Bipolaire Junction Transistor Aansluitingen

Definitie Bipolaire Junction Transistor

Een Bipolaire Junction Transistor (BJT) is een drie-eindig apparaat. Het kan functioneren als versterker of schakelaar en vereist één ingangscircuit en één uitgangscircuit. Om dit met slechts drie einden te realiseren, dient één eind als gemeenschappelijke verbinding voor zowel de ingang als de uitgang. De keuze van het gemeenschappelijke eind hangt af van de toepassing. Er zijn drie types transistorverbindingen: gemeenschappelijke basis, gemeenschappelijke emitter en gemeenschappelijke collector.

• Transistor met gemeenschappelijke basis

• Transistor met gemeenschappelijke emitter

• Transistor met gemeenschappelijke collector.

Het is belangrijk om te onthouden dat, ongeacht de verbinding van de transistor, de emitter-basisverbinding altijd voorwaarts moet zijn gepolariseerd en de basis-collectorverbinding achterwaarts moet zijn gepolariseerd.

Gemeenschappelijke basisverbinding van BJT

Hierbij is de basisterminal gemeenschappelijk voor zowel het ingangscircuit als het uitgangscircuit. De configuraties of modi met gemeenschappelijke basis worden in de figuur hieronder weergegeven. Hier worden de gemeenschappelijke basismodi van npn-transistors en pnp-transistors apart getoond. Hier wordt het emitter-basiscircuit als ingangscircuit genomen en het collector-basiscircuit als uitgangscircuit.

Stroomversterking

Hierbij is de ingangsstroming de emitterstroom IE en de uitgangsstroming de collectorstroom IC. De stroomversterking wordt beschouwd wanneer we alleen de gelijkrichtspanningen van het circuit in overweging nemen en er geen wisselspanning op de ingang wordt toegepast. Als we nu de wisselspanning die op de ingang wordt toegepast in overweging nemen, dan zou de stroomversterkingsfactor (α) bij constante collector-basisspanning zijn:

Hier zien we dat noch de stroomversterking noch de stroomversterkingsfactor een waarde hoger dan eenheid heeft, omdat de collectorstroom nooit groter kan zijn dan de emitterstroom. Maar zoals we weten, zijn de emitterstroom en de collectorstroom bijna gelijk in een bipolaire junction transistor, dus deze verhoudingen zullen zeer dicht bij eenheid liggen. De waarde ligt meestal tussen 0,9 en zelfs 0,99.

Uitdrukking van de collectorstroom

Als het emittercircuit open is, zal er geen emitterstroom zijn (IC = 0). Maar onder deze omstandigheden zal er een kleine stroom door de collectorgedeelte stromen. Dit komt door de stroom van minderheidsladingdragers en dit is de reverse lekkagestroom. Aangezien deze stroom door de collector en de basis stroomt terwijl de emitterterminal open is, wordt de stroom aangeduid als ICBO. Bij transistors met een lage vermogensbelasting is de reverse lekkagestroom ICBO vrij klein en negeren we deze meestal tijdens berekeningen, maar bij transistors met een hoge vermogensbelasting kan deze lekkagestroom niet worden genegeerd. Deze stroom is sterk afhankelijk van de temperatuur, dus bij hoge temperaturen kan de reverse lekkagestroom ICBO niet worden genegeerd tijdens berekeningen. Deze uitdrukking bewijst dat de collectorstroom ook afhankelijk is van de basissetroom.

Karakteristiek van de gemeenschappelijke basisverbinding

Ingangskarakteristiek

Dit wordt getekend tussen de ingangsstroming en de ingangsspanning van de transistor zelf. De ingangsstroming is de emitterstroom (IE) en de ingangsspanning is de emitter-basisspanning (VEB). Na het oversteken van de forward barrier potential van de emitter-basisverbinding begint de emitterstroom (IE) snel te stijgen met toenemende emitter-basisspanning (VEB).

De ingangsweerstand van het circuit is het verhouding van de verandering in emitter-basisspanning (ΔV EB) tot de emitterstroom (ΔIE) bij constante collector-basisspanning (VCB = Constant). Aangezien de verandering in emitterstroom veel groter is vergeleken met de verandering in emitter-basisspanning (ΔIE >> ΔVEB), is de ingangsweerstand van de transistor met gemeenschappelijke basis vrij laag.

Uitgangskarakteristiek

De collectorstroom krijgt slechts een constante waarde wanneer er voldoende achterwaartse polarisatie tussen de basis en de collectorgedeelte is ingesteld. Daarom neemt de collectorstroom toe met toenemende collector-basisspanning wanneer deze spanning een zeer lage waarde heeft. Maar na een bepaalde collector-basisspanning krijgt de collector-basisverbinding voldoende achterwaartse polarisatie en daardoor wordt de collectorstroom constant voor een bepaalde emitterstroom en is het volledig afhankelijk van de emitterstroom.

In die situatie draagt de gehele emitterstroom, behalve de basissetroom, bij aan de collectorstroom. Aangezien de collectorstroom bijna constant is voor de gespecificeerde emitterstroom in dat gebied van de karakteristiek, is de toename van de collectorstroom zeer klein vergeleken met de toename van de collector-basisspanning.

Het verhouding van de verandering in collector-basisspanning tot de verandering in collectorstroom wordt gedefinieerd als de uitgangsweerstand van de gemeenschappelijke basismodus van een transistor. Natuurlijk is de waarde van de uitgangsweerstand zeer hoog in de gemeenschappelijke basismodus van een transistor.

Gemeenschappelijke emitterverbinding van BJT

De gemeenschappelijke emittertransistor is de meest gebruikte transistorverbinding. Hierbij is de emitterterminal gemeenschappelijk voor zowel het ingangscircuit als het uitgangscircuit. Het circuit dat is verbonden tussen basis en emitter is het ingangscircuit en het circuit dat is verbonden tussen collector en emitter is het uitgangscircuit. De gemeenschappelijke emittermodus van npn-transistors en pnp-transistors worden apart in de figuur hieronder getoond.

Stroomversterking

In de gemeenschappelijke emitterconfiguratie is de ingangsstroming de basissetroom (IB) en de uitgangsstroming de collectorstroom (IC). In een bipolaire junction transistor controleert de basissetroom de collectorstroom. Het verhouding van de verandering in collectorstroom (ΔIC) tot de verandering in basissetroom (ΔIB) wordt gedefinieerd als de stroomversterking van de gemeenschappelijke emittertransistor. In een bipolaire junction transistor is de emitterstroom (IE) de som van de basissetroom (IB) en de collectorstroom (IC). Als de basissetroom verandert, verandert ook de collectorstroom en als gevolg daarvan verandert de emitterstroom ook dienovereenkomstig.

Opnieuw wordt het verhouding van de verandering in collectorstroom tot de corresponderende verandering in emitterstroom aangeduid met α. Aangezien de waarde van de basissetroom aanzienlijk lager is dan de collectorstroom (IB << IC), is de stroomversterking in een gemeenschappelijke emittertransistor vrij hoog en varieert deze van 20 tot 500.

Karakteristiek van de gemeenschappelijke emittertransistor

In de gemeenschappelijke emittermodus van de transistor zijn er twee circuits – het ingangscircuit en het uitgangscircuit. In het ingangscircuit zijn de parameters de basissetroom en de base-emitterspanning. De karakteristieke kromme die wordt getekend tegen variaties van basissetroom en base-emitterspanning is de ingangskarakteristiek van een gemeenschappelijke emittertransistor. De pn-overgang tussen basis en emitter is voorwaarts gepolariseerd, waardoor de karakteristiek vergelijkbaar is met die van een voorwaarts gepolariseerde pn-diode. Hier krijgt de basissetroom ook geen waarde voordat de base-emitterspanning de voorwaartse barrièrepotentiaal van de overgang passeert, maar daarna neemt de basissetroom significant toe met de toename van de base-emitterspanning. Het tempo van de toename van de basissetroom ten opzichte van de base-emitterspanning is hier hoog, maar niet zo hoog als in het geval van de gemeenschappelijke basismodus.

Daarom is de ingangsweerstand van het circuit hoger dan die van de gemeenschappelijke basismodus van een transistor.

Uitgangskarakteristiek van de gemeenschappelijke emittertransistor

De uitgangskarakteristiek wordt getekend tegen variaties van de uitgangsstroming en de uitgangsspanning van de transistor. De collectorstroom is de uitgangsstroming en de collector-emitterspanning is de uitgangsspanning van de transistor. Hier worden de variaties van de collectorstroom voor verschillende waarden van de collector-basisspanning geplot tegen een vaste waarde van de basissetroom. Het blijkt dat in het begin de collectorstroom evenredig toeneemt met de toename van de collector-emitterspanning, maar na een bepaald spanningsniveau wordt de collectorstroom bijna constant. Dit komt doordat in het begin de basis-collectorovergang geen voldoende achterwaartse polarisatie krijgt, maar na een bepaalde spanning wordt deze voldoende achterwaarts gepolariseerd en dan migreren de meeste ladingdragers die van de emitterregio naar de basiskant komen naar de collectorregio om bij te dragen aan de collectorstroom. Het aantal meerderheidsladingdragers dat van de emitterregio afkomstig is, hangt af van de basissetroom in een BJT, dus voor een specifieke basissetroom is de collectorstroom constant.

De uitgangsweerstand zou zijn

Gemeenschappelijke collectorverbinding van BJT

In de gemeenschappelijke collectorconfiguratie is het ingangscircuit tussen de basisterminal en de collectorterminal en het uitgangscircuit tussen de emitterminal en de collectorterminal.

Het verhouding van de verandering in emitterstroom tot de verandering in basissetroom wordt gedefinieerd als de stroomversterking van de gemeenschappelijke collectorconfiguratie. Dit wordt aangeduid als,

De stroomversterkingsfactor van het circuit is het verhouding van de verandering in emitterstroom tot de verandering in basissetroom wanneer een tijdsafhankelijk signaal op de ingang wordt toegepast.

Ingangskarakteristiek van de gemeenschappelijke collectortransistor

De ingangsstroming is de basissetroom en de ingangsspanning van de transistor is de base-collectorspanning. De base-collectorovergang is achterwaarts gepolariseerd, waardoor met toenemende base-collectorspanning de achterwaartse polarisatie van de overgang toeneemt. Dit veroorzaakt een lichte daling van de basissetroom met de toename van de base-collectorspanning. Omdat onder deze omstandigheden meer minderheidsladingdragers van de basiskant naar de collectorregio zullen propageren, neemt het elektron-gat recombinatiepercentage in de basiskant af, wat leidt tot een daling van de basissetroom.

Uitgangskarakteristiek van de gemeenschappelijke collectortransistor

De uitgangskarakteristiek van een gemeenschappelijke collectortransistor is bijna hetzelfde als de uitgangskarakteristiek van een gemeenschappelijke emittertransistor. Het enige verschil is dat hier, in het geval van de gemeenschappelijke collectorconfiguratie, de uitgangsstroming de emitterstroom is in plaats van de collectorstroom, zoals in het geval van de gemeenschappelijke emitterconfiguratie. Ook hier neemt de emitterstroom lineair toe met de toename van de collector-emitterspanning tot een bepaald niveau van deze spanning, en dan wordt de emitterstroom bijna constant, ongeacht de collector-emitterspanning. Hoewel er een zeer langzame toename van de emitterstroom met de collector-emitterspanning zal zijn, zoals wordt weergegeven in de karakteristieke kromme hieronder.