Bipolarer Junctionstransistor

BJT-Definition

Ein Bipolarer Junction Transistor (auch bekannt als BJT oder BJT-Transistor) ist ein dreigliedriges Halbleiterbauteil, das aus zwei p-n-Übergängen besteht und in der Lage ist, ein Signal zu verstärken oder zu vergrößern. Es handelt sich um ein stromgesteuertes Bauteil. Die drei Anschlüsse des BJT sind Basis, Kollektor und Emitter. Ein BJT ist eine Art von Transistor, die sowohl Elektronen als auch Löcher als Ladungsträger verwendet.

Ein Signal mit geringer Amplitude, das an die Basis angelegt wird, ist im verstärkten Zustand am Kollektor des Transistors verfügbar. Dies ist die Verstärkung, die durch den BJT bereitgestellt wird. Beachten Sie, dass für den Verstärkungsprozess eine externe Gleichstromquelle erforderlich ist.

Es gibt zwei Arten von bipolaren Junction-Transistoren – NPN-Transistoren und PNP-Transistoren. Eine Darstellung dieser beiden Arten von bipolaren Junction-Transistoren ist unten gezeigt.

Aus der obigen Abbildung können wir sehen, dass jeder BJT drei Teile namens Emitter, Basis und Kollektor hat. JE und JC stellen den Übergang des Emitters und den Übergang des Kollektors dar. Zunächst genügt es, zu wissen, dass der Emitter-Basis-Übergang vorgespannt und der Kollektor-Basis-Übergang rückgespannt ist. Das nächste Thema beschreibt die beiden Arten dieser Transistoren.

NPN-Bipolarer Junction Transistor

In einem n-p-n-bipolaren Transistor (oder npn-Transistor) befindet sich ein p-typisches Halbleitermaterial zwischen zwei n-typischen Halbleitermaterialien. In der folgenden Abbildung ist ein n-p-n-Transistor dargestellt. I_E und I_C sind der Emitterstrom und der Kollektorstrom, VEB und VCB sind die Emitter-Basis-Spannung und die Kollektor-Basis-Spannung. Gemäß der Konvention, wenn für Emitter, Basis und Kollektor der Strom I_E, I_B und I_C in den Transistor fließt, wird das Vorzeichen des Stroms als positiv angesehen, und wenn der Strom aus dem Transistor fließt, wird das Vorzeichen als negativ betrachtet. Wir können die verschiedenen Ströme und Spannungen innerhalb des n-p-n-Transistors tabellarisch darstellen.

PNP-Bipolarer Junction Transistor

Ähnlich beim p-n-p-bipolaren Junction-Transistor (oder pnp-Transistor) ist ein n-typisches Halbleitermaterial zwischen zwei p-typischen Halbleitermaterialien eingeschlossen. Die Abbildung eines p-n-p-Transistors ist unten dargestellt.

Für p-n-p-Transistoren fließt der Strom über den Emitteranschluss in den Transistor. Wie bei jedem bipolaren Junction-Transistor ist der Emitter-Basis-Übergang vorgespannt und der Kollektor-Basis-Übergang rückgespannt. Wir können den Emitter-, Basis- und Kollektorstrom sowie die Emitter-Basis-, Kollektor-Basis- und Kollektor-Emitter-Spannung für p-n-p-Transistoren ebenfalls tabellarisch darstellen.

Funktionsprinzip des BJT

Die Abbildung zeigt einen n-p-n-Transistor, der in der aktiven Region vorgespannt ist (siehe Transistorvorspannung), wobei der BE-Übergang vorgespannt und der CB-Übergang rückgespannt ist. Die Breite der Depletionsschicht des BE-Übergangs ist im Vergleich zur CB-Übergangsdepletionsschicht gering.

Die Vorspannung am BE-Übergang senkt das Barrierefeldpotential, sodass Elektronen vom Emitter zur Basis fließen können. Da die Basis dünn und leicht dotiert ist, besitzt sie sehr wenige Löcher. Etwa 2% der Elektronen vom Emitter rekombinieren mit Löchern in der Basis und fließen über den Basisanschluss ab.

Dies bildet den Basisstrom, der aufgrund der Rekombination von Elektronen und Löchern fließt (Beachten Sie, dass die Richtung des konventionellen Stromflusses entgegengesetzt zur Richtung des Elektronenflusses ist). Der Rest der großen Anzahl an Elektronen wird den rückgespannten Kollektorübergang überqueren, um den Kollektorstrom zu bilden. Somit ergibt sich nach KCL,

Der Basisstrom ist im Vergleich zum Emitter- und Kollektorstrom sehr gering.

Hier sind die meisten Ladungsträger Elektronen. Der Betrieb eines p-n-p-Transistors ist gleich dem des n-p-n-Transistors, der einzige Unterschied ist, dass die Hauptladungsträger Löcher anstelle von Elektronen sind. Nur ein kleiner Teil des Stroms fließt aufgrund der Hauptladungsträger, und der Großteil des Stroms fließt aufgrund der Minderheitsladungsträger in einem BJT. Daher werden sie als Minderheitsladungsträger-Geräte bezeichnet.

Äquivalentes Schaltbild des BJT

Ein p-n-Übergang wird durch eine Diode dargestellt. Da ein Transistor zwei p-n-Übergänge hat, ist er äquivalent zu zwei Rückwärts verbundenen Dioden. Dies wird als die Zweidioden-Analogie des BJT bezeichnet.

Eigenschaften bipolarer Junction-Transistoren

Die drei Teile eines BJT sind Kollektor, Emitter und Basis. Bevor wir uns mit den Eigenschaften bipolarer Junction-Transistoren befassen, müssen wir die Arbeitsmodi dieser Art von Transistoren kennen. Die Modi sind:

• Common Base (CB)-Modus

• Common Emitter (CE)-Modus

• Common Collector (CC)-Modus

Alle drei Moditypen sind unten dargestellt.

Was die Eigenschaften des BJT betrifft, so gibt es verschiedene Eigenschaften für verschiedene Arbeitsmodi. Eigenschaften sind nichts anderes als graphische Darstellungen der Beziehungen zwischen den verschiedenen Strom- und Spannungsvariablen des Transistors. Die Eigenschaften für p-n-p-Transistoren werden für verschiedene Modi und Parameter angegeben.

Eigenschaften des Common Base-Modus

Eingangseigenschaften

Für den p-n-p-Transistor ist der Eingangsstrom der Emitterstrom (I_E) und die Eingangsspannung die Kollektor-Basis-Spannung (V_CB).

Da der Emitter-Basis-Übergang vorgespannt ist, ist das Diagramm von I_E gegen V_EB ähnlich den Vorwärtseigenschaften einer p-n-Diode. I_E nimmt für festes V_EB zu, wenn V_CB zunimmt.

Ausgangseigenschaften

Die Ausgangseigenschaften zeigen die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom I_C. I_C ist der Ausgangsstrom und die Kollektor-Basis-Spannung, während der Emitterstrom I_E der Eingangsstrom ist und als Parameter fungiert. Die folgende Abbildung zeigt die Ausgangseigenschaften eines p-n-p-Transistors im CB-Modus.

Wie wir wissen, sind für p-n-p-Transistoren I_E und V_EB positiv, während I_C, I_B und V_CB negativ sind. Es gibt drei Bereiche in der Kurve: den aktiven Bereich, den Sättigungs- und den Sperrbereich. Der aktive Bereich ist der Bereich, in dem der Transistor normal arbeitet.

Hier ist der Emitterübergang rückgespannt. Der Sättigungs-Bereich ist der Bereich, in dem beide Emitter-Kollektor-Übergänge vorgespannt sind. Und schließlich ist der Sperrbereich der Bereich, in dem sowohl der Emitter- als auch der Kollektorübergang rückgespannt sind.