Bipolær transistor (BJT): Definition, funktion og anvendelser
Lær alt om bipolær transistor (BJT): definition, funktion, forstærkning og praktiske anvendelser som forstærkere, afbrydere og i integrerede kredsløb.
En bipolar junction transistor (BJT eller bipolær transistor) er en type transistor, der bruger kontaktflader mellem to typer halvledere for at styre elektrisk strøm. En BJT har tre terminaler: emitter, base og collector. Den kan fungere som forstærkere, som elektronisk afbryder (switch) eller som aktivt element i oscillatorer og andre analoge kredsløb. BJT'er kan anvendes enkeltvis eller i stort antal som dele af integrerede kredsløb.
De kaldes bipolære transistorer, fordi deres ledningsevne involverer både elektroner og huller. Rent fysisk består en BJT af tre dopede halvlederregioner, som enten er arrangeret som NPN eller PNP. I en NPN-transistor er emitter og collector n-dopede, mens basen er p-dopet; i en PNP-transistor er polariteterne omvendt. Emitterområdet er kraftigt dopet for at afgive mange ladningsbærere, basen er meget tynd og svagt dopet, og collector-området er normalt større for at kunne håndtere strøm og spænding.
Grundlæggende funktionsprincip
En BJT styres ved at ændre basisstrømmen. Når base-emitter-pæren fremadforbindes (typisk omkring 0,6–0,7 V for silicium-transistorer), injiceres ladningsbærere fra emitteren gennem den tynde base til collectoren. I aktiv tilstand er collectorstrømmen proportional med basisstrømmen. Den simple relation er:
I_C = β · I_B
hvor I_C er collectorstrømmen, I_B basisstrømmen og β (ofte skrevet h_FE i databladssammenhæng) er strømforstærkningen eller current gain.
Driftstilstande
- Cut-off (afbrydelse): Base-emitter-forbindelsen er ikke fremadspændt; transistoren leder ikke (næsten ingen collectorstrøm).
- Aktiv (lineær) tilstand: Base-emitter er fremadspændt og base-collector er reversspændt; transistoren fungerer som forstærker.
- Satureret tilstand: Både base-emitter og base-collector er fremadspændt; transistoren er fuldt åben og bruges som switch (lav spændingsforskel mellem collector og emitter).
Strømforstærkning (h_FE / β)
Den forstærkede strøm angives ofte som hFE eller β (Forward Current Gain). Dette tal beskriver, hvor mange gange basisstrømmen forstærkes til collectorstrømmen. Værdien afhænger af transistorens type, driftspunkt og temperatur. Typiske værdier kan variere bredt:
- Småsignal-BJT'er: ofte omkring 50–300 (typisk 100–200 for mange almindelige typer).
- Effekttransistorer: ofte lavere β (f.eks. 20–100) fordi de skal håndtere større strømme.
- Særlige lavstøj- eller højforstærkningsdesign kan have højere værdier.
Bemærk, at h_FE kan ændre sig med collectorstrøm og temperatur, og databladet angiver ofte kurver for h_FE som funktion af I_C.
Anvendelser
- Forstærkere: Audio-, RF- og lavfrekvente forstærkertrin i både enkelttransistor- og differenskonfigurationer.
- Switches: Hurtige afbrydere i digitale kredsløb eller som elementer i strømstyring.
- Oscillatorer og mixertrin: I signalbehandling og radiosendere/modtagere.
- Analog funktionalitet: Strømspejle, differentialpar og aktive belastninger i analoge integrerede kredsløb.
Fordele og ulemper
- Fordele: Høj gain i mange varianter, velkendt teknologi, god linearitet i visse driftspunkter, robust i visse effektapplikationer.
- Ulemper: Strømstyret (kræver basisstrøm), følsomme over for temperatur, mindre inputimpedans end felt-effekt-transistorer (FET'er) og ofte højere støj i nogle anvendelser.
Praktiske bemærkninger
Ved kredsløbsdesign er korrekt biasering af basen vigtig for at opnå ønsket driftstilstand. Termisk kobling og afkøling er også vigtige for effekttransistorer, da forøgede temperaturer ændrer β og kan føre til termisk løbsk. Datasheets angiver typisk maksimumværdier (collector-emitter spænding, collectorstrøm, dissipationsbegrænsning) og typiske karakteristika (h_FE, koblingshastighed, støj).
Samlet set er BJT'en en alsidig komponent i både diskrete og integrerede elektroniske kredsløb, brugt hvor strømforstærkning, hurtig switching eller god linearitet er påkrævet.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er en bipolar junction-transistor?
A: En bipolar junction transistor (BJT eller bipolar transistor) er en type transistor, der er afhængig af kontakten mellem to typer halvledere, for at den kan fungere.
Q: Hvad er de forskellige anvendelser af BJT'er?
A: BJT'er kan bruges som forstærkere, switche eller i oscillatorer.
Q: Hvor kan man finde BJT'er?
A: BJT'er kan findes enten alene eller i stort antal som dele af integrerede kredsløb.
Q: Hvorfor kaldes de bipolare transistorer?
A: BJT'er kaldes bipolare transistorer, fordi deres funktion involverer både elektroner og huller.
Q: Hvad er hfe i BJT'er?
A: Den opnåede strøm måles i hfe, Forward Current Gain.
Q: Hvad er det typiske område for hfe i BJT'er?
A: Den typiske mængde hfe i BJT'er kan være mellem 200-350.
Q: Hvad er funktionen af Forward Current Gain i en BJT?
A: Forward Current Gain (hfe) i en BJT bestemmer transistorens forstærkningseffekt.
Søge