Teória bipolárnych tranzistorov

     Tranzistory sa označujú podobným spôsobom ako polovodičové diódy:

     1. písmeno - materiál (K alebo G),
     2. písmeno - druh tranzistora:
               C nízkofrekvenčný tranzistor,
               D nízkofrekvenčný výkonový tranzistor (tepelný odpor R_th<15 K/W),
               F vysokofrekvenčný tranzistor,
               L vysokofrekvenčný výkonový tranzistor,
               S spínací tranzistor,
               U výkonový spínací tranzistor.

     Skupinou číslic sa rozlišuje typ tranzistora.

 Na vysvetlenie procesov, ktoré sa uskutočnujú v bipolárnom tranzistore, použijeme napr. štruktúru NPN.

     Na tranzistor pripojíme postupne dva vonkajšie zdroje, ktorých polaritu a veľkosť napätia volíme tak, ako je to znázornené na obrázku. Uvažujme, že zdroj napätia je najprv zapojený medzi kolektor a bázu. Na prvý pohľad je zrejmé, že priloženým napätím U_CB (napr. 7 V) je priechod polarizovaný v spätnom smere. To znamená, že ním tečie len nepatrný záverný prúd, ktorý budeme v týchto úvahách predbežne považovať za nulový. Teraz pripojíme vonkajší zdroj napätia U_EB (napr. 0,7 V) medzi emitor a bázu tak, že emitorový priechod je polarizovaný v priamom smere. Priechodom báza-emitor začne tiecť prúd väčšinových nosičov, ktorý nazývame emitorovým prúdom I_E (napr. 1 mA); diery prechádzajú z bázy do emitora, elektróny z emitora do bázy. V oblasti bázy (s vodivosťou P) sú však elektróny menšinovými nosičmi (nadbytočnými menšinovými nosičmi), pre ktoré je kolektorový priechod otvorený. Pretože oblasť bázy je tenká, prejdú takmer všetky elektróny bázou ku kolektorovému priechodu a ďalej do kolektora a vytvoria kolektorový prúd I_C, napr. 0,998 mA. V dôsledku rekombinácie zanikne veľmi malá časť elektrónov v oblasti bázy, takže kolektorový prúd je menší ako emitorový prúd. Rozdiel obidvoch prúdov I_E - I_C = 1 - 0,998 = 0,002 mA sa rovná prúdu dier v báze, s ktorými rekombinovali elektróny a nazýva sa prúdom bázy I_B=0,002 mA. Pri odvodení názvu bipolárny tranzistor sa vychádzalo zo skutočnosti, že tie isté nosiče prúdu sú v oblasti emitora a kolektora väčšinovými nosičmi, v oblasti bázy menšinovými nosičmi.

 

 

      V ďalšom texte budeme venovať pozornosť výkonovým pomerom: vonkajší zdroj U_EB dodáva do emitorového obvodu výkon U_EBI_E = 0,7 . 1 . 10^-3 = 0,7 mW. V dôsledku toho môžeme zo zdroja U_CB v kolektorovom obvode odoberať výkon U_CBI_C= 7 . 0,998 . 10^-7 = 6,986 mW , čo je výkon približne desaťkrát väčší ako výkon, dodaný do emitorového obvodu.

     Pri konštantnom napätí U_CB je kolektorový výkon úmerný kolektorovému prúdu, ktorý závisí zasa od emitorového prúdu. Ak sa teda zmení emitorový prúd, zmení sa aj kolektorový výkon. Z toho vyplýva dôležitý záver: veľký výkon v kolektorovom obvode možno ovládať pomerne malým výkonom v emitorovom obvode pomocou emitorového prúdu. Dokázali sme, že tranzistor má schopnosť zosilňovať výkon. Zosilnenie výkonu možno stupňovať zväčšením napätia U_CB.

     Podobným spôsobom možno opísať činnosť tranzistora so štruktúrou PNP. Treba však zmeniť polaritu zdrojov a vymeniť úlohy elektrónov a dier.

 Smery prúdov na predošlom obrázku, vyznačené šípkami, zodpovedajú smeru toku kladných nosičov (technický smer prúdu), pri zdrojoch je vyznačená ich polarita. Tieto zásady si dobre zapamätajme, pretože sú určené fyzikálnou skutočnosťou v obvode a platia pre každé zapojenie tranzistora. Všeobecnú platnosť má aj jednoduchý vzťah medzi prúdmi jednotlivých vývodov tranzistora pokiaľ sa zachová polarizácia priechodov

ako aj vzťah medzi zmenami obvodových prúdov

     V ďalších úvahách budeme považovať tranzistor za dvojbran. Jedna z jeho svoriek je spoločná pre vstupný aj výstupný obvod, druhé dve sú živé svorky (vstupná a výstupná). Pri označovaní obvodových veličín budeme brať do úvahy orientáciu spotrebiča.

     Pri preberaní princípu činnosti tranzistora v predchádzajúcom odstavci sme zistili, že existujú dva obvody, medzi ktorými sa uskutočňuje zosilňovanie: jedným je ovládací (vstupný obvod) - tvorí ho emitor a báza, druhým je ovládaný (výstupný) obvod, ktorý sa skladá z kolektora a bázy. Báza je spoločná pre obidva funkčné obvody, a preto sa toto zapojenie nazýva zapojenie tranzistora so spoločnou bázou. Vstupné a výstupné obvodové veličiny, ktoré sme pri dvojbranoch označovali ako U₁, I₁, U₂, I₂, budeme v konkrétnych zapojeniach označovať písmenovým indexom, ktorý zodpovedá svorke tranzistora. Napríklad pri zapojení tranzistora so spoločnou bázou tvorí vstupnú svorku emitor. Podľa toho označíme vstupný prúd I₁ = I_E. Všetky napätia v obvode budeme vzťahovať na spoločnú svorku, ktorou je báza. Preto označíme vstupné napätie U₁ = U_EB.

      Napokon zhrnieme vlastnosti tohto zapojenia: v dôsledku zmeny emitorového prúdu z nuly na 1 mA (DI_E= 1 mA), došlo v kolektorovom obvode k zmene prúdu z nuly na hodnotu 0,998 mA (DI_c = 0,998 mA). Porovnaním zmeny výstupného a vstupného prúdu vyjadríme schopnosť tranzistora zosilňovať prúd. Tranzistor v zapojení so spoločnou bázou zosilní prúd v pomere

a výkon približne desaťnásobne.

     Na obrázku je nakreslený tranzistor v zapojení so spoločným emitorom. Spoločnou svorkou je emitor. Veličinou, ktorá ovláda výkon v kolektorovom obvode, je prúd bázy I_B. Zmena prúdu bázy DI_B = 0,002 mA vyvolala zmenu kolektorového prúdu DI_c = 0,998 mA.

 

 

Tranzistor v tomto zapojení zosilní prúd v pomere

a výkon v pomere

 

     Tretí spôsob základného zapojenia tranzistora je znázornený na obrázku. Je to tranzistor v zapojení so spoločným kolektorom. V tomto zapojení je tranzistor schopný zosilniť prúd v pomere

a výkon v pomere

     Už z tohto najjednoduchšieho opisu vidíme, že obvody majú veľmi rozdielne vlastnosti, čo závisí od zapojenia tranzistora. Predbežne sme zistili, že v zapojeniach so spoločným emitorom a kolektorom stačí na ovládanie výstupného výkonu vstupný výkon o niekoľko rádov menší, ako v zapojení so spoločnou bázou. Aj z hľadiska veľkosti činiteľa prúdového zosilnenia sa jednotlivé zapojenia podstatne líšia. S ostatnými vlastnosťami týchto troch základných zapojení tranzistora sa oboznámime v nasledujúcich kapitolách.

Tranzistor je nelineárny impedančný dvojbran. Vzťahy medzi vstupnými a výstupnými napätiami a prúdmi sú dostatočne určené voltampérovými hybridnými alébo admitančnými charakteristikami, vzťahy medzi malými zmenami obvodových veličín diferenciálnymi parametrami h alebo y. Tvary voltampérových charakteristík a veľkosti diferenciálnych parametrov závisia od frekvencie zmien obvodových veličín, od teploty priechodu a od zapojenia tranzistora.

     Vplyv teploty a frekvencie vylúčime tak, že pri meraní dodržíme podmienky J_j = konšt. f = konšt. Vplyv zapojenia tranzistora rešpektujeme tak, že voltampérové charakteristiky a diferenciálne parametre zistíme pre určité konkrétne zapojenie tranzistora a zistené vzťahy alebo údaje rozlíšime pomocou indexov. Tak môžeme zistiť meraním hybridné charakteristiky H_B, H_E, H_C alebo admitančné charakteristiky Y_B, Y_E a Y_C a diferenciálne parametre h_b, h_e, h_c alebo y_b, y_e a y_c pre zapojenie so spoločnou bázou, emitorom alebo kolektorom.

 

A. Hybridná sústava charakteristík H a diferenciálne parametre h tranzistora

 

     Príklad sústavy voltampérových hybridných charakteristík tranzistora (typ KF 508) v zapojení so spoločným emitorom je na obrazku. Všimnime si, že všeobecné označenie vstupných a výstupných obvodových veličín U₁, I₁, U₂ a I₂ vystriedali vstupné a výstupné veličiny tranzistora ako dvojbranu, a to U_BE, I_B, U_CE a I_C. Charakteristické funkcie majú tvar

     Na obrazku je znázornená sústava voltampérových hybridných charakteristík tranzistora GC515, odmeraná v zapojení so spoločnou bázou. Obvodové veličiny podľa obrazku (tranzistor PNP) sú U_EB, I_E, U_CB a I_C. Charakteristické funkcie majú tvar

 

     Diferenciálne parametre h tranzistora sú všeobecne komplexné čísla, ktoré závisia od pracovného bodu a od frekvencie. Ak sa však obmedzíme na dostatočne nízke frekvencie časovo premenlivých obvodových veličín, môžeme zanedbať vnútorné kapacity tranzistora a parametre h považovať za reálne čísla, ktoré nezávisia od frekvencie. Takto sa parametre h udávajú aj v praxi. Číselné hodnoty parametrov h pre určité zapojenie (najčastejšie h_e, príp. h_b) zvyčajne udáva výrobca pre odporúčaný pracovný bod (body) vo forme tabuliek. Pre iný pracovný bod môžeme parametre h určiť:

     a) graficko-matematickou metódou z voltampérových charakteristík,
     b) meraním,
     c) z pomerných kriviek, ktoré výrobca uvádza v niektorých katalógoch.
 

     Pomerné čísla a₁₁ až a₂₂ udávajú, ako sa zmenia parametre h, ak sa bude kolektorový prúd líšiť od veľkosti I_c⁺ = 1 mA.

 

B. Admitančná sústava charakteristík Y a diferenciálne parametre y

 

Charakteristické funkcie majú tvar

 

     Diferenciálne parametre y sú definované a uvádzané ako komplexné čísla y = g + jb, ktoré rešpektujú odporové a reaktančné vlastnosti tranzistora. Veľkosť reálnej zložky (vodivosti) g, susceptancie b = wC i samotnej kapacity C každého z parametrov y závisí od pracovného bodu a od frekvencie časovo premenlivých obvodových veličín.

Výrobca uvádza veľkosti reálnych a imaginárnych zložiek parametrov y (najčastejšie y_e) vo forme tabuliek alebo graficky. V tabuľke sú ako príklad uvedené parametre y_e tranzistora KF 525 v pracovnom bode U_EB = 10 V, I_E= 1 mA pre štyri rôzne frekvencie.

 

 

     Pre iné pracovné body by museli byť uvedené ďalšie, rovnako obsiahle tabuľky. Preto je výhodnejšie udávať parametre y vo forme grafov. Na obrazku sú na plnej hrubej krivke vyznačené bodmi vrcholy fázorov y_11e, zistené pri rôznych frekvenciách (1, 10,7, 35, 100 a 200 MHz) a rovnakom pracovnom prúde I_E = 1 mA. Na čiarkovanej krivke ležia vrcholy fázorov yUc pre prúd 3 mA, na bodkočiarkovanej krivke ležia vrcholy fázorov y_11e pre prúd 5 mA. Na plných tenkých čiarach ležia vrcholy fázorov y_11e pre rovnakú frekvenciu. Na vodorovnej osi odčítame veľkosť reálnej zložky g_11e, na zvislej osi veľkosť imaginárnej zložky b_11e. Podobný graf na určenie parametrov y_22e je znázornený na obrazku. Spätná a prenosová admitancia (y_12e a y_21e) predstavujú v náhradnom obvode tranzistora ideálne zdroje prúdu. Je preto výhodnejšie, ak namiesto zložkového tvaru poznáme ich absolútnu hodnotu a fázový posun. Z tohto dôvodu sa tieto parametre vynášajú v polárnych súradniciach a udávajú sa v exponenciálnom tvare. Ako príklad určíme podľa obrazku vstupnú a prenosovú admitanciu tranzistora pri frekvencii 35 MHz a pracovnom prúde I_E = 1 mA:

     Vstupná admitancia      y_11e = (0,82 + j3) . 10^-3      [S],
     prenosová admitancia      y_21e = 33 . 10^-3 . e^-j15°      [S].

V našich doterajších úvahách sme mlčky predpokladali, že prúdové nosiče sa v polovodiči pohybujú tak rýchle, že netreba brať do úvahy ich čas preletu medzi emitorom a kolektorom. V týchto podmienkach každá prúdová zmena DI₁, ktorá vznikne vo vstupnom obvode, okamžite zapríčiní vo výstupnom obvode zmenu prúdu DI₂ = h₂₁DI₁. To platí za predpokladu, že frekvencia časovo premenlivých obvodových veličín je taká nízka, že čas preletu nosičov môžeme vzhladom na čas periódy zanedbať.

      Pri vyšších frekvenciách, keď čas periódy je porovnatelný s časom preletu nosičov, prestáva uvedená skutočnosť platiť. Treba si uvedomiť, že skôr, ako sa vplyvom jednej zmeny prúdu DI₁ dostanú nosiče do výstupného obvodu, dochádza vo vstupnom obvode už k ďalšej zmene. To sa prejaví zmenšovaním zmien výstupného prúdu a ich oneskorovaním sa pri rovnakých prúdových zmenách vo vstupnom obvode. Tranzistor sa správa tak, ako by strácal schopnosť zosilňovať prúd (a preto aj výkon a napätie). To znamená, že sa zmenšuje absolútna hodnota diferenciálneho prúdového zosilňovacieho činitela h₂₁ a súčasne nastáva jeho fázový posun, ktorý je zapríčinený už spomínaným oneskorovaním sa prúdových zmien. Pretože sme už uviedli, že parametre h₂₁ (a parametre h vôbec) sú definované len pre oblasť nízkych frekvencií, používajú sa v tomto zovšeobecnenom zmysle na označenie prúdových zosilňovacích činitelov niekedy aj tieto písmenové znaky:

     a) Pri tranzistore v zapojení so spoločnou bázou namiesto parametra h_21b

     b) Pri tranzistore v zapojení so spoločným emitorom namiesto parametra h_21e

 

     Frekvenčné charakteristiky obidvoch prúdových zosilňovacích činitelov sú nakreslené na obrazku. Až do určitých frekvencií nezávisí velkosť obidvoch činitelov od frekvencie, takže v tejto oblasti sú vyjadrené vzťahmi

     Potom sa ich velkosť zmenšuje približne nepriamo úmerne so zvyšovaním frekvencie. Ak použijeme pri grafickom znázornení prúdových zosilňovacích činitelov logaritmické stupnice, potom sa obidve krivky a = f(Ś) a b = f(Ś) asymptoticky približujú k lomeným priamkam. Vyznačené frekvencie zlomu f_a = f_h21b, f_b (f_h21e) a frekvencia f_T sa nazývajú hraničnými frekvenciami tranzistora a sú definované takto:

     f_a = f_h21b je hraničná frekvencia tranzistora v zapojení so spoločnou bázou. Je to frekvencia, pri ktorej sa prúdový zosilňovací činitel a₀ (frekvenčné nezávislý) zmenší na hodnotu a = (1/Ö2) a₀;
     f_b = f_y21e je hraničná frekvencia tranzistora v zapojení so spoločným emitorom. Je to frekvencia, pri ktorej sa prúdový zosilňovací činitel b₀ (frekvenčne nezávislý) zmenší na hodnotu b = (1/Ö2) b₀;
     f_T je hraničná frekvencia tranzistora, pri ktorej sa prúdový zosilňovací činitel b zmenší na hodnotu, rovnajúcu sa 1.

      Niekedy sa udávajú aj tieto hraničné frekvencie:

     f_y21e - je to frekvencia, pri ktorej sa absolútna hodnota prenosovej admitancie zmenší na 1/Ö2 násobok jej hodnoty pri nízkych frekvenciách;
     f_max - je to hraničná frekvencia, pri ktorej výkonové zosilnenie tranzistora dosiahne hodnotu, rovnajúcu sa 1.

Priechod kolektor-báza je polarizovaný v spätnom smere. Záverný prúd, ktorý tečie priechodom, závisí od zapojenia tranzistora, od typu tranzistora a od teploty.

 

Tranzistor v zapojení so spoločnou bázou

 

     Ak vo vstupnom obvode tranzistora netečie žiadny prúd (emitorový prúd I_E = 0), prechádza kolektorovým obvodom nepatrný záverný prúd I_CBO, ktorý nazývame zvyškovým prúdom tranzistora v zapojení so spoločnou bázou. Platí o ňom všetko, čo sme povedali v súvislosti so záverným prúdom polovodičovej diódy. Zvyškový prúd má dve zložky: prúd menšinových nosičov a zvodový prúd. Pri tranzistoroch s dovolenou kolektorovou stratou 50 až 100 mW býva nasýtený prúd menšinových nosičov pri normálnej teplote rádovo 10^-6 A pri germániových a 10^-9 A pri kremíkových tranzistoroch. So zvyšujúcou sa teplotou prúd exponenciálne vzrastá, pričom nezávisí od napätia U_CB.

      Pri zvyšovaní napätia U_CB sa zväčšuje zvodový prúd, ale pri akostných tranzistoroch je malý oproti prúdu menšinových nosičov.

 

 

Tranzistor v zapojení so spoločným emitorom

 

     Tranzistor v zapojení so spoločným emitorom má väčší zvyškový prúd. Podla obrazku si môžeme v trochu zjednodušenej forme predstaviť, že záverný prúd kolektorového priechodu I_CBO sa uzavrie emitorovým priechodom, kde pôsobí tak, ako keby bol vstupným prúdom I_b = I_CBO. Tranzistor ho zosilní približne h_21ekrát, takže v zapojení so spoločným emitorom tečie kolektorovým priechodom zvyškový prúd I_CEO = I_CBO (1 + h_21e). To platí v prípade, že báza je odpojená, čiže jednosmerný odpor R_BE, zapojený zvonka medzi emitorom a bázou je nekonečne velký.

      Ak má odpor R_BE konečnú velkosť, je hodnota zvyškového prúdu tranzistora, označovaná v tomto prípade I_CER, menšia ako I_CEO.

     V krajnom prípade, ak R_BE = 0, správa sa zapojenie z hladiska zvyškového prúdu rovnako, ako zapojenie so spoločnou bázou a zvyškový prúd I_CER = I_CBO.

Ak odmeriame aj pre tranzistor voltampérové charakteristiky pri niekolkých rôznych teplotách priechodu a nakreslíme ich do spoločného diagramu, dostaneme kombinovanú sústavu charakteristík, pre ktorú je pomocným parametrom teplota J_j = konšt. Z tohto diagramu je zrejmé, že vplyv teploty sa pri tranzistore prejavuje podobne ako pri polovodičovej dióde, čo môžeme vyjadriť nasledovne:

     a) pri stálych hodnotách napätia U_CE a prúdu I_B sa so zvyšujúcou sa teplotou priechodu zväčšuje kolektorový prúd I_C. Teplotný súčinitel kolektorového prúdu, ktorý je určený vzťahom dosahuje velkosť rádovo nA/°C až mA/°C podla typu tranzistora a jeho pracovného bodu. Teplotnú závislosť kolektorového prúdu v podstatnej miere ovplyvňuje teplotná závislosť zvyškového prúdu, s ktorou sme sa zaoberali v predchádzajúcom odseku,

     b) so zvyšujúcou sa teplotou priechodu PN klesá napätie na priechode báza-emitor približne lineárne o 2,2 mV na 1 °C. Teplotný súčinitel napätia E_BE má teda priemernú hodnotu - 2,2 mV/°C pre germániové a kremíkové tranzistory.

 

     Pretože s teplotou priechodu PN sa mení tvar, sklon a odstup voltampérových charakteristík, menia sa prirodzene vo väčšej alebo menšej miere aj všetky statické a dynamické parametre tranzistora. Najzávažnejší vplyv na funkciu obvodu s tranzistorom majú zvyčajne zmeny prúdového zosilňovacieho činitela h_21e. Pre rôzne teploty bývajú hodnoty činitela h_21e uvedené v katalógu; napr. pre tranzistor KC508 platia tieto údaje:

Pri teplote

     Neskôr, v kapitole o zosilňovačoch sa naučíme, ako možno vhodným zapojením obvodu obmedziť nepriaznivé vplyvy teplotných zmien, a tak dosiahnuť potrebnú stálosť vlastností tranzistora aj pri meniacej sa teplote.

 Tranzistor, ktorý pracuje ako spínač, je do spínacieho obvodu zapojený svojimi výstupnými svorkami, a to kolektorom a emitorom. Spínací režim tranzistora je znázornený vo výstupných charakteristikách na obrázku.

V zapnutom stave má mať tranzistor medzi výstupnými svorkami čo najmenší odpor a čo najmenšie napätie U_CE. Z výstupných charakteristík je zrejmé, že zo všetkých možných pracovných bodov tranzistora najlepšie splňajú túto požiadavku body, ktoré ležia na hraničnej priamke. Preto v zapnutom stave bude pracovný bod tranzistora umiestnený na hraničnej priamke; pri takto umiestnenom pracovnom bode hovoríme o tranzistore, že pracuje v saturačnom stave (v stave nasýtenia).

      Konkrétnu polohu pracovného bodu S na hranicnej priamke vymedzuje saturačný prúd I_Csat, ktorý prechádza spínaným obvodom v zapnutom stave. Ak má tranzistor zapnúť, musí sa pracovný bod dostať do bodu S, t. j. obvodom bázy musí tiecť prúd I_B = I_Bsat. V zapnutom stave je medzi výstupnými svorkami tranzistora malé napätie U_CEsat a tranzistor predstavuje odpor

Tento odpor sa nazýva aj odporom hraničnej priamky.

     Vo vypnutom stave sa spínaný obvod javí ako prerušený. V skutočnosti prúd v spínanom obvode nebude nulový, pretože odpor tranzistora nie je nekonečne velký. Vo vypnutom stave tečie obvodom nepatrný zvyškový prúd tranzistora I_CE0 a pracovný bod V leží na výstupnej charakteristike s parametrom I_B = 0.

 

 

     Rýchlosť spínania tranzistora je podobne ako pri dióde obmedzená zotavovacím časom. Ide o čas, potrebný na odčerpanie menšinových nosičov, ktoré sa počas zapnutého stavu nahromadili v báze. Zotavovací čas závisí od hrúbky bázy a od pohyblivosti a množstva nadbytočných nosičov.

      Dobrý spínací tranzistor musí mať čo najmenší odpor hraničnej priamky, čo najmenší zvyškový prúd a čo najkratší zotavovací čas.

      Tranzistor je prvým príkladom ovládaného spínača - spínanie sa ovláda prúdom bázy I_B, ktorý predstavuje veličinu, nezávislú od obvodových veličín spínaného obvodu.

   Celkový šumový výkon na výstupe tranzistora sa skladá z troch zložiek, ktoré vznikajú v dôsledku rôznych fyzikálnych javov. Sú to:

      a) tepelný šum polovodičového materiálu,
      b) výstrelový šum,
      c) polovodičový šum.

     Výstrelový a povodičový šum sú zapríčinené nepravidelnými prechodmi nosičov priechodmi PN tranzistora, krátkodobými nepravidelnými zmenami hustoty nosičov, nerovnomernosťami pri rekombinácii v bázy a niektorými dalšími dejmi, ktoré sa uskutočňujú v polovodičovej súčiastke. Zatial čo tepelný a výstrelový šum majú v spektre rovnomerne zastúpené všetky frekvenčné zložky (biely šum), polovodičový šum prispieva len zložkami nízkych frekvencií, pri väčšine tranzistorov nižších ako 1 kHz. Amplitúda šumového napätia polovodičového šumu vzrastá s klesajúcou frekvenciou, preto sa často označuje ako šum typu 1/f.

 

 

     Na vyjadrenie šumových vlastností tranzistora (a dvojbranov vôbec) sa používa šumové císlo.

      Tranzistor má výkonový prenos A_P = P₂/P₁; P₁ a P₂ sú výkony užitočného signálu, P_n1 a P_n2 sú šumové výkony na vstupných a výstupných svorkách tranzistora. Vlastný šum tranzistora je P_nt. Aby sme mohli posúdiť, v akej miere sa uplatňuje šum vzhľadom na užitočný signál, vypočítame, v akom pomere sú ich výkony. Pomer obidvoch výkonov, vyjadrený v decibeloch, nám udáva odstup signálu od šumu.

      Na vstupe je pomer signálu k šumu určený vzťahom
 

a odstup signálu od šumu je 10 log P₁/P_n1.

      Na výstupe je užitočný výkon P₂ = A_P P₁ a šumový výkon P_n2 = A_P P_n1 + P_nt. Pre pomer signálu k šumu dostaneme
 

a odstup signálu od šumu na výstupe je 10 log P₂/P_n2.

      Do posledného vzťahu dosadíme výrazy pre užitočný a šumový výkon
 

a porovnáme ho s výrazom P₁/P_n1. Vidíme, že vplyvom vlastného šumu tranzistora v menovateli zlomku sa zmenšil na výstupe odstup signálu od šumu - vzhladom na užitočný signál sa šum uplatňuje vo väčšej miere.

      Velkosť vplyvu vlastného šumu tranzistora vyjadríme pomocou šumového čísla F, ktoré je dané pomerom signálu k šumu na vstupe a výstupe
 

      Ideálny bezšumový dvojbran má šumové číslo F= 1 (0 dB), v ostatných prípadoch je to vždy číslo väčšie ako 1. Šumové číslo sa tým viac líši od jednotky, čím väčší je vlastný šum uvažovaného dvojbranu.

      Závislosť šumového čísla tranzistora od frekvencie je znázornená na obrázku. Z obrázku je zrejmý aj vplyv všetkých troch opísaných druhov šumu. Vzrast šumového čísla pri vyšších frekvenciách nie je zapríčinený ďalším šumovým javom, ale poklesom prúdového zosilňovacieho činitela f_h21e, v dôsledku čoho sa zmenšuje aj výkonové zosilnenie A_P. Od hraničnej frekvencie f_h21e sa preto vlastný šum P_nt, uplatňuje oproti užitočnému signálu v relatívne väčšej miere a šumové číslo so zvyšujúcou sa frekvenciou zväčšuje.

 

 

      Šumové císlo nie je konštantná veličina. Závisí od pracovného bodu tranzistora, od vnútorného odporu zdroja signálu, od teploty a frekvencie, pri ktorej bolo merané. Preto je ako charakteristická veličina smerodajná len v súvislosti s týmito údajmi.

V katalógu zvyčajne nájdeme tieto charakteristické hodnoty tranzistorov:

     odporúčaný pracovný bod,
     diferenciálne parametre h_e alebo h_b alebo y_e,
     pracovné body pre saturačný stav,
     hraničnú frekvenciu f_T alebo f_h21e alebo f_h21b,
     medzielektródové kapacity,
     zvyškový prúd,
     šumové císlo,
     výkonový zisk.


     Podla typu tranzistora v katalógu sa môžu uviesť aj iné údaje.

     Pri všetkých charakteristických hodnotách musí byť udaný pracovný bod, frekvencia a teplota priechodu, príp. teplota okolia alebo púzdra, pre ktoré údaj platí, prípadne ďalšie podmienky jeho platnosti. Charakteristické hodnoty sú priemernými hodnotami pre daný typ tranzistora. Vlastnosti jednotlivých súčiastok sa môžu od menovitých hodnôt líšiť v rozsahu dovolených tolerancií.