Bipolaire Junction Transistor

BJT Definitie

Een Bipolaire Junction Transistor (ook bekend als BJT of BJT Transistor) is een drie-polig halfgeleiderapparaat dat bestaat uit twee p-n overgangen die in staat zijn om een signaal te versterken of te vergroten. Het is een stroomgestuurd apparaat. De drie polen van de BJT zijn de basis, de collector en de emitter. Een BJT is een type transistor dat zowel elektronen als gaten gebruikt als ladingdragers.

Een signaal met kleine amplitude dat wordt toegepast op de basis, is in versterkte vorm beschikbaar op de collector van de transistor. Dit is de versterking die door de BJT wordt geleverd. Let op, het vereist een externe bron van gelijkstroomvoeding om het versterkingsproces uit te voeren.

Er zijn twee soorten bipolaire junction transistors – NPN transistors en PNP transistors. Een diagram van deze twee soorten bipolaire junction transistors wordt hieronder gegeven.

Uit de bovenstaande figuur kunnen we zien dat elke BJT drie delen heeft genaamd emitter, basis en collector. JE en JC vertegenwoordigen respectievelijk de overgang van de emitter en de overgang van de collector. Voorlopig is het voldoende voor ons om te weten dat de emitter-basisovergang voorwaarts bevoordeeld is en de collector-basisovergangen achterwaarts bevoordeeld zijn. Het volgende onderwerp zal de twee types van deze transistors beschrijven.

NPN Bipolaire Junction Transistor

In een n-p-n bipolaire transistor (of npn transistor) bevindt zich één p-type halfgeleider tussen twee n-type halfgeleiders. In de onderstaande afbeelding wordt een n-p-n transistor getoond. Nu, IE en IC staan respectievelijk voor de emitterstroom en de collectorstroom, en VEB en VCB staan voor de emitter-basis spanning en de collector-basis spanning. Volgens de conventie, als de stroom voor de emitter, basis en collector (IE, IB en IC) de transistor binnengaat, wordt het teken van de stroom als positief genomen en als de stroom de transistor verlaat, wordt het teken als negatief genomen. We kunnen de verschillende stromen en spanningen binnen de n-p-n transistor tabelleren.

PNP Bipolaire Junction Transistor

Op soortgelijke wijze, bij de p-n-p bipolaire junction transistor (of pnp transistor), wordt een n-type halfgeleider ingeklemd tussen twee p-type halfgeleiders. Het diagram van een p-n-p transistor wordt hieronder getoond.

Bij p-n-p transistors gaat de stroom de transistor binnen via de emitterpoel. Net als bij elke bipolaire junction transistor, is de emitter-basisovergang voorwaarts bevoordeeld en de collector-basisovergang achterwaarts bevoordeeld. We kunnen de emitter, basis en collectorstromen, evenals de emitter-basis, collector-basis en collector-emitter spanningen voor p-n-p transistors ook tabelleren.

Werkingsprincipe van BJT

De figuur toont een n-p-n transistor die in de actieve regio is bevoordeeld (zie transistorbevoordeling), de BE-overgang is voorwaarts bevoordeeld terwijl de CB-overgang achterwaarts bevoordeeld is. De breedte van de uitputtingsregio van de BE-overgang is kleiner vergeleken met die van de CB-overgang.

De voorwaartse bevoordeling aan de BE-overgang verlaagt het barrièrepotentiaal, waardoor elektronen kunnen stromen van de emitter naar de basis. Omdat de basis dun en licht gedopeerd is, heeft het zeer weinig gaten. Ongeveer 2% van de elektronen van de emitter recombineert met gaten in de basis en stroomt eruit via de basispoel.

Dit vormt de basisstroom, die ontstaat door de recombinatie van elektronen en gaten (let op, de richting van de conventionele stroom is tegengesteld aan die van de stroom van elektronen). De overige grote hoeveelheid elektronen zal de achterwaarts bevoordeelde collector-overgang oversteken om de collectorstroom te vormen. Dus volgens KCL,

De basisstroom is zeer klein in vergelijking met de emitter- en collectorstroom.

Hierbij zijn de meeste ladingdragers elektronen. Het werking van een p-n-p transistor is hetzelfde als van de n-p-n, het enige verschil is dat de meeste ladingdragers gaten zijn in plaats van elektronen. Slechts een klein deel van de stroom stroomt door de meeste ladingdragers, en de meeste stroom stroomt door minderheidsladingdragers in een BJT. Daarom worden ze minderheidsladingdragerapparaten genoemd.

Equivalent Circuit van BJT

Een p-n overgang wordt weergegeven door een diode. Aangezien een transistor twee p-n overgangen heeft, is het equivalent aan twee diodes die rug-aan-rug zijn verbonden. Dit wordt de twee-diode analogie van de BJT genoemd.

Kenmerken van Bipolaire Junction Transistors

De drie delen van een BJT zijn de collector, de emitter en de basis. Voordat we meer weten over de kenmerken van bipolaire junction transistors, moeten we eerst weten over de bedrijfsmodi voor dit type transistors. De modi zijn

• Common Base (CB) modus

• Common Emitter (CE) modus

• Common Collector (CC) modus

Alle drie de typen modi worden hieronder getoond

Nu komen we tot de kenmerken van BJT, er zijn verschillende kenmerken voor verschillende bedrijfsmodi. Kenmerken zijn niets anders dan de grafische vormen van de relaties tussen de verschillende stroom- en spanningvariabelen van de transistor. De kenmerken voor p-n-p transistors worden gegeven voor verschillende modi en parameters.

Gemeenschappelijke Basis Kenmerken

Ingangskenmerken

Voor de p-n-p transistor is de ingangsstroom de emitterstroom (IE) en de ingangsspanning de collector-basis spanning (VCB).

Aangezien de emitter-basisovergang voorwaarts bevoordeeld is, is de grafiek van IE vs. VEB vergelijkbaar met de voorwaartse kenmerken van een p-n diode. IE neemt toe voor een vaste VEB wanneer VCB toeneemt.

Uitgangskenmerken

De uitgangskenmerken tonen de relatie tussen de uitgangsspanning en de uitgangsstroom IC is de uitgangsstroom en de collector-basis spanning, en de emitterstroom IE is de ingangsstroom en fungeert als parameter. De figuur hieronder toont de uitgangskenmerken voor een p-n-p transistor in CB-modus.

Zoals we weten, zijn I E en VEB positief en IC, IB, VCB negatief voor p-n-p transistors. Er zijn drie regio's in de kromme: de actieve regio, de verzadigingsregio en de afsnijdingsregio. De actieve regio is de regio waar de transistor normaal werkt.

Hier is de emitterovergang achterwaarts bevoordeeld. Nu is de verzadigingsregio de regio waar zowel de emitter-collector overgangen voorwaarts bevoordeeld zijn. En ten slotte is de afsnijdingsregio de regio waar zowel de emitter- als de collectorovergangen achterwaarts bevoordeeld zijn.

Gemeenschappelijke Emitter Kenmerken

Ingangskenmerken

IB (basisstroom) is de ingangsstroom, VBE (basis-emitterspanning) is de ingangsspanning voor CE (gemeenschappelijke emitter) modus. Dus, de ingangskenmerken voor CE-modus zullen de relatie tussen IB en VBE met VCE als parameter zijn. De kenmerken worden hieronder getoond.

De typische CE-ingangskenmerken zijn vergelijkbaar met die van een voorwaarts bevoordeelde p-n diode. Maar als VCB toeneemt, neemt de basisbreedte af.

Uitgangskenmerken

De uitgangskenmerken voor CE-modus is de kromme of grafiek tussen de collectorstroom (IC) en de collector-emitterspanning (VCE) wanneer de basisstroom IB de parameter is. De kenmerken worden hieronder in de figuur getoond.

Net als de uitgangskenmerken van de gemeenschappelijke basis transistor, heeft de CE-modus ook drie regio's genaamd (i) Actieve regio, (ii) afsnijdingsregio, (iii) verzadigingsregio. De actieve regio heeft de collectorregio achterwaarts bevoordeeld en de emitterovergang voorwaarts bevoordeeld.

Voor de afsnijdingsregio is de emitterovergang licht achterwaarts bevoordeeld en de collectorstroom is niet volledig afgesneden. En ten slotte, voor de verzadigingsregio zijn zowel de collector- als de emitterovergangen voorwaarts bevoordeeld.