Kategorie

Tranzystory bipolarne

Tranzystor bipolarny (BJT) jest rodzajem tranzystora, który wykorzystuje zarówno elektrony, jak i dziury jako nośniki ładunku. Tranzystory unipolarne, takie jak tranzystory polowe (FET), wykorzystują tylko jeden rodzaj nośnika ładunku do transportu prądu w swojej strukturze. Elementy BJT używają do działania dwóch złącz PN między dwoma typami półprzewodników, typu n i typu p. Elementy te są dostępne jako pojedyncze komponenty dyskretne lub wytwarzane w układach scalonych, często w bardzo dużych ilościach.

Tranzystor BJT – najbardziej podstawowe elementy dyskretne

Dwubiegunowy tranzystor ostrzowy został wynaleziony w grudniu 1947 roku w Bell Telephone Laboratories przez Johna Bardeena i Waltera Brattaina, pracujących pod kierunkiem Williama Shockleya. Kolejna iteracja tego projektu, czyli bipolarny tranzystor złączowy (BJT), wynaleziona została przez Shockleya rok później. Otworzyło to ogromne możliwości w elektronice. Tranzystory zastąpiły lampy próżniowe. Są od nich lepsze, mniejsze i bardziej energooszczędne, jednak technologia produkcji tego rodzaju elementów diametralnie zmieniła się od czasów ich wynalezienia do dzisiaj. Nadal pozostał to jednak nieodłączny element każdego układu elektronicznego. Tranzystory pozwoliły nie tylko zmniejszyć wielkość radioodbiorników czy telewizorów, ale umożliwiły także powstanie układów scalonych, które zawierają w swojej strukturze nierzadko miliony tranzystorów.

Jak zbudowane są tranzystory bipolarne

Tranzystor bipolarny składa się z trzech różnie domieszkowanych regionów półprzewodnikowych – emitera, bazy i kolektora. Regiony te są domieszkowane typu P lub N i ułożone naprzemiennie. Każdy region półprzewodnikowy jest podłączony do terminala, odpowiednio oznaczonego – emiter (E), baza (B) i kolektor (C). Baza jest umieszczona między emiterem a kolektorem i jest wykonana z lekko domieszkowanego materiału o wysokiej oporności. Kolektor otacza obszar emitera, przez co prawie niemożliwe jest ucieczkę elektronów wstrzykiwanych do regionu bazowego bez ich zbierania, a uzyskana wartość wzmocnienia w układzie wspólnej bazy jest bardzo bliska jedności, a więc daje tranzystorowi dużą wartość wzmocnienia w układzie wspólnego kolektora.

Elementy NPN i PNP – różnice w budowie i działaniu

Kolejność ułożenia warstw P i N w tranzystorze bipolarnym decyduje o jego rodzaju i działaniu. BJT są dostępne w dwóch typach lub polarnościach, znanych jako PNP i NPN. Tranzystor NPN zawiera dwa złącza półprzewodnikowe, które dzielą cienki region domieszkowany P, z kolei tranzystor PNP zawiera dwa złącza półprzewodnikowe, które dzielą cienki region domieszkowany N. NPN jest jednym z dwóch rodzajów tranzystorów bipolarnych. Składa się z warstwy półprzewodnika domieszkowanego P pomiędzy dwiema warstwami domieszkowanymi N. Mały prąd wchodzący do bazy jest wzmacniany, aby wytworzyć duży prąd kolektora i emitera. Kiedy występuje dodatnia różnica potencjałów, mierzona od bazy do emitera, tranzystor jest aktywny. Tranzystory PNP są zbudowane w dokładnie odwrotny sposób. Mają także odwrotne działanie. Są aktywny, gdy na bazie nie ma napięcia.