Bipolaarinen kytkentätransistori

BJT Määritelmä

Bipolaarinen yhdistyskytkin (myös tunnettu nimellä BJT tai BJT-kytkin) on kolmiportainen semikonduktori, joka koostuu kahdesta p-n-yhdistyksestä ja joka kykenee vahvistamaan signaalia. Se on virtaohjattu laite. BJT:n kolme pistettä ovat perus, kerääjä ja emittentti. BJT on sellainen transistoryyppi, joka käyttää sekä elektroneja että aukkoja varauksen kuljetuksessa.

Pieni amplitudin signaali, joka annetaan peruskirjoituspisteeseen, on saatavilla vahvistettuna muodossa transistorin kerääjässä. Tämä on vahvistus, jonka BJT tarjoaa. Huomioi, että vahvistusta varten tarvitaan ulkoinen DC-virtalähde.

On olemassa kaksi tyyppiä bipolaarisia yhdistyskytkimiä – NPN-transistorit ja PNP-transistorit. Alla on esitetty näiden kahden tyyppisen bipolaarisen yhdistyskytkimen kaavio.

Yllä olevasta kuvasta näemme, että jokaisella BJT:lla on kolme osaa, nimeltään emittentti, perus ja kerääjä. JE ja JC edustavat emittentin ja kerääjän yhdistystä vastaavasti. Nyt riittää meille tietää, että emittentti-perusyhdistys on etuvarautunut ja kerääjä-perusyhdistys on taivarvarautunut. Seuraava aihe kuvaa näiden transistorien kaksi tyyppiä.

NPN Bipolaarinen Yhdistyskytkin

N-P-N bipolaarisessa transistorissa (tai npn-transistorissa) yksi p-tyyppinen semikonduktori sijaitsee kahden n-tyyppisen semikonduktorin välissä. Alla on esitetty n-p-n transistorin kaavio. Nyt IE, IC on emittentin virta ja kerääjän virta vastaavasti, ja VEB ja VCB ovat emittenti-perusjännite ja kerääjä-perusjännite. Perinteisen mukaan, jos emittentille, peruselle ja kerääjälle virta IE, IB ja IC menee transistoriin, virtan merkki otetaan positiiviseksi, ja jos virta menee transistorista ulos, niin merkki otetaan negatiiviseksi. Voimme luoda taulukon eri virtojen ja jännitteiden välillä n-p-n transistorissa.

PNP Bipolaarinen Yhdistyskytkin

Vastaavasti p-n-p bipolaarisessa yhdistyskytkimessä (tai pnp-transistorissa) n-tyyppinen semikonduktori on levitetty kahden p-tyyppisen semikonduktorin välille. Alla on esitetty p-n-p transistorin kaavio.

P-n-p-transistorissa virta menee transistoriin emittenttipisteen kautta. Kuten mikä tahansa bipolaarinen yhdistyskytkin, emittenti-perusyhdistys on etuvarautunut ja kerääjä-perusyhdistys on taivarvarautunut. Voimme luoda myös p-n-p-transistorin emittentin, peruksen ja kerääjän virran, sekä emittenti-perus-, kerääjä-perus- ja kerääjä-emittenttijännitteen taulukon.

BJT:n Toimintaperiaate

Kuvassa on n-p-n transistori, joka on varautunut aktiivisella alueella (katso transistorin varautuminen), BE-yhdistys on etuvarautunut, kun taas CB-yhdistys on taivarvarautunut. BE-yhdistyksen tyhjiöalueen leveys on pienempi verrattuna CB-yhdistyksen tyhjiöalueeseen.

Etuvaraus BE-yhdistyksessä laskee estejännitteen, mikä mahdollistaa elektronien virtauksen emittentistä peruselle. Koska perus on ohut ja kevyesti doppattu, siinä on hyvin vähän aukkoja. Noin 2 % emittentin elektroneista yhdistyvät aukkojen kanssa perussa ja virtaavat ulos peruspisteen kautta.

Tämä muodostaa perusvirtan, joka johtuu elektronien ja aukkojen yhdistymisestä (huomioi, että perinteisen virtasuunta on päinvastainen kuin elektronien virtaan). Loput suuri määrä elektroneja ylittää taivarvarautuneen kerääjäyhdistyksen muodostaakseen kerääjävirtan. Niinpä KCL:n mukaan,

Perusvirta on hyvin pieni verrattuna emittentti- ja kerääjävirtaan.

Tässä enemmistö varauksen kuljettajina toimivat elektronit. P-n-p-transistorin toiminta on sama kuin n-p-n-transistorin, ainoa ero on, että enemmistön varauksen kuljettajina toimivat aukot eivätkä elektronit. Vain pieni osa virtausta tapahtuu enemmistön kuljettajien kautta, ja suurin osa virtausta tapahtuu vähemmistön kuljettajien kautta BJT:ssä. Siksi ne kutsutaan vähemmistön kuljettajalaiteiksi.

BJT:n Vastaekseli

P-n-yhdistys on esitetty diodilla. Koska transistorissa on kaksi p-n-yhdistystä, se on vastaavissa kahden dioden takaperin kytkettyyn kokoonpanoon. Tätä kutsutaan BJT:n kahden dioden analogian.

Bipolaaristen Yhdistyskytkimien Ominaisuudet

BJT:n kolme osaa ovat kerääjä, emittentti ja perus. Ennen kuin tutustumme bipolaaristen yhdistyskytkimien ominaisuuksiin, meidän on tiedettävä tämän tyyppisten transistorien toimintatavoista. Toimintatavat ovat

• Yhteinen perus (CB) -tila

• Yhteinen emittentti (CE) -tila

• Yhteinen kerääjä (CC) -tila

Kaikki kolme tilaa on esitetty alla

Nyt siirtyen BJT:n ominaisuuksiin, eri toimintatavoille on erilaisia ominaisuuksia. Ominaisuudet ovat graafisia suhteita transistorin eri virran ja jännitteen muuttujien välillä. P-n-p-transistorien ominaisuudet on annettu eri toimintatavoille ja eri parametreille.

Yhteinen Perusominaisuudet

Syöttöominaisuudet

P-n-p-transistorissa syöttövirta on emittentin virta (IE) ja syöttöjännite on kerääjäperusjännite (VCB).

Koska emittenti-perusyhdistys on etuvarautunut, IE:n ja VEB:n välinen kaavio on samankaltainen kuin p-n-diodin etuvarausominaisuudet. IE kasvaa vakio-VEB:llä, kun VCB kasvaa.

Ulostulo-ominaisuudet

Ulostulo-ominaisuudet näyttävät ulostulojännitteen ja ulostulovirran IC:n välistä suhdetta, kun kerääjäperusjännite ja emittentin virta IE toimivat parametreina. Alla on esitetty p-n-p-transistorin ulostulo-ominaisuudet CB-tilassa.

Kuten tiedämme, p-n-p-transistorissa IE ja VEB ovat positiivisia, ja IC, IB, VCB ovat negatiivisia. Näitä on kolme aluetta käyrässä: aktiivinen alue, satuunnin alue ja katkaisualue. Aktiivinen alue on alue, jolla transistori toimii normaalisti.

Tässä emittentin yhdistys on taivarvarautunut. Saturaatiossa molemmat emittentti-kerääjäyhdistykset ovat etuvarautuneet. Lopuksi katkaisualueessa molemmat emittentti- ja kerääjäyhdistykset ovat taivarvarautuneet.

Yhteinen Emitterin Ominaisuudet

Syöttöominaisuudet

IB (perusvirta) on syöttövirta, VBE (perus-emittenttijännite) on syöttöjännite CE (yhteinen emittentti) -tilassa. Joten, CE-tilan syöttöominaisuudet ovat IB:n ja VBE:n välinen suhde, kun VCE toimii parametrina. Ominaisuudet on esitetty alla

Typiset CE-syöttöominaisuudet ovat samankaltaisia kuin p-n-diodin etuvarausominaisuudet. Mutta kun VCB kasvaa, perusleveys pienenee.

Ulostulo-ominaisuudet

CE-tilan ulostulo-ominaisuudet ovat kerääjävirran (IC) ja kerääjä-emittenttijännitteen (VCE) välinen käyrä, kun perusvirta IB toimii parametrina. Ominaisuudet on esitetty alla olevassa kuvassa.

Kuten yhteisen perusominaisuuden ulostulo-ominaisuudet, CE-tilalla on myös kolme aluetta: (i) aktiivinen alue, (ii) katkaisualue, (iii) satuunnin alue. Aktiivisella alueella kerääjän yhdistys on taivarvarautunut ja emittentin yhdistys on etuvarautunut.

Katkaisualueella emittentin yhdistys on hieman taivarvarautunut, mutta kerääjävirta ei ole kokonaan keskeytetty. Ja lopuksi satuunnin alueella molemmat kerääjä- ja emittentin yhdistykset ovat etuvarautuneet.