Bipolární tranzistor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
PNP
NPN
Schematické značky bipolárních tranzistorů

Bipolární tranzistor je elektronická součástka tvořená třemi oblastmi polovodiče s různým typem vodivosti v uspořádání NPN nebo PNP, které vytvářejí dvojici přechodů PN. Prostřední oblast se nazývá báze (B), krajní emitor (E) a kolektor (C, výjimečně K). Ke každé z oblastí je zapojen vývod. Při vhodném zapojení je velikost elektrického proudu tekoucího mezi emitorem a kolektorem řízena malými změnami proudu tekoucího mezi bází a emitorem. Bipolární tranzistory se používají jako zesilovače, spínače a invertory. Vyrábějí se jako samostatné součástky nebo jako prvky integrovaných obvodů. Ve složitých integrovaných obvodech však převládá používání unipolárních tranzistorů.

Princip činnosti bipolárního tranzistoru[editovat | editovat zdroj]

Zjednodušený průřez planárním bipolárním tranzistorem NPN.

Bipolární tranzistor je třívrstvá součástka složená z různě dotovaných oblastí. Emitor je o několik řádů více dotován než báze, má mnohem více volných nosičů náboje. V případě NPN tranzistoru elektronů, a ty zaplaví tenkou oblast báze. Uvažujme tranzistor typu NPN v zapojení se společným emitorem. Zvyšováním kladného napětí mezi bází a emitorem (tj. kladný pól zdroje na bázi a záporný na emitoru) se ztenčuje oblast bez volných nosičů na rozhraní báze a emitoru. Okolo napětí 0,6 V až 0,7 V pro křemík (Si) a 0,2 V až 0,3 V pro germanium (Ge) začíná PN přechod báze-emitor vést elektrický proud. Tato část tranzistoru se chová jako klasická dioda a to z důvodu, že má v této části naprosto totožnou konstrukci (PN přechod).

Přivedením kladného napětí mezi kolektor a emitor začnou být přebytečné elektrony odsávány z báze směrem ke kolektoru. Přechod báze-kolektor je polarizován v závěrném směru. Přebytek elektronů je následně posbírán ve vyprázdněné oblasti přechodu kolektor-báze.

Podmínky pro správnou funkci tranzistoru[editovat | editovat zdroj]

  • Tenká vrstva báze – Podstata tranzistorového jevu.
  • Emitor dotovaný více než báze – Způsobuje převahu volných nosičů náboje z emitoru. Při otevření přechodu báze-emitor se tak zachovává délka báze a elektrony vstříknuté do báze z emitoru nestíhají rekombinovat.
  • Báze dotovaná více než kolektor – Čím větší je rozdíl dotací, tím větší napětí může tranzistor spínat, ale má také větší sériový odpor.

V bipolárním tranzistoru vedou proud také díry. Ty se zákonitě pohybují opačným směrem, ale plní stejnou úlohu jako elektrony. Proto se tomuto typu tranzistoru říká „bipolární“.

Základní zapojení[editovat | editovat zdroj]

Zapojení tranzistorového zesilovače se společným emitorem.

V elektronických obvodech může být tranzistor zapojen čtyřmi základními způsoby. Podle elektrody, která je společná pro vstupní i výstupní signál se rozlišuje zapojení se

  • společným emitorem (SE) – obrací fázi, proudové a napěťové zesílení je mnohem větší než 1
  • společnou bází (SB) – neobrací fázi, malé proudové zesílení (Ai<1), velmi malá vstupní impedance, velké napěťové zesílení (velikostně podobné jako zapojení SE), zapojení se využívá ve spínačích nebo ve stabilizátorech ve zdrojích
  • společným kolektorem (SC) (= emitorový sledovač) – neobrací fázi, velký vstupní odpor, velké proudové zesílení, menší napěťové zesílení (<1), využívá se ve sledovačích daného obvodu
  • regulační stupeň (RS)

Nejčastěji se používá zapojení se společným emitorem (SE), viz obrázek. Na první pohled emitor není uzemněn, ale podstatný je pohled z hlediska přenosu změn signálu. Z tohoto pohledu je rezistor R4 pro nastavení stejnosměrného pracovního bodu pro střídavý signál zkratován velkou paralelní kapacitou kondenzátoru C3. Důležitou informaci o vlastnostech tranzistoru podávají jeho vstupní a výstupní charakteristiky. Celková charakteristika se zakresluje do kartézské soustavy souřadnic.

Matematický popis tranzistoru[editovat | editovat zdroj]

K výpočtu zesilovacího činitele (jako například h21E) se používá tzv. hybridních rovnic.

Můžeme dosadit např. pro zapojení SE:

z toho např. : při

Stejně tak platí vztah Toto je vlastně obecný první Kirchhoffovův zákon.

= diferenciální vstupní odpor při výstupu nakrátko

= diferenciální zpětný napěťový přenos při vstupu naprázdno

= diferenciální proudový přenos při výstupu nakrátko (někdy uváděn jako nebo

= diferenciální výstupní vodivost při vstupu naprázdno

Můžeme také počítat s admitančními rovnicemi:

  • Poznámka: Všimněte si psaní malých a velkých písmen. Velká označují statické hodnoty a malá dynamické – tzn. že velká písmena vyjadřují chování v ustáleném stavu při stejnosměrných veličinách, kdežto malá písmena určují chování (okamžité hodnoty) při střídavých veličinách. Toto je nutno brát v potaz.

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Valsa J.: Teoretická elektrotechnika I; VUT Brno, 1997
  • Brančík L.: Elektrotechnika I; VUT Brno
  • Dědková J: Elektrotechnický seminář; VUT Brno
  • Musil V., Brzobohatý J., Boušek J., Prchalová I.: Elektronické součástky; VUT Brno, 1996
  • Mikulec M., Havlíček V.: Základy teorie elektrických obvodů 1; ČVUT, 1997
  • Stránský J. a kol.: Polovodičová technika I – učebnice pro elektrotechnické fakulty; SNTL; 1982
  • Blahovec A.: Elektrotechnika I; Informatorium, 1997
  • Blahovec A.: Elektrotechnika II; Informatorium, 1997
  • Blahovec A.: Elektrotechnika III; Informatorium, 1997
  • Maťátko J.: Elektronika; Idea Servis, 1997
  • Syrovátko M.: Zapojení s polovodičovými součástkami; SNTL, 1987
  • FROHN M., OBERTHÜR W. A KOL. Elektronika – polovodičové součástky a základní zapojení. Praha: BEN - technická literatura, 2006. ISBN 80-7300-123-3. 
  • Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika – součástky a obvody, principy a příklady; Grada Publishing; 2001
  • DOLEČEK, J. Moderní učebnice elektroniky 1. část. Praha: BEN – technická literatura, 2005. ISBN 80-7300-146-2. 
  • DOLEČEK, J. Moderní učebnice elektroniky 2. část. Praha: BEN – technická literatura, 2005. ISBN 80-7300-161-6. 
  • DOLEČEK, J. Moderní učebnice elektroniky 3. část. Praha: BEN – technická literatura, 2005. ISBN 80-7300-184-5. 
  • DOLEČEK, J. Moderní učebnice elektroniky 4. část. Praha: BEN – technická literatura, 2006. ISBN 80-7300-185-3. 

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]