NexTutor
Wirtualne laboratorium/Fizyka/Elektryczność/Tranzystor — małym sygnałem sterujemy dużym prądem
Nobel 1956 — Bardeen, Brattain, Shockley

Tranzystor — małym sygnałem sterujemy dużym prądem

Rozszerzenie tematu prądu elektrycznego i półprzewodników. Małe napięcie na bramce/bazie tranzystora steruje dużym prądem płynącym przez kanał — poniżej progu tranzystor jest zamknięty, powyżej otwiera się i przewodzi. To podstawa wzmacniania sygnałów i przełączania (0/1) w całej współczesnej elektronice (Nobel 1956).

Fizyka · Elektryczność · Tranzystor (Nobel 1956)
Napięcie na bramce/bazie UgU_g1.00 V
Tranzystor pozwala małym sygnałem…
napięcie bramki U_g
1.00 V
próg U_th
1.8 V
prąd drenu I_D
0.0 mA
stan
ZAMKNIĘTY

Co się właśnie stało?

Poniżej napięcia progowego kanał między źródłem a drenem jest zamknięty — prąd I_D wynosi zero, niezależnie od tego, jakie napięcie czeka na drenie. Gdy napięcie na bramce przekroczyło próg U_th, kanał się otworzył i popłynął prąd, który rośnie wraz z dalszym wzrostem U_g.

Uproszczony model przewodzenia:

ID={0,UgUthk(UgUth)2,Ug>UthI_D = \begin{cases} 0, & U_g \le U_{th} \\ k\,(U_g - U_{th})^2, & U_g > U_{th} \end{cases}

— U_g to napięcie sterujące na bramce (lub bazie w tranzystorze bipolarnym), U_th to napięcie progowe, a I_D to prąd płynący między drenem a źródłem (odpowiednio: kolektorem a emiterem). Poniżej progu kanał jest zamknięty; powyżej — im większa nadwyżka U_g − U_th, tym więcej prądu przewodzi kanał.

Co to znaczy w praktyce?

Malutka zmiana napięcia na bramce (rzędu pojedynczych woltów, mikrowaty mocy) potrafi włączyć lub wyłączyć znacznie większy prąd płynący przez kanał. To właśnie ta „dźwignia" — mały sygnał steruje dużym prądem — pozwala tranzystorowi wzmacniać sygnały oraz działać jak przełącznik 0/1, czyli bramka logiczna w komputerze.

Dlaczego to Nobel z fizyki 1956?

John Bardeen, Walter Brattain i William Shockley zbudowali w 1947 roku pierwszy tranzystor w Bell Labs, zastępując nim znacznie większe, energochłonne i awaryjne lampy próżniowe. Ten jeden wynalazek uruchomił całą elektronikę półprzewodnikową — od radia tranzystorowego po dzisiejsze układy scalone z miliardami tranzystorów działających jako przełączniki 0/1.

Po co Ci to na maturze:

Zapamiętaj kierunek zależności: poniżej progu — brak prądu, powyżej progu — prąd rośnie wraz z napięciem sterującym. To wystarcza, by opisać działanie tranzystora jako wzmacniacza i jako przełącznika w zadaniach o elektryczności i elektronice.

Zapamiętaj: stan „włączony/wyłączony" i wielkość prądu I_D zależą od napięcia sterującego U_g względem napięcia progowego U_th — mały sygnał na bramce steruje dużym prądem w kanale.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

Jak tranzystor wzmacnia sygnał?

Małe zmiany napięcia sterującego wywołują duże zmiany prądu płynącego przez kanał tranzystora.

Co to napięcie progowe?

Wartość napięcia sterującego, powyżej której tranzystor zaczyna przewodzić prąd.

Dlaczego tranzystor zrewolucjonizował elektronikę?

Zastąpił dużo większe i mniej trwałe lampy próżniowe, umożliwiając miniaturyzację układów.