Režimy činnosti bipolárního tranzistoru

Bipolární tranzistor může pracovat ve čtyřech režimech činnosti (někdy je uváděno pět režimů, přičemž pátým režimem je průraz, který ve většině případů je nežádoucí).

Režimy jsou dány polaritami připojených napětí U_BE a U_CE. Tyto režimy mohou být:

• aktivní;

• inverzní aktivní;

• nevodivý;

• saturační.

Nevodivý režim činnosti, zbytkový proud

V nevodivém režimu činnosti jsou přechody báze - emitor a báze – kolektor polarizovány v závěrném směru. Do kolektoru mohou být působením elektrického pole působícího na závěrně polarizovaném přechodu báze – emitor vtahovány pouze elektrické náboje z úzké báze, které jsou minoritními náboji, a proto jich je málo. U tranzistorů NPN jsou těmito náboji elektrony, u tranzistorů PNP díry.

Zbytkový proud I_CES - je-li báze tranzistoru spojena s emitorem, teče tranzistorem malý kolektorový proud, který je nazýván zbytkový a označován I_CES.

Zbytkový proud I_CB0 - v zapojení je do obvodu zapojen v závěrném směru pouze přechod báze kolektor.

Zbytkový proud I_CER -změníme-li zapojení tak, že mezi bázi a emitor tranzistoru vložíme rezistor R, změříme kolektorový proud I_CER.

Zbytkový proud I_CE0 - velikost zbytkového proudu závisí na použitém zapojení. Největší zbytkový proud I_CE0 teče tehdy, když v zapojení má rezistor nekonečně velkou hodnotu.

V zapojení s konečnou velikostí odporu rezistoru R je proud I_CER menší než I_CE0, protože část proudu I_CB0 je odvedena přes rezistor R Je-li R=0, je výsledný proud I_CES ze všech uvedených příkladů nejmenší.

Inverzní aktivní režim činnosti

V inverzním aktivním režimu činnosti je u tranzistoru zaměněn kolektor a emitor, báze je polarizovaná v propustném směru vůči kolektoru.

Toto zapojení bylo občas využíváno v historii výroby tranzistorů. Některé tranzistory byly vyráběny jako souměrné. V současné době je tranzistor konstruován tak, aby vykazoval nejlepší parametry v určeném normálním zapojení, a proto je inverzní zapojení používáno zřídka.

 

Hlavní vlastnosti PNP a NPN tranzistorů v aktivním režimu

Pro tranzistor můžeme použít následující definici. Bipolární tranzistor je aktivní polovodičová součástka, u které malý proud bází vyvolá velký proud kolektorem.

Základní vlastností tranzistoru je schopnost zesilovat výkon signálu. Tato schopnost vzniká při propustně polarizovaném přechodu báze – emitor a závěrně polarizovaném přechodu báze - kolektor.

Emitorem injektované majoritní nosiče (pro PNP díry, pro NPN elektrony), které se v bázi stávají minoritními, procházejí bází. V důsledku difúze v ní částečně rekombinují a tím vzniká proud báze. Větší část z nich se dostává do oblasti kolektorového přechodu, kde je elektrickým polem vtažena do oblasti kolektoru a tím vzniká proud kolektoru.

Bipolárním tranzistorem tečou tři různé proudy:

• kolektorový proud I_c;

• proud bází I_B;

• emitorový proud I_E.

Mezi uvedenými třemi proudy platí následující závislost I_E = I_B + I_C.

Strukturu bipolárního tranzistoru si můžeme představit jako sériové zapojení dvou polovodičových diod. Vždy dioda, která je spojena s kolektorem, je polarizována v závěrném směru, dioda s emitorem je polarizována v propustném směru.

Hlavní rozdíl mezi tranzistorem NPN a PNP je v tom, že napájecí napětí tranzistoru v aktivním režimu činnosti PNP mají opačnou polaritu než napětí tranzistoru NPN a rovněž proudy tekoucí tranzistorem PNP mají opačný směr než proudy tekoucí tranzistorem NPN.

Má-li tranzistor pracovat v aktivním režimu činnosti, musí být splněna podmínka:

Zdroje

• KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009