Podręcznik

Tranzystory bipolarne były wcześniej niż tranzystory MOS używane w układach scalonych, dziś w dużym stopniu straciły swoje znaczenie. Mają jednak nadal w mikroelektronice swoje obszary zastosowań, więc wypada je tu omówić.

Rysunek 3‑14. Tranzystor bipolarny, zaporowo spolaryzowane złącze kolektor-baza

Rysunek 3-14 ilustruje w pewnym uproszczeniu strukturę tranzystora bipolarnego. Tranzystor składa się z trzech obszarów: kolektora typu n, bazy typu p i emitera typu n. Pomiędzy kolektorem i bazą oraz pomiędzy bazą i emiterem są złącza p-n. Jeśli złącze kolektor-baza jest spolaryzowane zaporowo (jak na rysunku 3-14), to płynie prąd wsteczny tego złącza. Jak już wiemy, jest on bardzo mały. Jeśli teraz złącze emiter-baza zostanie spolaryzowane w kierunku przewodzenia, jak na rysunku 3-15, z emitera do bazy popłynie silny prąd. 

Rysunek 3‑15. Tranzystor bipolarny, złącze kolektor-baza spolaryzowane zaporowo, złącze emiter-baza w kierunku przewodzenia

W bazie rozdzieli się on na dwa. Przeważająca część elektronów płynących z emitera zostanie przechwycona przez warstwę zaporową złącza kolektor-baza i popłynie do kontaktu kolektora, bardzo niewielka część tych elektronów (typowo około 1/100 lub mniej) popłynie do kontaktu bazy. W ten sposób napięcie $V_{BE}$ między bazą, a emiterem steruje przepływem prądu kolektora $I_C$. Gdy napięcie emiter-baza $V_{BE}$ polaryzuje złącze emitera w kierunku przewodzenia, a napięcie kolektor-baza $V_{CB}$ polaryzuje złącze kolektora w kierunku zaporowym, mówimy że tranzystor bipolarny pracuje w warunkach polaryzacji normalnej. Prąd wstrzykiwany przez emiter do bazy jest prądem spolaryzowanego w kierunku przewodzenia złącza p-n, toteż ten prąd, a więc i prąd kolektora, jest uzależniony od napięcia $V_{BE}$ tak samo, jak prąd diody (rysunek 3-8). W warunkach polaryzacji normalnej prąd bazy $I_B$ jest w dobrym przybliżeniu proporcjonalny do prądu kolektora. 

Rysunek 3‑16. Przykładowa rodzina charakterystyk tranzystora bipolarnego I_C=f(V_CE, I_B)

Rysunek 3-16 pokazuje zależność prądu kolektora $I_C$ od napięcia kolektor-emiter $V_{CE}$, gdy jako parametr traktujemy prąd bazy $I_B$. W taki sposób zwykle przedstawiane są charaterystyki tranzystora bipolarnego.

Rysunki 3-14 i 3-15 przedstawiają tranzystor n-p-n (emiter i kolektor typu n, baza typu p). Istnieją także tranzystory przeciwnego typu: p-n-p. W układach scalonych ich struktury wyglądają nieco inaczej, odwrotne są także znaki napięć polaryzujących, ale zasada działania jest taka sama.

Rysunek 3‑17. Symbole tranzystorów bipolarnych

Opis matematyczny charakterystyk tranzystora bipolarnego poznasz w punkcie 3.1.6. Rysunek 3-17 pokazuje symbole tranzystorów bipolarnych n-p-n i p-n-p używane w schematach elektrycznych układów elektronicznych. Litery E, B i C pochodzą od angielskich terminów: E – emitter, B – base, C – collector.