Dvoupólový tranzistor

Definice BJT

Bipolární tranzistor s spojkou (také známý jako BJT nebo BJT tranzistor) je třívývodové polovodičové zařízení složené ze dvou p-n spojek, které jsou schopny zesilovat nebo zvětšovat signál. Je to zařízení řízené proudem. Tři vývody BJT jsou báze, sběrač a emitor. BJT je typ tranzistoru, který používá jak elektrony, tak díry jako nosiče náboje.

Signál malé amplitudy, pokud je aplikován na bázi, je k dispozici ve zvětšené formě na sběrači tranzistoru. To je zesílení poskytované BJT. Poznámka: Pro provádění procesu zesílení je potřeba externího zdroje stejnosměrného napájení.

Existují dva typy bipolárních tranzistorů s spojkou – NPN tranzistory a PNP tranzistory. Níže je uveden diagram těchto dvou typů bipolárních tranzistorů s spojkou.

Z výše uvedeného obrázku můžeme vidět, že každý BJT má tři části nazvané emitor, báze a sběrač. JE a JC reprezentují spojku emitru a spojku sběrače. Nyní je pro nás dostatečné vědět, že spojka emitru-báze je předpolárována a spojka sběrače-báze je protipolárována. Další téma popíše tyto dva typy tranzistorů.

NPN Bipolární Tranzistor s Spojkou

V n-p-n bipolárním tranzistoru (nebo npn tranzistoru) se jedna p-typová polovodičová vrstva nachází mezi dvěma n-typovými polovodičovými vrstvami. Níže je uveden diagram n-p-n tranzistoru. Nyní IE, IC jsou proudy emitru a sběrače a VEB a VCB jsou napětí emitru-báze a sběrače-báze. Podle konvence, pokud pro emitor, bázi a sběrač proudy IE, IB a IC jdou do tranzistoru, znaménko proudu se bere jako kladné a pokud proud jde z tranzistoru, znaménko se bere jako záporné. Můžeme tabulovat různé proudy a napětí uvnitř n-p-n tranzistoru.

PNP Bipolární Tranzistor s Spojkou

Podobně pro p-n-p bipolární tranzistor s spojkou (nebo pnp tranzistor), je n-typový polovodič umístěn mezi dvěma p-typovými polovodiči. Níže je uveden diagram p-n-p tranzistoru.

Pro p-n-p tranzistory vstupuje proud do tranzistoru přes terminál emitru. Stejně jako u jakéhokoli bipolárního tranzistoru s spojkou, spojka emitru-báze je předpolárována a spojka sběrače-báze je protipolárována. Můžeme tabulovat proudy emitru, báze a sběrače, stejně jako napětí emitru-báze, sběrače-báze a sběrače-emitru pro p-n-p tranzistory také.

Princip Funkce BJT

Obrázek ukazuje n-p-n tranzistor polarizovaný v aktivní oblasti (viz polarizace tranzistoru), spojka BE je předpolárována, zatímco spojka CB je protipolárována. Šířka deplečního regionu spojky BE je menší než šířka deplečního regionu spojky CB.

Předpolárování na spojce BE snižuje bariérové napětí, což umožňuje tok elektronů z emitru do báze. Protože báze je tenká a málo dotovaná, má velmi málo děr. Asi 2% elektronů z emitru rekombinuje s děrami v bázi a odtéká ven přes terminál báze.

Toto tvoří proud báze, který plyne z rekombinace elektronů a děr (poznámka: směr konvenčního toku proudu je opačný k toku elektronů). Zbývající velké množství elektronů přejde přes protipolárovanou spojku sběrače a tvoří proud sběrače. Takže podle KCL,

Proud báze je velmi malý v porovnání s proudem emitru a sběrače.

Zde jsou hlavní nosiče náboje elektrony. Funkce p-n-p tranzistoru je stejná jako funkce n-p-n, jediný rozdíl je, že hlavní nosiče náboje jsou díry místo elektronů. Pouze malá část proudu teče díky hlavním nosičům a většina proudu teče díky vedlejším nosičům v BJT. Proto se nazývají zařízení vedlejších nosičů.

Ekvivalentní Obvod BJT

P-n spojka je reprezentována diodou. Jelikož tranzistor má dvě p-n spojky, je ekvivalentní dvěma diodám spojeným zpětně. To se nazývá dvoudiodová analogie BJT.

Charakteristiky Bipolárních Tranzistorů s Spojkou

Tři části BJT jsou sběrač, emitor a báze. Než se dozvíme o charakteristikách bipolárních tranzistorů s spojkou, musíme se nejdříve naučit o režimech fungování těchto tranzistorů. Režimy jsou

• Režim společné báze (CB)

• Režim společného emitru (CE)

• Režim společného sběrače (CC)

Všechny tři typy režimů jsou uvedeny níže

Nyní se přiblížíme k charakteristikám BJT, existují různé charakteristiky pro různé režimy fungování. Charakteristika je nic jiného než grafické vyjádření vztahů mezi různými proměnnými proudu a napětí tranzistoru. Charakteristiky pro p-n-p tranzistory jsou uvedeny pro různé režimy a parametry.

Charakteristiky Společné Báze

Vstupní Charakteristiky

Pro p-n-p tranzistor je vstupní proud proudem emitru (IE) a vstupní napětí je napětím sběrače-báze (VCB).

Jelikož spojka emitru-báze je předpolárována, graf IE vs. VEB je podobný předpolárovaným charakteristikám p-n diody. IE roste pro pevné VEB, když VCB roste.

Výstupní Charakteristiky

Výstupní charakteristiky ukazují vztah mezi výstupním napětím a výstupním proudem IC, který je výstupním proudem, a napětím sběrače-báze, zatímco proudu emitru IE je vstupní proud a funguje jako parametr. Níže je uvedena výstupní charakteristika pro p-n-p tranzistor v režimu CB.

Jak víme, pro p-n-p tranzistory jsou IE a VEB kladné a IC, IB, VCB jsou záporné. V křivce existují tři oblasti: aktivní oblast, nasycená oblast a odříznutá oblast. Aktivní oblast je oblast, kde tranzistor pracuje normálně.

Zde je spojka emitru protipolárována. Nyní je nasycená oblast ta, kde jsou obě spojky emitru-sběrače předpolárovány. A konečně, odříznutá oblast je ta, kde jsou obě spojky emitru a sběrače protipolárovány.

Charakteristiky Společného Emitru

Vstupní Charakteristiky

IB (proud báze) je vstupní proud, VBE (napětí báze-emitor) je vstupní napětí pro režim CE (společný emitor). Tedy, vstupní charakteristiky pro režim CE budou vztahem mezi IB a VBE s VCE jako parametrem. Charakteristiky jsou uvedeny níže

Typické vstupní charakteristiky CE jsou podobné předpolárovaným charakteristikám p-n diody. Ale jak VCB roste, šířka báze klesá.

Výstupní Charakteristiky

Výstupní charakteristiky pro režim CE jsou křivka nebo graf mezi proudem sběrače (IC) a napětím sběrače-emitor (VCE), kdy proud báze IB je parametrem. Charakteristiky jsou uvedeny níže v obrázku.

Stejně jako výstupní charakteristiky tranzistoru s společnou bází, režim CE také má tři oblasti: (i) aktivní oblast, (ii) odříznutá oblast, (iii) nasycená oblast. Aktivní oblast má spojku sběrače protipolárovanou a spojku emitru předpolárovanou.

Pro odříznutou oblast je spojka emitru mírně protipolárována a proud sběrače není úplně odříznut. A konečně, pro nasycenou oblast jsou obě spojky sběrače a emitru předpolárovány.