Bipolær Junction Transistor

BJT Definition

En Bipolar Junction Transistor (også kendt som BJT eller BJT-transistor) er en tre-terminal semikonduktordel bestående af to p-n-forbindelser, der kan forstærke eller forøge et signal. Det er en strømstyret enhed. De tre terminaler på BJT er base, collector og emitter. En BJT er en type transistor, der bruger både elektroner og huller som ladningsbærere.

Et signal med lille amplitud, hvis det anvendes på basen, er tilgængeligt i forstærket form ved collectoren på transistoren. Dette er forstærkningen, der ydes af BJT. Bemærk, at det kræver en ekstern kilde til DC-strømforsyning for at udføre forstærkningsprocessen.

Der findes to typer bipolar junction transistorer – NPN-transistorer og PNP-transistorer. Et diagram over disse to typer bipolar junction transistorer vises nedenfor.

Fra ovenstående figur kan vi se, at hver BJT har tre dele, nemlig emitter, base og collector. JE og JC repræsenterer henholdsvis forbindelsen mellem emitter og forbindelsen mellem collector. For nuværende er det tilstrækkeligt for os at vide, at emitter-baseret forbindelse er fremskredet polariseret, og collector-base forbindelser er bagpolariseret. Det næste emne vil beskrive de to typer af disse transistorer.

NPN Bipolar Junction Transistor

I en n-p-n bipolar transistor (eller npn-transistor) ligger en p-type semikonduktor mellem to n-type semikonduktore. I figuren nedenfor vises en n-p-n transistor. Nu er IE og IC henholdsvis emitterstrøm og collectorstrøm, og VEB og VCB er emitter-base spænding og collector-base spænding. Ifølge konventionen, hvis strømmen IE, IB og IC går ind i transistoren, tages strømmens fortegn som positiv, og hvis strømmen går ud af transistoren, tages fortegnet som negativ. Vi kan opstille de forskellige strømme og spændinger i den n-p-n transistor.

PNP Bipolar Junction Transistor

Ligeledes for p-n-p bipolar junction transistor (eller pnp-transistor), er en n-type semikonduktor placeret mellem to p-type semikonduktore. Diagrammet over en p-n-p transistor vises nedenfor.

For p-n-p-transistorer går strømmen ind i transistoren gennem emitterterminalen. Som alle bipolar junction transistorer, er emitter-base forbindelsen fremskredet polariseret, og collector-base forbindelsen er bagpolariseret. Vi kan også opstille emitter-, base- og collectorstrøm, samt emitter-base, collector-base og collector-emitter spændinger for p-n-p-transistorer.

Arbejdsmåde for BJT

Figuren viser en n-p-n transistor polariseret i aktiv region (se transistor polarisering), BE-forbindelsen er fremskredet polariseret, mens CB-forbindelsen er bagpolariseret. Bredden af udtømmelsesregionen for BE-forbindelsen er mindre sammenlignet med CB-forbindelsen.

Fremskredet polarisering ved BE-forbindelsen reducerer barrierepotentialen, hvilket tillader elektroner at flyde fra emitteren til basen. Da basen er tynd og let dopet, har den få huller. Omkring 2% af elektronerne fra emitteren rekomponerer med huller i basen og flyder ud gennem baseterminalen.

Dette udgør basestrømmen, den flyder på grund af rekomposition af elektroner og huller (Bemærk, at retningen af konventionel strømflyd er modsat den af elektronflyd). De resterende mange elektroner vil krydse den bagpolariserede collectorforbindelse for at udgøre collectorstrømmen. Så ifølge KCL,

Basestrømmen er meget lille sammenlignet med emitter- og collectorstrøm.

Her er de fleste ladningsbærere elektroner. Funktionen af en p-n-p-transistor er den samme som for en n-p-n, den eneste forskel er, at de fleste ladningsbærere er huller i stedet for elektroner. Kun en lille del af strømmen flyder på grund af flertalsladningsbærere, og de fleste flyder på grund af minoritetsladningsbærere i en BJT. Derfor kaldes de for minoritetsladningsbærer-enheder.

Ækvivalentkredsløb for BJT

En p-n-forbindelse repræsenteres af en diode. Eftersom en transistor har to p-n-forbindelser, er den ækvivalent med to dioder forbundet ryg mod ryg. Dette kaldes for to-diode analogi for BJT.

Egenskaber for Bipolar Junction Transistorer

De tre dele af en BJT er collector, emitter og base. Før vi kommer ind på egenskaberne for bipolar junction transistor, skal vi vide om driftstilstande for denne type transistorer. Tilstandene er

• Common Base (CB) tilstand

• Common Emitter (CE) tilstand

• Common Collector (CC) tilstand

Alle tre typer tilstande vises nedenfor

Når vi kommer ind på egenskaberne for BJT, er der forskellige egenskaber for forskellige driftstilstande. Egenskaber er intet andet end grafiske former for relationer mellem forskellige strøm- og spændingsvariable i transistoren. Egenskaberne for p-n-p-transistorer er givet for forskellige tilstande og parametre.

Common Base Egenskaber

Indgangsegenskaber

For p-n-p-transistor er indgangsstrømmen emitterstrømmen (IE), og indgangsspændingen er collector-base spændingen (VCB).

Da emitter-base forbindelsen er fremskredet polariseret, er grafen for IE Vs VEB lignende med de fremskredte egenskaber for en p-n-diode. IE øges for fastlagt VEB, når VCB øges.

Udgangsegenskaber

Udgangsegenskaberne viser forholdet mellem udgangsspænding og udgangsstrøm IC er udgangsstrømmen, og collector-base spænding, og emitterstrøm IE er indgangsstrømmen og fungerer som parametre. Figuren nedenfor viser udgangsegenskaberne for en p-n-p-transistor i CB-tilstand.

Som vi ved for p-n-p-transistorer er IE og VEB positive, og IC, IB, VCB er negative. Der er tre regioner i kurven: aktiv region, saturationsregion og cut-off-region. Aktiv regionen er regionen, hvor transistoren normalt opererer.

Her er emitterforbindelsen bagpolariseret. Nu er saturationsregionen regionen, hvor både emitter-collector forbindelser er fremskredet polariseret. Og til sidst er cut-off-regionen regionen, hvor både emitter- og collectorforbindelser er bagpolariseret.

Common Emitter Egenskaber

Indgangsegenskaber

IB (Base Strøm) er indgangsstrømmen, VBE (Base – Emitter Spænding) er indgangsspændingen for CE (Common Emitter) tilstand. Så, indgangsegenskaberne for CE-tilstand vil være forholdet mellem IB og VBE med VCE som parameter. Egenskaberne vises nedenfor

De typiske CE-indgangsegenskaber er lignende med de fremskredte egenskaber for en p-n-diode. Men da VCB øges, minker basens bredde.

Udgangsegenskaber

Udgangsegenskaber for CE-tilstand er kurven eller grafen mellem collectorstrøm (IC) og collector-emitter spænding (VCE), når basestrøm IB er parameter. Egenskaberne vises nedenfor i figuren.

Ligesom udgangsegenskaberne for common-base transistor har CE-tilstand også tre regioner, nemlig (i) aktiv region, (ii) cut-off-region, (iii) saturationsregion. Den aktive region har collectorregionen bagpolariseret, og emitterforbindelsen er fremskredet polariseret.

For cut-off-region er emitterforbindelsen lidt bagpolariseret, og collectorstrømmen er ikke totalt afbrudt. Og til sidst, for saturationsregion er både collector- og emitterforbindelser fremskredet polariseret.