Bipolarni spojnasti tranzistor

Definicija BJT-a

Bipolarni spojnici transistora (poznat i kao BJT ili BJT Transistor) su trokrajni poluprovodnički uređaji sastavljeni od dvije p-n spojnice koje mogu pojačavati ili magnificirati signal. To je uređaj kontroliran strujom. Tri kraka BJT-a su baza, kolektor i emitent. BJT je vrsta tranzistora koja koristi i elektrone i luke kao nositelje naboja.

Signal mala amplituda, ako se primijeni na bazu, dostupan je u pojačanom obliku na kolektoru tranzistora. To je pojačanje pruženo BJT-om. Treba napomenuti da za izvođenje procesa pojačanja potreban je vanjski izvor DC struje.

Postoje dvije vrste bipolarnih spojnih tranzistora – NPN tranzistori i PNP tranzistori. Dijagram ove dvije vrste bipolarnih spojnih tranzistora daje se ispod.

Iz gornjeg dijagrama možemo vidjeti da svaki BJT ima tri dijela nazvane emitent, baza i kolektor. JE i JC predstavljaju spoj emitenta i spoj kolektora redom. Za sada je dovoljno znati da je spoj emitenta-baza prenapnjen u smjeru, a spoj kolektor-baza prenapnjen protusmjerom. Sljedeća tema će opisati te dvije vrste tranzistora.

NPN Bipolarni Sponji Tranzistor

U n-p-n bipolarnom tranzistoru (ili npn tranzistoru) jedan p-tip poluprovodnika nalazi se između dva n-tipa poluprovodnika. Na dijagramu ispod prikazan je n-p-n tranzistor. I E, IC su struja emitenta i struja kolektora redom, a VEB i VCB su naponi emitent-baza i kolektor-baza redom. Prema konvenciji, ako struja emitenta, baze i kolektora IE, IB i IC ulazi u tranzistor, predznak struje uzima se kao pozitivan, a ako struja izlazi iz tranzistora, predznak se uzima kao negativan. Možemo tabulirati različite struje i napone unutar n-p-n tranzistora.

PNP Bipolarni Sponji Tranzistor

Slično, za p-n-p bipolarni spojni tranzistor (ili pnp tranzistor), n-tip poluprovodnika nalazi se između dva p-tipa poluprovodnika. Dijagram p-n-p tranzistora prikazan je ispod.

Za p-n-p tranzitore, struja ulazi u tranzistor kroz terminal emitenta. Kao i kod bilo kojeg bipolarnog spojnog tranzistora, spoj emitent-baza je prenapnjen u smjeru, a spoj kolektor-baza je prenapnjen protusmjerom. Možemo tabulirati struju emitenta, baze i kolektora, kao i napone emitent-baza, kolektor-baza i kolektor-emitent za p-n-p tranzitore također.

Princip Rada BJT-a

Dijagram prikazuje n-p-n tranzistor prenapnjen u aktivnoj regiji (vidi prenapnjanje tranzistora), spoj BE je prenapnjen u smjeru, dok je spoj CB prenapnjen protusmjerom. Širina regiona iscrpljenja spoja BE manja je u usporedbi s spojem CB.

Prepanjanje u smjeru na spoju BE snižava barijerski potencijal, omogućujući tok elektrona od emitenta do baze. Budući da je baza tanka i slabo dopirana, ima vrlo malo lukova. Oko 2% elektrona iz emitenta rekombinira s lukovima u bazi i toče se kroz terminal baze.

To čini struju baze, koja teče zbog rekombinacije elektrona i lukova (Napomena: smjer konvencionalne struje suprotan je smjeru toka elektrona). Ostatak velikog broja elektrona prelazi prekriven spoj kolektora kako bi činio struju kolektora. Tako prema KCL,

Struja baze vrlo je mala u usporedbi s strujama emitenta i kolektora.

Ovdje, većina nositelja naboja su elektroni. Rad p-n-p tranzistora isti je kao n-p-n, samo razlika je u tome što su glavni nositelji naboja lukovi umjesto elektrona. Samo mali dio struje teče zbog glavnih nositelja, a većina struje teče zbog manjinskih nositelja u BJT-u. Stoga se zovu uređaji s manjinskim nositeljima.

Ekvivalentni Kolo BJT-a

p-n spojnica predstavljena je diodom. Budući da tranzistor ima dvije p-n spojnice, ekvivalentan je dvije diode spojene leđa-leđa. To se naziva analogija dvije diode BJT-a.

Karakteristike Bipolarnih Sponjih Tranzistora

Tri dijela BJT-a su kolektor, emitent i baza. Prije nego što saznamo o karakteristikama bipolarnih spojnih tranzistora, moramo znati o modovima rada ovog tipa tranzistora. Modovi su:

• Common Base (CB) mod

• Common Emitter (CE) mod

• Common Collector (CC) mod

Svi tri tipa modova prikazani su ispod.

Sada kad se vratimo karakteristikama BJT-a, postoje različite karakteristike za različite mode rada. Karakteristike su ništa drugo do grafičke forme odnosa među različitim varijablama struje i napona tranzistora. Karakteristike za p-n-p tranzitore date su za različite mode i parametre.

Common Base Characteristics

Input Characteristics

Za p-n-p tranzistor, ulazna struja je struja emitenta (IE) i ulazni napon je napon kolektor-baza (VCB).

Budući da je spoj emitent-baza prenapnjen u smjeru, grafikon IE vs. VEB sličan je karakteristikama prenapnjenog p-n dioda. IE raste za fiksni VEB kada VCB raste.

Output Characteristics

Izlazne karakteristike pokazuju odnos između izlaznog napona i izlazne struje. IC je izlazna struja, a napon kolektor-baza i struja emitenta IE su ulazne struje i radile kao parametri. Dijagram ispod pokazuje izlazne karakteristike za p-n-p tranzistor u CB modu.

Kao što znamo, za p-n-p tranzitore IE i VEB su pozitivni, a IC, IB, VCB su negativni. Postoje tri regije u krivulji: aktivna regija, regija zasićenja i regija isključenja. Aktivna regija je regija u kojoj tranzistor normalno radi.

Ovdje je spoj emitent-baza prenapnjen protusmjerom. Sada, regija zasićenja je regija u kojoj su oba spoja emitent-kolektor prenapnjeni u smjeru. Konačno, regija isključenja je regija u kojoj su oba spoja emitent i kolektor prenapnjeni protusmjerom.

Common Emitter Characteristics

Input characteristics

IB (struja baze) je ulazna struja, VBE (napon baze-emitent) je ulazni napon za CE (Common Emitter) mod. Dakle, ulazne karakteristike za CE mod bit će odnos između IB i VBE s VCE kao parametrom. Karakteristike prikazane su ispod.

Tipične CE ulazne karakteristike slične su onima prenapnjenog p-n dioda. Ali kako VCB raste, širina baze smanjuje se.

Output Characteristics

Izlazne karakteristike za CE mod su krivulja ili grafikon između struje kolektora (IC) i napona kolektor-emitent (VCE) kada je struja baze IB parametar. Karakteristike prikazane su ispod na dijagramu.

Kao i izlazne karakteristike tranzistora s zajedničkom bazom, CE mod također ima tri regije: (i) aktivna regija, (ii) regija isključenja, (iii) regija zasićenja. Aktivna regija ima spoj kolektora prenapnjen protusmjerom, a spoj emitent-baza prenapnjen u smjeru.

Za regiju isključenja, spoj emitent-baza je blago prenapnjen protusmjerom, a struja kolektora nije potpuno isključena. Konačno, za regiju zasićenja, oba spoja, kolektor i emitent, su prenapnjeni u smjeru.