Tranzistor je všadeprítomnou a dôležitou súčasťou modernej mikroelektroniky. Jeho účel je jednoduchý: umožňuje, používanie slabý signál ovládanie oveľa silnejšie.
Najmä môže byť použitý ako riadený „tlmič“: absenciou signálu na „bráne“ blokuje tok prúdu a jeho napájaním ho umožňuje. Inými slovami: toto je tlačidlo, ktoré sa nestláča prstom, ale privedením napätia. Toto je najbežnejšia aplikácia v digitálnej elektronike.
Ako funguje tranzistor?
Najprv sa nazývala tuhá verzia vákuovej triódy, ale výraz „tranzistor“ prežil. Tento typ tranzistora pozostáva z. Vieme, že kremík a germánium sú príklady polovodičov. Prečo sa to teraz nazýva prechodový tranzistor? Odpoveď je v konštrukcii. Teraz v tomto type tranzistora je jeden typ polovodiča vložený medzi iný typ polovodiča. Budeme o nich diskutovať neskôr.
Charakteristika bipolárneho tranzistora
Teraz, keď existujú dva prechody vyrobené z rôznych typov polovodičov, nazýva sa to prechodový tranzistor. Nazýva sa bipolárna, pretože vodivosť je spôsobená elektrónmi aj dierami. 
Všeobecná charakteristika žiariča
Všeobecný základný režim Všeobecný režim emitor Všeobecný režim kolektora. . Z vyššie uvedeného diagramu je možné vidieť, že zvýšenie napätia emitora znižuje predpätie na prechode emitora, čím sa znižuje kolektorový prúd. To znamená, že výstupné napätie a vstupné napätie sú vo fáze.
Tranzistory sú dostupné v rôznych baleniach: ten istý tranzistor môže vyzerať úplne inak. Pri prototypovaní sú najbežnejšie prípady:
TO-92 - kompaktný, pre ľahké zaťaženie
TO-220AB - masívny, dobrý odvod tepla, pre veľké zaťaženie
Označenie na schémach sa tiež líši v závislosti od typu tranzistora a štandardu označenia použitého v kompilácii. Ale bez ohľadu na variáciu, jeho symbol zostáva rozpoznateľný.
Typy bipolárnych tranzistorov
Podobné články. Indiferenčné unipolárne tranzistory ako napr tranzistory s efektom poľa používajte iba jeden typ nosiča náboja. Líši sa od iného typu tranzistora, to znamená, že výstupný prúd je riadený vstupným napätím. Ako sme videli, polovodič ponúka menší odpor toku prúdu v jednom smere a vysoký odpor v druhom smere a tranzistor môžeme nazvať ako režim polovodičového zariadenia. Bipolárne tranzistory pozostávajú z dvoch typov tranzistorov.
Bipolárne tranzistory
Bipolárne tranzistory (BJT, bipolárne tranzistory) majú tri kontakty:
Kolektor - je naň privedené vysoké napätie, ktoré chcete ovládať
Báza - cez ňu sa dodáva malé množstvo prúd odomknúť veľké; základňa je uzemnená, aby ju blokovala
Emitor - prúd cez neho preteká z kolektora a základne, keď je tranzistor „otvorený“
Bodový kontakt Prechodový tranzistor. . Pri porovnaní týchto dvoch tranzistorov sa používajú prechodové tranzistory viac ako tranzistory bodového typu. Prechodové tranzistory sú ďalej rozdelené do dvoch typov, ktoré sú uvedené nižšie. Pre každý tranzitný tranzistor sú tri elektródy: emitor, kolektor a báza.
Základná schéma zapojenia
Tri terminály sú kolektor, báza a emitor a tranzistor sa používajú na spínacie a zosilňovacie aplikácie. Typicky je kolektorový terminál pripojený ku kladnému pólu a emitor k zápornému napájaniu s odporom v obvode emitora alebo kolektora. Pomocou tejto vlastnosti môže tranzistor pracovať v oboch aplikáciách, ako je spínač a zosilňovač.
Hlavnou charakteristikou bipolárneho tranzistora je indikátor hfe tiež známy ako zisk. Odráža, koľkokrát viac prúdu v sekcii kolektor-emitor môže prechádzať tranzistorom v porovnaní s prúdom báza-emitor.
Kde môžem kúpiť tranzistory?
Typicky sa kladné napätie privádza na svorku kolektora a záporné napájanie na svorku emitora s odporom buď emitorom alebo obvodom kolektora alebo emitora. Pomocou tejto podmienky môže tranzistor fungovať ako obe aplikácie, ktorými sú zosilňovač a spínač. Základný symbol a diagram, ako je uvedené nižšie.
Používa rôzne polovodičové materiály pre oblasť žiariča a bázy a vytvára heterojunkciu. To iniciuje veľký tok prúdu v dôsledku kombinácie elektrónov a dier. Ponechané zapnuté veľké množstvá Elektróny prejdú cez kolektor spätného predpätia, aby iniciovali kolektorový prúd. môžeme pozorovať matematickú rovnicu.
Napríklad, ak hfe= 100, a cez bázu prejde 0,1 mA, potom cez seba prejde tranzistor maximálne 10 mA. Ak je v tomto prípade vo vysokoprúdovej sekcii súčiastka, ktorá spotrebuje napríklad 8 mA, bude mať 8 mA a tranzistor bude mať „rezervu“. Ak existuje súčiastka, ktorá odoberá 20 mA, bude mať k dispozícii iba maximálne 10 mA.
Základný prúd je veľmi menší v porovnaní s prúdom emitora a kolektora. 
Nádej, táto informácia tento článok vám pomôže dať dobré informácie a pochopiť projekt. Tu je otázka pre vás, ak sa tranzistory používajú v digitálnych obvodoch, zvyčajne fungujú v ktorej oblasti?
Elektrické 4-bipolárne tranzistory. . Úvod. Hlavnou funkciou „modelu“ je predpovedať správanie sa zariadenia v konkrétnom pracovná oblasť. Ďalšie články. Odozva malého striedavého signálu môže byť opísaná dvoma spôsobmi: všeobecné modely: hybridný model a model. Modely sú ekvivalentné obvody, ktoré umožňujú použitie techník analýzy obvodov na predpovedanie výkonu.
Dokumentácia pre každý tranzistor tiež uvádza maximálne prípustné napätia a prúdy na kontaktoch. Prekročenie týchto hodnôt vedie k nadmernému zahrievaniu a zníženiu životnosti a silné prekročenie môže viesť k zničeniu.
NPN a PNP
Tranzistorový hybridný model Pre demonštráciu hybridného tranzistorového modelu je potrebné vytvoriť ekvivalentný obvod striedavý prúd. Spodný diagram vľavo je jediný všeobecné štádiumžiarič na analýzu. Napájací zdroj je tiež skratovaný na striedavé signály.
Ekvivalentný obvod je znázornený vyššie na obrázku vpravo. Modrý obdĺžnik teraz predstavuje ekvivalentný obvod ekvivalentného signálu a teraz môže začať pracovať na hybridnom ekvivalentnom obvode. Vo všeobecných parametroch žiariča. Hybridný model vhodný pre malé signály v stredný pruh a popisuje činnosť tranzistora.
Tranzistor opísaný vyššie je takzvaný tranzistor NPN. Nazýva sa tak, pretože pozostáva z troch vrstiev kremíka spojených v poradí: Negatív-Pozitívny-Negatív. Kde negatívna je zliatina kremíka s prebytkom negatívnych nosičov náboja (n-dopovaná) a pozitívna je zliatina s prebytkom pozitívnych nosičov náboja (p-dopovaná).
NPN sú efektívnejšie a bežnejšie v priemysle.
Z tohto dôvodu sa pri návrhu obvodu musia parametre hybridu merať za rovnakých podmienok ako skutočný obvod. Výstupné krivky sú celkom užitočné, pretože ukazujú zmenu kolektorového prúdu pre rozsah napätí kolektora a emitora. Takmer plochá časť kriviek ukazuje, že tranzistor sa správa ako DC generátor.
Toto je dôležitá skutočnosť, ktorú treba zvážiť pri použití tranzistora ako spínača. Model sa použije na zostavenie rovníc pre napäťové zosilnenie, prúdové zosilnenie, vstupnú a výstupnú impedanciu. Ako jedno z významných polovodičových zariadení našiel tranzistor obrovské uplatnenie elektronické prihlášky, ako sú vstavané systémy, digitálne obvody a riadiace systémy. V digitálnych a analógových doménach sa tranzistory široko používajú na rôzne aplikácie, ako je zosilnenie, logické operácie, prepínanie atď. tento článok sa sústreďuje a poskytuje stručné vysvetlenie použitia tranzistora ako spínača.
Pri označovaní PNP tranzistorov sa líšia v smere šípky. Šípka vždy ukazuje od P do N. Tranzistory PNP majú „obrátené“ správanie: prúd nie je blokovaný, keď je základňa uzemnená a blokovaná, keď ňou preteká prúd.
Tranzistory s efektom poľa
Tranzistory s efektom poľa (FET, Field Effect Transistor) majú rovnaký účel, ale líšia sa vnútornou štruktúrou. Konkrétnym typom týchto komponentov sú tranzistory MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Umožňujú vám pracovať s oveľa väčším výkonom pri rovnakých rozmeroch. A ovládanie samotnej „klapky“ sa vykonáva výlučne pomocou napätia: hradlom netečie žiadny prúd, na rozdiel od bipolárnych tranzistorov.
Prevádzkové režimy bipolárnych tranzistorov
V takmer mnohých aplikáciách sa tieto tranzistory používajú na dve hlavné funkcie, ako je spínanie a zosilňovanie. Tieto dva nosiče náboja sú diery a elektróny, kde diery sú kladné nosiče náboja a elektróny sú záporné nosiče náboja.
Bipolárny tranzistor: spínacie obvody, prevádzkové režimy
Tranzistor má tri oblasti: bázu, emitor a kolektor. Emitor je silne dotovaný terminál a emituje elektróny do základne. Základňa je jemne dotovaná a umožňuje elektrónom čerpaným emitorom prúdiť do kolektora. Koncovka kolektora je stredne dotovaná a zbiera elektróny zo základne. Tento kolektor je v porovnaní s ostatnými dvoma oblasťami veľký, takže odvádza viac tepla.
Tranzistory s efektom poľa majú tri kontakty:
Odtok - je naň privedené vysoké napätie, ktoré chcete ovládať
Brána - na ňu je aplikované napätie, ktoré umožňuje prúdenie prúdu; brána je uzemnená, aby blokovala prúd.
Zdroj - prúd cez neho preteká z odtoku, keď je tranzistor „otvorený“
Prevádzkové režimy tranzistorov
Tieto dva tranzistory je možné nakonfigurovať odlišné typy, ako sú konfigurácie spoločného emitora, spoločného kolektora a spoločnej bázy. V závislosti od podmienok predpätia, ako je dopredný alebo spätný chod, majú tranzistory tri hlavné režimy činnosti: odrezané, aktívne a nasýtené oblasti.
Prevádzka tranzistora v režime zosilnenia signálu
V tomto režime sa tranzistor zvyčajne používa ako prúdový zosilňovač. V aktívnom režime sú tieto dve spojenia odlišne zaujaté, čo znamená, že spojenie medzi emitorom a bázou je predpäté, zatiaľ čo spojenie medzi kolektorom a bázou je naopak. V tomto režime prúdi prúd medzi emitorom a kolektorom a množstvo prúdu je úmerné základnému prúdu.
N-kanál a P-kanál
Analogicky s bipolárnymi tranzistormi sa tranzistory s efektom poľa líšia polaritou. N-kanálový tranzistor bol opísaný vyššie. Sú najbežnejšie.
P-kanál, keď je označený, sa líši v smere šípky a opäť má „obrátené“ správanie.
V tomto režime je pripojenie základného kolektora aj pripojenie emitora založené na spätnom predpätí. To zase zabraňuje toku toku z kolektora do emitora, keď je napätie základného emitora nízke. V tomto režime je zariadenie úplne vypnuté, čo má za následok nulový prúd pretekajúci zariadením.
V tomto prevádzkovom režime sú základné aj základné spojenia vysielač je posunutý dopredu. Prúd voľne tečie z kolektora do emitora, keď je napätie bázového emitora vysoké. Na obrázku nižšie má medzná oblasť prevádzkové podmienky ako výstupný prúd s nulovým kolektorom, vstupný prúd s nulovou bázou a maximálne napätie kolektora. Tieto parametre majú za následok veľkú vrstvu vyčerpania, ktorá ďalej bráni toku prúdu cez tranzistor.
Pripojenie tranzistorov na pohon vysokovýkonných komponentov
Typickou úlohou mikrokontroléra je zapnutie a vypnutie konkrétneho komponentu obvodu. Samotný mikrokontrolér má zvyčajne skromné charakteristiky spracovania energie. Takže Arduino s výstupom 5 V na pin dokáže vydržať prúd 40 mA. Výkonné motory alebo ultrajasné LED diódy dokážu odoberať stovky miliampérov. Pri priamom pripojení takýchto záťaží môže čip rýchlo zlyhať. Navyše, pre fungovanie niektorých komponentov je potrebné napätie vyššie ako 5 V a Arduino nedokáže vyprodukovať viac ako 5 V z digitálneho výstupného pinu.
Podobne v oblasti nasýtenia je tranzistor predpätý tak, že sa aplikuje maximálny prúd bázy, ktorý poskytuje maximálny prúd kolektor a minimálne napätie kolektor-emitor. To spôsobí, že vrstva vyčerpania sa stane malou a umožní, aby maximálny prúd prešiel cez tranzistor.
Tento typ spínacej aplikácie sa používa na ovládanie motorov, záťaže svietidiel, solenoidov atď. Tranzistor sa používa na spínanie na otvorenie alebo zatvorenie obvodu. Tento typ polovodičového spínania ponúka významnú spoľahlivosť a nižšiu cenu ako bežné relé. Niektoré aplikácie používajú ako spínacie zariadenie výkonový tranzistor, potom môže byť potrebné použiť iný tranzistor na úrovni signálu na ovládanie vysokovýkonného tranzistora.
Ale stačí jednoducho ovládať tranzistor, ktorý zase bude riadiť veľký prúd. Povedzme, že potrebujeme pripojiť dlhý LED pásik, ktorý vyžaduje 12 V a stále spotrebúva 100 mA:
Teraz, keď je výstup nastavený na logickú jednotku (vysoká), 5 V vstupujúcich do základne otvorí tranzistor a cez pásku potečie prúd - bude svietiť. Keď je výstup nastavený na logickú nulu (nízka), základňa bude cez mikrokontrolér uzemnená a tok prúdu bude zablokovaný.
Dávajte pozor na odpor obmedzujúci prúd R. Je potrebné zabrániť vzniku skrat po trase mikrokontrolér - tranzistor - zem. Hlavnou vecou nie je prekročiť povolený prúd cez kontakt Arduino 40 mA, takže musíte použiť odpor s hodnotou najmenej:
Tu Ud- toto je pokles napätia na samotnom tranzistore. Závisí od materiálu, z ktorého je vyrobený a zvyčajne je 0,3 – 0,6 V.
Ale absolútne nie je potrebné udržiavať prúd na prípustnom limite. Je len potrebné, aby vám zosilnenie tranzistora umožnilo riadiť požadovaný prúd. V našom prípade je to 100 mA. Prijateľné pre použitý tranzistor hfe= 100, potom nám bude stačiť riadiaci prúd 1 mA
Pre nás je vhodný rezistor s hodnotou od 118 Ohm do 4,7 kOhm. Pre stabilnú prevádzku na jednej strane a ľahké zaťaženie k čipu na druhej strane, 2,2 kOhm je dobrá voľba.
Ak namiesto bipolárneho tranzistora použijete tranzistor s efektom poľa, môžete to urobiť bez odporu:
Je to spôsobené tým, že brána v takýchto tranzistoroch je riadená výlučne napätím: v sekcii mikrokontroléra - brána - zdroj nie je žiadny prúd. A vďaka svojim vysokým charakteristikám vám obvod využívajúci MOSFET umožňuje ovládať veľmi výkonné komponenty.
Bipolárny tranzistor.
Bipolárny tranzistor- elektronické polovodičové zariadenie, jeden z druhov tranzistorov, určené na zosilnenie, generovanie a premenu elektrických signálov. Tranzistor je tzv bipolárne, keďže na prevádzke zariadenia sa súčasne podieľajú dva typy nosičov náboja - elektróny A diery. Takto sa líši od unipolárne(field-effect) tranzistor, v ktorom je zapojený len jeden typ nosiča náboja.
Princíp činnosti oboch typov tranzistorov je podobný činnosti vodovodného kohútika, ktorý reguluje prietok vody, cez tranzistor prechádza iba tok elektrónov. V bipolárnych tranzistoroch prechádzajú cez zariadenie dva prúdy - hlavný „veľký“ prúd a riadiaci „malý“ prúd. Výkon hlavného prúdu závisí od výkonu regulátora. Pri tranzistoroch s efektom poľa prechádza zariadením iba jeden prúd, ktorého výkon závisí od elektromagnetického poľa. V tomto článku sa bližšie pozrieme na fungovanie bipolárneho tranzistora.
Dizajn bipolárneho tranzistora.
Bipolárny tranzistor pozostáva z troch polovodičových vrstiev a dvoch PN prechodov. Existujú PNP a NPN tranzistory podľa typu striedania dierová a elektrónová vodivosť. Sú ako dve dióda, spojené tvárou v tvár alebo naopak.
Bipolárny tranzistor má tri kontakty (elektródy). Kontakt vychádzajúci z centrálnej vrstvy je tzv základňu. Krajné elektródy sú tzv zberateľ A žiarič (zberateľ A žiarič). Základná vrstva je v porovnaní s kolektorom a žiaričom veľmi tenká. Okrem toho sú oblasti polovodičov na okrajoch tranzistora asymetrické. Polovodičová vrstva na strane kolektora je o niečo hrubšia ako na strane emitora. To je nevyhnutné pre správnu činnosť tranzistora.
Činnosť bipolárneho tranzistora.
Uvažujme o fyzikálnych procesoch, ktoré sa vyskytujú počas prevádzky bipolárneho tranzistora. Vezmime si ako príklad model NPN. Princíp činnosti tranzistora PNP je podobný, len polarita napätia medzi kolektorom a emitorom bude opačná.
Ako už bolo uvedené v článok o typoch vodivosti v polovodičoch, v látke typu P sú kladne nabité ióny - diery. Látka typu N je nasýtená záporne nabitými elektrónmi. V tranzistore koncentrácia elektrónov v oblasti N výrazne prevyšuje koncentráciu dier v oblasti P.
Zapojme zdroj napätia medzi kolektor a emitor V CE (V CE). Pod jeho pôsobením sa elektróny z hornej časti N začnú priťahovať do plusu a zbierať sa v blízkosti kolektora. Prúd však nebude môcť tiecť, pretože elektrické pole zdroja napätia nedosiahne emitor. Tomu bráni hrubá vrstva kolektorového polovodiča plus vrstva základného polovodiča.
Teraz spojme napätie medzi bázou a emitorom V BE , ale výrazne nižšie ako V CE (pre kremíkové tranzistory je minimálne požadované V BE 0,6 V). Keďže vrstva P je veľmi tenká, plus zdroj napätia pripojený k základni, bude schopná „dosiahnuť“ svojím elektrickým poľom N oblasť žiariča. Pod jeho vplyvom budú elektróny nasmerované na základňu. Niektoré z nich začnú zapĺňať diery, ktoré sa tam nachádzajú (rekombinujú). Druhá časť nenájde voľnú dieru, pretože koncentrácia dier v základni je oveľa nižšia ako koncentrácia elektrónov v žiariči.
Výsledkom je, že centrálna vrstva základne je obohatená o voľné elektróny. Väčšina z nich pôjde smerom ku kolektoru, pretože tam je napätie oveľa vyššie. Tomu napomáha aj veľmi malá hrúbka centrálnej vrstvy. Časť elektrónov, aj keď oveľa menšia, bude stále prúdiť smerom k plusovej strane základne.
V dôsledku toho získame dva prúdy: malý - od základne k žiariču I BE a veľký - od kolektora k žiariču I CE.
Ak zvýšite napätie na základni, potom sa vo vrstve P nahromadí ešte viac elektrónov. V dôsledku toho sa základný prúd mierne zvýši a kolektorový prúd sa výrazne zvýši. teda s miernou zmenou základného prúdu I B , kolektorový prúd I sa výrazne mení S. To sa stane zosilnenie signálu v bipolárnom tranzistore. Pomer kolektorového prúdu I C k základnému prúdu I B sa nazýva prúdový zisk. Určené β , hfe alebo h21e, v závislosti od špecifík výpočtov vykonaných s tranzistorom.
Najjednoduchší bipolárny tranzistorový zosilňovač
Pozrime sa podrobnejšie na princíp zosilnenia signálu v elektrickej rovine pomocou príkladu obvodu. Dovoľte mi vopred urobiť výhradu, že táto schéma nie je úplne správna. Nikto nepripája zdroj jednosmerného napätia priamo k zdroju striedavého prúdu. Ale v tomto prípade bude jednoduchšie a jasnejšie pochopiť samotný mechanizmus zosilnenia pomocou bipolárneho tranzistora. Samotná technika výpočtu v nižšie uvedenom príklade je tiež trochu zjednodušená.
1.Popis hlavných prvkov obvodu
Povedzme teda, že máme tranzistor so ziskom 200 (β = 200). Na strane kolektora pripojíme pomerne výkonný 20V zdroj, vďaka energii ktorého dôjde k zosilneniu. Z bázy tranzistora pripojíme slabý 2V zdroj. Zdroj k nemu pripojíme sériovo striedavé napätie vo forme sínusu, s amplitúdou kmitania 0,1V. To bude signál, ktorý treba zosilniť. Rezistor Rb v blízkosti základne je potrebný na obmedzenie prúdu prichádzajúceho zo zdroja signálu, ktorý má zvyčajne nízky výkon.
2. Výpočet základného vstupného prúdu I b
Teraz vypočítajme základný prúd I b. Keďže ide o striedavé napätie, musíme vypočítať dve hodnoty prúdu - pri maximálnom napätí (V max) a minimálnom napätí (V min). Nazvime tieto aktuálne hodnoty - I bmax a I bmin.
Aby ste mohli vypočítať prúd bázy, musíte poznať napätie bázy-emitor V BE. Medzi základňou a emitorom je jeden PN prechod. Ukazuje sa, že základný prúd sa na svojej ceste „stretne“ s polovodičovou diódou. Napätie, pri ktorom sa polovodičová dióda začína viesť, je asi 0,6 V. Nezachádzajme do detailov prúdovo-napäťové charakteristiky diódy, a pre jednoduchosť výpočtov si vezmeme približný model, podľa ktorého je napätie na dióde s prúdom vždy 0,6V. To znamená, že napätie medzi základňou a emitorom je VBE = 0,6V. A keďže je vysielač pripojený k zemi (V E = 0), napätie medzi základňou a zemou je tiež 0,6 V (V B = 0,6 V).
Vypočítajme I bmax a I bmin pomocou Ohmovho zákona:
2. Výpočet výstupného kolektorového prúdu I S
Teraz, keď poznáte zisk (β = 200), môžete ľahko vypočítať maximálne a minimálne hodnoty kolektorového prúdu (I cmax a I cmin).
3. Výpočet výstupného napätia V von
Cez rezistor Rc preteká kolektorový prúd, ktorý sme už vypočítali. Zostáva nahradiť hodnoty:
4. Analýza výsledkov
Ako je možné vidieť z výsledkov, V Cmax sa ukázalo byť menšie ako V Cmin. Je to preto, že napätie na rezistore V Rc sa odčíta od napájacieho napätia VCC. Vo väčšine prípadov to však nevadí, keďže nás zaujíma premenná zložka signálu – amplitúda, ktorá sa zvýšila z 0,1V na 1V. Frekvencia a sínusový tvar signálu sa nezmenili. Samozrejme, desaťnásobný pomer V out / V nie je ani zďaleka najlepším ukazovateľom pre zosilňovač, ale je celkom vhodný na ilustráciu procesu zosilnenia.
Poďme si teda zhrnúť princíp fungovania zosilňovača založeného na bipolárnom tranzistore. Základňou preteká prúd Ib, ktorý prenáša konštantné a premenlivé zložky. Je potrebná konštantná zložka, aby sa PN prechod medzi základňou a emitorom začal viesť - „otvoril“. Variabilná zložka je v skutočnosti samotný signál (užitočná informácia). Prúd kolektor-emitor vo vnútri tranzistora je výsledkom základného prúdu vynásobeného ziskom β. Napätie na rezistore Rc nad kolektorom je výsledkom vynásobenia zosilneného kolektorového prúdu hodnotou odporu.
Vývod V teda prijíma signál so zvýšenou amplitúdou kmitania, ale s rovnakým tvarom a frekvenciou. Je dôležité zdôrazniť, že tranzistor odoberá energiu na zosilnenie z napájacieho zdroja VCC. Ak je napájacie napätie nedostatočné, tranzistor nebude schopný plne fungovať a výstupný signál môže byť skreslený.
Prevádzkové režimy bipolárneho tranzistora
V súlade s hladinami napätia na elektródach tranzistora existujú štyri režimy jeho činnosti:
Režim odrezania.
Aktívny režim.
Režim nasýtenia.
Obrátený režim.
Režim cut-off
Keď je napätie báza-emitor nižšie ako 0,6V - 0,7V, PN prechod medzi bázou a emitorom je uzavretý. V tomto stave nemá tranzistor žiadny základný prúd. V dôsledku toho nebude existovať ani kolektorový prúd, pretože v základni nie sú žiadne voľné elektróny pripravené na pohyb smerom k napätiu kolektora. Ukazuje sa, že tranzistor je akoby uzamknutý a hovoria, že je v ňom cut-off režime.
Aktívny režim
IN aktívny režim Napätie na báze je dostatočné na otvorenie PN prechodu medzi bázou a emitorom. V tomto stave má tranzistor bázový a kolektorový prúd. Kolektorový prúd sa rovná základnému prúdu vynásobenému ziskom. Tie aktívny režim nazývaný normálny prevádzkový režim tranzistora, ktorý sa používa na zosilnenie.
Režim nasýtenia
Niekedy môže byť základný prúd príliš vysoký. Výsledkom je, že napájací výkon jednoducho nestačí na zabezpečenie takej veľkosti kolektorového prúdu, ktorý by zodpovedal zosilneniu tranzistora. V režime nasýtenia bude kolektorový prúd maximálny, ktorý môže napájací zdroj poskytnúť a nebude závisieť od základného prúdu. V tomto stave tranzistor nie je schopný zosilniť signál, pretože kolektorový prúd nereaguje na zmeny základného prúdu.
V režime nasýtenia je vodivosť tranzistora maximálna a je vhodnejší pre funkciu spínača (spínača) v stave „zapnuté“. Podobne v režime cut-off je vodivosť tranzistora minimálna a tomu zodpovedá aj vypínač vo vypnutom stave.
Inverzný režim
V tomto režime kolektor a emitor menia úlohy: PN prechod kolektora je predpätý v smere dopredu a prechod emitoru je predpätý v opačnom smere. V dôsledku toho prúd tečie zo základne do kolektora. Kolektorová polovodičová oblasť je asymetrická k emitoru a zisk v inverznom režime je nižší ako v normálnom aktívnom režime. Tranzistor je navrhnutý tak, aby v aktívnom režime pracoval čo najefektívnejšie. Preto sa tranzistor prakticky nepoužíva v inverznom režime.
Základné parametre bipolárneho tranzistora.
Aktuálny zisk– pomer kolektorového prúdu I C k základnému prúdu I B. Určené β , hfe alebo h21e v závislosti od špecifík výpočtov vykonaných s tranzistormi.
β je konštantná hodnota pre jeden tranzistor a závisí od fyzickej štruktúry zariadenia. Vysoký zisk sa počíta v stovkách jednotiek, nízky zisk - v desiatkach. Pre dva samostatné tranzistory rovnakého typu, aj keď boli počas výroby „susedmi potrubia“, môže byť β mierne odlišné. Táto charakteristika bipolárneho tranzistora je možno najdôležitejšia. Ak možno pri výpočtoch často zanedbať iné parametre zariadenia, potom je prúdový zisk takmer nemožný.
Vstupná impedancia– odpor v tranzistore, ktorý sa „stretá“ s prúdom bázy. Určené R v (R vstup). Čím je väčšia, tým je lepšia pre zosilňovacie charakteristiky zariadenia, keďže na strane základne je zvyčajne zdroj slabého signálu, ktorý potrebuje spotrebovať čo najmenej prúdu. Perfektná možnosť- vtedy je vstupný odpor nekonečný.
Vstup R pre priemerný bipolárny tranzistor je niekoľko stoviek KΩ (kiloohmov). Tu bipolárny tranzistor veľmi stráca na tranzistor s efektom poľa, kde vstupný odpor dosahuje stovky GΩ (gigaohmov).
Výstupná vodivosť- vodivosť tranzistora medzi kolektorom a emitorom. Čím väčšia je výstupná vodivosť, tým väčší prúd kolektor-emitor bude schopný prejsť cez tranzistor pri menšom výkone.
Taktiež so zvýšením výstupnej vodivosti (alebo znížením výstupného odporu) sa zvyšuje maximálne zaťaženie, ktoré zosilňovač vydrží s nevýznamnými stratami celkového zisku. Napríklad, ak tranzistor s nízkou výstupnou vodivosťou zosilní signál 100-krát bez záťaže, potom pri pripojení záťaže 1 KΩ už zosilní len 50-krát. Tranzistor s rovnakým ziskom, ale vyššou výstupnou vodivosťou bude mať menší pokles zisku. Ideálna možnosť je, keď je výstupná vodivosť nekonečná (alebo výstupný odpor Rout = 0 (Rout = 0)).