الترانزستور ثنائي القطب

تعريف الترانزستور ثنائي القطبية

الترانزستور ثنائي القطبية (المعروف أيضًا باسم BJT أو ترانزستور BJT) هو جهاز شبه موصل ثلاثي الأطراف يتكون من مفصلين p-n قادرين على تكبير أو زيادة إشارة. إنه جهاز متحكم به بواسطة التيار. الأطراف الثلاثة للـ BJT هي القاعدة والمجمع والمحفز. يعتبر BJT نوعًا من الترانزستورات يستخدم الإلكترونات والفجوات كناقلات شحنة.

إذا تم تطبيق إشارة ذات سعة صغيرة على القاعدة، فإن الإشارة المتاحة عند المجمع تكون في صورة مكبرة. هذا هو التكبير الذي يوفره BJT. لاحظ أنه يتطلب مصدر طاقة مستمر خارجي لتنفيذ عملية التكبير.

هناك نوعان من الترانزستورات ثنائية القطبية - الترانزستورات NPN والترانزستورات PNP. يتم تقديم رسم توضيحي لهذين النوعين من الترانزستورات ثنائية القطبية أدناه.

من الشكل أعلاه، يمكننا أن نرى أن كل BJT يحتوي على ثلاثة أجزاء وهي المحفز والقاعدة والمجمع. JE و JC يمثلان مفصل المحفز ومفصل المجمع على التوالي. الآن في البداية يكون من الكافي لنا أن نعرف أن مفصل القاعدة-المحفز متحيز للأمام وأن مفصل القاعدة-المجمع متحيز للخلف. سيتم وصف هذين النوعين من هذه الترانزستورات في الموضوع التالي.

ترانزستور ثنائي القطبية NPN

في الترانزستور الثنائي القطبية n-p-n (أو ترانزستور npn) يوجد نصف موصل من نوع p بين نصفي موصل من نوع n. يظهر أدناه رسم توضيحي لترانزستور n-p-n. الآن IE و IC هما التيار المحفز والتيار المجمع على التوالي و VEB و VCB هما فولت القاعدة-المحفز والفولت القاعدة-المجمع على التوالي. وفقًا للتقاليد، إذا كان التيار المحفز والقاعدة والمجمع IE و IB و IC يدخل إلى الترانزستور، فإن علامة التيار تُعتبر موجبة وإذا خرج التيار من الترانزستور فإن العلامة تُعتبر سالبة. يمكننا تبويب التيارات والجهود المختلفة داخل الترانزستور n-p-n.

ترانزستور ثنائي القطبية PNP

وبشكل مماثل بالنسبة لترانزستور ثنائي القطبية p-n-p (أو ترانزستور pnp)، يتم وضع نصف موصل من نوع n بين نصفي موصل من نوع p. يظهر أدناه رسم توضيحي لترانزستور p-n-p.

بالنسبة لترانزستورات p-n-p، يدخل التيار إلى الترانزستور عبر الطرف المحفز. مثل أي ترانزستور ثنائي القطبية، يكون مفصل القاعدة-المحفز متحيز للأمام ومفصل القاعدة-المجمع متحيز للخلف. يمكننا تبويب التيار المحفز والقاعدة والمجمع، وكذلك فولت القاعدة-المحفز والفولت القاعدة-المجمع والفولت المحفز-المجمع لترانزستورات p-n-p أيضًا.

مبدأ عمل BJT

يظهر الشكل ترانزستور n-p-n متحيز في المنطقة النشطة (انظر تحيز الترانزستور)، يكون مفصل BE متحيز للأمام بينما يكون مفصل CB متحيز للخلف. عرض منطقة الاستنزاف لمفصل BE صغير نسبيًا مقارنة بمنطقة استنزاف مفصل CB.

التحيز للأمام في مفصل BE يقلل من الجهد الحاجز، مما يسمح للإلكترونات بالتدفق من المحفز إلى القاعدة. بما أن القاعدة رقيقة وخالية من الدوبلينج، فإنها تحتوي على عدد قليل من الفجوات. حوالي 2٪ من الإلكترونات من المحفز تندمج مع الفجوات في القاعدة وتتدفق خارجًا عبر الطرف القاعدة.

هذا يشكل التيار القاعدة، وهو يتدفق بسبب اندماج الإلكترونات والفجوات (لاحظ أن اتجاه تدفق التيار التقليدي معاكس لتدفق الإلكترونات). معظم الإلكترونات ستتجاوز مفصل المجمع المعكوس لتكون التيار المجمع. وبالتالي، بواسطة KCL،

التيار القاعدة صغير جدًا مقارنة بتيار المحفز والموحد.

هنا، معظم حاملات الشحن هي الإلكترونات. عملية ترانزستور p-n-p متشابهة لتلك الخاصة بـ n-p-n، الفرق الوحيد هو أن حاملات الشحن الرئيسية هي الفجوات بدلاً من الإلكترونات. فقط جزء صغير من التيار يتدفق بسبب حاملات الشحن الرئيسية وأغلب التيار يتدفق بسبب حاملات الشحن الثانوية في BJT. لذلك، يُطلق عليهم اسم أجهزة حاملات الشحن الثانوية.

دائرة مكافئة لـ BJT

يمثل مفصل p-n بمثابة دايود. بما أن الترانزستور يحتوي على مفصلين p-n، فإنه مكافئ لمجموعتين من الدايودات متصلة بشكل متقابل. وهذا ما يُعرف بنظريات الدايودين لـ BJT.

خصائص الترانزستورات ثنائية القطبية

الأجزاء الثلاثة لـ BJT هي المجمع والمحفز والقاعدة. قبل معرفة خصائص الترانزستور ثنائي القطبية، يجب علينا معرفة أوضاع التشغيل لهذا النوع من الترانزستورات. الأوضاع هي

• وضع القاعدة المشتركة (CB)

• وضع المحفز المشترك (CE)

• وضع المجمع المشترك (CC)

جميع الأوضاع الثلاثة موضحة أدناه

الآن، فيما يتعلق بخصائص BJT، هناك خصائص مختلفة لأوضاع التشغيل المختلفة. الخصائص ليست إلا أشكال بيانية لعلاقات مختلفة بين المتغيرات الحالية والجهد للترانزستور. يتم تقديم الخصائص لترانزستورات p-n-p لأوضاع مختلفة ومعلمات مختلفة.

خصائص القاعدة المشتركة

الخصائص المدخلية

بالنسبة لترانزستور p-n-p، التيار المدخل هو التيار المحفز (IE) والجهد المدخل هو الجهد القاعدة-المجمع (VCB).

بما أن مفصل القاعدة-المحفز متحيز للأمام، فإن الرسم البياني لـ IE مقابل VEB مشابه لخصائص الدايود p-n الأمامية. يزداد IE عند ثبات VEB عندما يزداد VCB.

الخصائص المخرجة

تظهر الخصائص المخرجة العلاقة بين الجهد المخرج والتيار المخرج IC هو التيار المخرج والجهد القاعدة-المجمع والجهد المحفز IE هو التيار المدخل ويقوم بوظيفة المعلمات. يظهر الشكل أدناه الخصائص المخرجة لترانزستور p-n-p في وضع CB.

كما نعلم، فإن I E و VEB موجبان وIC وIB وVCB سالبون. هناك ثلاثة مناطق في المنحنى، المنطقة النشطة ومنطقة التشبع ومنطقة القطع. المنطقة النشطة هي المنطقة التي يعمل فيها الترانزستور بشكل طبيعي.

هنا يكون مفصل المحفز متحيز للخلف. الآن، منطقة التشبع هي المنطقة حيث يكون كلا مفصلي المحفز-المجمع متحيزين للأمام. وأخيرًا، منطقة القطع هي المنطقة حيث يكون كلا مفصلي المحفز والمجمع متحيزين للخلف.

خصائص المحفز المشترك

الخصائص المدخلية

IB (تيار القاعدة) هو التيار المدخل، VBE (جهد القاعدة-المحفز) هو الجهد المدخل لوضع CE (المحفز المشترك). إذن، الخصائص المدخلية لوضع CE ستكون العلاقة بين IB وVBE مع VCE كمعامل. تظهر الخصائص أدناه

الخصائص المدخلية النموذجية لوضع CE مشابهة لتلك الخاصة بدايود p-n متحيز للأمام. ولكن مع زيادة VCB، يقل عرض القاعدة.

الخصائص المخرجة

الخصائص المخرجة لوضع CE هي الرسم البياني بين التيار المجمع (IC) والجهد المحفز-المجمع (VCE) عندما يكون التيار القاعدة IB هو المعامل. تظهر الخصائص أدناه في الشكل.

مثل خصائص الترانزستور ذو القاعدة المشتركة، فإن وضع CE له أيضًا ثلاثة مناطق تسمى (1) المنطقة النشطة، (2) منطقة القطع، (3) منطقة التشبع. المنطقة النشطة لها مفصل المجمع متحيز للخلف ومفصل المحفز متحيز للأمام.

لمنطقة القطع، يكون مفصل المحفز متحيز قليلاً للخلف ولا يتم قطع التيار المجمع تمامًا. وأخيرًا، لمنطقة التشبع يكون كلا مفصلي المحفز والمجمع متحيزين للأمام.