Bipolárny tranzistor |
Pricíp činnosti bipolárneho tranzistora |
Bipolárny tranzistor (BJT) pozostáva z 2 p-n prechodov, ku ktorým sú pripojené elektródy: emitor (E), báza (B) a kolektor (C). Princíp činnosti BJT je založený na injektovaní nosičov náboja v jednom p-n prechode (na obrázku tranzistora typu NPN je pre majoritné nosiče náboja p-n prechod medzi emitorom a bázou polarizovaný vodivo) a na zbere nosičov náboja na druhom p-n prechode (na obrázku pre majoritné nosiče náboja je p-n prechod medzi bázou a kolektorom polarizovaný nevodivo). V tranzistore malý bázový prúd ovláda oveľa väčší kolektorový prúd. |
Prúdový zisk v tranzistore |
Tranzistor je aktívny prvok, ktorý je schopný výkonovo zosilňovať (na rozdiel od pasívneho prvku - napr. transformátora, v ktorom pri vhodnom prevode možno zväčšiť amplitúdu napätia ale bez výkonového zosilnenia). Prúd bázy IB na obrázku je ovládaný cez odpor RB napätím batérie UB Elektróny, ako pôvodná súčasť prúdu báze sú však v oblasti prechodu báza - kolektor (ako minoritné nosiče náboja s ohľadom na polarizáciu prechodu B-E sa stávajú majoritnými nosičmi náboja v oblasti prechodu B-C) presmerované ako prúd IC na kolektor. Emitorový prúd teda pozostáva teda z 2 zložiek IE=IC+IB : malého ovládacieho prúdu IB a výstupného prúdu IC. Pomer IC/IB=bF (na obrázku označený hfe=bF) vyjadruje statický prúdový zisk tohto demonštračného zapojenia.. |
Vodivo polarizovaný prechod emitor - báza |
Vodivo polarizovaný prechod medzi bázou a emitorm sa chová podobne ako vodivá dióda, cez ktorú je prúd obmedzený odporom RB. Na dióde sa nastaví napätie UBE ~ 0,6V až 0,7V. |
Nastavenie ovládacieho prúdu |
Na nastavenie vhodných pracovných podmienok tranzistora sa používa rezistor RB, prostredníctvom ktorého možno nastaviť vhodný prúd IB a tým za predpokladu stáleho koeficienta bF=IC/IB aj prúd IC. |
Výstupné charakteristiky tranzistora |
Pomocou výstupných charakteristík tranzistora možno pri zvolenom bázovom prúde IB a nájsť vhodný pracovný bod (UCE, IC) v normálnej operačnej oblasti pre zosilňovač (v plochej oblasti výstupnej charakteristiky). |
Zaťažovacia priamka |
Na základe sformulovania vzťahu medzi napätím napájacieho zdroja Ucc, svorkovým napätím na výstupe tranzistora UCE a úbytkom napätia na kolektorovom odpore ICRC možno vytvoriť náhradný obvod zdroja napätia s napätím naprázdno U00=Ucc a prúdom nakrátko Ikk=Ucc/RC. Grafickým zobrazením vlastností tohto náhradného zdroja napätia je zaťažovacia priamka. |
Pracovný bod |
Zakreslením zaťažovacej priamky do sústavy výstupných charakteristík možno zvoliť vhodný pracovný bod Q tranzistora. |
Oblasť nasýtenia (saturácie) |
Po dosiahnutí dostatočne veľkého prúdu IB>IBsat už ďalej nevzrastá prúd IC, takže kolektorové napätie UCEsat je veľmi nízke a prúd IC~Ucc/RC. prakticky ohraničuje odpor RC - tranzistor sa nachádza v "neovládateľnom" nasýtenom (saturovanom) stave. |
Tranzistorový spínač s indikáciou LED |
Tranzistor sa dostane do nevodivého stavu (UCE~Ucc) ak znížime ovládacie vstupné napätie UB~0 a prestane tiecť bázový prúd IB~ 0. V tomto stave (vypnutého spínača - OFF) je tiež prúd IC=bFIB~ 0 a prestane svietiť dióda LED. Pri zvýšení vstupného napätia UB>0 vzrastie bázový prúd IB i kolektorový prúd IC=bFIB a dióda začne svietiť. Maximálny svit diódy nastane v stave nasýtenia tranzistora, keď UCE~0 (v stave zopnutého spínača - ON) |
Jednoduché predpätie pre tranzistorový zosilňovač |
Pracovný bod, určený jednosmernými prúdmi cez tranzistor sa nastavuje v strede zaťažovacej priamky najjednoduchšie pomocou predpätia UB (z nezávislého zdroja napätia alebo pomocou úbytku napätia na odpore RB z napájacieho zdroja Ucc). Nevýhoda: Malá odolnosť voči posunu pracovného bodu pri zámene tranzistora s odlišným bF a voči vplyvom teploty na kolektorový prúd, v dôsledku čoho dochádza k posunu pracovného bodu . |
Dokonalejší spôsob realizácie stabilnejšieho predpätia |
V prípade (nami) zadaného UB možno využiť úbytok napätia na emitorovom odpore RE na vytvorenie potrebného predpätia pre stabilnejšie nastavenie jednosmerných prúdov cez tranzistor (na základe UB a RE ). Zaťažovacia priamka pri použití odporu RE má menší sklon 1/(RC+RE) než pri jednoduchom predpätí bez emitorového odporu. |
Väčšia odolnosť voči zmene prúdového zisku bF |
Nastavenie predpätia pomocou emitorového odporu RE stabilizuje polohu pracovného bodu. |
Realizácia stabilizovaného jednosmerného predpätia |
Jednosmerné pracovné podmienky tranzistora na obrázku sú určené napätím Ubb na báze, emitorovým odporom RE .Kombinácia odporov RC a RE limituje maximálny kolektorový prúd. |