Transistor Bipolari Darbâre-ye Anṣalāhā

تعریف ترانزیستور اتصال دو قطبی

ترانزیستور اتصال دو قطبی (BJT) دارای سه پین است. می‌تواند به عنوان تقویت‌کننده یا سوئیچ عمل کند و نیاز به یک مدار ورودی و یک مدار خروجی دارد. برای مدیریت این با تنها سه پین، یک پین به عنوان اتصال مشترک برای هر دو ورودی و خروجی عمل می‌کند. انتخاب پین مشترک بستگی به کاربرد دارد. سه نوع اتصال ترانزیستور وجود دارد: اتصال مشترک پایه، اتصال مشترک انبعاث‌دهنده و اتصال مشترک جامع.

• ترانزیستور با اتصال مشترک پایه

• ترانزیستور با اتصال مشترک انبعاث‌دهنده

• ترانزیستور با اتصال مشترک جامع.

یک چیز مهم که باید در ذهن داشته باشید این است که هر چه اتصال ترانزیستور باشد، ولی اتصال پایه-انبعاث‌دهنده باید به طور مستقیم بایاس شود و اتصال پایه-جامع باید به طور معکوس بایاس شود.

اتصال مشترک پایه BJT

در اینجا پین پایه برای هر دو مدار ورودی و خروجی مشترک است. ترتیبات یا حالت‌های اتصال مشترک پایه به صورت زیر نشان داده شده است. در اینجا، حالت اتصال مشترک پایه ترانزیستور npn و pnp به طور جداگانه نشان داده شده است. در اینجا مدار پایه-انبعاث‌دهنده به عنوان مدار ورودی و مدار جامع-پایه به عنوان مدار خروجی در نظر گرفته می‌شود.

بازده جریان

در اینجا جریان ورودی جریان انبعاث‌دهنده IE است و جریان خروجی جریان جامع IC است. بازده جریان وقتی در نظر گرفته می‌شود که فقط ولتاژ‌های بایاس DC مدار را در نظر بگیریم و هیچ سیگنال متناوبی در ورودی اعمال نشده باشد. حالا اگر سیگنال متناوبی در ورودی اعمال شود، عامل تقویت جریان (α) در ولتاژ ثابت جامع-پایه، خواهد بود:

در اینجا مشاهده می‌شود که هیچ‌کدام از بازده جریان و عامل تقویت جریان مقداری بیش از یک ندارند زیرا جریان جامع به هیچ وجه نمی‌تواند بیش از جریان انبعاث‌دهنده باشد. اما همانطور که می‌دانیم جریان انبعاث‌دهنده و جریان جامع در یک ترانزیستور اتصال دو قطبی تقریباً مساوی هستند، بنابراین این نسبت‌ها بسیار نزدیک به یک خواهند بود. مقدار معمولاً بین 0.9 تا حتی 0.99 متغیر است.

عبارت جریان جامع

اگر مدار انبعاث‌دهنده باز باشد، هیچ جریان انبعاث‌دهنده‌ای (IC = 0) وجود نخواهد داشت. اما در این شرایط، جریان کوچکی از منطقه جامع عبور می‌کند. این به دلیل جریان حامل‌های شارژ کمتر است و این جریان لکیج معکوس است. چون این جریان از جامع و پایه عبور می‌کند و پین انبعاث‌دهنده باز است، جریان با ICBO نشان داده می‌شود. در ترانزیستورهای با توان کم، جریان لکیج معکوس ICBO بسیار کوچک است و معمولاً در محاسبات نادیده گرفته می‌شود، اما در ترانزیستورهای با توان بالا این جریان لکیج نمی‌تواند نادیده گرفته شود. این جریان بسیار به دما وابسته است، بنابراین در دماهای بالا جریان لکیج معکوس ICBO در محاسبات نمی‌تواند نادیده گرفته شود. این عبارت ثابت می‌کند که جریان جامع نیز به جریان پایه وابسته است.

ویژگی‌های اتصال مشترک پایه

ویژگی ورودی

این ویژگی بین جریان ورودی و ولتاژ ورودی ترانزیستور خود ترسیم می‌شود. جریان ورودی جریان انبعاث‌دهنده (IE) و ولتاژ ورودی ولتاژ پایه-انبعاث‌دهنده (VEB) است. پس از عبور از ولتاژ مانع جلوی پایه-انبعاث‌دهنده، جریان انبعاث‌دهنده (IE) با افزایش ولتاژ پایه-انبعاث‌دهنده (VEB) به طور سریع افزایش می‌یابد.

مقاومت ورودی مدار نسبت تغییر ولتاژ پایه-انبعاث‌دهنده (ΔV EB) به جریان انبعاث‌دهنده (ΔIE) در ولتاژ ثابت جامع-پایه (VCB = ثابت) است. چون تغییر جریان انبعاث‌دهنده بسیار بزرگتر از تغییر ولتاژ پایه-انبعاث‌دهنده (ΔIE >> ΔVEB) است، مقاومت ورودی ترانزیستور با اتصال مشترک پایه بسیار کم است.

ویژگی خروجی

جریان جامع فقط مقدار ثابتی می‌گیرد وقتی بایاس معکوس کافی بین منطقه پایه و جامع ایجاد شود. این دلیل افزایش جریان جامع با افزایش ولتاژ جامع-پایه است وقتی این ولتاژ بسیار کم است. اما بعد از ولتاژ جامع-پایه خاص، اتصال جامع-پایه بایاس معکوس کافی می‌گیرد و بنابراین جریان جامع برای جریان انبعاث‌دهنده خاص ثابت می‌شود و به طور کامل به جریان انبعاث‌دهنده وابسته است.

در آن وضعیت، تمام جریان انبعاث‌دهنده به جز جریان پایه به جریان جامع کمک می‌کند. چون جریان جامع تقریباً ثابت برای جریان انبعاث‌دهنده مشخص در آن منطقه ویژگی می‌شود، افزایش جریان جامع بسیار کم است نسبت به افزایش ولتاژ جامع-پایه.

نسبت تغییر ولتاژ جامع-پایه به تغییر جریان جامع به عنوان مقاومت خروجی حالت مشترک پایه ترانزیستور تعریف می‌شود. طبیعتاً، مقدار مقاومت خروجی در حالت مشترک پایه ترانزیستور بسیار بالا است.

اتصال مشترک انبعاث‌دهنده BJT

اتصال مشترک انبعاث‌دهنده ترانزیستور رایج‌ترین نوع اتصال ترانزیستور است. در اینجا پین انبعاث‌دهنده برای هر دو مدار ورودی و خروجی مشترک است. مدار متصل بین پایه و انبعاث‌دهنده مدار ورودی و مدار متصل بین جامع و انبعاث‌دهنده مدار خروجی است. حالت اتصال مشترک انبعاث‌دهنده ترانزیستور npn و pnp به طور جداگانه در شکل زیر نشان داده شده است.

بازده جریان

در ترتیب اتصال مشترک انبعاث‌دهنده، جریان ورودی جریان پایه (IB) و جریان خروجی جریان جامع (IC) است. در ترانزیستور اتصال دو قطبی، جریان پایه جریان جامع را کنترل می‌کند. نسبت تغییر جریان جامع (ΔIC) به تغییر جریان پایه (ΔIB) به عنوان بازده جریان ترانزیستور با اتصال مشترک انبعاث‌دهنده تعریف می‌شود. در ترانزیستور اتصال دو قطبی، جریان انبعاث‌دهنده (IE) مجموع جریان پایه (IB) و جریان جامع (IC) است. اگر جریان پایه تغییر کند، جریان جامع نیز تغییر می‌کند و در نتیجه جریان انبعاث‌دهنده نیز به طور متناسب تغییر می‌کند.

دوباره نسبت تغییر جریان جامع به تغییر متناظر جریان انبعاث‌دهنده با α نشان داده می‌شود. چون مقدار جریان پایه بسیار کمتر از جریان جامع (IB << IC) است، بازده جریان در ترانزیستور با اتصال مشترک انبعاث‌دهنده بسیار بالا است و از 20 تا 500 متغیر است.

ویژگی‌های ترانزیستور با اتصال مشترک انبعاث‌دهنده

در حالت اتصال مشترک انبعاث‌دهنده ترانزیستور، دو مدار وجود دارد - مدار ورودی و مدار خروجی. در مدار ورودی، پارامترها شامل جریان پایه و ولتاژ پایه-انبعاث‌دهنده هستند. منحنی ویژگی ترسیم شده علیه تغییرات جریان پایه و ولتاژ پایه-انبعاث‌دهنده ویژگی ورودی ترانزیستور با اتصال مشترک انبعاث‌دهنده است. اتصال pn بین پایه و انبعاث‌دهنده به طور مستقیم بایاس شده است، بنابراین ویژگی شبیه به یک دیود اتصال pn بایاس شده است. در اینجا نیز جریان پایه قبل از اینکه ولتاژ پایه-انبعاث‌دهنده ولتاژ مانع جلوی اتصال را عبور دهد هیچ مقداری نمی‌گیرد، اما بعد از آن جریان پایه با افزایش ولتاژ پایه-انبعاث‌دهنده به طور قابل توجه افزایش می‌یابد. نرخ افزایش جریان پایه نسبت به ولتاژ پایه-انبعاث‌دهنده در اینجا بالا است اما به اندازه حالت اتصال مشترک پایه نیست.

بنابراین مقاومت ورودی مدار بیشتر از حالت اتصال مشترک پایه ترانزیستور است.

ویژگی خروجی ترانزیستور با اتصال مشترک انبعاث‌دهنده

ویژگی خروجی علیه تغییرات جریان خروجی و ولتاژ خروجی ترانزیستور ترسیم می‌شود. جریان جامع جریان خروجی و ولتاژ جامع-انبعاث‌دهنده ولتاژ خروجی ترانزیستور است. در اینجا تغییر جریان جامع برای مقادیر مختلف ولتاژ جامع-پایه علیه مقدار ثابت جریان پایه ترسیم می‌شود. مشاهده می‌شود که در ابتدا جریان جامع به طور متناسب با افزایش ولتاژ جامع-انبعاث‌دهنده افزایش می‌یابد اما بعد از ولتاژ خاص، جریان جامع تقریباً ثابت می‌شود. این به دلیل این است که در ابتدا اتصال پایه-جامع بایاس معکوس کافی نمی‌گیرد اما بعد از ولتاژ خاص، به طور کافی بایاس معکوس می‌شود و سپس بخش عمده حامل‌های شارژ از منطقه انبعاث‌دهنده به منطقه پایه مهاجرت می‌کنند تا جریان جامع را تشکیل دهند. تعداد حامل‌های شارژ از منطقه انبعاث‌دهنده به جریان پایه در یک BJT بستگی دارد، بنابراین برای جریان پایه خاص، جریان جامع ثابت است.

مقاومت خروجی خواهد بود

اتصال مشترک جامع BJT

در ترتیب اتصال مشترک جامع، مدار ورودی بین پایه و جامع و مدار خروجی بین انبعاث‌دهنده و جامع است.

نسبت تغییر جریان انبعاث