Tranzystor — małym sygnałem sterujemy dużym prądem

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:

— 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.