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 emiterem a trzecią elektrodą (nazywaną kolektorem).

Budowa

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

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).

Zasada działania

W stanie aktywnym złącze emiter-baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze baza-kolektor - w kierunku zaporowym. Napięcie baza-emiter powoduje przepływ (wstrzykiwanie) nośników większościowych emitera przez to złącze do bazy – (elektrony w tranzystorach npn lub dziury w tranzystorach pnp). Nośników przechodzących w przeciwną stronę, od bazy do emitera jest niewiele, ze względu na słabe domieszkowanie bazy. Nośniki wstrzyknięte z emitera do obszaru bazy dyfundują do obszarów mniejszej ich koncentracji w kierunku kolektora. Trafiają do obszaru złącza baza-kolektor, a tu na skutek pola elektrycznego w obszarze zubożonym są przyciągane do kolektora.
 

W rezultacie, po przyłożeniu do złącza baza - emiter 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.

Rozpływ prądów w tranzystorze npn

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.
 

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 i 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.

Schemat wzmacniacza napięcia zmiennego w układzie ze wspólnym emiterem

Wspólny kolektor - jeden z trzech podstawowych układów wzmacniaczy na tranzystorach bipolarnych, odpowiednik układów ze wspólnym drenem na tranzystorach FET i ze wspólną anodą na lampach elektronowych; pozostałe dwa układy wzmacniaczy to układy ze wspólną bazą oraz ze wspólnym emiterem.

Zasadniczą cechą tego rodzaju wzmacniaczy jest to, że wzmacniane napięcie sygnału wejściowego podawane jest pomiędzy bazę a kolektor tranzystora, natomiast sygnał po wzmocnieniu odbierany jest spomiędzy kolektora a emitera. Kolektor jest więc "wspólny" dla sygnałów wejściowego i wyjściowego - stąd nazwa układu.

Wzmacniacz ze wspólnym kolektorem ma wzmocnienie napięciowe równe jeden (ściślej: nieznacznie mniej, niż jeden), wobec czego na wyjściu wzmacniacza otrzymuje się "powtórzone" napięcie z wejścia, stąd druga powszechnie używana nazwa takich wzmacniaczy - wtórnik emiterowy. Pomimo braku wzmocnienia napięciowego, wtórniki emiterowe charakteryzują się wysokim wzmocnieniem prądowym. Impedancja wejściowa wzmacniacza w tym układzie jest wysoka, a wyjściowa - niska. Układ często wykorzystywany wszędzie tam, gdzie zachodzi potrzeba wysterowania następnych stopni wzmacniacza wymagających stosunkowo dużego sygnału prądowego, np. do sterowania stopni końcowych wzmacniaczy dużej mocy. Wykorzystywany również jako stopień separujący.

Podział tranzystorów bipolarnych
Oprócz podstawowego podziału określającego kolejność warstw półprzewodnika (pnp oraz npn) tranzystory bipolarne można podzielić:
 

Przy nazywaniu tranzystora poszczególne określenia są łączone, można zatem mówić, na przykład, o krzemowym tranzystorze epitaksjalno-planarnym wielkiej częstotliwości małej mocy.

STRONA NR - 1

NASTĘPNA STRONA >>