W półprzewodnikowych elementach aktywnych – czyli tranzystorach – wykorzystywane jest zjawisko, które zachodzi w dwóch złączach PN. W obecnie produkowanych tranzystorach stosowany jest wyłącznie krzem, który umożliwia wykorzystanie złącza PNP i NPN dzięki odpowiedniemu domieszkiwaniu.
W jaki sposób działa tranzystor bipolarny?
Ponieważ w procesie przewodzenia uczestniczą zarówno elektrony, jak i dziury, tranzystory tego typu nazywane są tranzystorami bipolarnymi. Warstwy półprzewodników nazywane są emiterem, kolektorem i bazą.
Działanie tranzystorów warstwowych można wytłumaczyć na przykładzie tranzystorów NPN. W przypadku, gdy złącze po lewej stronie jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, bariera potencjału obniża się i nośniki są transportowane z emitera do bazy. Ze względu na to, że baza tworzy niezwykle cienką warstwę, niemal wszystkie znajdujące się w niej nośniki zostają dyfundowane do kolektora. Prąd, który dociera do bazy tranzystora, jest efektem rekombinacji w bazie.
Stosunek liczby nośników wpływających do kolektora do liczby nośników wprowadzanych do złącza emiter-baza określany jest mianem współczynnika wzmocnienia prądowego w układzie wspólnej bazy.
W przypadku złącza spolaryzowanego zaporowo płyną prądy wsteczne. Prądy w złączach kolektor-baza i emiter-baza są prądami nośników mniejszościowych. Istotną cechą tranzystorów jest to, że duży prąd kolektora może być sterowany niewielkim prądem bazy.
Tranzystory w układach wzmacniających
Tranzystory cechuje zdolność do wzmacniania prądu, dzięki czemu są one powszechnie wykorzystywane w układach wzmacniających. Jednak chcąc zastosować w taki sposób tranzystor, należy pamiętać, że musi być on odpowiednio spolaryzowany.
Jako element o trzech elektrodach tranzystor może wykorzystywać jedna z elektrod jako wspólną w układzie czwórnika. Wówczas otrzymywane są trzy układy pracy tranzystora – wspólna baza, wspólny emiter oraz wspólny kolektor.
Obszary pracy tranzystorów bipolarnych
W charakterystykach tranzystorów w wymienionych układach można wyróżnić trzy obszary pracy. W obszarze nasycenia tranzystora zmiany prądu bazy nie powodują zmian prądu kolektora. W tym obszarze spadek napięcia na złączu kolektor-emiter jest bliski zeru. W obszarze aktywnym tranzystor wykazuje właściwości wzmacniające. Z kolei w obszarze odcięcia złącze emiter-baza jest spolaryzowane zaporowo. W obszarze odcięcia tranzystor nie przewodzi energii elektrycznej w obwodzie kolektor-emiter.
Tranzystor jako czwórnik
Tranzystory funkcjonujące w dowolnej konfiguracji mogą być modelowane jako czwórniki zasilane źródłem sterującym o rezystancji wewnętrznej i obciążone dodatkową rezystancją. Taki układ nazywany jest układem mieszanym i jest on wykorzystywany do analizowania czwórników o niewielkiej impedancji wejściowej, które są pobudzane ze źródła prądowego o dużej impedancji wejściowej. Dzięki opisywaniu tranzystora układem zastępczym możliwe jest dokładne mierzenie parametrów czwórnika w układach elektronicznych.
