Dvopolni prehodni tranzistor

Definicija BJT

Bipolarni prehodni tranzistor (tudi BJT ali BJT Tranzistor) je polprevodniški element z tremi terminali, sestavljen iz dveh p-n prehodov, ki lahko pospešujejo ali razširjajo signal. Gre za napajanje z tokom. Tria terminala BJT so baza, prijemnik in emitter. BJT je vrsta tranzistorja, ki uporablja elektrone in luknje kot nosilce naboja.

Signal majhne amplitude, ki se uporabi na bazi, je na voljo v pospešenem obliku na prijemniku tranzistorja. To je pospeševanje, ki ga zagotavlja BJT. Opomba: za izvajanje procesa pospeševanja je potreben zunanji vir DC napajanja.

Obstajata dva tipa bipolarnih prehodnih tranzistorjev – NPN tranzistorji in PNP tranzistorji. Slika teh dveh tipov bipolarnih prehodnih tranzistorjev je podana spodaj.

Iz zgornje slike lahko vidimo, da ima vsak BJT tri dele, imenovane emitter, baza in prijemnik. JE in JC predstavljata prehod emiterja in prehod prijemnika. Za začetek je dovolj, da vemo, da je prehod emiter-baza napet v smeri in prehod prijemnik-baza napet v nasprotni smeri. Naslednja tema bo opisala te dve vrsti tranzistorjev.

NPN Bipolarni Prehodni Tranzistor

V n-p-n bipolarnem tranzistorju (ali npn tranzistorju) se med dvema n-tipa polprevodnika nahaja en p-tip polprevodnika. Spodaj je prikazan diagram n-p-n tranzistorja. I E in IC so tok emiterja in tok prijemnika, VEB in VCB pa so napetost emiter-baza in napetost prijemnik-baza. Po konvenciji, če tok emiterja, baze in prijemnika IE, IB in IC pride v tranzistor, je znak toka pozitiven, če pa gre iz tranzistorja, je negativen. Različne tokove in napetosti znotraj n-p-n tranzistorja lahko tabuliramo.

PNP Bipolarni Prehodni Tranzistor

Podobno za p-n-p bipolarni prehodni tranzistor (ali pnp tranzistor), se n-tip polprevodnika nahaja med dvema p-tipa polprevodnika. Spodaj je prikazan diagram p-n-p tranzistorja.

Za p-n-p tranzistorje tok vkračuje v tranzistor skozi terminal emiterja. Kot pri kateremkoli bipolarnem prehodnem tranzistorju, je prehod emiter-baza napet v smeri in prehod prijemnik-baza napet v nasprotni smeri. Tudi za p-n-p tranzistorje lahko tabuliramo tok emiterja, baze in prijemnika, kot tudi napetost emiter-baza, prijemnik-baza in prijemnik-emiter.

Načelo Delovanja BJT

Slika prikazuje n-p-n tranzistor, ki je napet v aktivnem območju (glejte napajanje tranzistorja), prehod BE je napet v smeri, medtem ko je prehod CB napet v nasprotni smeri. Širina izčrpanega območja prehoda BE je manjša v primerjavi z prehodom CB.

Napetost v smeri na prehodu BE zmanjša oviro, omogoča tok elektronov od emiterja do baze. Ker je baza tanka in slabo dopirana, ima zelo malo lukn. Okoli 2 % elektronov iz emiterja se ponovno združi z luknjami v bazi in teče ven skozi terminal baze.

To tvori tok baze, ki teče zaradi ponovnega združevanja elektronov in lukn (Opomba: smer konvencionalnega toka je nasprotna smeri tekanja elektronov). Preostali velik del elektronov bo prešel preko obrnjenega prehoda prijemnika, da bi ustvarili tok prijemnika. Torej po KCL,

Tok baze je zelo majhen v primerjavi s tokom emiterja in prijemnika.

Tukaj so glavni nosilci naboja elektroni. Delovanje p-n-p tranzistorja je enako n-p-n, edina razlika je, da so glavni nosilci naboja lukn namesto elektronov. Le majhen del toka teče zaradi glavnih nosilcev, večina toka pa teče zaradi manjših nosilcev v BJT. Zato jih imenujemo naprave z manjšimi nosilci naboja.

Ekvivalentna Shema BJT

p-n prehod je predstavljen z diodo. Ker ima tranzistor dva p-n prehoda, je ekvivalenten dvema diodama, povezanima nazaj. To se imenuje dvodiodelna analogija BJT.

Lastnosti Bipolarnih Prehodnih Tranzistorjev

Trije deli BJT so prijemnik, emiter in baza. Preden spoznamo lastnosti bipolarnih prehodnih tranzistorjev, moramo vedeti o načinu delovanja teh vrst tranzistorjev. Načini so:

• Način skupne baze (CB)

• Način skupnega emitra (CE)

• Način skupnega prijemnika (CC)

Vsi trije načini so prikazani spodaj.

Ko pridemo do lastnosti BJT, obstajajo različne lastnosti za različne načine delovanja. Lastnosti so nič drugega kot grafični obrazci med različnimi tokmi in napetostmi v tranzistorju. Lastnosti za p-n-p tranzistorje so podane za različne načine in parametre.

Skupne Lastnosti Baze

Vhodne Lastnosti

Za p-n-p tranzistor je vhodni tok tok emiterja (IE) in vhodna napetost napetost prijemnik-baza (VCB).

Ker je prehod emiter-baza napet v smeri, graf IE Vs VEB podoben napetostnim karakteristikam p-n diode. IE narašča za fiksni VEB, ko narašča VCB.

Izhodne Lastnosti

Izhodne lastnosti kažejo odnos med izhodno napetostjo in izhodnim tokom IC, ki je izhodni tok, in napetostjo prijemnik-baza, medtem ko je tok emiterja IE vhodni tok in deluje kot parameter. Spodaj je prikazan izhodni karakteristični graf p-n-p tranzistorja v CB načinu.

Kot vemo za p-n-p tranzistorje I E in VEB so pozitivni, IC, IB, VCB pa so negativni. V krivulji so tri območja: aktivno območje, območje nasititve in območje prekinitve. Aktivno območje je območje, kjer tranzistor normalno deluje.

Tukaj je prehod emiterja obrnjen. Območje nasititve je območje, kjer sta oba prehoda emiter-prijemnik napeta v smeri. In končno, območje prekinitve je območje, kjer sta oba prehoda emiter in prijemnik obrnjeni.

Skupne Emitterske Lastnosti

Vhodne Lastnosti

IB (tok baze) je vhodni tok, VBE (napetost baza-emiter) je vhodna napetost za CE (skupni emiter) način. Torej, vhodne lastnosti za CE način bodo odnos med IB in VBE, z VCE kot parameter. Lastnosti so prikazane spodaj.

Typične CE vhodne lastnosti so podobne napetostnim karakteristikam napete p-n diode. Ampak, ko narašča VCB, se širina baze zmanjša.

Izhodne Lastnosti

Izhodne lastnosti za CE način so krivulja ali graf med tokom prijemnika (IC) in napetostjo prijemnik-emiter (VCE), ko je tok baze IB parameter. Lastnosti so prikazane spodaj v sliki.

Kot izhodne lastnosti skupne bazne tranzistorja, ima tudi CE način tri območja, imenovana (i) aktivno območje, (ii) območje prekinitve, (iii) območje nasititve. Aktivno območje ima prehod prijemnika obrnjen in prehod emiterja napet v smeri.

Za območje prekinitve je prehod emiterja le malo obrnjen in tok prijemnika ni popolnoma prekinjen. In končno, za območje nasititve sta oba prehoda prijemnika in emiterja napeta v smeri.