Bipolární tranzistor: Porovnání verzí
Smazaný obsah Přidaný obsah
Redirect na sekci v článku Tranzistor |
Vytvoření stránky vyčleněním části informací ze stránky Tranzistor |
||
Řádek 1:
{{float_begin|side=right}}
|- align="center"
|[[Soubor:BJT PNP symbol.svg|80px]]||[[Soubor:BJT NPN symbol.svg|80px]]
|- align="center"
|PNP||NPN
|- align="center"
{{float_end|caption=Schematické značky bipolárních tranzistorů}}
'''Bipolární tranzistor''' je elektronická součástka tvořená třemi oblastmi [[polovodič]]e s různým typem vodivosti v uspořádání NPN nebo PNP, které vytvářejí dvojici [[přechod PN|přechodů PN]]. Prostřední oblast se nazývá '''báze''' ('''B'''), krajní '''emitor''' ('''E''') a '''kolektor''' ('''C''', výjimečně '''K'''). Ke každá z oblastí je zapojen vývod. Při vhodném zapojení je velikost [[elektrický proud|elektrického proudu]] tekoucího mezi emitorem a kolektorem řízena malými změnami proudu tekoucího mezi bází a emitorem. Bipolární tranzistory se používají jako [[zesilovač]]e, [[spínač]]e a [[invertor]]y. Vyrábějí se jako samostatné součástky nebo jako prvky [[integrovaný obvod|integrovaných obvodů]]. Ve složitých integrovaných obvodech však převládá používání [[unipolární tranzistor|unipolárních tranzistorů]].
== Princip činnosti bipolárního tranzistoru ==
[[File:NPN BJT (Planar) Cross-section.svg|frame|right|Zjednodušený průřez planárním bipolárním tranzistorem ''NPN''.]]
Bipolární tranzistor je třívrstvá součástka složená z různě dotovaných oblastí. Emitor je o několik řádů více dotován než báze, má mnohem více volných nosičů náboje. V případě NPN tranzistoru elektronů, a ty zaplaví tenkou oblast báze. Uvažujme tranzistor typu NPN v zapojení se společným emitorem. Zvyšováním kladného napětí mezi bází a emitorem (tj. kladný pól zdroje na bázi a záporný na emitoru) se ztenčuje oblast bez volných nosičů na rozhraní báze a emitoru. Okolo napětí 0,6 V až 0,7 V pro [[křemík]] (Si) a 0,2 V až 0,3 V pro [[germanium]] (Ge) začíná PN přechod báze-emitor vést elektrický proud. Tato část tranzistoru se chová jako klasická [[polovodičová dioda]].
Přivedením kladného napětí mezi kolektor a emitor začnou být přebytečné elektrony odsávány z báze směrem ke kolektoru. Přechod báze-kolektor je polarizován v závěrném směru. Přebytek elektronů je následně posbírán ve vyprázdněné oblasti přechodu kolektor-báze.
== Podmínky pro správnou funkci tranzistoru ==
* Tenká vrstva báze – Podstata tranzistorového jevu.
* Emitor dotovaný více než báze – Způsobuje převahu volných nosičů náboje z emitoru. Při otevření přechodu báze–emitor se tak zachovává délka báze a elektrony vstříknuté do báze z emitoru nestíhají rekombinovat.
* Báze dotovaná více než kolektor – Čím větší je rozdíl dotací, tím větší napětí může tranzistor spínat, ale má také větší sériový odpor.
V bipolárním tranzistoru vedou proud také [[Elektronová díra|díry]]. Ty se zákonitě pohybují opačným směrem, ale plní stejnou úlohu jako elektrony. Proto se tomuto typu tranzistoru říká „bipolární“.
== Základní zapojení ==
[[Soubor:Common emitter amplifier.svg|thumb|right|Zapojení tranzistorového zesilovače se společným emitorem.]]
V elektronických obvodech může být tranzistor zapojen čtyřmi základními způsoby. Podle elektrody, která je společná pro vstupní i výstupní signál se rozlišuje zapojení se
* '''společným emitorem (SE)''' - obrací fázi, proudové a napěťové zesílení je mnohem větší než 1
* '''společnou bází (SB)''' - neobrací fázi, malé proudové zesílení (Ai<1), velmi malá vstupní impedance, velké napěťové zesílení (velikostně podobné jako zapojení SE), zapojení se využívá ve spínačích nebo ve zdrojích v části stabilizátu
* '''společným kolektorem (SC)''' (= ''emitorový sledovač'') - neobrací fázi, velký vstupní odpor, velké proudové zesílení, menší napěťové zesílení (<1), využívá se ve sledovačích daného obvodu
* '''regulační stupeň (RS)'''
Nejčastěji se používá zapojení se společným emitorem (SE), viz obrázek. Na první pohled emitor není uzemněn, ale podstatný je pohled z hlediska přenosu změn signálu. Z tohoto pohledu je [[rezistor]] R4 pro nastavení stejnosměrného pracovního bodu pro střídavý signál zkratován velkou paralelní kapacitou [[kondenzátor]]u C3. Důležitou informaci o vlastnostech tranzistoru podávají jeho vstupní a výstupní charakteristiky. Celková charakteristika se zakresluje do [[kartézská soustava souřadnic|kartézské soustavy souřadnic]].
== Matematický popis tranzistoru ==
K výpočtu zesilovacího činitele (jako například '''h<sub>21E</sub>''') se používá tzv. hybridních rovnic.
<math>u_1 = h_{11} \cdot i_1 + h_{12} \cdot u_2</math>
<math>i_2 = h_{21} \cdot i_1 + h_{22} \cdot u_2</math>
Můžeme dosadit např. pro zapojení SE:
<math>u_{BE} = h_{11} \cdot i_B + h_{12} \cdot u_{CE}</math>
<math>i_C = h_{21} \cdot i_B + h_{22} \cdot u_{CE}</math>
z toho např. <math>h_{11}</math>''':
<math>h_{11} = \frac{u_{BE}}{i_B}</math> při <math>u_{CE} = 0 \to u_{CE} = konst.</math>
Stejně tak platí vztah <math>I_E = I_C + I_B</math>
Toto je vlastně obecný [[Kirchhoffovy zákony|první Kirchhoffovův zákon]].
<math>h_{11}</math> = diferenciální vstupní odpor při výstupu nakrátko
<math>h_{12}</math> = diferenciální zpětný napěťový přenos při vstupu naprázdno
<math>h_{21}</math> = diferenciální proudový přenos při výstupu nakrátko (někdy uváděn jako <math>h_{FE}</math> nebo <math>\beta</math>
<math>h_{22}</math> = diferenciální výstupní vodivost při vstupu naprázdno
Můžeme také počítat s [[Admitační rovnice|admitančními rovnicemi]]:
:<math>i_1 = y_{11} \cdot u_1 + y_{12} \cdot u_2</math>
:<math>i_2 = y_{21} \cdot u_1 + y_{22} \cdot u_2</math>
* Poznámka: Všimněte si psaní malých a velkých písmen. Velká označují statické hodnoty a malá dynamické – tzn. že velká písmena vyjadřují chování v ustáleném stavu při stejnosměrných veličinách, kdežto malá písmena určují chování (okamžité hodnoty) při střídavých veličinách. Toto je nutno brát v potaz.
== Odkazy ==
=== Doporučená literatura ===
* [[Juraj Valsa|Valsa J]].: Teoretická elektrotechnika I; VUT Brno, 1997
* Brančík L.: Elektrotechnika I; VUT Brno
* Dědková J: Elektrotechnický seminář; VUT Brno
* Musil V., Brzobohatý J., Boušek J., Prchalová I.: Elektronické součástky; VUT Brno, 1996
* Mikulec M., Havlíček V.: Základy teorie elektrických obvodů 1; ČVUT, 1997
* Stránský J. a kol.: Polovodičová technika I – učebnice pro elektrotechnické fakulty; SNTL; 1982
* Blahovec A.: Elektrotechnika I; Informatorium, 1997
* Blahovec A.: Elektrotechnika II; Informatorium, 1997
* Blahovec A.: Elektrotechnika III; Informatorium, 1997
* Maťátko J.: Elektronika; Idea Servis, 1997
* Syrovátko M.: Zapojení s polovodičovými součástkami; SNTL, 1987
* {{Citace monografie
| příjmení = Frohn M., Oberthür W. a kol.
| jméno =
| titul = Elektronika – polovodičové součástky a základní zapojení
| vydavatel = [[BEN - technická literatura]]
| místo = Praha
| rok = 2006
| isbn = 80-7300-123-3
}}
* Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika – součástky a obvody, principy a příklady; Grada Publishing; 2001
* {{Citace monografie
| příjmení = Doleček
| jméno = J.
| titul = Moderní učebnice elektroniky 1. část
| vydavatel = [[BEN - technická literatura|BEN – technická literatura]]
| místo = Praha
| rok = 2005
| isbn = 80-7300-146-2
}}
* {{Citace monografie
| příjmení = Doleček
| jméno = J.
| titul = Moderní učebnice elektroniky 2. část
| vydavatel = BEN – technická literatura
| místo = Praha
| rok = 2005
| isbn = 80-7300-161-6
}}
* {{Citace monografie
| příjmení = Doleček
| jméno = J.
| titul = Moderní učebnice elektroniky 3. část
| vydavatel = BEN – technická literatura
| místo = Praha
| rok = 2005
| isbn = 80-7300-184-5
}}
* {{Citace monografie
| příjmení = Doleček
| jméno = J.
| titul = Moderní učebnice elektroniky 4. část
| vydavatel = BEN – technická literatura
| místo = Praha
| rok = 2006
| isbn = 80-7300-185-3
}}
== Související články ==
{{commonscat|Transistors}}
* [[Tranzistor]]
* [[Unipolární tranzistor]]
* [[Fototranzistor]]
* [[Integrovaný obvod]]
* [[Tyristor]]
* [[:b:Praktická_elektronika/BJT_Tranzistory|Bipolární tranzistor]] v učebnici Praktická elektronika ve [[Wikiknihy|Wikiknihách]]
[[Kategorie:Tranzistory]]
[[Kategorie:Polovodičové součástky]]
| |||