Připojení bipolárního tranzistoru

Encyclopedia

Pole: Encyklopedie

China

Definice bipolárního tranzistoru

Bipolární tranzistor (BJT) je třípólové zařízení. Může fungovat jako zesilovač nebo spínač, vyžaduje jeden vstupní obvod a jeden výstupní obvod. Pro práci s pouhými třemi pólky slouží jeden pól jako společný spoj pro vstup i výstup. Volba společného pólu závisí na aplikaci. Existují tři typy tranzistorových spojů: společný bázový, společný emiterový a společný sběračový.

Tranzistor se společnou bází
Tranzistor se společným emitery
Tranzistor se společným sběračem.

Je důležité si pamatovat, že bez ohledu na spojení tranzistoru, musí být přechod báze-emiter polarizován vpřed a přechod báze-sběrač polarizován zpět.

Společný bázový spoj BJT

Zde je bázový pól společný pro vstupní i výstupní obvod. Konfigurace nebo režimy se společnou bází jsou znázorněny na následujícím obrázku. Zde jsou odděleně ukázány režimy se společnou bází pro tranzistory npn a pnp. Zde je emiter-bázový obvod brán jako vstupní obvod a sběrač-bázový obvod jako výstupní obvod.

Příkon proudu

Zde je vstupní proud emiterový proud IE a výstupní proud sběračový proud IC. Příkon proudu je uvažován, když bereme v úvahu pouze statické polarizační napětí obvodu a žádný střídavý signál není aplikován na vstup. Pokud uvažujeme střídavý signál aplikovaný na vstup, pak koeficient amplifikace proudu (α) při konstantním napětí mezi sběračem a bází by byl

Zde vidíme, že ani příkon proudu, ani koeficient amplifikace proudu nemají hodnotu větší než jedna, protože sběračový proud nikdy nemůže být větší než emiterový proud. Ale jak víme, emiterový proud a sběračový proud jsou v bipolárním tranzistoru téměř stejné, tyto poměry by byly velmi blízké jedné. Obvykle se pohybují v rozmezí od 0,9 až 0,99.

Výraz pro sběračový proud

Pokud je emiterový obvod otevřen, nebude žádný emiterový proud (IC = 0). V této situaci však bude malý proud protékat sběračovou oblastí. To je způsobeno proudění menšinových nosičů náboje a toto je reverzní propustný proud. Jelikož tento proud protéká sběračem a bází, přičemž emiterový pól je otevřen, označuje se jako ICBO. U tranzistorů s malým výkonem je reverzní propustný proud ICBO poměrně malý a obvykle ho při výpočtech zanedbáváme, ale u tranzistorů s vysokým výkonem tento propustný proud nelze zanedbat. Tento proud je velmi závislý na teplotě, takže při vysokých teplotách nelze reverzní propustný proud ICBO při výpočtech zanedbat. Tento výraz dokazuje, že sběračový proud závisí také na bázovém proudu.

Charakteristika společného bázového spoje

Vstupní charakteristika

Ta je vykreslena mezi vstupním proudem a vstupním napětím tranzistoru. Vstupní proud je emiterový proud (IE) a vstupní napětí je emiter-bázové napětí (VEB). Po překročení předního bariérového potenciálu emiter-bázového přechodu emiterový proud (IE) začíná rychle rostout s rostoucím emiter-bázovým napětím (VEB).

Vstupní odpor obvodu je poměr změny emiter-bázového napětí (ΔV EB) k emiterovému proudu (ΔIE) při konstantním sběrač-bázovém napětí (VCB = Konstanta). Protože změna emiterového proudu je poměrně velká v porovnání s změnou emiter-bázového napětí (ΔIE >> ΔVEB), vstupní odpor tranzistoru se společnou bází je poměrně malý.

Výstupní charakteristika

Sběračový proud nabývá pouze konstantní hodnoty, když je mezi bází a sběračem dostatečně zpětně polarizován. Proto se sběračový proud zvyšuje s rostoucím sběrač-bázovým napětím, pokud má toto napětí velmi nízkou hodnotu. Po dosažení určitého sběrač-bázového napětí se sběrač-bázový přechod dostatečně zpětně polarizuje a sběračový proud se stává konstantní pro daný emiterový proud a zcela závisí na emiterovém proudu.

V této situaci celý emiterový proud kromě bázového proudu přispívá ke sběračovému proudu. Protože sběračový proud se stává téměř konstantní pro daný emiterový proud v této oblasti charakteristiky, zvýšení sběračového proudu je velmi malé v porovnání s zvýšením sběrač-bázového napětí.

Poměr změny sběrač-bázového napětí k změně sběračového proudu je definován jako výstupní odpor tranzistoru se společnou bází. Samozřejmě, hodnota výstupního odporu je velmi vysoká v tranzistoru se společnou bází.

Společný emiterový spoj BJT

Tranzistor se společným emitery je nejčastěji používaným spojem tranzistoru. Zde je emiterový pól společný pro vstupní i výstupní obvod. Obvod mezi bází a emitery je vstupní obvod a obvod mezi sběračem a emitery je výstupní obvod. Režim se společným emitery pro tranzistory npn a pnp jsou odděleně ukázány na následujícím obrázku.

Příkon proudu

V konfiguraci se společným emitery je vstupní proud bázový proud (IB) a výstupní proud sběračový proud (IC). V bipolárním tranzistoru bázový proud řídí sběračový proud. Poměr změny sběračového proudu (ΔIC) k změně bázového proudu (ΔIB) je definován jako příkon proudu tranzistoru se společným emitery. V bipolárním tranzistoru je emiterový proud (IE) součtem bázového proudu (IB) a sběračového proudu (IC). Pokud se změní bázový proud, změní se také sběračový proud a následně se změní i emiterový proud.

Opět, poměr změny sběračového proudu k odpovídající změně emiterového proudu je označován jako α. Protože hodnota bázového proudu je poměrně nízká v porovnání se sběračovým proudem (IB << IC), příkon proudu v tranzistoru se společným emitery je poměrně vysoký a pohybuje se v rozmezí od 20 do 500.

Charakteristika tranzistoru se společným emitery

V režimu tranzistoru se společným emitery existují dva obvody – vstupní obvod a výstupní obvod. V vstupním obvodu jsou parametry bázový proud a bázové-emiterové napětí. Charakteristická křivka vykreslená proti změnám bázového proudu a bázového-emiterového napětí je vstupní charakteristikou tranzistoru se společným emitery. Přechod mezi bází a emitery je polarizován vpřed, proto charakteristika bude podobná charakteristice diody s přední polarizací. Zde bázový proud nedosáhne žádné hodnoty, dokud bázové-emiterové napětí nepřekročí přední bariérový potenciál přechodu, ale po tomto bodě bázový proud rychle roste s rostoucím bázovým-emiterovým napětím. Rychlost růstu bázového proudu vzhledem k bázovému-emiterovému napětí je zde vysoká, ale ne tak vysoká jako v případě společného bázového režimu.

Proto je vstupní odpor obvodu vyšší než v případě tranzistoru se společnou bází.

Výstupní charakteristika tranzistoru se společným emitery

Výstupní charakteristika je vykreslena proti změnám výstupního proudu a výstupního napětí tranzistoru. Sběračový proud je výstupní proud a sběrač-emiterové napětí je výstupní napětí tranzistoru. Zde je změna sběračového proudu pro různé hodnoty sběrač-bázového napětí vykreslena proti pevné hodnotě bázového proudu. Zjistilo se, že na začátku se sběračový proud úměrně zvyšuje s rostoucím sběrač-emiterovým napětím, ale po dosažení určité úrovně napětí se sběračový proud stává téměř konstantní. To je proto, že na začátku se bázový-sběračový přechod nedostatečně zpětně polarizuje, ale po dosažení určitého napětí se dostatečně zpětně polarizuje a pak většina nosičů náboje přicházejících z emiterové oblasti do bázové oblasti migruje do sběračové oblasti, aby přispěla ke sběračovému proudu. Počet nosičů náboje přicházejících z emiterové oblasti závisí na bázovém proudu v BJT, takže pro specifický bázový proud je sběračový proud konstantní.

Výstupní odpor by byl