З'єднання біполярного транзистора

Визначення біполярного транзистора

Біполярний транзистор (BJT) — це пристрій з трьома контактами. Він може функціонувати як усилитель або ключ, вимагаючи одного входового і одного вихідного контуру. Щоб обробити це лише за допомогою трьох контактів, один контакт служить загальним з'єднанням для обох входового і вихідного контурів. Вибір загального контакту залежить від застосування. Існує три типи з'єднань транзистора: спільна база, спільний емітер і спільний колектор.

• Транзистор зі спільною базою

• Транзистор зі спільним емітером

• Транзистор зі спільним колектором.

Одне з правил, яке треба пам'ятати, полягає в тому, що незалежно від з'єднання транзистора, джерело-емітерне з'єднання повинно бути зі створенням напряму, а базово-колекторне з'єднання — протиположно напрямленому.

З'єднання BJT зі спільною базою

Тут контакт бази є загальний для входового і вихідного контурів. Конфігурації або режими зі спільною базою показані на рисунку нижче. Тут окремо показані режими зі спільною базою для npn та pnp транзисторів. Тут входовий контур — це емітер-базовий контур, а вихідний контур — це колектор-базовий контур.

Коефіцієнт підсилення струму

Тут входячий струм — це струм емітера IE, а вихідний струм — це струм колектора IC. Коефіцієнт підсилення струму вважається таким, коли ми враховуємо лише постійні напруги зміщення контуру, і не застосовуємо періодичний сигнал на вході. Тепер, якщо ми врахуємо періодичний сигнал, застосований до входу, то коефіцієнт підсилення струму (α) при сталій напрузі між колектором і базою буде

Тут бачимо, що жоден з коефіцієнтів підсилення струму або коефіцієнтів підсилення струму не має значення більше одиниці, оскільки струм колектора ніяк не може бути більшим за струм емітера. Але, як ми знаємо, що струми емітера і колектора майже рівні в біполярному транзисторі, ці співвідношення будуть дуже близькими до одиниці. Значення зазвичай відрізняється від 0,9 до навіть 0,99.

Вираз струму колектора

Якщо емітерний контур відкритий, струму емітера (IC = 0) не буде. Але в цьому стані буде потік невеликого струму через регіон колектора. Це обумовлено потоком меншості зарядових носіїв, і це — протилежний струм втечки. Оскільки цей струм проходить через колектор і базу, залишаючи контакт емітера відкритим, струм позначається як ICBO. У транзисторах з невеликою потужністю протилежний струм втечки ICBO досить малий, і, зазвичай, ми його нехтуємо при розрахунках, але у транзисторах з великою потужністю цей струм втечки не може бути нехтувано. Цей струм сильно залежить від температури, тому при високих температурах протилежний струм втечки ICBO не може бути нехтувано при розрахунках. Цей вираз доводить, що струм колектора також залежить від струму бази.

Характеристики з'єднання зі спільною базою

Входова характеристика

Це малюється між входовим струмом і входовою напругою самого транзистора. Входовий струм — це струм емітера (IE), а входова напруга — це напруга між емітером і базою (VEB). Після подолання прямого бар'єрного потенціалу переходу емітер-база, струм емітера (IE) швидко зростає зі зростанням напруги між емітером і базою (VEB).

Входовий опір контуру — це співвідношення зміни напруги між емітером і базою (ΔV EB) до струму емітера (ΔIE) при сталій напрузі між колектором і базою (VCB = Const). Оскільки зміна струму емітера значно більша порівняно з зміною напруги між емітером і базою (ΔIE >> ΔVEB), входовий опір транзистора зі спільною базою досить малий.

Вихідна характеристика

Струм колектора отримує лише сталий значення, коли між регіоном бази і колектора створено достатньо протилежного напруження. Тому, коли напруга між колектором і базою дуже мала, струм колектора зростає зі зростанням напруги між колектором і базою. Але після певної напруги між колектором і базою, переход між колектором і базою отримує достатньо протилежного напруження, і, отже, струм колектора стає сталим для певного струму емітера і цілком залежить від струму емітера.

У цій ситуації весь струм емітера, за винятком струму бази, вносить вклад у струм колектора. Оскільки струм колектора стає майже сталою для заданого струму емітера в цьому регіоні характеристики, зростання струму колектора є дуже малим порівняно зі зростанням напруги між колектором і базою.

Співвідношення зміни напруги між колектором і базою до зміни струму колектора визначається як вихідний опір режиму зі спільною базою транзистора. Природно, значення вихідного опору досить високе в режимі зі спільною базою транзистора.

З'єднання BJT зі спільним емітером

З'єднання транзистора зі спільним емітером є найпоширенішим. Тут контакт емітера є загальний для входового і вихідного контурів. Контур, з'єднаний між базою і емітером, є входовим контуром, а контур, з'єднаний між колектором і емітером, є вихідним контуром. Режими зі спільним емітером для npn та pnp транзисторів показані окремо на рисунку нижче.

Коефіцієнт підсилення струму

У конфігурації зі спільним емітером, входовий струм — це струм бази (IB), а вихідний струм — це струм колектора (IC). У біполярному транзисторі, струм бази контролює струм колектора. Співвідношення зміни струму колектора (ΔIC) до зміни струму бази (ΔIB) визначається як коефіцієнт підсилення струму транзистора зі спільним емітером. У біполярному транзисторі, струм емітера (IE) є сумою струму бази (IB) і струму колектора (IC). Якщо струм бази змінюється, струм колектора також змінюється, і, як результат, струм емітера також змінюється відповідно.

Знову ж, співвідношення зміни струму колектора до відповідної зміни струму емітера позначається α. Оскільки значення струму бази значно нижче порівняно зі струмом колектора (IB << IC), коефіцієнт підсилення струму в транзисторі зі спільним емітером досить високий і він від 20 до 500.

Характеристики транзистора зі спільним емітером

У режимі зі спільним емітером транзистора, існують два контури — входовий і вихідний. У входовому контурі параметрами є струм бази і напруга між базою і емітером. Характеристична крива, побудована за змінами струму бази і напруги між базою і емітером, є входовою характеристикою транзистора зі спільним емітером. Переход між базою і емітером є прямо напружений, тому характеристика буде схожа на характеристику прямо напруженої pn-переходу діода. Тут також струм бази не набуває жодного значення до того, поки напруга між базою і емітером не перевищить прямий бар'єрний потенціал переходу, але після цього, струм бази значно зростає зі зростанням напруги між базою і емітером. Швидкість зростання струму бази відносно напруги між базою і емітером висока, але не така висока, як у випадку зі спільною базою.

Тому входовий опір контуру вищий, ніж у режимі зі спільною базою транзистора.

Вихідна характеристика транзистора зі спільним емітером

Вихідна характеристика побудована за змінами вихідного струму і вихідної напруги транзистора. Струм колектора є вихідним струмом, а напруга між колектором і емітером є вихідною напругою транзистора. Тут зміна струму колектора для різних значень напруги між колектором і базою побудована за фіксованого значення струму бази. Знайдено, що на початку струм колектора пропорційно зростає зі зростанням напруги між колектором і емітером, але після певного рівня напруги, струм колектора стає майже сталим. Це тому, що на початку переход між базою і колектором не отримує достатньо протилежного напруження, але після певної напруги він стає достатньо протилежно напруженим, і тоді основна частина зарядових носіїв, які приходять з регіону емітера до бази, переміщується до регіону колектора, щоб внести вклад у струм колектора. Кількість більшості зарядових носіїв, які приходять з регіону емітера, залежить від струму бази в BJT, тому для певного струму бази струм колектора є сталим.

Вихідний опір буде

З'єднання BJT зі спільним колектором

У конфігурації зі спільним колектором, входовий контур розташований між базою і колектором, а вихідний контур — між емітером і колектором.

Співвідношення зміни струму емітера до зміни струму бази визначається як коефіцієнт підсилення струму конфігурації зі спільним колектором. Це позначається як,