Connessioni del Transistor a Giunzione Bipolare

Definizione del Bipolare a Giunzione (BJT)

Un Bipolare a Giunzione (BJT) è un dispositivo a tre terminali. Può funzionare come amplificatore o come interruttore, richiedendo un circuito di ingresso e un circuito di uscita. Per gestire ciò con solo tre terminali, uno dei terminali serve come connessione comune per entrambi l'ingresso e l'uscita. La scelta del terminale comune dipende dall'applicazione. Esistono tre tipi di connessioni transistor: base comune, emettitore comune e collettore comune.

• Transistor Base Comune

• Transistor Emettitore Comune

• Transistor Collettore Comune.

Una cosa da ricordare è che, indipendentemente dalla connessione del transistor, la giunzione base-emettitore deve essere mantenuta in polarizzazione diretta e la giunzione base-collettore deve essere mantenuta in polarizzazione inversa.

Connessione Base Comune del BJT

Qui il terminale base è comune sia al circuito di ingresso che a quello di uscita. Le configurazioni o modalità base comune sono mostrate nella figura sottostante. Qui sono mostrate separatamente la modalità base comune del transistor npn e del transistor pnp. Qui il circuito emettitore-base viene considerato come circuito di ingresso e il circuito collettore-base come circuito di uscita.

Guadagno di Corrente

Qui la corrente di ingresso è la corrente emettitore IE e la corrente di uscita è la corrente collettore IC. Il guadagno di corrente è considerato quando si considerano solo le tensioni di polarizzazione continua del circuito e non viene applicato alcun segnale alternato all'ingresso. Ora, se consideriamo il segnale alternato applicato all'ingresso, il fattore di amplificazione di corrente (α) a una tensione costante base-collettore, sarebbe

Si vede qui che né il guadagno di corrente né il fattore di amplificazione di corrente hanno un valore superiore all'unità, poiché la corrente collettore in nessun modo può essere maggiore della corrente emettitore. Ma come sappiamo, la corrente emettitore e la corrente collettore sono quasi uguali in un transistor bipolare a giunzione, questi rapporti sarebbero molto vicini all'unità. Il valore generalmente varia da 0,9 a 0,99.

Espressione della Corrente Collettore

Se il circuito emettitore è aperto, non ci sarà corrente emettitore (IC = 0). Ma in questa condizione, ci sarà una piccola corrente che scorre attraverso la regione del collettore. Questo è dovuto alla corrente di minoranza di cariche e questo è la corrente di fuga inversa. Poiché questa corrente scorre attraverso il collettore e la base tenendo il terminale emettitore aperto, la corrente è indicata come ICBO. Nei transistor a bassa potenza, la corrente di fuga inversa ICBO è abbastanza piccola e generalmente la trascuriamo durante i calcoli, ma nei transistor ad alta potenza questa corrente di fuga non può essere trascurata. Questa corrente dipende fortemente dalla temperatura, quindi a temperature elevate la corrente di fuga inversa ICBO non può essere trascurata durante i calcoli. Questa espressione dimostra che la corrente collettore dipende anche dalla corrente base.

Caratteristiche della Connessione Base Comune

Caratteristica di Ingresso

Questa è tracciata tra la corrente di ingresso e la tensione di ingresso del transistor stesso. La corrente di ingresso è la corrente emettitore (IE) e la tensione di ingresso è la tensione emettitore-base (VEB). Dopo aver superato la tensione di barriera diretta della giunzione emettitore-base, la corrente emettitore (IE) inizia a aumentare rapidamente con l'aumento della tensione emettitore-base (VEB).

La resistenza di ingresso del circuito è il rapporto tra la variazione di tensione emettitore-base (ΔV EB) e la corrente emettitore (ΔIE) a una tensione costante base-collettore (VCB = Costante). Poiché la variazione della corrente emettitore è piuttosto grande rispetto alla variazione della tensione emettitore-base (ΔIE >> ΔVEB), la resistenza di ingresso del transistor base comune è piuttosto bassa.

Caratteristica di Uscita

La corrente collettore assume solo un valore costante quando c'è una sufficiente polarizzazione inversa stabilita tra la regione base e quella del collettore. Questo è il motivo per cui c'è un aumento della corrente collettore con l'aumento della tensione base-collettore quando questa tensione ha un valore molto basso. Ma dopo una certa tensione base-collettore, la giunzione base-collettore ottiene una sufficiente polarizzazione inversa e quindi la corrente collettore diventa costante per una certa corrente emettitore e dipende interamente dalla corrente emettitore.

In quella situazione, l'intera corrente emettitore, eccetto la corrente base, contribuisce alla corrente collettore. Poiché la corrente collettore diventa quasi costante per la corrente emettitore specificata in quella regione della caratteristica, l'aumento della corrente collettore è molto piccolo rispetto all'aumento della tensione base-collettore.

Il rapporto tra la variazione di tensione base-collettore e la variazione di corrente collettore è definito come la resistenza di uscita della modalità base comune di un transistor. Naturalmente, il valore della resistenza di uscita è molto alto nella modalità base comune di un transistor.

Connessione Emettitore Comune del BJT

Il Transistor Emettitore Comune è la connessione del transistor più comunemente utilizzata. Qui il terminale emettitore è comune per entrambi il circuito di ingresso e quello di uscita. Il circuito connesso tra base ed emettitore è il circuito di ingresso e il circuito connesso tra collettore ed emettitore è il circuito di uscita. La modalità emettitore comune del transistor npn e del transistor pnp sono mostrati separatamente nella figura sottostante.

Guadagno di Corrente

Nella configurazione emettitore comune, la corrente di ingresso è la corrente base (IB) e la corrente di uscita è la corrente collettore (IC). Nel transistor bipolare, la corrente base controlla la corrente collettore. Il rapporto tra la variazione di corrente collettore (ΔIC) e la variazione di corrente base (ΔIB) è definito come il guadagno di corrente del transistor emettitore comune. Nel transistor bipolare, la corrente emettitore (IE) è la somma della corrente base (IB) e della corrente collettore (IC). Se la corrente base cambia, la corrente collettore cambia anch'essa e di conseguenza la corrente emettitore cambia di conseguenza.

Di nuovo, il rapporto tra la variazione di corrente collettore e la variazione corrispondente di corrente emettitore è denotato da α. Poiché il valore della corrente base è piuttosto basso rispetto alla corrente collettore (IB << IC), il guadagno di corrente in un transistor emettitore comune è piuttosto alto e varia da 20 a 500.

Caratteristiche del Transistor Emettitore Comune

Nella modalità emettitore comune del transistor, ci sono due circuiti – il circuito di ingresso e il circuito di uscita. Nel circuito di ingresso, i parametri sono la corrente base e la tensione base-emettitore. La curva caratteristica disegnata contro le variazioni di corrente base e tensione base-emettitore è la caratteristica di ingresso di un transistor emettitore comune. La giunzione pn tra base ed emettitore è polarizzata direttamente, pertanto la caratteristica sarà simile a quella di una giunzione diodi pn polarizzata direttamente. Anche qui la corrente base non ha alcun valore prima che la tensione base-emettitore superi la tensione di barriera diretta della giunzione, ma dopo ciò, la corrente base aumenta significativamente con l'aumento della tensione base-emettitore. Il tasso di aumento della corrente base rispetto alla tensione base-emettitore è elevato qui, ma non così elevato come nel caso della modalità base comune.

Pertanto, la resistenza di ingresso del circuito è superiore a quella della modalità base comune di un transistor.

Caratteristica di Uscita del Transistor Emettitore Comune

La caratteristica di uscita è disegnata contro le variazioni di corrente di uscita e la tensione di uscita del transistor. La corrente collettore è la corrente di uscita e la tensione collettore-emettitore è la tensione di uscita del transistor. Qui la variazione della corrente collettore per diversi valori di tensione base-collettore è tracciata a un valore fisso di corrente base. Si trova che all'inizio la corrente collettore aumenta proporzionalmente con l'aumento della tensione collettore-emettitore, ma dopo un certo livello di tensione, la corrente collettore diventa quasi costante. Questo perché all'inizio la giunzione base-collettore non riceve una sufficiente polarizzazione inversa, ma dopo una certa tensione diventa sufficientemente polarizzata inversamente e poi la maggior parte delle cariche portatrici provenienti dalla regione emettitore verso la regione base migrerà verso la regione collettore per contribuire alla corrente collettore. Il numero di cariche portatrici maggioritarie provenienti dalla regione emettitore dipende dalla corrente base in un BJT, quindi per una corrente base specifica la corrente collettore è costante.

La resistenza di uscita sarebbe

Connessione Collettore Comune del BJT

Nella configurazione collettore comune, il circuito di ingresso è tra i terminali base e collettore e il circuito di uscita è tra i terminali emettitore e collettore.

Il rapporto tra la variazione di corrente emettitore e la variazione di corrente base è definito come il guadagno di corrente della configurazione collettore comune. Questo è indicato come,

Il fattore di amplificazione di corrente del circuito è il rapporto tra la variazione di corrente emettitore e la variazione di corrente base quando un segnale variabile nel tempo è applicato all'ingresso.

Caratteristica di Ingresso del Transistor Collettore Comune

La corrente di ingresso è la corrente base e la tensione di ingresso del transistor è la tensione base-collettore. La giunzione base-collettore è polarizzata inversamente e quindi, con l'aumento della tensione base-collettore, la polarizzazione inversa della giunzione aumenta. Ciò causa una leggera diminuzione della corrente base con l'aumento della tensione base-collettore. Poiché in questa condizione più cariche minoritarie della regione base si propagheranno verso la regione collettore e quindi il tasso di ricombinazione elettroni-buchi diminuirà nella regione base, causando una diminuzione della corrente base.

Caratteristica di Uscita del Transistor Collettore Comune

La caratteristica di uscita di un transistor collettore comune è quasi la stessa della caratteristica di uscita di un transistor emettitore comune. L'unica differenza è che qui, nel caso della configurazione collettore comune, la corrente di uscita è la corrente emettitore invece della corrente collettore come nel caso della configurazione emettitore comune. Anche qui, per una corrente base fissa, la corrente emettitore aumenta linearmente con l'aumento della tensione collettore-emettitore fino a un certo livello di questa tensione e poi la corrente emettitore diventa quasi costante indipendentemente dalla tensione collettore-emettitore. Anche se ci sarà un aumento molto lento della corrente emettitore con la tensione collettore-emettitore come mostrato nella curva caratteristica sottostante.