor mají vodivost typu n, v němž jsou nositeli proudu elektrony. Po zapojení emitorového obvodu přecházejí elektrony z emitoru připojeného k zápornému pólu zdroje do báze a odtud do vnějšího obvodu, jímž je báze spojena s kladným pólem zdroje v emitorovém obvodu. Připojíme-li současně kolektorový obvod v závěrném směru (kolektor ke kladnému pólu zdroje a bázi k pólu zápornému), bude elektrické pole mezi kolektorem a bází silně ovlivňovat proud elektronů. Projeví se silové působení kolektoru s kladným potenciálem na záporné elektrony. Ty mění směr pohybu přecházející z emitoru přes bázi přímo do kolektoru a protékají kolektorovým obvodem. Poněvadž kolektor takto zachytí prakticky všechny elektrony, odpovídají změny proudu v emitorovém obvodu téměř přesně změnám proudu v obvodu kolektorovém.
Provedení tranzistoru: Fotografie makrodetailu plošného tranzistoru bez ochranného krytu. Na fotografii je patrný elektrodový systém tranzistoru. V druhé části obrazu je kresba tranzistoru ve svislém řezu (viz přiložený náčrt). Základní částí tranzistoru je germaniová destička, která má funkci báze. V protilehlých plochách destičky jsou vytvořeny oblasti s opačnou vodivostí. Menší oblast je emitor, větší kolektor. K jednotlivým částem tranzistoru jsou připojeny přívody, které vycházejí skleněnou průchodkou z tranzistoru. Vlastní tranzistor je zapouzdřen v plechovém krytu, naplněném zvláštní silikonovou vazelinou, která zlepšuje pracovní podmínky tranzistoru.
Tranzistory Tesla: Tranzistory Tesla pro malé výkony mají miniaturní rozměry. Vlastní elektrodový systém tranzistoru je uložen v kovovém válcovém pouzdru výšky 13 mm a průměru 5 mm. Výkonové tranzistory mají poněkud odlišné provedení. Pro zlepšení teplotního režimu jsou výkonové tranzistory opatřeny kovovou destičkou, která zároveň slouží jako přívod k jedné elektrodě (zpravidla ke kolektoru).
Tranzistorový zesilovač se společnou bází: Zapojení tranzistoru, na němž jsme si vyložili podstatu tranzistorového jevu, je současně jedním ze základních zapojení, v nichž tranzistor pracuje jako zesilovač. Zesilovací účinek tranzistoru tkví v podstatě odlišném odporu emitorového a kolektorového obvodu. Emitorový obvod má nepatrný odpor, takže v něm již velmi malým napětím vzbudíme určitý proud. Stejně veliký proud pak protéká i obvodem kolektorovým, jehož odpor je ovšem podstatně větší. Je-li odpor emitorového obvodu např. 30–50 ohmů, je odpor kolektorového obvodu 10–15 kiloohmů. Na zatěžovacím odporu Rz, zařazeném do kolektorového obvodu, pak dostaneme napětí podstatně větší amplitudy, než je amplituda napětí v emitorovém obvodu.
Tranzistor typu p-n-p a n-p-n: V praxi se setkáváme s tranzistory dvojího druhu, lišícími se typem vodivosti báze. Má-li báze vodivost typu n, mají emitor a kolektor vodivost typu p a tranzistor označujeme jako typ p-n-p. V opačném případě je tranzistor typu n-p-n. Oba typy se svými elektrickými vlastnosti vcelku neliší, liší se však polarita zdrojů napětí. Zejména při zapojování kolektorového obvodu je třeba dbát zvýšené opatrnosti, poněvadž při chybném zapojení je kolektor zapojen ve směru propustném a velkým proudem může dojít k jeho zničení. Oba typy tranzistorů se odlišují schematickou značkou. U typu p-n-p je kolektor připojen k zápornému pólu zdroje napětí a u typu n-p-n naopak k pólu kladnému.
Zapojení tranzistoru se společným emitorem: V elektronice se nejčastěji používá tranzistoru v zapojení se společným emitorem. Zesilovaný signál je v tomto případě přiváděn k bázi a emitoru. Kolektorový obvod je tvořen kolektorem, zatěžovacím odporem, zdrojem napětí a emitorem. Malá napětí přivedená na přechod emitor – báze podmiňují vstříknutí značného množství volných nositelů elektrického náboje z emitoru do báze a tím i vznik odpovídajícího proudu v kolektorovém obvodu. Ze zatěžovacího odporu v kolektorovém obvodu můžeme snímat zesílené napětí. Zapojení tranzistoru se společným emitorem můžeme přirovnat k vakuové elektronce – triodě. Emitor má funkci katody, kolektor anody a bázi můžeme přirovnat k mřížce. Rovněž funkce tranzistoru v zapojení se společným emitorem je do značné míry obdobná funkci triody v zesilovači.
Tranzistorový přijímač: Praktické využití tranzistoru si nejlépe ukážeme na příkladu užití tranzistoru v jednoduchém rozhlasovém přijímači s tzv. přímým zesílením. Přijatý signál z vysílače vzbuzuje kmity v laditelném kmitavém obvodu LC. Napětí na kondenzátoru je usměrněno polovodičovou diodou a usměrněné napětí se z odporu R přivádí přes kondenzátor C₁ na bázi a emitor tranzistoru. Zesílený signál je pak v sluchátkách přímo přeměněn na zvuk, nebo je místo sluchátek připojen další zesilovací stupeň, aby bylo možné připojit na výstup přijímače reproduktor. Odpor R₁ stabilizuje pracovní podmínky tranzistoru a zlepšuje jeho funkci.
Vnitřní část tranzistorového přijímače MONIKA: Moderní tranzistorový přijímač má ovšem podstatně složitější konstrukci a je v něm použito většího počtu tranzistorů i polovodičových diod. Takový přijímač je ve svých vlastnostech srovnatelný s několika elektronovými rozhlasovými přijímači síťovými.
Součásti tranzistorového přijímače: Malé rozměry, spolehlivost provozu, odolnost a hospodárnost přenosných rozhlasových přijímačů a mnoha dalších tranzistorovaných přístrojů nejrůznější konstrukce a použití neumožnily jen tranzistory. K vysoké úrovni moderních elektronických přístrojů přispívá i rozvoj technologie výroby dalších konstrukčních prvků a součástí. Spojování vodičů je nahrazováno technikou plošných spojů, při níž jsou spojovací části obvodů vytvářeny leptáním tenké vrstvy mědi na destičce z izolačního materiálu. Miniaturizaci umožňuje také výroba miniaturních odporů, kondenzátorů a dalších součástí, konstrukce reproduktorů malých rozměrů, vyřešení miniaturních zdrojů napětí atd.
Tranzistorovaný televizní přijímač CAMPING: Velmi náročným úkolem pro konstruktéry bylo vyřešení konstrukce přenosného televizního přijímače, v němž jsou elektronky plně nahrazeny tranzistory.
Tranzistorovaný magnetofon Tesla B 41: Megnetofon B 41 má moderní konstrukci a jeho elektronické obvody jsou plně osazeny tranzistory a polovodičovými diodami. Tranzistorů je zde použito nejen ke konstrukci záznamového a snímacího zesilovače, ale i ke stabilizaci usměrněného síťového napětí, což zaručuje nezkreslenou reprodukci i při změnách napětí v elektrovodné síti. Magnetofon B 41 je zjednodušenou variantou magnetofonu B4 s dvoustopým záznamem a jednou rychlostí posuvu pásku. Obsluhu přístroje usnadňuje tlačítkové ovládání všech hlavních funkcí.
Přenosný vysílač VXW 010: Výborným pomocníkem pracujících v dopravě na velkých stavbách a jinde je tranzistorový vysílač a přijímač pro oboustranné telefonní spojení. Malý a lehce přenosný přístroj umožňuje bezdrátové spojení až do vzdálenosti 2 km. Uplatňuje se při dálkovém dorozumívání, v řízení dopravy, v dispečerské službě i při amatérském spojení.
Samočinný tranzistorovaný počítač: Jedním z nejsložitějších přístrojů v němž se velmi výrazně uplatňují výborné vlastnosti tranzistorů, je tranzistorovaný samočinný počítač, který je podstatně menší a hospodárnější než obdobné počítače elektronkové. Samočinný počítač umožňuje rychle řešit četné složité výpočty v mnoha odvětvích národního hospodářství.
Funkční jednotka počítače: Tranzistorovaný samočinný počítač se skládá z velkého počtu funkčních jednotek. Osazení těchto jednotek tranzistory umožnilo zmenšit jejich rozměry, snížit příkon elektrické energie a zvýšit spolehlivost celého zařízení.
