Felépítés, működési elv:
A bipoláris tranzisztor háromelektródás eszköz amely három, egy kristályban kialakított N-P-N vagy P-N-P elrendezésű, szennyezett félvezető tartományból áll. Ennek megfelelően megkülönböztetünk NPN, illetve PNP tranzisztorokat. Az egyes tartományok: emitter (E) – töltéshordozókat kibocsátó elektróda; bázis (B) – vezérlő elektróda; kollektor (C) – töltéshordozókat gyűjtő elektróda.
Az emitter és kollektor megközelítőleg azonos szennyezettségű és mindkét típusú tranzisztornál erősebben szennyezett, mint a bázistartomány. A bázis alacsony szennyezettsége miatt a szabad töltéshordozók száma kicsi, ezért a bázisrétegnek kicsi a vezetőképessége. Normális működés esetén az emitter és a bázis közötti PN-átmenet vezetési irányban, a bázis és a kollektor közötti PN-átmenet pedig záró irányban kell üzemelnie. Kis jelű Si-tranzisztorok esetén az UBE=0,6÷0,8V, az UCE=5÷18V.
Az NPN és PNP tranzisztor elvi működése megegyezik. A PNP tranzisztor többségi töltéshordozói a lyukak, kisebbségi töltéshordozói az elektronok. Az NPN tranzisztorok esetén az elektronok a többségi töltéshordozók, a lyukak pedig kisebbségi töltéshordozóként viselkednek.
A bázis-emitter átmenet nyitó irányú előfeszítése lehetővé teszi az emitter tartományban található lyukak rendezett mozgását (IE). A bázistartomány kiürített rétegnek tekinthető a kollektor-bázis átmenet záróirányú előfeszítése, a bázisréteg kicsi szennyezettsége és vékonysága miatt. Ennek következtében a bázistartományba jutott lyukak elenyésző része rekombinálódik az itt található elektronokkal és létrehozza a kis értékű bázisáramot (IB). Mivel a lyukak a bázistartományban kisebbségi töltéshordozónak számítanak, diffúzióval a kollektor tartományba áramlanak és létrehozzák a kollektor elektródán keresztül az IC áramot. A tranzisztor többségi töltéshordozói áramelágazást hoznak létre, melynek összetevői az emitteráram, a bázisáram és a kollektoráram. Az emitteráram a kollektor- és a bázisáram összegeként adódik: IE= IB+ IC. A tranzisztorban létrejövő áramelágazást, egy árameloszlási tényezővel fejezik ki: egyenáram és váltakozó áram esetén. A a tranzisztor nagyjelű, vagy egyenáramú áramerősítési tényezője, α pedig a kisjelű vagy váltakozó áramú áramerősítési tényezője. Számértékük közelítően megegyezik.
A tranzisztorokon három feszültség lép fel: az UCE, az UBE és az UCB feszültség. Kirchhoff második törvényének megfelelően: UCE=UCB+UBE. A tranzisztort az UBE feszültség révén az IB bázisáram vezérli. Segítségével változtatható az emitterben áramló lyukak, illetve elektronok mennyisége, ami az emitter és a kollektoráram értékét meghatározza.
Ha UBE=0 akkor, IB=0 és IC=0. Ekkor a kollektor és az emitter szakasz ellenállása nagy. Ha a bázis-emitter feszültség túllépi a bázis-emitter határréteg zárófeszültségét, megindul a bázisáram. Az UBE feszültség és az IB növelésével az IC kollektoráram nő és a kollektor-emitter szakasz ellenállása fokozatosan csökken. Az UBE és IB adott értékén a tranzisztor teljesen kivezérelté válik és a kollektor-emitter szakasz ellenállása eléri a legkisebb értékét.
Tranzisztor karakterisztikái:
A négypólusként ábrázolt tranzisztor egyértelműen jellemezhető a ki- és bemenetén fellépő feszültségekkel és áramokkal. A négy jellemzőt összekapcsoló függvények grafikus ábrázolása révén kapjuk a tranzisztor karakterisztikáit.
Tranzisztor jelleggörbéi báziskapcsolásban:
Báziskapcsolásban fellépő feszültségek és áramok, NPN tranzisztor esetén
- Bemeneti jelleggörbék: a bemeneti karakterisztika az IE és az UBE közötti kapcsolatot ábrázolja, ha UCB biztosított. A jelleggörbe exponenciális változást mutat.
- Kimeneti jelleggörbék: az IC és az UCB közötti kapcsolatot ábrázolja, különböző emitteráramoknál. A jelleggörbe megközelítően vízszintes egy adott IE értékre, tehát a kollektoráram nagyon kis mértékben függ a kollektor-bázis feszültség nagyságától.
Tranzisztor jelleggörbéi emitter kapcsolásban:
Emitter kapcsolásban fellépő feszültségek és áramok, NPN tranzisztor esetén
- Bemeneti jelleggörbék: az UBE és az IB közötti kapcsolatot ábrázolja. Hasonló a nyitóirányú dióda jelleggörbéhez.
- Kimeneti jelleggörbék: az IC és az UCE közötti viszonyt ábrázolja. Az egyes jelleggörbék meghatározott bázisáram értékekre érvényesek, amelyet a karakterisztika felvétele során állandó értéken kell tartani.
Áramokra vonatkozó átviteli (transzfer) jelleggörbék:
Ezt a jelleggörbét áramvezérlési jelleggörbének is nevezik. A kollektoráram és a bázisáram összetartozó értékeit adják meg, állandó UCE feszültségnél.
Tranzisztor alapegyenletei, négypólus paraméterei:
Aktív működés közben folyó áramokra vonatkozó alapegyenletek: IE=IC+IB; IC=A*IE+ICB; IB=(1-A)*IE-ICB.
Négypólus paraméterek (hibrid): ; ; .
Tranzisztor frekvenciafüggése:
A belső kapacitások miatt a tranzisztor vezérelhetősége nagyfrekvenciás irányban romlik, ugyanakkora bemeneti áramváltozás kisebb kimeneti áramváltozást hoz létre, vagyis az áramerősítési tényezők nagyfrekvencián csökkennek.
A váltakozó áramú helyettesítő kapcsolásban a csatoló kondenzátorokat közepes frekvencián, váltakozó áramú szempontból rövidzárnak tekintjük. Alacsonyabb frekvenciákon ezek a kondenzátorok szintcsökkenést okoznak, mivel frekvenciafüggő feszültségosztót alkotnak az őket terhelő ellenállással. A szintcsökkenés általában nem lehet nagyobb mint 3 dB.
A bipoláris tranzisztor háromelektródás eszköz amely három, egy kristályban kialakított N-P-N vagy P-N-P elrendezésű, szennyezett félvezető tartományból áll. Ennek megfelelően megkülönböztetünk NPN, illetve PNP tranzisztorokat. Az egyes tartományok: emitter (E) – töltéshordozókat kibocsátó elektróda; bázis (B) – vezérlő elektróda; kollektor (C) – töltéshordozókat gyűjtő elektróda.
Az emitter és kollektor megközelítőleg azonos szennyezettségű és mindkét típusú tranzisztornál erősebben szennyezett, mint a bázistartomány. A bázis alacsony szennyezettsége miatt a szabad töltéshordozók száma kicsi, ezért a bázisrétegnek kicsi a vezetőképessége. Normális működés esetén az emitter és a bázis közötti PN-átmenet vezetési irányban, a bázis és a kollektor közötti PN-átmenet pedig záró irányban kell üzemelnie. Kis jelű Si-tranzisztorok esetén az UBE=0,6÷0,8V, az UCE=5÷18V.
Az NPN és PNP tranzisztor elvi működése megegyezik. A PNP tranzisztor többségi töltéshordozói a lyukak, kisebbségi töltéshordozói az elektronok. Az NPN tranzisztorok esetén az elektronok a többségi töltéshordozók, a lyukak pedig kisebbségi töltéshordozóként viselkednek.
A bázis-emitter átmenet nyitó irányú előfeszítése lehetővé teszi az emitter tartományban található lyukak rendezett mozgását (IE). A bázistartomány kiürített rétegnek tekinthető a kollektor-bázis átmenet záróirányú előfeszítése, a bázisréteg kicsi szennyezettsége és vékonysága miatt. Ennek következtében a bázistartományba jutott lyukak elenyésző része rekombinálódik az itt található elektronokkal és létrehozza a kis értékű bázisáramot (IB). Mivel a lyukak a bázistartományban kisebbségi töltéshordozónak számítanak, diffúzióval a kollektor tartományba áramlanak és létrehozzák a kollektor elektródán keresztül az IC áramot. A tranzisztor többségi töltéshordozói áramelágazást hoznak létre, melynek összetevői az emitteráram, a bázisáram és a kollektoráram. Az emitteráram a kollektor- és a bázisáram összegeként adódik: IE= IB+ IC. A tranzisztorban létrejövő áramelágazást, egy árameloszlási tényezővel fejezik ki: egyenáram és váltakozó áram esetén. A a tranzisztor nagyjelű, vagy egyenáramú áramerősítési tényezője, α pedig a kisjelű vagy váltakozó áramú áramerősítési tényezője. Számértékük közelítően megegyezik.
A tranzisztorokon három feszültség lép fel: az UCE, az UBE és az UCB feszültség. Kirchhoff második törvényének megfelelően: UCE=UCB+UBE. A tranzisztort az UBE feszültség révén az IB bázisáram vezérli. Segítségével változtatható az emitterben áramló lyukak, illetve elektronok mennyisége, ami az emitter és a kollektoráram értékét meghatározza.
Ha UBE=0 akkor, IB=0 és IC=0. Ekkor a kollektor és az emitter szakasz ellenállása nagy. Ha a bázis-emitter feszültség túllépi a bázis-emitter határréteg zárófeszültségét, megindul a bázisáram. Az UBE feszültség és az IB növelésével az IC kollektoráram nő és a kollektor-emitter szakasz ellenállása fokozatosan csökken. Az UBE és IB adott értékén a tranzisztor teljesen kivezérelté válik és a kollektor-emitter szakasz ellenállása eléri a legkisebb értékét.
Tranzisztor karakterisztikái:
A négypólusként ábrázolt tranzisztor egyértelműen jellemezhető a ki- és bemenetén fellépő feszültségekkel és áramokkal. A négy jellemzőt összekapcsoló függvények grafikus ábrázolása révén kapjuk a tranzisztor karakterisztikáit.
Tranzisztor jelleggörbéi báziskapcsolásban:
Báziskapcsolásban fellépő feszültségek és áramok, NPN tranzisztor esetén
- Bemeneti jelleggörbék: a bemeneti karakterisztika az IE és az UBE közötti kapcsolatot ábrázolja, ha UCB biztosított. A jelleggörbe exponenciális változást mutat.
- Kimeneti jelleggörbék: az IC és az UCB közötti kapcsolatot ábrázolja, különböző emitteráramoknál. A jelleggörbe megközelítően vízszintes egy adott IE értékre, tehát a kollektoráram nagyon kis mértékben függ a kollektor-bázis feszültség nagyságától.
Tranzisztor jelleggörbéi emitter kapcsolásban:
Emitter kapcsolásban fellépő feszültségek és áramok, NPN tranzisztor esetén
- Bemeneti jelleggörbék: az UBE és az IB közötti kapcsolatot ábrázolja. Hasonló a nyitóirányú dióda jelleggörbéhez.
- Kimeneti jelleggörbék: az IC és az UCE közötti viszonyt ábrázolja. Az egyes jelleggörbék meghatározott bázisáram értékekre érvényesek, amelyet a karakterisztika felvétele során állandó értéken kell tartani.
Áramokra vonatkozó átviteli (transzfer) jelleggörbék:
Ezt a jelleggörbét áramvezérlési jelleggörbének is nevezik. A kollektoráram és a bázisáram összetartozó értékeit adják meg, állandó UCE feszültségnél.
Tranzisztor alapegyenletei, négypólus paraméterei:
Aktív működés közben folyó áramokra vonatkozó alapegyenletek: IE=IC+IB; IC=A*IE+ICB; IB=(1-A)*IE-ICB.
Négypólus paraméterek (hibrid): ; ; .
Tranzisztor frekvenciafüggése:
A belső kapacitások miatt a tranzisztor vezérelhetősége nagyfrekvenciás irányban romlik, ugyanakkora bemeneti áramváltozás kisebb kimeneti áramváltozást hoz létre, vagyis az áramerősítési tényezők nagyfrekvencián csökkennek.
A váltakozó áramú helyettesítő kapcsolásban a csatoló kondenzátorokat közepes frekvencián, váltakozó áramú szempontból rövidzárnak tekintjük. Alacsonyabb frekvenciákon ezek a kondenzátorok szintcsökkenést okoznak, mivel frekvenciafüggő feszültségosztót alkotnak az őket terhelő ellenállással. A szintcsökkenés általában nem lehet nagyobb mint 3 dB.
Megjegyzés küldése