Forbindelser for Bipolar Junction Transistor

Definition af Bipolar Junction Transistor (BJT)

En Bipolar Junction Transistor (BJT) er en enhed med tre terminaler. Den kan fungere som enten en forstærker eller en skærm, der kræver et indgangskredsløb og et udgangskredsløb. For at kunne håndtere dette med kun tre terminaler, fungerer en terminal som en fælles forbindelse for både indgang og udgang. Valget af den fælles terminal afhænger af anvendelsen. Der findes tre typer transistorforbindelser: fælles base, fælles emitter og fælles kollektor.

• Fælles Base Transistor

• Fælles Emitter Transistor

• Fælles Kollektor Transistor.

Her er det vigtigt at huske, at uanset hvordan transistorforbindelsen er, skal emitter-base junction altid være fremme-biaset, og base-kollektor junction skal være bagud-biaset.

Fælles Base Forbindelse af BJT

Her er baseterminalen fælles for både indgangs- og udgangskredsløbet. Fælles base konfigurationer eller tilstande er som vist på figuren nedenfor. Her vises fælles base tilstanden for npn-transistor og pnp-transistor separat. Her tages emitter-base kredsløb som indgangskredsløb, og kollektor-base kredsløb som udgangskredsløb.

Strømfrembringelse

Her er indgangsstrømmen emitter-strøm IE, og udgangsstrømmen er kollektor-strøm IC. Strømfrembringelsen betragtes, når vi kun overvejer kredsløbets dc-biasings-spændinger, og ingen alternerende signal anvendes på indgang. Hvis vi nu overvejer, at et alternerende signal anvendes på indgang, vil strømfrembringelsesfaktoren (α) ved konstant kollektor-base spænding være

Her ses det, at hverken strømfrembringelsen eller strømfrembringelsesfaktoren har en værdi højere end enhed, da kollektorstrømmen på ingen måde kan være højere end emitterstrømmen. Men da vi ved, at emitterstrømmen og kollektorstrømmen er næsten ens i en bipolær junction transistor, vil disse forhold være meget nær enhed. Værdien ligger typisk mellem 0,9 og endda 0,99.

Udtryk for Kollektorstrøm

Hvis emitterkredsløbet er åbent, vil der ikke være noget emitterstrøm (IC = 0). Men under denne betingelse vil der være en lille strøm, der flyder gennem kollektorregionen. Dette skyldes flyden af mindretal charge-carrier, og dette er den reverse leckagestrøm. Da denne strøm flyder gennem kollektor og base, mens emitterterminalen er åben, betegnes strømmen som ICBO. I små effektratede transistorer er reversleckagestrømmen ICBO ret lille, og generelt ignorerer vi den under beregninger, men i højeffektratede transistorer kan denne leckagestrøm ikke ignoreres. Denne strøm er højst afhængig af temperaturen, så ved høje temperaturer kan reversleckagestrømmen ICBO ikke ignoreres under beregninger. Dette udtryk beviser, at kollektorstrømmen også afhænger af basestrøm.

Karakteristikker for Fælles Base Forbindelse

Indgangskarakteristik

Dette tegnes mellem indgangsstrøm og indgangsspænding af selve transistoren. Indgangsstrømmen er emitterstrøm (IE), og indgangsspændingen er emitter-base spænding (VEB). Efter at have krydset emitter-base junction forward barrier potential begynder emitterstrøm (IE) hurtigt at stige med øget emitter-base spænding (VEB).

Indgangsmodstanden i kredsløbet er forholdet mellem ændring i emitter-base spænding (ΔV EB) til emitterstrøm (ΔIE) ved konstant kollektor-base spænding (VCB = Konstant). Da ændringen i emitterstrøm er ret stor i forhold til ændringen i emitter-base spænding (ΔIE >> ΔVEB), er indgangsmodstanden for fælles base transistor ret lille.

Udgangskarakteristik

Kollektorstrømmen får kun en konstant værdi, når der er tilstrækkelig reverse bias mellem base- og kollektorregion. Dette er grunden til, at der er en stigning i kollektorstrøm med en stigning i kollektor-base spænding, når denne spænding har en meget lav værdi. Men efter en bestemt kollektor-base spænding bliver kollektor-base junction tilstrækkeligt reverse bias, og derfor bliver kollektorstrømmen konstant for en bestemt emitterstrøm, og den afhænger helt af emitterstrømmen.

I denne situation bidrager hele emitterstrømmen, bortset fra basestrømmen, til kollektorstrømmen. Da kollektorstrømmen bliver næsten konstant for den angivne emitterstrøm i denne region af karakteristikken, er stigningen i kollektorstrøm meget, meget lille i forhold til stigningen i kollektor-base spænding.

Forholdet mellem ændring i kollektor-base spænding til ændring i kollektorstrøm defineres som udgangsmodstanden for fælles base tilstand af en transistor. Naturligvis er værdien af udgangsmodstanden meget høj i fælles base tilstand af en transistor.

Fælles Emitter Forbindelse af BJT

Fælles Emitter Transistor er den mest almindelige brugte transistorforbindelse. Her er emitterterminalen fælles for både indgangs- og udgangskredsløb. Kredsløbet forbundet mellem base og emitter er indgangskredsløbet, og kredsløbet forbundet mellem kollektor og emitter er udgangskredsløbet. Fælles emitter tilstanden for npn-transistor og pnp-transistor vises separat på figuren nedenfor.

Strømfrembringelse

I fælles emitter konfiguration er indgangsstrømmen basestrøm (IB) og udgangsstrømmen kollektorstrøm (IC). I en bipolær junction transistor kontrollerer basestrømmen kollektorstrømmen. Forholdet mellem ændring i kollektorstrøm (ΔIC) til ændring i basestrøm (ΔIB) defineres som strømfrembringelsen af fælles emitter transistor. I en bipolær junction transistor er emitterstrømmen (IE) summen af basestrømmen (IB) og kollektorstrømmen (IC). Hvis basestrømmen ændres, ændres også kollektorstrømmen, og som følge heraf ændres emitterstrømmen i overensstemmelse.

Igen betegnes forholdet mellem ændring i kollektorstrøm til den tilsvarende ændring i emitterstrøm ved α. Da værdien af basestrømmen er ret lav i forhold til kollektorstrømmen (IB << IC), er strømfrembringelsen i en fælles emitter transistor ret høj, og den ligger mellem 20 og 500.

Karakteristikker for Fælles Emitter Transistor

I fælles emitter tilstanden for en transistor findes der to kredsløb – indgangskredsløb og udgangskredsløb. I indgangskredsløbet er parametrene basestrøm og base-emitter spænding. Karakteristikkurven tegnet mod variationer i basestrøm og base-emitter spænding er indgangskarakteristikken for en fælles emitter transistor. PN-junctionen mellem base og emitter er fremme-biaset, og derfor vil karakteristikken være lignende en fremme-biaset PN-diode. Her får basestrømmen heller ikke nogen værdi, før base-emitter spænding krydser junctionens fremme-barrierpotential, men derefter stiger basestrømmen betydeligt med øget base-emitter spænding. Stigningshastigheden for basestrøm i forhold til base-emitter spænding er høj her, men ikke så høj som i fælles base tilstand.

Derfor er indgangsmodstanden i kredsløbet højere end i fælles base tilstand af en transistor.

Udgangskarakteristik for Fælles Emitter Transistor

Udgangskarakteristikken tegnes mod variationer i udgangsstrøm og udgangsspænding af transistoren. Kollektorstrømmen er udgangsstrømmen, og kollektor-emitter spænding er udgangsspændingen for transistoren. Her plottes variationen i kollektorstrøm for forskellige værdier af kollektor-base spænding mod en fast værdi af basestrøm. Det viser sig, at i begyndelsen proportionalt stiger kollektorstrømmen med øget kollektor-emitter spænding, men efter en bestemt spændingsniveau bliver kollektorstrømmen næsten konstant. Dette skyldes, at i begyndelsen bliver base-kollektor junction ikke tilstrækkeligt reverse-biaset, men efter en bestemt spænding bliver den tilstrækkeligt reverse-biaset, og da vil den meste del af charge-carrier, der kommer fra emitterregion til base-region, migrere til kollektorregion for at bidrage til kollektorstrømmen. Antallet af majoritetscharge-carrier, der kommer fra emitterregion, afhænger af basestrømmen i en BJT, og derfor er kollektorstrømmen konstant for en specifik basestrøm.

Udgangsmodstanden vil være

Fælles Kollektor Forbindelse af BJT

I fælles kollektor konfiguration er indgangskredsløbet mellem base- og kollektorterminal, og udgangskredsløbet er mellem emitter- og kollektorterminal.

Forholdet mellem ændring i emitterstrøm til ændring i basestrøm defineres som strømfrembringelsen i fælles kollektor konfiguration. Dette betegnes som,

Strømfrembringelsesfaktoren for kredsløbet er forholdet mellem ændring i emitterstrøm til ændring i basestrøm, når et tidsvarierende signal anvendes på indgang.

Indgangskarakteristik for Fælles Kollektor Transistor

Indgangsstrømmen er basestrøm, og indgangsspændingen for transistoren er base-kollektor spænding. Base-kollektor junction er reverse-biaset, og derfor øges reverse-biasningen af junctionen med øget base-kollektor spænding. Dette forårsager, at basestrømmen let falder med øget base-kollektor spænding. Da flere minoritetscharge-carrier i baseregionen vil propagerer til kollektorregion, vil elektron-hul rekombinationshastigheden falde i baseregionen, hvilket fører til en nedgang i basestrømmen.

Udgangskarakteristik for Fælles Kollektor Transistor

Udgangskarakteristikken for en fælles kollektor transistor er næsten den samme som udgangskarakteristikken for en fælles emitter transistor. Den eneste forskel er, at i fælles kollektor konfiguration er udgangsstrømmen emitterstrøm i stedet for kollektorstrøm, som i fælles emitter konfiguration. Her stiger emitterstrømmen lineært med øget kollektor-emitter spænding op til et bestemt niveau af denne spænding, og derefter bliver emitterstrømmen næsten konstant, uanset kollektor-emitter spænding. Selvom der vil være en