Tranzystory bipolarne

Wynalezienie tranzystora całkowicie odmieniło świat elektroniki, dając początek technologicznej rewolucji, której nie sposób już zatrzymać. Jak to zwykle bywa – jedne wynalazki napędzają powstawanie następnych, dlatego konstruktorzy urządzeń elektronicznych szybko otrzymali do dyspozycji kolejne odmiany tych podstawowych elementów półprzewodnikowych. Pomimo upływu lat, klasyczne tranzystory bipolarne nadal należą do najczęściej stosowanych elementów dyskretnych. Choć w wielu aplikacjach skutecznie wyparły je tranzystory polowe – w szczególności MOSFET - nic nie wskazuje na to, aby klasyczne tranzystory NPN i PNP miały zniknąć z rynku.

Rodzaje i parametry tranzystorów bipolarnych

Podstawową cechą charakteryzującą każdy klasyczny, bipolarny tranzystor , jest jego polaryzacja, określana trzyliterowym skrótem NPN bądź PNP. Ważnymi parametrami każdego tranzystora bipolarnego są także: dopuszczalna moc strat, maksymalne napięcie kolektor-emiter oraz maksymalny prąd kolektora. Wzmocnienie stałoprądowe (stosunek prądu kolektora do prądu bazy) opisywane jest tzw. współczynnikiem beta – warto pamiętać, że często spotykane tranzystory z danej serii (np. BC547) różnią się pomiędzy sobą wzmocnieniem, kodowanym zwykle za pomocą litery, dopisywanej za oznaczeniem liczbowym (np. BC547A, B lub C). W niektórych aplikacjach należy także zwrócić uwagę na napięcie saturacji obwodu kolektor-emiter, graniczną częstotliwość przełączania czy też napięcie saturacji obwodu baza-emiter. W aplikacjach wymagających przełączania dużych obciążeń (np. we wzmacniaczach mocy czy sterowaniu elementami wykonawczymi) duże znaczenie ma rezystancja termiczna, której wartość ogranicza dopuszczalną obciążalność tranzystora w określonych warunkach pracy (czym wyższa rezystancja termiczna, tym mniejszy może być wzrost temperatury struktury krzemowej, nie powodujący jeszcze uszkodzenia tranzystora).

Tranzystory bipolarne i ich pozycja rynkowa na przestrzeni dekad

Dawniej tranzystory bipolarne stanowiły podstawowy budulec niemal wszystkich urządzeń elektronicznych – od powszechnie dostępnych radioodbiorników, poprzez niewielkie, zasilane bateryjnie aparaty słuchowe, aż po wysokiej klasy aparaturę pomiarową i sprzęt wojskowy. Dziś coraz trudniej jest już znaleźć komercyjny wzmacniacz audio albo nawet prosty sterownik, oparty na dyskretnych tranzystorach. Te klasyczne elementy stosowane są natomiast z powodzeniem do przełączania niewielkich obciążeń w układach opartych na mikrokontrolerach . Co więcej, istnieje spora grupa pasjonatów, którzy na tranzystorach bipolarnych opierają konstrukcje niewielkich urządzeń audio, np. efektów gitarowych oraz przedwzmacniaczy. Warto wiedzieć, że w literaturze dla elektroników amatorów, wydawanej jeszcze w latach 70. i 80. ub. wieku, można znaleźć wiele ciekawych przykładów zastosowania tranzystorów NPN i PNP – co więcej, znajdujące się tam schematy ideowe dają się z powodzeniem wykorzystać także dziś i to bez wprowadzania żadnych zmian lub po nieznacznej tylko korekcie wartości niektórych elementów pasywnych.

Tranzystory bipolarne z praktycznego punktu widzenia

Zdecydowanie najpopularniejszym zastosowaniem tranzystorów bipolarnych w nowo projektowanych urządzeniach jest kluczowanie (przełączanie) obciążeń małej i średniej mocy. Należy pamiętać, że w celu minimalizacji strat mocy (a więc także przyrostu temperatury struktury krzemowej) należy pracować tylko w dwóch skrajnych trybach: całkowitego zamknięcia (zerowy prąd bazy) oraz saturacji (maksymalne otwarcie tranzystora). Zapewnienie odpowiednio stromych zboczy sygnału sterującego (zwłaszcza w przypadku stosowania modulacji PWM) umożliwia dodatkową minimalizację strat w obszarze przejściowym. Podczas sterowania obciążeniami indukcyjnymi (silniki, cewki przekaźników elektromagnetycznych, elektromagnesy, etc.) należy zawsze zadbać o właściwe zabezpieczenie kolektora, stosując szybką diodę włączoną równolegle do cewki, w kierunku zaporowym względem napięcia zasilającego.