Bipolär transistor (BJT) – vad det är, funktion och användning

Bipolär transistor (BJT) – vad det är, hur den fungerar och hur den används som förstärkare, brytare och i kretsar samt viktiga parametrar och praktiska tips.

En bipolär junction transistor (BJT eller bipolär transistor) är en typ av transistor som utnyttjar kontakten mellan två typer av halvledare för att styra och förstärka elektrisk ström. BJT-er används ofta som förstärkare, som brytare i logiska och effektkretsar eller som aktiva element i oscillatorer. De kan förekomma ensamma som diskreta komponenter eller i stort antal som delar av integrerade kretsar.

De kallas bipolära eftersom de fungerar med både elektroner och hål som laddningsbärare.

Uppbyggnad och typer

En BJT består av tre lager halvledarmaterial och tre anslutningar: emitter, bas och collector. De vanligaste typerna är NPN och PNP, beroende på ordningen av dopade lager (N–P–N respektive P–N–P). Emitter är kraftigt dopad för att avge majoritetsbärare, basen är tunn och lätt dopad för att tillåta bärare att passera, och collectorn är ofta större för att ta emot och leda bort ström och värme.

Funktion och driftsområden

En BJT styrs genom att en relativt liten basström (IB) kontrollerar en mycket större collectorström (IC). De vanligaste driftsområdena är:

• Skärning (cutoff) – transistor helt av; liten eller ingen collectorström.
• Aktivt område – används för linjär förstärkning; emitter–bas är framåtbiaserad medan base–collector är bakåtbiaserad.
• Mättnad (saturation) – transistor helt på; både emitter–bas och base–collector är framåtbiaserade; används för brytaroperation.

Förstärkning och h_fe

Den statiska strömförstärkningen i ett BJT betecknas ofta β eller h_FE och definieras som relationen mellan collectorström och basström:

IC ≈ β · IB

Värdet på h_fe varierar kraftigt med transistorstyp, ström och temperatur. Typiska småsignaltransistorer har h_fe i storleksordningen några tiotals upp till några hundra (t.ex. 50–300). Effekttransistorer brukar ha lägre gain. h_fe anges ofta i datablad och kan också variera med frekvens (vid höga frekvenser minskar den). Ett annat viktigt mått är förstärkningens frekvensberoende, ofta beskrivet genom overgangsfrekvensen fT.

Användningsområden

• Analoga förstärkare (steg, differentialförstärkare, lågfrekventa och rörliga förstärkare)
• Digitala brytare i logiska kretsar och power switching
• Strömreflektioner och current mirrors i analoga integrerade kretsar
• Push–pull-utgångssteg och Darlington-konfigurationer för att få hög strömförstärkning
• Oscillatorer och blandare i radiosystem

Fördelar och nackdelar

• Fördelar: Hög transkonduktans, bra linearitet i aktivt område, välkända och billiga komponenter.
• Nackdelar: Kräver kontinuerlig basström (lägre ingångsimpedans än fälteffekttransistorer), känsligare för termisk runaway vid höga effekter och ofta lägre effektivitet i vissa effektapplikationer jämfört med MOSFET.

Viktiga parametrar att beakta

• Maximal collector-emitter-spänning (Vce(max))
• Maximal collectorström (Ic(max))
• Effektförlust (Pd) och kylbehov
• h_fe (DC-strömförstärkning) och dess variation med ström/temperatur
• Övergångsfrekvens (fT) — anger hur snabbt transistorn kan förstärka
• Saturationsspänning VCE(sat) i brytläge

Praktiska tips

• Använd alltid en seriemotstånd eller basstyrning för att begränsa basström vid switchning.
• Vid förstärkning: biasera basen för att hålla transistorn i aktivt område och undvik mättnad om linjäritet krävs.
• Tänk på termisk hantering och att h_fe kan förändras med temperatur — i effektkretsar kan negativ återkoppling eller emittermotstånd användas för stabilisering.

Sammanfattningsvis är BJT en mångsidig komponent i både analoga och digitala kretsar. Val av transistortyp och korrekt biasering är avgörande för att uppnå önskad funktion och pålitlighet.

Frågor och svar

F: Vad är en bipolär transistor?

F: Vilka är de olika användningsområdena för BJT?

F: Var kan man hitta BJT?

F: Varför kallas de bipolära transistorer?

F: Vad är hfe i BJT?

F: Vad är det typiska intervallet för hfe i BJT?

F: Vad är funktionen för Forward Current Gain i en BJT?

Sök med bokstav