4 typy tranzistorů a k čemu slouží každý z nich

Tranzistor je součástka, která zesiluje signál nebo spíná proud, a v každém přístroji najdete desítky až miliardy kusů. V praxi se potkáte se čtyřmi základními typy: bipolárním tranzistorem, JFET, MOSFET a IGBT. Liší se tím, čím se řídí, kolik snesou a kde se používají. Odpovědi na pár otázek vás provedou od principu k výběru správného kusu a k jednoduché kontrole, zda součástka funguje.

K čemu tranzistor slouží?

Dělá dvě věci. Jako zesilovač zvětší slabý signál, třeba z mikrofonu. Jako spínač zapíná a vypíná proud podle malého řídicího signálu. Počítač využívá druhou funkci, protože logika jsou miliardy spínačů.

Tranzistor má tři vývody. Jeden řídí, dva vedou hlavní proud. Malá změna na řídicím vývodu způsobí velkou změnu hlavního proudu. V tom spočívá jeho smysl.

Před výběrem je třeba vědět, jakou funkci potřebujete. Zesilovač a spínač vyžadují různé vlastnosti. Typ součástky proto určuje použití.

Bipolární tranzistor, klasika řízená proudem

Bipolární tranzistor (BJT) se řídí malým proudem do báze. Existuje ve variantě NPN a PNP, které se liší polaritou. V jednoduchých obvodech se používá už desítky let.

Hodí se na zesilování slabých signálů, na jednoduché spínání LED nebo relé a v analogových obvodech. Je levný a dobře zvládnutelný. Typické pouzdro pro malé výkony je TO-92.

Nevýhodou je, že potřebuje řídicí proud, a tedy odebírá výkon z řídicího obvodu. Při větších výkonech se zahřívá. Pro velké proudy se proto volí jiné typy.

JFET, citlivý a tichý

Unipolární tranzistor s přechodovým hradlem (JFET) se řídí napětím na hradle a odebírá téměř nulový proud. Má velký vstupní odpor, takže nezatěžuje zdroj signálu. Proto se používá ve vstupních stupních zesilovačů.

Je tichý, tedy vytváří málo vlastního šumu. Hodí se pro citlivé obvody, například v audiotechnice nebo měřicích přístrojích. Pro silné proudy se nehodí.

V běžném spínání ho dnes nahradily MOSFETy. JFET zůstává specialistou. Pokud stavíte předzesilovač, stojí za to ho vyzkoušet.

MOSFET, nejpoužívanější spínač

MOSFET se řídí napětím na hradle, které je izolované. Pro řízení nepotřebuje téměř žádný proud. Má nízký odpor v sepnutém stavu, takže se málo zahřívá.

Používá se ve spínaných zdrojích, měničích, řízení motorů a v procesorech. Existují varianty s kanálem N i P. Pro výkonové aplikace se hodí pouzdra jako TO-220.

Je citlivý na statickou elektřinu. Hradlo se může zničit při nesprávné manipulaci. Při pájení a manipulaci se proto doporučuje uzemnění a opatrnost.

IGBT pro velké výkony

IGBT kombinuje vlastnosti MOSFETu a bipolárního tranzistoru. Řídí se napětím a zvládá vysoká napětí a velké proudy. Používá se v měničích frekvence, svařovacích zdrojích a trakčních pohonech.

Pro nízká napětí je méně výhodný, protože má vyšší úbytek napětí v sepnutém stavu. Tam vyhrává MOSFET. IGBT se uplatní, kde jde o stovky voltů a ampéry.

Pracuje s nižšími spínacími frekvencemi než MOSFET. Vyžaduje také pečlivé chlazení. Pro amatérské zapojení bývá zbytečně komplikovaný.

Jak vybrat správný kus v praxi

V katalogovém listu najdete základní parametry. Maximální napětí a proud musí mít rezervu proti skutečnému provozu. Ztrátový výkon určuje, zda je potřeba chladič.

Pouzdro volte podle výkonu a způsobu montáže. Malé výkony zvládne TO-92, větší TO-220 s chladičem. Povrchová montáž vyžaduje jiné pouzdro než vývody do desky.

U spínače sledujte odpor v sepnutém stavu a napětí hradla. Na zesilovač se dívejte na proudové zesílení a šum. Katalogový list je nejlepší zdroj, vždy si ho přečtěte.

Jak zjistit, zda je tranzistor vadný

Bipolární tranzistor se dá orientačně zkontrolovat multimetrem v režimu zkoušky diody. Mezi bází a ostatními vývody se chová jako dvě diody. Zkrat nebo přerušení znamená vadu.

MOSFET se testuje opatrněji. Hradlo je citlivé a měřit je třeba bez zničení. Specializované testery to zvládnou bezpečněji.

Součástku je lepší testovat vyjmutou z obvodu, protože okolní součástky zkreslují výsledek. Před výměnou vždy hledejte příčinu poruchy. Zničený tranzistor často znamená vadu jinde.

Zdroje

• České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická
• Katalogové listy výrobců součástek