Działanie tranzystora (na przykładzie tranzystora pnp):

W stanie bez polaryzacji zewnętrznej dziury z emitera nie przenikają do kolektora, gdyż są blokowane przez barierę potencjału emiter-baza. Podobna bariera potencjału istnieje na złączu baza-kolektor.

Po przyłożeniu zewnętrznej różnicy potencjałów między kolektor i emiter (baza pozostaje z niczym niepołączona) również nie obserwuje się przepływu prądu. Napięcie U_CE odkłada się na zaporowo spolaryzowanym złączu baza-kolektor.

Jeżeli między bazę i emiter zostanie przyłożone napięcie U_BE zmniejszające tę barierę potencjału, dziury z emitera dostana się do bazy, a następnie, o ile nie zrekombinują w niej, przedyfundują do kolektora, tworząc prąd I_C. Regulując napięcie U_BE regulujemy wysokość bariery potencjału za tym złączu, kontrolując jednocześnie ilość dziur dostających się do bazy. Dzięki temu za pomocą sygnału elektrycznego dostarczanego do bazy kontrolujemy oporność między emiterem i kolektorem. Tak działa

TRANSfereable rezISTOR.

Aby wystąpił efekt tranzystorowy (by dziury nie zrekombinowały w bazie), baza musi być odpowiednio cienka. Czas rekombinacji dziur w bazie musi być znacznie dłuższy niż czas ich dyfuzji przez bazę !!!

Działanie tranzystora npn jest analogiczne, jednak kierunki napięć i prądów są odwrotne niż w przypadku pnp, a nośnikami prądu kolektora są elektrony kolektor

p baza n potencjał Φ C B Φ+UCE potencjał IC IB UCE

Obniżenie bariery potencjału na złączu baza-emiter umożliwia dyfuzję dziur do bazy. W ten sposób powstaje prąd emitera I_E. Niewielka część dziur rekombinuje w bazie. Przez obniżoną barierę potencjału z bazy do emitera dostają się elektrony, gdzie także rekombinują. Dlatego, by utrzymać barierę potencjału baza - emiter na odpowiednim poziomie, z bazy do zewnętrznego źródła musi wypływać prąd I_B, równoważący powyższe procesy rekombinacyjne. Jednak większość dziur, zanim zdąży zrekombinować w bazie, dociera do złącza baza-kolektor. Bariera potencjału na tym złączu nie stanowi dla dziur przeszkody, dzięki czemu dziury dostają się do kolektora, tworząc prąd I_C.

Tranzystory są urządzeniami półprzewodnikowymi umożliwiającymi sterowanie przepływem dużego prądu, za pomocą prądu znacznie mniejszego. Wykorzystuje się je do wzmacniania małych sygnałów oraz przetwarzania informacji w postaci cyfrowej. Nazwa "tranzystor" pochodzi z połączenia słów transfer i rezystor.

Pierwszy tranzystor bipolarny zbudował rok później inny amerykański fizyk - W.B. Shockley. Cała ta trójka za wynalezienie tranzystora otrzymała w 1956 roku Nagrodę Nobla.

Nazwa bipolarne dotyczy tranzystorów, w których transport ładunków odbywa się za pośrednictwem obu rodzajów nośników jakie istnieją w półprzewodniku, tzn. elektronów i dziur. Półprzewodniki, w których na skutek nieregularności sieci krystalicznej przeważają nośniki typu dziurowego nazywa się półprzewodnikami typu p (niedomiarowymi), gdy przeważają nośniki elektronowe nazywa się je półprzewodnikami typu n (nadmiarowymi).

Tranzystor bipolarny składa się z trzech obszarów półprzewodnika o przeciwnym typie przewodnictwa, co powoduje powstanie dwóch złączy: p-n i n-p.

Istnieją dwie możliwe konfiguracje złączy p-n i n-p prowadzące do powstania dwóch rodzajów tranzystorów bipolarnych.

Symbole graficzne tranzystorów npn i pnp oraz ich diodowe modele zastępcze

Zasada działania

Zasada działania tranzystora bipolarnego omówiona zostanie na podstawie tranzystora NPN:

Przepływ prądu w tranzystorze npn

Przez złącze BE tranzystora npn przepływają nośniki większościowe ładunku, w tym przede wszystkim elektrony swobodne z emitera (typ n) do bazy. Również dziury z obszaru bazy (typ p) przepływają przez złącze do emitera. Prąd dziurowy jest znacznie mniejszy ze względu na mniejszą liczbę dziur, wynikającą z mniejszej objętości emitera. Mniejsza część elektronów swobodnych po osiągnięciu obszaru bazy wypełnia istniejące tam dziury, czyli podlega procesowi rekombinacji. Znacznie większa część elektronów swobodnych po znalezieniu się w obszarze bazy jest przyciągana przez kolektor i przepływa przez złącze BC spolaryzowane zaporowo, tak jak własne nośniki mniejszościowe bazy. Wypływające z emitera elektrony swobodne tworzą prąd emitera IE, który rozdziela się w obszarze bazy na mały prąd bazy IB i duży prąd kolektora IC.

Podstawowe parametry tranzystora

Bardzo ważnym jest aby strata elektronów w bazie była jak najmniejsza. Miarą tego na ile prąd kolektora odpowiada prądowi emitera jest współczynnik a nazywany zwarciowym współczynnikiem wzmocnienia prądowego prądu emitera (współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w układzie WB), definiowany jako:

a = (IC-IC0)/IE

gdzie IC0 jest prądem złącza kolektorowego spolaryzowanego zaporowo przy IB=0.

Konstrukcja tranzystora bipolarnego, a głównie małe rozmiary bazy sprawiają, że stosunek między prądem kolektora, a prądem bazy jest stały. Stosunek IC/ IB nazywa się współczynnikiem wzmocnienia prądowego prądu bazy (współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w układzie WE) i oznacza się symbolem b.

IE = IC + IB

IC = bIB

Zależność pomiędzy obydwoma współczynnikami opisuje równanie:

b = a / (1-a)

Stały stosunek IC/ IB oznacza, ze pewnej wartości prądu bazy IB odpowiada określona wartość prądu kolektora IC. Można zatem zmieniać prąd bazy po to aby uzyskiwać b-krotnie większe zmiany prądu kolektora. Uzyskuje się zatem wzmocnienie przez tranzystor mocy sygnału sterującego. Większą moc sygnału w obwodzie kolektora otrzymuje się kosztem mocy czerpanej z zasilacza.