Tranzystor bipolarny

1

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny (dawniej: tranzystor warstwowy, tranzystor złączowy) to odmiana tranzystora,

półprzewodnikowy element elektroniczny, mający zdolność wzmacniania sygnału. Zbudowany jest z trzech warstw

półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa. Charakteryzuje się tym, że niewielki prąd płynący pomiędzy

dwiema jego elektrodami (nazywanymi bazą i emiterem) steruje większym prądem płynącym między innymi

elektrodami (kolektorem i emiterem).

Uproszczona struktura i symbol tranzystora npn Uproszczona struktura i symbol tranzystora pnp

Budowa

Tranzystor bipolarny składa się z trzech warstw półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa: p-n-p lub n-p-n

(istnieją więc dwa rodzaje tranzystorów bipolarnych: pnp i npn). Poszczególne warstwy noszą nazwy:

• emiter (oznaczony przez E) warstwa silnie domieszkowana

• baza (oznaczona przez B) warstwa cienka i słabo domieszkowana

• kolektor (oznaczony przez C)

W ten sposób tworzą się dwa złącza p-n baza-emiter (nazywane krótko złączem emitera) oraz baza-kolektor

(nazywane złączem kolektora).

Rozpływ prądów w tranzystorze npn

Zasada działania

W normalnych warunkach pracy złącze

kolektora jest spolaryzowane zaporowo.

Napięcie przyłożone do złącza baza-emiter

w kierunku przewodzenia powoduje

przepływ prądu przez to złącze – nośniki z

emitera (elektrony w tranzystorach npn lub

dziury w tranzystorach pnp) przechodzą do

obszaru bazy (stąd nazwa elektrody: emiter,

bo emituje nośniki). Nośników

przechodzących w przeciwną stronę, od

bazy do emitera jest niewiele, ze względu na

słabe domieszkowanie bazy. Nośniki wprowadzone z emitera do obszaru bazy dyfundują w stronę mniejszej ich

koncentracji - do kolektora. Dzięki niewielkiej grubości obszaru bazy trafiają do obszaru drugiego złącza, a tu na

Tranzystor bipolarny

2

skutek pola elektrycznego w obszarze zubożonym są przyciągane do kolektora.

W rezultacie, po przyłożeniu do złącza emiterowego napięcia w kierunku przewodzenia, popłynie niewielki prąd

między bazą a emiterem, umożliwiający przepływ dużego prądu między kolektorem a emiterem. Stosunek prądu

kolektora do prądu bazy nazywany jest wzmocnieniem prądowym tranzystora i oznacza się grecką literą β.

Za sygnał sterujący prądem kolektora można uważać zarówno prąd bazy, jak i napięcie baza-emiter. Zależność

między tymi dwiema wielkościami opisuje charakterystyka wejściowa tranzystora, będąca w zasadzie

eksponencjalną charakterystyką złącza pn spolaryzowanego w kierunku przewodzenia.

Prąd bazy składa się z dwóch głównych składników: prądu rekombinacji i prądu wstrzykiwania. Prąd rekombinacji

to prąd powstały z rekombinacji w bazie nośników wstrzykniętych z emitera do bazy z nośnikami

komplementarnymi. Jest tym mniejszy im cieńsza i słabiej domieszkowana jest baza. Prąd wstrzykiwania jest to prąd

złożony z nośników wstrzykniętych z bazy do emitera, jego wartość zależy od stosunku koncentracji domieszek w

obszarze bazy i emitera.

Zastosowania

Przykładowy tranzystora pracującego jako

wzmacniacz

Przykładowy tranzystora pracującego jako

przełącznik

W zależności od punktu pracy tranzystor może znajdować się w trzech

stanach

• Stan aktywny, w którym prąd kolektora jest β razy większy od prądu

bazy.

• Stan nasycenia, w którym prąd bazy jest na tyle duży, że obwód

kolektora nie jest w stanie dostarczyć prądu β razy większego. Napięcie

kolektor-emiter spada wtedy do niewielkiej wielkości.

• Stan zatkania, w którym złącze baza-emiter nie jest spolaryzowane lub

jest spolaryzowane zaporowo. Prąd kolektora spada wtedy do bardzo

małej wartości.

Poszczególne stany tranzystora są wykorzystywane w różnych

zastosowaniach.

Jako wzmacniacz

Tranzystor pracujący w stanie aktywnym może być wykorzystany do

budowy układu będącego wzmacniaczem sygnałów elektrycznych. Małe

zmiany prądu płynącego w obwodzie bazy powodują duże zmiany prądu

płynącego w obwodzie kolektora. W zależności od konstrukcji układu

można uzyskać wzmocnienie prądu, napięcia lub obu tych wielkości.

Tranzystor bipolarny

3

Jako przełącznik

Przy pracy tranzystora jako przełącznika wykorzystuje się przejście między stanem nasyconym (tranzystor

włączony) a zatkanym (tranzystor wyłączony). Takie tryb pracy tranzystora jest stosowane w niektórych układach

impulsowych oraz cyfrowych.

Układy pracy

Schemat wzmacniacza napięcia zmiennego w układzie ze wspólnym

emiterem

Schemat wzmacniacza napięcia zmiennego w układzie ze wspólną

bazą

Schemat wzmacniacza napięcia zmiennego w układzie ze wspólnym

kolektorem

Ze względu na sposób włączenia tranzystora do układu

można wyróżnić trzy podstawowe układy jego pracy

• wspólnego emitera

• wspólnej bazy

• wspólnego kolektora

Układ wspólnego emitera

Wzmacniane napięcie sygnału wejściowego podawane

jest pomiędzy bazę a emiter tranzystora, natomiast

sygnał po wzmocnieniu odbierany jest spomiędzy

kolektora a emitera. Elektroda emiter jest więc niejako

"wspólna" dla sygnałów wejściowego i wyjściowego –

stąd nazwa układu.

Układ wspólnej bazy

Wzmacniane napięcie sygnału wejściowego podawane

jest pomiędzy bazę a emiter tranzystora, natomiast

sygnał po wzmocnieniu odbierany jest spomiędzy bazy

i kolektora.

Układ wspólnego kolektora

Wzmacniane napięcie sygnału wejściowego podawane

jest pomiędzy bazę a kolektor tranzystora, natomiast

sygnał po wzmocnieniu odbierany jest spomiędzy

kolektora a emitera. Wzmocnienie napięciowe tego

układu jest bliskie jedności, wobec czego na wyjściu

wzmacniacza otrzymuje się "powtórzone" napięcie z

wejścia, stąd druga powszechnie używana nazwa takich

wzmacniaczy – wtórnik emiterowy.

Porównanie właściwości układów pracy

Porównanie właściwości poszczególnych układów

pracy tranzystora bipolarnego przedstawia tabela:

Tranzystor bipolarny

4

Parametr

wspólny kolektor wspólny emiter

wspólna baza

Rezystancja wejściowa

Duża

Średnia

Mała

Wzmocnienie napięciowe Równe jedności

Duże

Średnie

Wzmocnienie prądowe

Duże

Średnie

Mniejsze od jedności

Rezystancja wyjściowa

Mała

Duża

Duża

Podział tranzystorów bipolarnych

Oprócz podstawowego podziału określającego kolejność warstw półprzewodnika (pnp oraz npn) tranzystory

bipolarne można podzielić:

• Ze względu na materiał, z którego są wytworzone:

• Krzemowe

• Germanowe

• Z heterozłączami krzem-german

• Z arsenku galu

• Ze względu na konstrukcję i technologię wytwarzania:

• Tranzystor ze złączem wyciąganym (technologia historyczna)

• Tranzystor stopowy (technologia historyczna)

• Tranzystor MESA (technologia historyczna)

• Tranzystory planarne

• Tranzystory epitaksjalne

• Ze względu na charakterystyczne parametry

• Wielkiej częstotliwości

• Małej częstotliwości

• Dużej mocy

• Małej mocy

• Itd...

Przy nazywaniu tranzystora poszczególne określenia są łączone, można zatem mówić, na przykład, o krzemowym

tranzystorze epitaksjalno-planarnym wielkiej częstotliwości małej mocy.

Źródła

• Ben G. Streetman, Przyrządy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa 1976.

Zobacz też

• model Ebersa Molla

• przegląd zagadnień z zakresu elektryczności

Źródła i autorzy artykułu

5

Źródła i autorzy artykułu

Tranzystor bipolarny  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?oldid=21027162  Autorzy: Abronikowski, Beno, Darekm, Dy-e, E2rd, G44, Gang65, Harkonnen2, Jersz, Julo, Kasprzol, Kb,
Loraine, Lzur, Madcap, Maire, Margoz, Michał Warecki, MonteChristof, Mpfiz, Ptj, Pz, RJB1, Retep, RomanXNS, Roo72, Shadowriver, SkywalkerPL, Stepa, Stilgar, Swierszcz, Tszczesn,
Wojciech mula, Yarl, Zergu, Zureks, Żangle, 44 anonimowych edycji

Źródła, licencje i autorzy grafik

Plik:Tranzystor npn.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Tranzystor_npn.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: User:Harkonnen2

Plik:Tranzystor pnp.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Tranzystor_pnp.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: User:Harkonnen2

Plik:BJT NPN symbol (case).svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:BJT_NPN_symbol_(case).svg  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: User:Zedh

Plik:BJT PNP symbol (case).svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:BJT_PNP_symbol_(case).svg  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: User:Zedh

Plik:NPN transistor basic operation pl.png  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:NPN_transistor_basic_operation_pl.png  Licencja: GNU Free Documentation License
 Autorzy: User:Cepheiden, User:KaiMartin, User:RJB1

Plik:Transistor as amplifier.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Transistor_as_amplifier.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: FDominec

Plik:Transistor as switch.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Transistor_as_switch.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: FDominec

Plik:Common Emitter Principle.png  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Common_Emitter_Principle.png  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: Paddy, Peo

Plik:Common Base Principle.png  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Common_Base_Principle.png  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: Paddy, Peo

Plik:Common Collector Principle.png  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Common_Collector_Principle.png  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: Paddy,
Peo

Licencja

Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http:/

/

creativecommons.

org/

licenses/

by-sa/

3.

0/