bipolární tranzistor je polovodičové zařízení, které je široce používáno v elektronice a je jedním z hlavních prvků obvodů. Jeho princip fungování je založen na použití dvou pn přechodů, což umožňuje ovládat elektrický signál.
Hlavní součásti bipolárního tranzistoru jsou báze (B), emitor (E) a kolektor (C). Hlavní rozdíl mezi bipolárním tranzistorem a jinými typy, jako je tranzistor s efektem pole (FET), je ten, že je řízen spíše elektrickým proudem než napětím.
Princip činnosti bipolárního tranzistoru spočívá v tom, že řídicí proud do báze umožňuje buď uzavřít kanál mezi kolektorem a emitorem, nebo jej otevřít. To zajišťuje zesílení signálu a možnost použití tranzistoru v různých zesilovacích a spínacích obvodech.
Když je na bázi přiveden kladný proud (proud čerpadla), kanál se otevře a elektrony z kolektoru začnou proudit tímto kanálem a vstupují do emitoru. Zároveň v souladu se zákonem zachování náboje dochází v bázi ke změnám elektrického pole, které řídí proud protékající kolektorem a emitorem.
Princip činnosti bipolárního tranzistoru
Princip činnosti bipolárního tranzistoru je založen na dvou interagujících n-n přechodech mezi vrstvami. První spoj je vytvořen mezi základnou a emitorem a druhý – mezi základnou a kolektorem.
Provozní režimy bipolárního tranzistoru:
1. Aktivní režim saturace
V tomto režimu se elektrony z emitoru pohybují do kolektorové vrstvy a vytvářejí tok elektronů. Báze řídí tento tok a reguluje počet elektronů proudících z emitoru do kolektoru. Tranzistor tedy pracuje v režimu zesílení.
2. Režim cutoff
V tomto režimu tranzistor nevede proud z emitoru do kolektoru, protože základní vrstva nepropouští elektrony z emitoru. Tranzistor je ve stavu cutoff a nepracuje v režimu zesílení.
3. Režim saturace
V tomto režimu základní vrstva umožňuje plný tok elektronů z emitoru do kolektoru bez jakékoliv regulace. Tranzistor je v režimu saturace a také nepracuje v režimu zesílení.
Výhody a použití:
Bipolární tranzistory mají vysoký zisk a široký rozsah provozních teplot, díky čemuž jsou ideální volbou pro použití v různých aplikacích, jako jsou audio zesilovače, telekomunikační systémy, měřiče, napájecí zdroje a mnoho dalších.
| Výhody bipolárních tranzistorů | přihláška |
|---|---|
| Vysoký zisk | Zesilovače zvuku |
| Široký rozsah provozních teplot | Telekomunikační systémy |
| Nízká spotřeba energie | Čítače |
| Высокая надежность и долговечность | Zásoby energie |
Vnitřní struktura bipolárního tranzistoru
Struktura bipolárního tranzistoru se skládá ze dvou pn přechodů oddělených tenkou vrstvou polovodiče typu n. První np přechod je vytvořen mezi základnou a emitorem a druhý – mezi základnou a kolektorem.
Princip činnosti bipolárního tranzistoru je založen na řízení proudu tekoucího z emitoru do kolektoru změnou proudu tekoucího z báze do emitoru. Hlavním ovládacím prvkem je základní proud.
Tranzistor pracuje ve třech režimech: aktivní, saturační a cutoff. V aktivním režimu je tranzistor použit jako zesilovač, v saturovaném režimu jako spínač a v režimu cut-off jako spínač.
Uvnitř bipolárního tranzistoru má každá vrstva svou vlastní funkci. Emitor umožňuje emisi elektronů, kolektor sbírá elektrony a báze řídí tok elektronů mezi emitorem a kolektorem.
Bipolární tranzistor je důležitou součástí mnoha elektronických zařízení, jako jsou rádia, televize, počítače a telefony. Pochopení jeho vnitřní struktury pomáhá lépe porozumět principu jeho fungování a použití v moderních technologiích.
Polarita a přechody v bipolárním tranzistoru
V závislosti na typu vodivosti materiálů použitých v bipolárním tranzistoru to může být NPN nebo PNP. U tranzistoru NPN je vrstva emitoru typu N a vrstva báze a kolektor jsou typu P. U tranzistoru PNP je tomu naopak: vrstva emitoru je typu P a vrstva báze a kolektoru jsou typu N .
Hlavními přechody v bipolárním tranzistoru jsou přechody emitor-base (EB) a kolektor-base (CB). Tyto přechody mají různou polaritu: v EB přechodu má emitor vždy vyšší potenciální energii ve srovnání s bází, zatímco v CB přechodu má kolektor vyšší potenciální energii ve srovnání s bází.
Polarita přechodů je důležitá pro správnou funkci bipolárního tranzistoru. Když se na základnu přivede náboj nebo napětí, objeví se potenciální rozdíl mezi emitorem a základnou, což způsobí, že elektrony nebo díry proudí z vrstvy emitoru do základny, nebo naopak – elektrony nebo díry ze základní vrstvy do základny. emitor. To má za následek kontrolu proudu, který protéká CB přechodem.
Porozumění polaritě a přechodům v bipolárním tranzistoru je tedy důležitou součástí pro pochopení principu jeho fungování a navrhování elektronických obvodů a zařízení.
| Typ tranzistoru | Polarita spojení emitor-základna | Polarita spojení kolektor-základna |
|---|---|---|
| NPN | Emitor (P) – Základna (N) | Kolektor (N) – Základna (P) |
| PNP | Emitor (N) – Základna (P) | Kolektor (P) – Základna (N) |
Princip činnosti bipolárního tranzistoru v saturačních a cutoff režimech
Režim saturace
V režimu saturace je tranzistor v plně zapnutém stavu, kdy se proud protékající bází zvyšuje, což umožňuje, aby obvodem emitor-kolektor protékal více proudu. V tomto režimu funguje tranzistor jako sepnutý spínač, který umožňuje proudění proudu z emitoru do kolektoru bez omezení.
Režim cutoff
V režimu cutoff je tranzistor v plně vypnutém stavu, kdy bází teče minimální nebo žádný proud, což brání proudu protékat obvodem emitor-kolektor. V tomto režimu funguje tranzistor jako otevřený spínač, který neumožňuje proudění proudu z emitoru do kolektoru.
Je důležité si uvědomit, že bipolární tranzistor může pracovat i v aktivním režimu, kdy zesiluje vstupní signál v závislosti na změnách proudu báze. Hlavními a nejčastěji používanými provozními režimy bipolárních tranzistorů jsou však režimy saturace a cutoff.
