Co je to bipolární tranzistor a k čemu se používá?
Bipolární tranzistor (BJT) je polovodičové elektronické zařízení používané v elektronických obvodech jako zesilovač signálu nebo jako spínač. Skládá se ze tří vrstev polovodičových materiálů, obvykle křemíku (Si) nebo germania (Ge), spojených dohromady.
Zařízení
Konstrukce bipolárního tranzistoru se skládá ze tří vrstev polovodičového materiálu, z nichž každá má specifický druh nečistot. Tyto vrstvy se nazývají kolektor, báze a emitor.
Kolektor je vrstva, která je větší a má nižší koncentraci nosičů náboje než báze. Hraje roli kolektoru elektronů nebo děr v závislosti na typu tranzistoru. Kolektor má obvykle kladnou polaritu (p-typ) s PNP tranzistory nebo zápornou polaritu (n-typ) s NPN tranzistory.
Základem je střední vrstva, která se nachází mezi kolektorem a emitorem. Má vyšší koncentraci nečistot než kolektor a menší než emitor. Báze hraje roli regulátoru proudu v tranzistoru. Má také obrácenou polaritu ve srovnání s kolektorem.
Emitor je vrstva, která má nejvyšší koncentraci nečistot ze všech tří vrstev. Funguje jako zdroj elektronů nebo děr v závislosti na typu tranzistoru. Emitor má obvykle opačnou polaritu než kolektor.
Řídicí proud tranzistoru je proud, který je přiváděn do báze tranzistoru pro řízení proudu protékajícího kolektorem a emitorem. Přiložením kladného napětí na bázi tranzistoru PNP nebo záporného napětí na bázi tranzistoru NPN se báze stává vodivější, což způsobuje zvýšení kolektorového proudu. Kolektorový proud se zvyšuje v závislosti na zesílení tranzistoru (β), které určuje poměr kolektorového proudu k řídicímu proudu.
Typy zapojení bipolárních tranzistorů
Existuje několik způsobů připojení bipolárního tranzistoru, které probereme níže.
- Připojení sledovače emitoru (společné připojení emitoru). V tomto zapojení je emitor tranzistoru připojen ke společnému bodu (například k zemi), báze je připojena ke zdroji řídicího signálu a kolektor je připojen k zátěži. Toto zapojení umožňuje získat vysoké zesílení signálu.
- Připojení základního opakovače (připojení společné základny). V tomto zapojení je báze tranzistoru připojena ke společnému bodu, kolektor je připojen k zátěži a emitor je připojen ke zdroji řídicího signálu. Toto zapojení poskytuje vysokou vstupní impedanci tranzistoru a nízkou výstupní impedanci.
- Připojení opakovače kolektoru (společné připojení kolektoru). V tomto zapojení je kolektor tranzistoru připojen ke společnému bodu, báze je připojena ke zdroji řídicího signálu a emitor je připojen k zátěži. Toto zapojení poskytuje vysoké vstupní a výstupní impedance.
- Další spojení. Kromě toho existují další způsoby připojení bipolárních tranzistorů, jako je komplementární symetrické zapojení a plně diferenciální zapojení, které se používají ve specifických zesilovacích obvodech.
Schéma zapojení
Schéma zapojení bipolárních tranzistorů závisí na konkrétním problému, který je třeba vyřešit. Obecně však lze bipolární tranzistor připojit v jednom ze tří hlavních provozních režimů: emitor, báze a kolektor.
Režim emitoru
V režimu emitoru je emitor tranzistoru připojen ke společnému bodu, kontakt báze je připojen ke zdroji řídicího signálu a kontakt kolektoru je připojen k zátěži. Tento režim se nejčastěji používá pro zesilovače a přepínače.
Základní režim
V základním režimu je kontakt báze připojen ke zdroji řídicího signálu a kontakty emitoru a kolektoru jsou připojeny k zátěži. Tento režim se nejčastěji používá k vytváření logických hradel, jako jsou klopné obvody a invertory.
Sběratelský režim
V režimu kolektoru je kontakt kolektoru připojen ke společnému bodu, kontakt báze je připojen ke zdroji řídicího signálu a kontakt emitoru je připojen k zátěži. Tento režim se nejčastěji používá k vytváření stabilizátorů napětí a proudu.
Je důležité poznamenat, že v každém z těchto režimů připojení existují různé varianty, které umožňují použití bipolárních tranzistorů pro řešení specifických problémů v elektronice.
Výhody a nevýhody
Bipolární tranzistory patří mezi nejběžnější typy tranzistorů používaných v elektronice. Zde jsou některé z jejich výhod a nevýhod.
Výhody
- Bipolární tranzistory mají vysokou rychlost spínání, což znamená, že se mohou rychle zapínat a vypínat, což z nich dělá dobrou volbu pro vysokorychlostní zařízení.
- Mají vysoký zisk, což znamená, že nízký vstupní výkon lze zesílit na vyšší výstupní výkon.
- Mají relativně nízkou vstupní impedanci, což znamená, že mohou být snadno řízeny nízkým příkonem.
- Mohou pracovat v širokém rozsahu teplot a napětí.
Omezení
- Bipolární tranzistory mají vysokou spotřebu energie, což může vést k zahřívání při provozu na vysoký výkon.
- Mohou být větší ve srovnání s jinými typy tranzistorů, takže jsou méně vhodné pro některé aplikace.
- Mohou být méně spolehlivé než některé jiné typy tranzistorů kvůli možnosti zhoršení dielektrické struktury v materiálech při vysokých napětích a proudech.
- Bipolární tranzistory mohou být citlivé na okolní vlivy, což může způsobit, že za určitých podmínek budou méně účinné.
Rozsah aplikace
Bipolární tranzistory jsou široce používány v elektronice pro zesilování a přepínání signálů. Zde jsou některé z jejich oblastí použití:
- Telekomunikace: Bipolární tranzistory se používají v zesilovačích rádiového signálu, vysílačích, přijímačích a dalších komunikačních zařízeních.
- Energie: Bipolární tranzistory se používají v napájecích zdrojích, invertorech a dalších zařízeních pro správu energie.
- Automobilový průmysl: Bipolární tranzistory se používají v zařízeních pro řízení zapalování a motoru.
- Průmysl: Bipolární tranzistory lze použít k ovládání motorů, osvětlení a dalších zařízení v průmyslových aplikacích.
- Lékařská technika: Bipolární tranzistory se používají v lékařské technice k řízení motorů v lékařských zařízeních a přístrojích.
- Počítače: Bipolární tranzistory se používají v počítačích k zesilování a přepínání signálů, stejně jako v jiných zařízeních souvisejících s počítači.
- Spotřební elektronika: Bipolární tranzistory lze použít v zařízeních spotřební elektroniky, jako jsou televizory, rádia, pračky atd.
Závěr
Bipolární tranzistory jsou důležité elektronické součástky a jsou široce používány v různých oblastech, včetně telekomunikací, energetiky, automobilového průmyslu, lékařské techniky a počítačů. Mají vysoký zisk a rychlost přepínání a mohou pracovat v širokém rozsahu teplot a napětí. Mají však některé nevýhody, jako je vysoká spotřeba energie a velké rozměry. Celkově jsou bipolární tranzistory nadále důležitými prvky v elektronice a používají se v široké řadě zařízení.
Štítky: # Proč potřebujete bipolární tranzistor# Výhody a nevýhody bipolárního tranzistoru# Funkční princip bipolárního tranzistoru# Typy zapojení bipolárního tranzistoru# Návrh bipolárního tranzistoru