Bipolární vs. Unipolární tranzistor:

Tranzistor je bezpochyby nejdůležitější součástkou moderní elektroniky. Ať už jde o jednoduché rádio nebo nejvýkonnější procesor v superpočítači, vše stojí na tranzistorech. Ty se dělí na dvě hlavní rodiny: bipolární (BJT) a unipolární (FET).

Ačkoliv oba typy slouží ke stejnému účelu – tedy ke spínání nebo zesilování elektrických signálů – fungují na zcela odlišných fyzikálních principech. Podívejme se na to, v čem se liší a kdy který použít.

1. Základní principy fungování

Než se pustíme do srovnání, musíme si definovat, jak každý z nich pracuje.

Bipolární tranzistor (BJT - Bipolar Junction Transistor)

Bipolární tranzistor je proudově řízená součástka. To znamená, že malý proud tekoucí do řídicí elektrody (Báze) ovládá velký proud tekoucí mezi ostatními dvěma elektrodami (Kolektor a Emitor).

• Název "Bipolární": Odkazuje na fakt, že se na vedení proudu podílejí dva typy nosičů náboje – elektrony (záporné) a díry (kladné).
• Struktura: Skládá se ze tří vrstev polovodiče (typy NPN nebo PNP).

Unipolární tranzistor (FET - Field Effect Transistor)

Unipolární tranzistor, často označovaný jako tranzistor řízený elektrickým polem, je napěťově řízená součástka. Proud mezi elektrodami (Source a Drain) je ovládán elektrickým polem, které vytváří napětí na řídicí elektrodě (Gate).

• Název "Unipolární": Na vedení proudu se podílí pouze jeden typ nosičů náboje (buď elektrony, nebo díry), v závislosti na typu kanálu (N-kanál nebo P-kanál).
• Nejznámější zástupci: JFET a především MOSFET.

2. Hlavní rozdíly: BJT vs. FET

Zde je jádro vašeho dotazu. V čem se liší v praxi?

A. Způsob řízení (Proud vs. Napětí)

• BJT: K otevření tranzistoru musíte do báze trvale dodávat proud. To znamená, že řízení tranzistoru spotřebovává určitou energii.
• FET: K otevření stačí přivést napětí na hradlo (Gate). Protože je hradlo od kanálu izolované, neteče do něj (téměř) žádný proud. Řízení je tedy energeticky velmi úsporné.

B. Vstupní impedance

• BJT: Má nízkou vstupní impedanci. To může zatěžovat předchozí obvod, ke kterému je tranzistor připojen.
• FET: Má extrémně vysokou vstupní impedanci (v řádu Megaohmů až Gigaohmů). Nezatěžuje zdroj signálu, což je klíčové pro měřicí techniku a předzesilovače.

C. Teplotní stabilita

• BJT: Má záporný teplotní koeficient odporu. Pokud se zahřeje, vede lépe proud, což ho zahřeje ještě víc. Hrozí zde riziko tzv. "teplotního průrazu" (thermal runaway).
• FET: Má obvykle kladný teplotní koeficient. Když se zahřeje, jeho odpor stoupne a proud klesne. To je činí stabilnějšími a snadno se řadí paralelně pro zvýšení výkonu.

3. Výhody a nevýhody

Abyste si mohli vybrat ten správný, musíte znát silné a slabé stránky.

Bipolární tranzistor (BJT)

Výhody:

• Vysoký zisk: Dokáže velmi efektivně zesilovat malé signály.
• Rychlost: V určitých aplikacích (vysokofrekvenční obvody) jsou velmi rychlé.
• Lineárnost: Výborné vlastnosti pro lineární zesilovače (audio technika).
• Nižší cena: U diskrétních součástek bývají velmi levné.

Nevýhody:

• Spotřeba: Řídicí obvod spotřebovává proud.
• Teplotní nestabilita: Vyžadují pečlivější chlazení a stabilizaci pracovního bodu.
• Hlučnost: Generují více šumu než FET tranzistory (zejména na nízkých frekvencích).

Unipolární tranzistor (FET / MOSFET)

Výhody:

• Minimální spotřeba řízení: Ideální pro bateriová zařízení a logické obvody.
• Vysoká vstupní impedance: Neovlivňuje měřený signál.
• Miniaturizace: V integrovaných obvodech (procesory) zabírají méně místa než BJT.
• Rychlé spínání: Moderní MOSFETy dokáží spínat obrovské proudy velmi rychle.

Nevýhody:

• Nižší zisk: V porovnání s BJT mají často menší transkonduktanci (schopnost zesílení).
• Citlivost na statickou elektřinu (ESD): Izolační vrstva na hradle je velmi tenká a snadno se zničí statickým výbojem při manipulaci.

4. Příklady použití v praxi

Kde se s nimi setkáte nejčastěji?

Kdy použít Bipolární tranzistor (BJT)?

1. Audio zesilovače: Koncové stupně Hi-Fi zesilovačů často využívají BJT pro jejich linearitu.
2. Jednoduché spínače: Pro spínání malých proudů (např. LED dioda, malé relé) v hobby elektronice (legendární typy BC547, 2N2222).
3. Vysokofrekvenční obvody: Rádiové vysílače a přijímače.

Kdy použít Unipolární tranzistor (FET/MOSFET)?

1. Procesory a paměti: Veškerá moderní digitální technika (CPU, RAM) je postavena na technologii CMOS (komplementární MOSFET), protože v klidovém stavu mají téměř nulovou spotřebu.
2. Spínané zdroje: Nabíječky k telefonům, zdroje v PC. Výkonové MOSFETy zde spínají vysoká napětí s minimálními ztrátami.
3. Vstupní obvody multimetrů a osciloskopů: Díky vysoké impedanci nezkreslují měření.

Souhrnná tabulka

Závěr

Pokud stavíte zesilovač a jde vám o kvalitu zvuku, pravděpodobně sáhnete po bipolárním tranzistoru. Pokud navrhujete digitální logiku nebo potřebujete spínat velké výkony s vysokou účinností, je jasnou volbou unipolární tranzistor (MOSFET).