Polovodičová součástka s třemi přechody PN, slouží k zesilování nebo spínání signálů.
Jedna část je společná oběma přechodům - B (base) dvě další jsou opačné vodivosti. C (kolektor) a E (emitor)
Tranzistorový jev = malý signál (proud nebo napětí) na řídicí elektrodě způsobí velkou změnu proudu mezi hlavními elektrodami.
Malosignálový model s H parametry
Jakýkoliv lineární dvojbran lze popsat dvojici parametrů popisující vztahy mezi vstupními a výstupními veličinami. Pro modelování tranzistoru na nízkých kmitočtech se používá model tzv. hybridními parametry.
h11 = u1/i1… Vstupní odpor
h12 = u1/u2… Zpětný napěťový činitel
h21 = i2/i1… Zesilovací proudový činitel
h22 = i2/u2 … Výstupní vodivost
Popis režimů bipolárních tranzistorů
1. Aktivní režim
Přechod báze – emitor je v propustném směru, báze je tedy „otevřená“. Malý proud IB řídí velký proud IC. Tranzistor zde pracuje jako zesilovač
2. Saturační (nasycený) režim
Oba přechody (BE i BC) jsou v propustném směru. Tranzistor je plně otevřený a proud kolektorem už nelze dále zvyšovat. Tento režim se používá ve spínacích obvodech (sepnutý stav).
3. Uzavřený (cut-off) režim
Do báze neteče žádný proud a oba přechody jsou v závěrném směru. Tranzistor je vypnutý a proud kolektorem prakticky neteče.
4. Inverzní aktivní režim
Role kolektoru a emitoru se vymění. Tranzistor sice funguje, ale má horší parametry než v normálním zapojení. V praxi se téměř nepoužívá.
Statické charakteristiky bipolárních tranzistorů
Zapojení SE, SC, SB, vlastnosti
Způsob zapojení nemá vliv na vnitřní činnost tranzistoru, ale projevuje se různými vlastnostmi z hlediska vstupu a výstupu, jako je vstupní a výstupní impedance, fázový posuv výstupního signálu vůči vstupnímu, velikosti zesílení vstupního signálu atd.
Se společnou bází - SB
Toto zapojení je charakteristické malým vstupním odporem, velkou výstupní impedancí, velkou stabilitou.
Se společným emitorem - SE
Pro toto zapojení je typická velká vstupní impedance, proudové a napěťové zesílení, výstupní fáze je otočena o 180.
Se společným kolektorem - SC
Toto zapojení je typické velkým proudovým zesílením, velkým vstupním a nízkým výstupním odporem.
Zapojení tranzistoru NPN se společným emitorem ve třídě A
Vstupní napětí je přivedeno do obvodu přes kondenzátorC1, který plní funkci oddělení stejnosměrné složky napětí pro nastavení pracovního bodu.
Rb nastavuje pracovní bod tranzistoru. Pouští malý proud do báze.
Tranzistor v režimu zesilovače, ve spínacím režimu
Tranzistor jako spínač
Použijeme-li tranzistor jako spínač, je proud do báze u horní hranice jeho maximální hodnoty, tranzistor bude plně otevřen, odpor mezi kolektorem a emitorem je poměrně malý, napětí Uce je tedy malé. Tranzistor se nachází v saturaci. Rovnice IC=h21∗IB v tento okamžik neplatí.
Čím je tranzistor v hlubší saturaci. Tím déle mu trvá vypnutí. Pří volbě tranzistoru jako spínač musíme brát v úvahu rychlost spínání, protože se může stát že tranzistor se nestihne vypnout.
Pracovní bod tranzistoru se pohybuje po zatěžovací přímce napájecí ho zdroje.
Bod A → Tranzistor je plně zavřený je tam napětí na zdroji.
Bod B → Předpokládáme že tranzistor je plně otevřený a Uce=0. Obvodem bude procházet maximální proud zdroje.
Při návrhu spínače musíme brát v potaz max. kolektorový proud z katalogu. Dále předpokládané výkonové ztráty na tranzistoru.
Tranzistor jako zesilovač
Aby mohl tranzistor pracovat jako zesilovač, musíme mu ve většině případů nastavit tzv. klidový pracovní bod. Ten leží na zatěžovací přímce zdroje ale narozdíl od spínače někde ve středové části. Jeho přesná poloha závisí na tzv. pracovní třídě zesilovače.
Pracovní bod máme buď určený nebo si jej volíme, ale musí ležet na zatěžovaní přímce zdroje. (My jsme jej zvolili.) Z průniku zatěžovaní přímky, výstupní charakteristiky tranzistoru a pracovního bodu odečteme (přečteme) hodnotu Ib v pracovním bodě
Přivedeme-li na vstup zesilovače vstupní signál do báze, bude se pracovní bod pohybovat podle velikosti vstupního signálu v rozmezí P’ a P” to nám ve výstupních charakteristikách určí rozsah výstupního signálu. Pracovní bod se v rozmezí P’ a P” pohybuje po zatěžovací přímce zdroje v našem případě došlo i k otočení fáze výstupního signálu vůči vstupu o 180°.
Teplotní stabilizace pracovního bodu tranzistoru
Tranzistor má vlastnost, že s rostoucí teplotou roste proud báze a tím i proud kolektoru – pokud se to nekontroluje, tranzistor může přejít do nasycení nebo se přehřát.
Bez stabilizace by mohla vzniknout teplotní vazba na IC, která by vedla k postupnému zničení tranzistoru.
Při teplotní stabilizaci využívající teplotně závislou součástku (termistor, dioda) je nutné, aby byla tato součástka tepelně propojena s tranzistorem, aby se změny teploty tranzistoru přenesly i na stabilizační součástku.
Vlivem zvýšené teploty stoupne proud IC. Tím se však zvýší úbytek napětí na RE a následně sníží řídící napětí tranzistoru UBE. Snížené UBE přivře tranzistor a omezí proud IC.
