BJT

Transistori

...Bipolaaritransistorin toiminta

Transistorin ohjaaminen

Bipolaarisen transistorin kollektorivirtaa voidaan ohjata kantavirran avulla. BJT:n kanta-emitterijännite U_BE pysyy transistorin toimiessa vahvistimena lähes vakiona. Kanta-emitterijännitteen täytyy kuitenkin olla myötäsuuntainen ja vähintään kanta-emitteriliitoksen kynnysjännitteen suuruinen (n. 0,7 V piitransistorilla), kuten diodin myötäsuuntaan biasoitu liitos. Lisäksi, jotta virtavahvistuksen yhtälö on voimassa, transistori ei saa olla kyllästystilassa.

Biasointi - transistorin napojen väliset tasajännitteet

Kuten aiemmin jo todettiin, transistorin virtavahvistuksen lauseke ei ole aina voimassa. Lisäksi mainittiin transistorissa olevien pn-liitosten yli vaikuttavien jännitteiden myötä- ja estosuunnasta - biasoinnista. Transistorin toimintaan liittyvät kantavirran lisäksi transistorin liityntänapojen yli olevat jännitteet. Transistorin kanta-emitteriliitoksen ja kanta-kollektoriliitoksen jännitteiden täytyy olla "oikein päin" haluttaessa käyttää transistoria eri toimintamoodeissa - vahvistimena tai kytkimenä (vrt. diodimallin päästö- ja estosuunnat).

Transistorin toimintamoodit

Sulkualueella transistorin molemmat pn-liitokset ovat estosuunnassa. I_e ja I_c ovat molemmat =0. Tässä tilassa transistoria voidaan kuvata avoimena kytkimenä.

Aktiivimoodissa transistori toimii virtaohjattuna lähteenä (virtavahvistuksen lauseke voimassa). Tässä moodissa transistoria käytetään analogiaelektroniikan vahvistimena.

Kyllästystilassa molemmat pn-liitokset ovat myötäsuuntaisia. Kollektorivirta voi olla hyvinkin suuri. Tila vastaa suljettua kytkintä. Transistorin kyllästystilaa ja sulkutilaa käytetään transistorin kytkinkäytössä.

Estosuuntainen aktiivimoodi on samankaltainen kuin aktiivimoodi, sillä transistori on rakenteeltaan symmetrinen, ja biasointi voidaan laittaa myös "väärin päin". Käytännössä tämä moodi on ei-toivottu, ja sillä ei ole juuri sovelluksia käytännön kytkennöissä.

Kytkinkäytössä (mm. digitaalitekniikka, tehoelektroniikka...) transistori toimii sekä sulkualueella ja kyllästysalueella, vaihdellen tilaa näiden kahden toiminta-alueen välillä. Vahvistinsovelluksessa transistori täytyy biasoida toimimaan aktiivialueella, ja estää tomintatavan siirtyminen sulkualueelle tai kyllästykseen. Lyhyesti sanottuna tämä biasointi tapahtuu tuomalla sopivat jännitteet ja virrat transistorille.

BJT:n jännitevahvistus

BJT-transistorikytkennöissä tapahtuu myös jännitevahvistusta virtavahvistuksen lisäksi. Jännitevahvistusta saadaan aikaan asettelemalla transistorikytkentään "sopivia" vastuksia, joilla vahvistettu kollektorivirta muutetaan jännitteeksi Ohmin lain avulla. Jos kytkennässä on jännitevahvistusta ja virtavahvistusta saadaan aikaan myös tehovahvistusta. Esimerkki yksinkertaisesta jännitevahvistimesta on seuraavassa kuvassa.

Yksinkertainen transistorivahvistin.

Vahvistimen toiminta jaettuna kantapiiriin ja kollektroripiiriin. Kantapiirin kantavirta I_B voidaan ratkaista Ohmin lain avulla, kun kantapiirin jännite U_BB ja kantavastus R_B tunnetaan. Kantavirran avulla voidaan laskea kollektorivirta I_Cvirtavahvistuksen yhtälön I_C = bI_B avulla. Tämän jälkeen kollektoripiirissä vaikuttavat jännitteet voidaan laskea jälleen Ohmin lakia apuna käyttäen

Transistorin toiminnasta ja analyysistä jatketaan kevään kurssilla. B-kurssilaisille tärkeintä on ymmärtää transistorin toiminta pääpiirteittäin - sähköisesti ohjattava kolmijalkainen komponentti - sekä tuntea transistorin kaksi tärkeää käyttökohdetta, kytkin ja vahvistin.