Свързания на биполярен транзистор

Дефиниция на биполярния транзистор

Биполярният транзистор (BJT) е устройство с три терминала. Може да функционира като усилвател или ключ, изискващ един входящ и един изходящ контур. За обработка с само три терминала, един от тях служи като общо връзка за входа и изхода. Изборът на общия терминал зависи от приложението. Има три типа връзки на транзистора: общ базов, общ емитерен и общ колекторен.

• Общ базов транзистор

• Общ емитерен транзистор

• Общ колекторен транзистор.

Тук трябва да се спомене, че независимо каква е връзката на транзистора, но емитерно-базовото съединение трябва да бъде поддържано в напреднало смещение, а базово-колекторното съединение - в обратно смещение.

Обща базова връзка на BJT

Тук базовият терминал е общ за входния и изходния контур. Общи базови конфигурации или режими са показани на фигурата по-долу. Тук са показани отделно общите базови режими на npn и pnp транзисторите. Емитерно-базовият контур се приема за входен контур, а колекторно-базовият - за изходен.

Усиление на тока

Тук входният ток е емитерен ток IE, а изходният ток е колекторен ток IC. Усиление на тока се разглежда, когато вземем предвид само постоянните смещения на контура, без да се прилага алтернативен сигнал на входа. Ако сега разгледаме приложен алтернативен сигнал на входа, то факторът на усиление на тока (α) при постоянна колекторно-базова напрежение ще бъде

Тук се вижда, че никой от тези параметри - усиление на тока и фактор на усиление на тока - не има стойност над единица, тъй като колекторният ток никога не може да бъде повече от емитерния. Но, както знаем, емитерният и колекторният ток са почти равни в биполярния транзистор, така че тези отношения са много близки до единица. Стойността обикновено варира от 0,9 до дори 0,99.

Израз за колекторния ток

Ако емитерният контур е открит, няма да има емитерен ток (IC = 0). Но в това състояние, ще има малък ток, протичащ през колекторния регион. Това е поради протичането на малочислените носители на заряд и това е обратният ток на изтичане. Тъй като този ток протича през колектора и базата, докато емитерният терминал е открит, токът се означава като ICBO. В транзисторите с малка мощност обратният ток на изтичане ICBO е доста малък и обикновено го пренебрегваме при изчисленията, но в транзисторите с висока мощност този ток на изтичане не може да бъде пренебрегнат. Този ток е силно зависим от температурата, така че при високи температури обратният ток на изтичане ICBO не може да бъде пренебрегнат при изчисленията. Този израз доказва, че колекторният ток зависи и от базовия ток.

Характеристики на общата базова връзка

Входна характеристика

Тя се извежда между входния ток и входното напрежение на самия транзистор. Входният ток е емитерен ток (IE), а входното напрежение е емитерно-базово напрежение (VEB). След преодоляване на напредналото бариерно потенциално напрежение на емитерно-базовото съединение, емитерният ток (IE) започва да расте бързо с увеличаването на емитерно-базовото напрежение (VEB).

Входното съпротивление на контура е отношението на изменението на емитерно-базовото напрежение (ΔV EB) към емитерния ток (ΔIE) при постоянна колекторно-базова напрежение (VCB = Константа). Тъй като изменението на емитерния ток е значително по-голямо в сравнение с изменението на емитерно-базовото напрежение (ΔIE >> ΔVEB), входното съпротивление на общата базова конфигурация на транзистора е доста малко.

Изходна характеристика

Колекторният ток получава постоянна стойност, когато има достатъчно обратно смещение между базата и колектора. Поради това, колекторният ток нараства с увеличаването на колекторно-базовото напрежение, когато това напрежение е много ниско. Но след определено колекторно-базово напрежение, колекторно-базовото съединение получава достатъчно обратно смещение и затова колекторният ток става постоянен за определен емитерен ток и зависи напълно от емитерния ток.

В тази ситуация, целият емитерен ток, освен базовият ток, допринася за колекторния ток. Тъй като колекторният ток става почти постоянен за конкретен емитерен ток в тази област на характеристиката, увеличението на колекторния ток е много малко в сравнение с увеличението на колекторно-базовото напрежение.

Отношението на изменението на колекторно-базовото напрежение към изменението на колекторния ток се дефинира като изходното съпротивление на общата базова конфигурация на транзистора. Естествено, стойността на изходното съпротивление е много висока в общата базова конфигурация на транзистора.

Обща емитерна връзка на BJT

Общата емитерна конфигурация на транзистора е най-често използваната. Тук емитерният терминал е общ за входния и изходния контур. Контурът, свързан между базата и емитера, е входният, а този, свързан между колектора и емитера, е изходният. Общите емитерни режими на npn и pnp транзисторите са показани отделно на фигурата по-долу.

Усиление на тока

В общата емитерна конфигурация, входният ток е базов ток (IB), а изходният ток е колекторен ток (IC). В биполярния транзистор, базовият ток контролира колекторния ток. Отношението на изменението на колекторния ток (ΔIC) към изменението на базовия ток (ΔIB) се дефинира като усиление на тока на общата емитерна конфигурация. В биполярния транзистор, емитерният ток (IE) е сумата от базовия ток (IB) и колекторния ток (IC). Ако базовият ток се промени, колекторният ток също се променя, и като резултат, емитерният ток също се променя съответно.

Отново, отношението на изменението на колекторния ток към съответното изменение на емитерния ток се означава с α. Тъй като стойността на базовия ток е много ниска в сравнение с колекторния ток (IB << IC), усиление на тока в общата емитерна конфигурация на транзистора е много високо и варира от 20 до 500.

Характеристики на общата емитерна конфигурация на транзистора

В общата емитерна конфигурация на транзистора, има два контура – входен и изходен. В входния контур, параметрите са базов ток и базово-емитерно напрежение. Характеристичната крива, начертана върху вариациите на базовия ток и базово-емитерното напрежение, е входна характеристика на общата емитерна конфигурация на транзистора. pn-съединението между базата и емитера е напредно смещено, затова характеристиката е подобна на тази на напредно смещен диод. Тук, базовият ток не приема никаква стойност, преди базово-емитерното напрежение да премине бариерното потенциално напрежение на съединението, но след това, базовият ток рязко нараства с увеличаването на базово-емитерното напрежение. Темпото на нарастване на базовия ток спрямо базово-емитерното напрежение е високо тук, но не толкова високо, колкото в случая с общата базова конфигурация.

Затова входното съпротивление на контура е по-високо от това на общата базова конфигурация на транзистора.

Изходна характеристика на общата емитерна конфигурация на транзистора

Изходната характеристика се чертае върху вариациите на изходния ток и изходното напрежение на транзистора. Колекторният ток е изходният ток, а колекторно-емитерното напрежение е изходното напрежение на транзистора. Тук се изобразява изменението на колекторния ток за различни стойности на колекторно-базовото напрежение при фиксирана стойност на базовия ток. Установено е, че в началото колекторният ток пропорционално нараства с увеличаването на колекторно-емитерното напрежение, но след определена напрежение, колекторният ток става почти постоянен. Това е, защото в началото базово-колекторното съединение не получава достатъчно обратно смещение, но след определено напрежение, то става достатъчно обратно смещено, и тогава основната част от носителите на заряд, идващи от емитера, мигрират към колектора, за да допринесат за колекторния ток. Броят на основните носители на заряд, идващи от емитера, зависи от базовия ток в BJT, затова за специфичен базов ток, колекторният ток е постоянен.

Изходното съпротивление ще бъде

Обща колекторна връзка на BJT

В общата колекторна конфигурация, входният контур е между базата и колектора, а изходният контур е между емитера и колектора.

Отношението на изменението на емитерния ток към изменението на базовия ток се дефинира като усиление на тока в общата колекторна конфигурация. Това се означава като,

Факторът на усиление на тока на контура е отношението на изменението на емитерния ток към изменението на базовия ток, когато времевариращ сигнал се прилага на входа.

Входна характеристика на общата колекторна конфигурация на транзистора