Transistor de juncció bipolar

Definició de BJT

Un transistor de jonció bipolar (també conegut com a BJT o transistor BJT) és un dispositiu semiconductors de tres terminals que consta de dues joncions p-n capaces d'amplificar o magnificar una senyal. És un dispositiu controlat per corrent. Els tres terminals del BJT són la base, el colector i l'emissor. Un BJT és un tipus de transistor que utilitza tant els electrons com els forats com a portadors de càrrega.

Una senyal de baixa amplitud aplicada a la base està disponible en forma amplificada al colector del transistor. Aquesta és l'amplificació proporcionada pel BJT. Cal tenir en compte que requereix una font externa de subministrament de corrent contínua per realitzar el procés d'amplificació.

Hi ha dos tipus de transistors de jonció bipolar – transistors NPN i transistors PNP. Es dona un diagrama d'aquests dos tipus de transistors de jonció bipolar a continuació.

A partir de la figura anterior, podem veure que cada BJT té tres parts anomenades emissor, base i colector. JE i JC representen respectivament la jonció de l'emissor i la jonció del colector. Ara, inicialment és suficient per a nosaltres saber que la jonció base-emissor està polaritzada directament i les joncions base-colector estan polaritzades inversament. El tema següent descriurà els dos tipus d'aquests transistors.

Transistor Bipolar de Jonció NPN

En un transistor bipolar n-p-n (o transistor npn), un semiconductor de tipus p resideix entre dos semiconductors de tipus n. A la figura següent es mostra un transistor n-p-n. IE i IC són respectivament la corrent de l'emissor i la corrent del colector, i VEB i VCB són la tensió emissor-base i la tensió colector-base respectivament. Segons la convenció, si la corrent de l'emissor, la base i el colector (IE, IB i IC) entra al transistor, el signe de la corrent es pren com a positiu, i si la corrent surt del transistor, el signe es pren com a negatiu. Podem tabular les diferents corrents i tensions dins del transistor n-p-n.

Transistor Bipolar de Jonció PNP

De manera similar, per als transistors bipolars p-n-p (o transistors pnp), un semiconductor de tipus n es troba entre dos semiconductors de tipus p. La figura d'un transistor p-n-p es mostra a continuació.

Per als transistors p-n-p, la corrent entra al transistor a través del terminal de l'emissor. Com qualsevol transistor bipolar de jonció, la jonció emissor-base està polaritzada directament i la jonció colector-base està polaritzada inversament. També podem tabular la corrent de l'emissor, la base i el colector, així com la tensió emissor-base, colector-base i colector-emissor per als transistors p-n-p.

Principi de Funcionament del BJT

La figura mostra un transistor n-p-n polaritzat a la regió activa (vegeu la polarització del transistor), la jonció BE està polaritzada directament mentre que la jonció CB està polaritzada inversament. L'amplada de la regió de depleció de la jonció BE és més petita en comparació amb la de la jonció CB.

La polarització directa a la jonció BE abaixa el potencial de barrera, permetent que els electrons flueixin des de l'emissor a la base. Com que la base és fina i poc dopada, té molt pocs forats. Aproximadament el 2% dels electrons de l'emissor recombina amb els forats a la base i flueix a través del terminal de la base.

Això constitueix la corrent de la base, que flueix degut a la recombinació d'electrons i forats (Nota que la direcció de la corrent convencional és contrària a la del flux d'electrons). El gran nombre restant d'electrons travessarà la jonció del colector polaritzada inversament per constituir la corrent del colector. Així, segons KCL,

La corrent de la base és molt petita en comparació amb la corrent de l'emissor i el colector.

Aquí, la majoria dels portadors de càrrega són electrons. El funcionament d'un transistor p-n-p és el mateix que el de l'n-p-n, la única diferència és que la majoria dels portadors de càrrega són forats en lloc d'electrons. Només una petita part de la corrent flueix degut a la majoria de portadors i la major part de la corrent flueix degut a la minoria de portadors en un BJT. Per això, se'ls anomena dispositius de portadors de càrrega minoritària.

Circuit Equivalent del BJT

Una jonció p-n es representa mitjançant un diode. Com que un transistor té dues joncions p-n, és equivalent a dos diodes connectats de cara a cara. Això es coneix com l'analogia de dos diodes del BJT.

Característiques dels Transistors Bipolars de Jonció

Les tres parts d'un BJT són el colector, l'emissor i la base. Abans de conèixer les característiques dels transistors bipolars de jonció, hem de conèixer els modes d'operació d'aquest tipus de transistors. Els modes són

• Mode Base Comú (BC)

• Mode Emissor Comú (EC)

• Mode Colector Comú (CC)

Els tres tipus de modes es mostren a continuació

Passant a les característiques del BJT, hi ha diferents característiques per a diferents modes d'operació. Les característiques no són res més que formes gràfiques de les relacions entre les diferents variables de corrent i tensió del transistor. Les característiques per als transistors p-n-p es donen per diferents modes i paràmetres.

Característiques de Base Comuna

Característiques d'Entrada

Per al transistor p-n-p, la corrent d'entrada és la corrent de l'emissor (IE) i la tensió d'entrada és la tensió colector-base (VCB).

Com que la jonció emissor-base està polaritzada directament, per tant, la gràfica de IE vs VEB és similar a les característiques d'un diode p-n polaritzat directament. IE augmenta per una VEB fixa quan VCB augmenta.

Característiques de Sortida

Les característiques de sortida mostren la relació entre la tensió de sortida i la corrent de sortida IC és la corrent de sortida i la tensió colector-base, i la corrent de l'emissor IE és la corrent d'entrada i funciona com a paràmetre. La figura següent mostra les característiques de sortida per a un transistor p-n-p en mode BC.

Com sabem, per als transistors p-n-p, IE i VEB són positius i IC, IB, VCB són negatius. Hi ha tres regions en la corba, la regió activa, la regió de saturació i la regió de tall. La regió activa és la regió on el transistor opera normalment.

Aquí, la jonció de l'emissor està polaritzada inversament. Ara, la regió de saturació és la regió on les dues joncions emissor-colector estan polaritzades directament. I finalment, la regió de tall és la regió on les joncions de l'emissor i el colector estan polaritzades inversament.

Característiques d'Emissor Comú

Característiques d'Entrada

IB (corrent de base) és la corrent d'entrada, VBE (tensió base-emissor) és la tensió d'entrada per al mode EC (Emissor Comú). Així, les característiques d'entrada per al mode EC seran la relació entre IB i VBE amb VCE com a paràmetre. Les característiques es mostren a continuació

Les característiques d'entrada típiques CE són similars a les d'un diode p-n polaritzat directament. Però com VCB augmenta, l'amplada de la base disminueix.

Característiques de Sortida

Les característiques de sortida per al mode EC són la corba o gràfic entre la corrent del colector (IC) i la tensió colector-emissor (VCE) quan la corrent de la base IB és el paràmetre. Les característiques es mostren a continuació en la figura.

Com les característiques de sortida del transistor de base comuna, el mode EC també té tres regions anomenades (i) regió activa, (ii) regió de tall, (iii) regió de saturació. La regió activa té la regió del colector polaritzada inversament i la jonció de l'emissor polaritzada directament.

Per a la regió de tall, la jonció de l'emissor està lleugerament polaritzada inversament i la corrent del colector no està totalment tallada. I finalment, per a la regió de saturació, tant la jonció del colector com la de l'emissor estan polaritzades directament.