Bipolaariyhteydet

Bipolaarisen yhdistymistransistorin määritelmä

Bipolaarinen yhdistymistransistori (BJT) on kolmijärjestelmälaite. Se voi toimia joko vahvistimena tai kytkimenä, vaatien yhden syötepiirin ja yhden ulostulo-piirin. Kolmella pinnalla käsitellä tätä, yksi pinna toimii yhteisnäyttömyksenä sekä syötteen että ulostulon kannalta. Yhteisen pisteen valinta riippuu sovelluksesta. On olemassa kolme transistoryhdytystyyppiä: yhteinen perus, yhteinen emittori ja yhteinen keräilijä.

• Yhteinen perus-transistori

• Yhteinen emittori-transistori

• Yhteinen keräilijä-transistori.

On muistettava, että riippumatta transistorn yhteydestä, perus-emittorin liitos on pidettävä etuunipainotettuna ja perus-keräilijän liitos taaksepainotettuna.

BJT:n yhteinen perusyhteys

Tässä peruspinnan piste on yhteinen sekä syöttö- että ulostulopiirille. Yhteiset perusasetukset tai -tilat näkyvät kuvassa alla. Tässä on näkyvissä erikseen npn-transistorin ja pnp-transistorin yhteinen perustila. Tässä emittori-peruspiiri otetaan syöttöpiiriksi ja keräilijä-peruspiiri ulostulopiiriksi.

Virtasuhde

Tässä syöttövirta on emittorivirta IE ja ulostulovirta on keräilijävirta IC. Virtasuhde otetaan huomioon, kun otamme huomioon vain piirin dc-painotusjännitteet eikä vaihtosignaalia ole annettu syöttöön. Jos nyt otamme huomioon vaihtosignaalin, joka on annettu syöttöön, virtavahvistussuhde (α) vakioilla keräilijä-perusjännitteillä olisi

Nähdään, että joko virtasuhde tai virtavahvistussuhde ei voi saavuttaa yksikköä, koska keräilijävirta ei missään nimessä voi olla suurempi kuin emittorivirta. Mutta koska tiedämme, että emittorivirta ja keräilijävirta ovat lähes samat bipolaarisessa yhdistymistransistorissa, nämä suhteet olisivat hyvin lähellä yhtä. Arvo yleensä vaihtelee 0,9:stä jopa 0,99:aan.

Keräilijävirtan ilmaisu

Jos emittoripiiri on avoin, emittorivirtaa (IC = 0) ei ole. Mutta tässä tilanteessa on pieni virta, joka kulkee keräilijäalueen kautta. Tämä johtuu vähemmistövarauksien virtauksesta, ja tämä on käänteinen vuotovirta. Koska tämä virta kulkee keräilijän ja peruspinnan kautta pitäen emittoritermin auki, virta merkitään ICBO:lla. Pienillä tehoarvoilla olevissa transistorissa käänteinen vuotovirta ICBO on hyvin pieni, ja yleensä se jätetään huomiotta laskutoimituksissa, mutta korkean tehon transistorissa tätä vuotovirtaa ei voi jättää huomiotta. Tämä virta riippuu paljon lämpötilasta, joten korkeilla lämpötiloilla käänteistä vuotovirtaa ICBO:ta ei voida jättää huomiotta laskutoimituksissa. Tämä ilmaisu osoittaa, että keräilijävirta riippuu myös perusvirtasta.

Yhteisen perusyhteyden ominaisuudet

Syöttöominaisuus

Tämä on piirretty transistorin syöttövirtan ja syöttöjännitteen välillä. Syöttövirta on emittorivirta (IE) ja syöttöjännite on emittori-perusjännite (VEB). Kun emittori-perusliitos on ylittänyt etuunipainotuksen, emittorivirta (IE) alkaa kasvaa nopeasti emittori-perusjännitteen (VEB) kasvaessa.

Piirin syöttöresistanssi on emittori-perusjännitteen (ΔV EB) muutoksen suhde emittorivirtaan (ΔIE) vakioilla keräilijä-perusjännitteillä (VCB = Vakio). Koska emittorivirtan muutos on huomattavan suuri verrattuna emittori-perusjännitteen muutokseen (ΔIE >> ΔVEB), yhteisen perusyhteyden transistorin syöttöresistanssi on hyvin pieni.

Ulostulo-ominaisuus

Keräilijävirta saa vain vakion arvon, kun perus-ja keräilijäalueiden välillä on riittävä taaksepainotus. Siksi keräilijävirta nousee keräilijä-perusjännitteen kasvaessa, kun tämä jännite on hyvin pieni. Mutta tietyllä keräilijä-perusjännitteellä perus-keräilijäliitos saa riittävän taaksepainotuksen, ja siksi keräilijävirta on vakio tietylle emittorivirtalle ja se riippuu kokonaan emittorivirtasta.

Tällä tilanteella koko emittorivirta paitsi perusvirta vaikuttaa keräilijävirtaan. Koska keräilijävirta on melkein vakio määritetyn emittorivirtan osalta tässä ominaisuuden alueessa, keräilijävirran kasvu on hyvin pieni verrattuna keräilijä-perusjännitteen kasvuun.

Keräilijä-perusjännitteen muutoksen suhde keräilijävirran muutokseen määritellään yhteisen perusyhteyden transistorin ulostulo-resistanssiksi. Luonnollisesti yhteisen perusyhteyden transistorin ulostulo-resistanssin arvo on hyvin suuri.

BJT:n yhteinen emittoriyhteys

Yhteinen emittoritransistori on yleisin käytetty transistoriyhteys. Tässä emittoriterminaali on yhteinen sekä syöttö- että ulostulopiirille. Piiri, joka on yhdistetty perus- ja emittorin välillä, on syöttöpiiri, ja piiri, joka on yhdistetty keräilijä- ja emittorin välillä, on ulostulopiiri. Yhteinen emittorityyppi npn-transistorissa ja pnp-transistorissa on näkyvissä erikseen kuvassa alla.

Virtasuhde

Yhteisessä emittoriasetuksessa syöttövirta on perusvirta (IB) ja ulostulovirta on keräilijävirta (IC). Bipolaarisessa yhdistymistransistorissa perusvirta ohjaa keräilijävirtaa. Keräilijävirran (ΔIC) muutoksen suhde perusvirran (ΔIB) muutokseen määritellään yhteisen emittoritransistorin virtasuhdeksi. Bipolaarisessa yhdistymistransistorissa emittorivirta (IE) on perusvirran (IB) ja keräilijävirran (IC) summa. Jos perusvirta muuttuu, keräilijävirta myös muuttuu, ja emittorivirta muuttuu vastaavasti.

Jälleen keräilijävirran muutoksen suhde vastaavaan emittorivirran muutokseen merkitään α:lla. Koska perusvirran arvo on huomattavan pieni verrattuna keräilijävirran (IB << IC) arvoon, yhteisen emittoritransistorin virtasuhde on hyvin suuri, ja se vaihtelee 20:stä 500:een.

Yhteisen emittoritransistorin ominaisuudet

Transistorin yhteisessä emittorityyppisessä asetuksessa on kaksi piiriä – syöttöpiiri ja ulostulopiiri. Syöttöpiirissä parametreina ovat perusvirta ja perus-emittorijännite. Ominaisuuskäyrä, joka on piirretty perusvirran ja perus-emittorijännitteen vaihteluista, on yhteisen emittoritransistorin syöttöominaisuus. Perus- ja emittorin välinen pn-liitos on etuunipainotettu, joten ominaisuus on samankaltainen kuin etuunipainotetun pn-diodin ominaisuus. Tässäkin perusvirta ei saa mitään arvoa ennen kuin perus-emittorijännite ylittää liitoksen etuunipainotuksen, mutta sen jälkeen perusvirta nousee merkittävästi perus-emittorijännitteen kasvaessa. Perusvirran nousu perus-emittorijännitteen suhteen on suuri tässä, mutta ei niin suuri kuin yhteisen perustyypin tapauksessa.

Siksi piirin syöttöresistanssi on suurempi kuin yhteisen perusyhteyden transistorin.

Yhteisen emittoritransistorin ulostulo-ominaisuus

Ulostulo-ominaisuus on piirretty ulostulovirran ja transistorin ulostulojännitteen vaihtelujen perusteella. Keräilijävirta on ulostulovirta, ja keräilijä-emittorijännite on transistorin ulostulojännite. Tässä keräilijävirran vaihtelu eri keräilijä-perusjännitteen arvoilla on piirretty kiinteälle perusvirran arvolle. Havaitaan, että aluksi keräilijävirta kasvaa suhteessa keräilijä-emittorijännitteen kasvaessa, mutta tietyltä jänniteltytasolta lähtien keräilijävirta on melkein vakio. Tämä johtuu siitä, että aluksi perus-keräilijäliitos ei saa riittävää taaksepainotusta, mutta tietyltä jänniteltytasolta lähtien se saa riittävän taaksepainotuksen, ja sitten useimmat varaukset, jotka tulevat emittorialueesta perusalueelle, siirtyvät keräilijäalueelle tuottamaan keräilijävirtaa. Useimpien varauksien määrä, jotka tulevat emittorialueesta, riippuu perusvirrasta BJT:ssä, joten tietylle perusvirralle keräilijävirta on vakio.

Ulostulo-resistanssi olisi

BJT:n yhteinen keräilijäyhteys

Yhteisessä keräilijäasetuksessa syöttöpiiri on perus- ja keräilijätermin välillä, ja ulostulopiiri on emittori- ja keräilijätermin välillä.

Emittorivirran muutoksen suhde perusvirran muutokseen määritellään yhteisen keräilijäasetuksen virtasuhdeksi. Tämä merkitään seuraavasti,

Piirin virtavahvistussuhde on emittorivirran muutoksen suhde perusvirran muutokseen, kun ajasta riippuva signaali on annettu syöttöön.

Yhteisen keräilijätransistorin syöttöominaisuus

Syöttövirta on perusvirta, ja transistorin syöttöjännite on perus-keräilijäjännite. Perus-keräilijäliitos on taaksepainotettu, ja siten perus-keräilijäjännitteen kasvaessa liitoksen taaksepainotus lisääntyy. Tämä aiheuttaa perusvirran hieman pienentymisen perus-keräilijäjännitteen kasvaessa. Tässä tilanteessa perusalueen vähemmistövaraukset siirtyvät enemmän keräilijäalueelle, ja sian elektronien ja aukkojen rekombinaatiota perusalueessa vähenee, mikä aiheuttaa perusvirran pienentymisen.