اتصالات ترانزیستور پیوندی دو قطبی

تعریف ترانزیستور اتصال دو قطبی

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

• ترانزیستور پایه مشترک

• ترانزیستور جمع‌کننده مشترک

• ترانزیستور صادرکننده مشترک.

یک چیز مهم که باید به یاد داشته باشید این است که صرف نظر از اتصال ترانزیستور، اما اتصال پایه-صادرکننده باید به طور مستقیم در حالت گذران و اتصال پایه-جمع‌کننده باید به طور معکوس در حالت غیرگذران باشد.

اتصال پایه مشترک BJT

در اینجا پایه مشترک به هر دو مدار ورودی و خروجی است. کنفیگوراسیون‌های یا حالت‌های پایه مشترک یا مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است. در اینجا، حالت پایه مشترک ترانزیستور npn و pnp به طور جداگانه نشان داده شده است. در اینجا مدار پایه-صادرکننده به عنوان مدار ورودی و مدار جمع‌کننده-پایه به عنوان مدار خروجی در نظر گرفته می‌شود.

بزرگنمایی جریان

در اینجا جریان ورودی جریان صادرکننده IE و جریان خروجی جریان جمع‌کننده IC است. بزرگنمایی جریان زمانی در نظر گرفته می‌شود که فقط ولتاژ‌های تعیین‌کننده مدار را در نظر بگیریم و هیچ سیگنال متناوبی در ورودی اعمال نشده باشد. حال اگر سیگنال متناوبی را در ورودی در نظر بگیریم، عامل بزرگنمایی جریان (α) در ولتاژ ثابت پایه-جمع‌کننده به صورت زیر خواهد بود

در اینجا مشاهده می‌شود که هیچ‌کدام از بزرگنمایی جریان و عامل بزرگنمایی جریان مقداری بیش از یک ندارند زیرا جریان جمع‌کننده به هیچ وجه نمی‌تواند بیش از جریان صادرکننده باشد. اما همان‌طور که می‌دانیم جریان صادرکننده و جریان جمع‌کننده در یک ترانزیستور اتصال دو قطبی تقریباً مساوی هستند، بنابراین این نسبت‌ها بسیار نزدیک به یک خواهند بود. معمولاً این مقدار بین ۰.۹ تا حتی ۰.۹۹ متغیر است.

بیان جریان جمع‌کننده

اگر مدار صادرکننده باز باشد، هیچ جریان صادرکننده‌ای (IC = 0) وجود نخواهد داشت. اما در این شرایط، جریان کوچکی از منطقه جمع‌کننده می‌گذرد. این به دلیل جریان ذرات باردار اقلیت است و این جریان روانی معکوس است. چون این جریان از طریق جمع‌کننده و پایه با صادرکننده باز می‌گذرد، جریان با ICBO نشان داده می‌شود. در ترانزیستورهای با قدرت کوچک، جریان روانی معکوس ICBO بسیار کوچک است و معمولاً ما آن را در محاسبات نادیده می‌گیریم اما در ترانزیستورهای با قدرت بالا این جریان روانی نمی‌تواند نادیده گرفته شود. این جریان به شدت به دمای محیط بستگی دارد، بنابراین در دماهای بالا جریان روانی معکوس ICBO نمی‌تواند در محاسبات نادیده گرفته شود. این بیان نشان می‌دهد که جریان جمع‌کننده نیز به جریان پایه بستگی دارد.

ویژگی‌های اتصال پایه مشترک

ویژگی‌های ورودی

این نمودار بین جریان ورودی و ولتاژ ورودی ترانزیستور رسم می‌شود. جریان ورودی جریان صادرکننده (IE) و ولتاژ ورودی ولتاژ پایه-صادرکننده (VEB) است. پس از عبور از ولتاژ پایه-صادرکننده، جریان صادرکننده (IE) با افزایش ولتاژ پایه-صادرکننده (VEB) به طور سریع افزایش می‌یابد.

مقاومت ورودی مدار نسبت تغییر ولتاژ پایه-صادرکننده (ΔV EB) به جریان صادرکننده (ΔIE) در ولتاژ ثابت پایه-جمع‌کننده (VCB = ثابت) است. چون تغییر جریان صادرکننده بسیار بزرگ‌تر از تغییر ولتاژ پایه-صادرکننده (ΔIE >> ΔVEB) است، مقاومت ورودی ترانزیستور پایه مشترک بسیار کوچک است.

ویژگی‌های خروجی

جریان جمع‌کننده فقط مقدار ثابتی دریافت می‌کند وقتی که بین منطقه پایه و جمع‌کننده ولتاژ معکوس کافی وجود دارد. به همین دلیل با افزایش ولتاژ پایه-جمع‌کننده، جریان جمع‌کننده افزایش می‌یابد. اما پس از ولتاژ خاصی، اتصال پایه-جمع‌کننده به طور کافی معکوس می‌شود و بنابراین جریان جمع‌کننده برای جریان صادرکننده مشخص ثابت می‌شود و به طور کامل به جریان صادرکننده بستگی دارد.

در آن موقعیت، تمام جریان صادرکننده به جز جریان پایه به جریان جمع‌کننده می‌افزاید. چون جریان جمع‌کننده تقریباً ثابت برای جریان صادرکننده مشخص در آن منطقه خصوصیات است، افزایش جریان جمع‌کننده بسیار کمتر از افزایش ولتاژ پایه-جمع‌کننده است.

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

اتصال جمع‌کننده مشترک BJT

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

بزرگنمایی جریان

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

دوباره نسبت تغییر جریان جمع‌کننده به تغییر متناظر جریان صادرکننده با α نشان داده می‌شود. چون مقدار جریان پایه نسبت به جریان جمع‌کننده (IB << IC) بسیار کم است، بزرگنمایی جریان در ترانزیستور جمع‌کننده مشترک بسیار بالاست و در محدوده ۲۰ تا ۵۰۰ متغیر است.

خصوصیات ترانزیستور جمع‌کننده مشترک

در حالت جمع‌کننده مشترک ترانزیستور، دو مدار وجود دارد - مدار ورودی و مدار خروجی. در مدار ورودی، پارامترها شامل جریان پایه و ولتاژ پایه-صادرکننده هستند. منحنی ویژگی‌های ورودی ترانزیستور جمع‌کننده مشترک در مقابل تغییرات جریان پایه و ولتاژ پایه-صادرکننده رسم می‌شود. اتصال pn بین پایه و صادرکننده به طور مستقیم در حالت گذران است، بنابراین خصوصیات مشابه با یک دیود پی‌ان‌جی در حالت گذران خواهد بود. در اینجا نیز جریان پایه قبل از اینکه ولتاژ پایه-صادرکننده بیش از ولتاژ پرتقاله مثبت اتصال عبور نکند، هیچ مقداری نمی‌گیرد، اما پس از آن، جریان پایه با افزایش ولتاژ پایه-صادرکننده به طور قابل توجه افزایش می‌یابد. نرخ افزایش جریان پایه نسبت به ولتاژ پایه-صادرکننده در اینجا بالا است اما نه به اندازه حالت پایه مشترک.

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

ویژگی‌های خروجی ترانزیستور جمع‌کننده مشترک

ویژگی‌های خروجی در مقابل تغییرات جریان خروجی و ولتاژ خروجی ترانزیستور رسم می‌شود. جریان جمع‌کننده جریان خروجی و ولتاژ جمع‌کننده-صادرکننده ولتاژ خروجی ترانزیستور است. در اینجا تغییر جریان جمع‌کننده برای مقادیر مختلف ولتاژ پایه-جمع‌کننده در مقابل مقدار ثابت جریان پایه رسم می‌شود. مشاهده می‌شود که در ابتدا جریان جمع‌کننده به طور متناسب با افزایش ولتاژ جمع‌کننده-صادرکننده افزایش می‌یابد اما پس از سطح ولتاژ خاص، جریان جمع‌کننده تقریباً ثابت می‌شود. این به دلیل این است که در ابتدا اتصال پایه-جمع‌کننده به طور کافی معکوس نمی‌شود اما پس از ولتاژ خاصی به طور کافی معکوس می‌شود و در نتیجه بخش عمده‌ای از ذرات باردار اکثریت که از منطقه صادرکننده به منطقه پایه می‌آیند به منطقه جمع‌کننده مهاجرت می‌کنند تا جریان جمع‌کننده را تشکیل دهند. تعداد ذرات باردار اکثریت که از منطقه صادرکننده می‌آیند به جریان پایه در یک BJT بستگی دارد، بنابراین برای جریان پایه خاصی، جریان جمع‌کننده ثابت است.

مقاومت خروجی خواهد بود

اتصال صادرکننده مشترک BJT