חיבור טרנזיסטור מיתרני

הגדרת טרנזיסטור דו קוטבי

טרנזיסטור דו קוטבי (BJT) הוא מכשיר בעל שלושה סנפרים. הוא יכול לתפקד כמגביר או כמתג, ומחייב מעגל קלט אחד ומעגל פלט אחד. כדי להתמודד עם זאת באמצעות שלושה סנפרים בלבד, סנפר אחד משמש כחיבור משותף הן לקלט והן לפלט. בחירת הסנפר המשותף תלויה באプリקציה. ישנם שלושה סוגים של חיבורים טרנזיסטוריים: בסיס משותף, פליטה משותפת וקולקטור משותף.

• טרנזיסטור בסיס משותף

• טרנזיסטור פליטה משותפת

• טרנזיסטור קולקטור משותף.

חשוב לזכור שאם כי יהיה החיבור של הטרנזיסטור, אך מתח ההטייה הקדמי של מיתר הבסיס-פליטה חייב להיות שמור ואת מתח ההטייה האחורי של מיתר הבסיס-קולקטור חייב להיות שמור.

חיבור בסיס משותף של BJT

כאן הסנפר הבסיסי משותף לשני המעגלים הקלטי והפלטי. התצורות או המודלים של הבסיס המשותף הם כמו שמציגים בשרטוט שלהלן. כאן מוצגים בנפרד מודלי הבסיס המשותף של טרנזיסטור npn ו-pnp. כאן מעגל הבסיס-פליטה נלקח כמעגל קלט ומעגל הקולקטור-בסיס כמעגל פלט.

כפל זרם

כאן הזרם הקלטי הוא זרם פליטה IE והזרם הפלטי הוא זרם קולקטור IC. כפל הזרם נחשב כשאנחנו לוקחים בחשבון רק את מתחי ההטייה הקבועים של המעגל ולא מפעילים אות מתחלף בקלט. עכשיו אם ניקח בחשבון אות מתחלף שמופעל בקלט אז גורם הכפל הזרם (α) במתח קולקטור-בסיס קבוע, יהיה

כאן נראה כי לא אחד מהערכים של כפל הזרם או גורם הכפל הזרם יש ערך גדול מאחד מכיוון שהזרם של הקולקטור בשום דרך לא יכול להיות גדול יותר מהזרם של הפליטה. אבל כפי שאנחנו יודעים שהזרם של הפליטה והקולקטור כמעט שווים בטרנזיסטור דו קוטבי, היחסים הללו יהיו מאוד קרובים לאחד. הערך בדרך כלל נע בין 0.9 עד אפילו 0.99.

ביטוי זרם הקולקטור

אם מעגל הפליטה פתוח, לא יהיה זרם פליטה (IC = 0). אבל במצב זה, יהיה זרם קטן שנע דרך אזור הקולקטור. זה בגלל זרימת נושאי מטען מיעוט וזהו הזרם השטחי האחורי. מכיוון שהזרם הזה עובר דרך הקולקטור והבסיס תוך שמירה על סנפר הפליטה פתוח, הזרם מסומן כ-ICBO. בטרנזיסטורים בעוצמה קטנה הזרם השטחי האחורי ICBO הוא די קטן ובדרך כלל אנחנו מזניחים אותו במהלך החישובים אבל בטרנזיסטורים בעוצמה גבוהה הזרם השטחי הזה לא יכול להתעלם ממנו במהלך החישובים. הזרם הזה תלוי מאוד בטמפרטורה כך בטמפרטורות גבוהות הזרם השטחי האחורי ICBO לא יכול להתעלם ממנו במהלך החישובים. הביטוי הזה מוכיח שזרם הקולקטור גם תלוי בזרם הבסיס.

מאפייני חיבור בסיס משותף

מאפיינים קלטיים

זה נבנה בין זרם קלט למתח קלט של הטרנזיסטור עצמו. הזרם הקלטי הוא זרם פליטה (IE) והמתח הקלטי הוא מתח בסיס-פליטה (VEB). לאחר חציית מתח המחסום הקדמי של מיתר הבסיס-פליטה זרם הפליטה (IE) מתחיל לעלות במהירות עם עלייה במתח הבסיס-פליטה (VEB).

התנגדות הקלט של המעגל היא היחס בין שינוי במתח בסיס-פליטה (ΔV EB) לזרם פליטה (ΔIE) במתח קולקטור-בסיס קבוע (VCB = קבוע). מכיוון שהשינוי בזרם פליטה הוא די גדול בהשוואה לשינוי במתח בסיס-פליטה (ΔIE >> ΔVEB), ההתנגדות הקלטית של טרנזיסטור בסיס משותף היא די קטנה.

מאפיינים פלטיים

זרם הקולקטור מקבל רק ערך קבוע כאשר יש הטייה אחורה מספקת בין בסיס לקולקטור. זה הסיבה לעלייה בזרם הקולקטור עם עלייה במתח קולקטור-בסיס כאשר המתח הזה הוא בערך נמוך מאוד. אבל אחרי מתח קולקטור-בסיס מסוים מיתר הבסיס-קולקטור מקבל הטייה אחורה מספקת ולכן זרם הקולקטור נהיה קבוע עבור זרם פליטה מסוים והוא תלוי לחלוטין בזרם פליטה.

במצב זה, כל זרם הפליטה פרט לזרם הבסיס תורם לזרם הקולקטור. מכיוון שזרם הקולקטור נהיה כמעט קבוע עבור זרם פליטה מוגדר באזור זה של המאפיין, העליה בזרם הקולקטור היא מאוד מאוד קטנה בהשוואה לעליה במתח קולקטור-בסיס.

היחס בין שינוי במתח קולקטור-בסיס לשינוי בזרם קולקטור מוגדר כתנגדות הפלט של מודל הבסיס המשותף של טרנזיסטור. באופן טבעי, ערכו של התנגדות הפלט הוא מאוד גבוה במודל הבסיס המשותף של טרנזיסטור.

חיבור פליטה משותפת של BJT

טרנזיסטור פליטה משותפת הוא החיבור הנפוץ ביותר של טרנזיסטור. כאן סנפר הפליטה משותף לשני המעגלים הקלטי והפלטי. המעגל המחובר בין בסיס לפליטה הוא המעגל הקלטי והמעגל המחובר בין קולקטור לפליטה הוא המעגל הפלטי. מודלי הפליטה המשותפת של טרנזיסטור npn ו-pnp מוצגים בנפרד בשרטוט שלהלן.

כפל זרם

בקונפיגורציה של פליטה משותפת, הזרם הקלטי הוא זרם הבסיס (IB) והזרם הפלטי הוא זרם הקולקטור (IC). בטרנזיסטור דו קוטבי, זרם הבסיס מפקח על זרם הקולקטור. היחס בין שינוי בזרם הקולקטור (ΔIC) לשינוי בזרם הבסיס (ΔIB) מוגדר ככפל הזרם של טרנזיסטור פליטה משותפת. בטרנזיסטור דו קוטבי, זרם הפליטה (IE) הוא סכום של זרם הבסיס (IB) וזרם הקולקטור (IC). אם זרם הבסיס משתנה, זרם הקולקטור גם כן משתנה ובהתוצאה זרם הפליטה משתנה בהתאם.

שוב היחס בין שינוי בזרם הקולקטור לשינוי המתאים בזרם פליטה מסומן ב-αמכיוון שערכו של זרם הבסיס הוא די נמוך בהשוואה לזרם הקולקטור (IB << IC), כפל הזרם בטרנזיסטור פליטה משותפת הוא די גבוה והוא נע בין 20 ל-500.

מאפייני טרנזיסטור פליטה משותפת

בקונפיגורציה של פליטה משותפת של טרנזיסטור, ישנם שני מעגלים - מעגל קלט ומעגל פלט. במעגל הקלט, הפרמטרים הם זרם הבסיס ומתח בסיס-פליטה. העקומה המאפיינת שנבנית מול שינויים בזרם הבסיס ומתח בסיס-פליטה היא מאפייני הקלט של טרנזיסטור פליטה משותפת. מיתר הבסיס-פליטה הוא מוטה קדימה לכן המאפיין יהיה דומה לזה של דיודה pn מוטה קדימה. גם כאן זרם הבסיס אינו מקבל ערך לפני שמתח הבסיס-פליטה חוצה את הפוטנציאל המחסום הקדמי של המיתר אבל אחרי זה, זרם הבסיס עולה משמעותית עם עלייה במתח הבסיס-פליטה. קצב העלייה של זרם הבסיס במתח הבסיס-פליטה גבוה כאן אבל לא כמו במקרה של בסיס משותף.

לכן ההתנגדות הקלטית של המעגל גבוהה יותר מאשר זו של קונפיגורציה של בסיס משותף של טרנזיסטור.

מאפייני פלט של טרנזיסטור פליטה משותפת

המאפיינים הפלטיים נבנתים מול שינויים בזרם פלט ומתח פלט של הטרנזיסטור. זרם הקולקטור הוא זרם פלט ומתח קולקטור-פליטה הוא מתח הפלט של הטרנזיסטור. כאן השינוי בזרם הקולקטור עבור ערכים שונים של מתח קולקטור-בסיס מתארך מול ערך קבוע של זרם הבסיס. נמצא כי בהתחלה זרם הקולקטור עולה באופן פרופורציונלי עם עלייה במתח קולקטור-פליטה אבל אחרי רמת מתח מסוימת, זרם הקולקטור נהיה כמעט קבוע. זה בגלל שהתחילה מיתר הבסיס-קולקטור אינו מקבל הטייה אחורה מספקת אבל אחרי מתח מסוים הוא נהיה מוטה אחורה מספיק ואז החלק העיקרי של נשאי המטען המגיעים מאזור הפליטה לאזור הבסיס יעברו לאזור הקולקטור כדי לתרום לזרם הקולקטור. מספר נשאי המטען העיקריים המגיעים מאזור הפליטה תלוי בזרם הבסיס ב-BJT ולכן עבור זרם בסיס מסוים זרם הקולקטור הוא קבוע.

התנגדות הפלט תהיה

חיבור קולקטור משותף של BJT

בקונפיגורציה של קולקטור משותף, המעגל הקלטי הוא בין בסיס לקולקטור והמעגל הפלטי הוא בין פליטה לקולקטור.

היחס בין שינוי בזרם פליטה לשינוי בזרם בסיס מוגדר ככפל הזרם של קונפיגורציה של קולקטור משותף. זה מסומן כ-

גורם הכפל הזרם של המעגל הוא היחס בין שינוי בזרם פליטה לשינוי בזרם בסיס כאשר אות משתנה בזמן מופעל בקלט.

מאפייני קלט של טרנזיסטור קולקטור משותף

הזרם הקלטי הוא זרם בסיס ומתח הקלט של הטרנזיסטור הוא מתח בסיס-קולקטור. מיתר הבסיס-קולקטור הוא מוטה אחורה ולכן עם עלייה במתח הבסיס-קולקטור ההטייה האחורית של המיתר עולה. זה גורם לזרם הבסיס להפחת מעט עם עלייה במתח הבסיס-קולקטור. מכיוון שבמצב זה יותר נשאי מטען מיעוט באזור הבסיס יעברו לאזור הקולקטור ולכן קצב הריבוי אלקטרון-חורים יפחת באזור הבסיס מה שגורם להפחתה בזרם הבסיס.

מאפייני פלט של טרנזיסטור קולקטור משותף

המאפיינים הפלטיים של טרנזיסטור קולקטור משותף הם כמעט זהים למאפייני הפלט של טרנזיסטור פליטה משותפת. ההבדל היחיד כאן במקרה של קונפיגורציה של קולקטור משותף הזרם הפלטי הוא זרם פליטה במקום זרם קולקטור כמו במקרה של קונפיגורציה של פליטה משותפת. כאן גם עבור זרם בסיס קבוע, זרם הפליטה עולה באופן ליניארי עם עלייה במתח קולקטור-פליטה עד לרמת מתח מסוימת ואז זרם הפליטה נהיה כמעט קבוע ללא קשר למתח קולקטור-פליטה. למרות זאת יהיה עלייה מאוד איטית של זרם פליטה עם מתח קולקטור-פליטה כפי שמוצג בעקומה המאפיינת שלהלן.