Dvopolni spojna tranzistor

Definicija BJT-a

Bipolarni spoj transistora (poznat i kao BJT ili BJT transistor) je troelektronski poluprovodnički uređaj sastavljen od dva p-n spoja koji su u stanju da pojače ili povećaju signal. To je uređaj kontrolisan tokom. Tri elektrona BJT-a su baza, koliktor i emitent. BJT je tip tranzistora koji koristi i elektrone i rupe kao nosioci naboja.

Signal mali amplitudom, ako se primeni na bazu, dostupan je u pojačanoj formi na koliktorskom elektronu tranzistora. Ovo je pojačanje koje pruža BJT. Napomena: za izvršenje procesa pojačanja potreban je vanjski izvor DC struje.

Postoje dva tipa bipolarnih spojnih tranzistora – NPN tranzistori i PNP tranzistori. Dijagram ova dva tipa bipolarnih spojnih tranzistora dat je ispod.

Iz gornjeg dijagrama možemo videti da svaki BJT ima tri dela nazvane emitent, baza i koliktor. JE i JC predstavljaju spoj emitenta i spoj koliktora redom. Sada nam je dovoljno znati da je spoj emitenta baziran naprijed, a spoj baziran unazad. Sledeći temelj opisat će ova dva tipa ovih tranzistora.

NPN Bipolarni spojni tranzistor

U n-p-n bipolarnom tranzistoru (ili npn tranzistoru) jedan p-tip poluprovodnika nalazi se između dva n-tipa poluprovodnika. U dijagramu ispod prikazan je n-p-n tranzistor. Sada IE, IC su emisije toka i koliktorski tok redom, a VEB i VCB su naponi emitent-baza i koliktor-baza redom. Prema konvenciji, ako za emitent, bazu i koliktor toke IE, IB i IC ulaze u tranzistor, znak toka uzima se kao pozitivan, a ako tok izlazi iz tranzistora, onda se znak uzima kao negativan. Možemo tabelirati različite toke i napone unutar n-p-n tranzistora.

PNP Bipolarni spojni tranzistor

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

Za p-n-p tranzistore, tok ulazi u tranzistor kroz terminal emitenta. Kao i kod bilo kog bipolarnog spojnog tranzistora, spoj emitent-baza je naprijed baziran, a spoj koliktor-baza je unazad baziran. Možemo tabelirati emiterski, bazni i koliktorski tok, kao i emitersko-bazni, koliktor-bazni i koliktor-emiterski napon za p-n-p tranzistore takođe.

Princip rada BJT-a

Dijagram pokazuje n-p-n tranzistor baziran u aktivnoj regiji (vidi biasiranje tranzistora), spoj BE je naprijed baziran, dok je spoj CB unazad baziran. Širina regiona depresije spoja BE manja je u poređenju sa spojem CB.

Naprijed baziranje na spoju BE snižava potencijal barriere, omogućavajući tok elektrona od emitenta prema bazi. Budući da je baza tanka i slabo dopirana, ima vrlo malo rupa. Otprilike 2% elektrona iz emitenta rekombinira sa rupama u bazi i teče izlaz kroz terminal baze.

Ovo čini tok baze, teče zbog rekombinacije elektrona i rupa (napomena: smer konvencionalnog toka je suprotan smeru toka elektrona). Ostatak velikog broja elektrona preći će unazad baziran spoj koliktora kako bi činio tok koliktora. Dakle, prema KCL,

Tok baze je vrlo mali u poređenju sa tokom emitenta i koliktora.

Ovdje, većina nosioca naboja su elektroni. Rad p-n-p tranzistora je isti kao i n-p-n, jedina razlika je ta što su glavni nosioci naboja rupe umjesto elektrona. Samo mali dio toka teče zbog glavnih nosioca, a veći deo toka teče zbog manjinskih nosioca u BJT-u. Stoga se zovu uređaji manjinskih nosioca.

Ekvivalentna shema BJT-a

p-n spoj predstavlja diod. Budući da tranzistor ima dva p-n spoja, ekvivalentan je dva dioda povezana leđa-leđa. Ovo se zove dvodiode analogija BJT-a.

Karakteristike Bipolarnih spojnih tranzistora

Tri dijela BJT-a su koliktor, emitent i baza. Prije nego što saznamo o karakteristikama bipolarnog spojnog tranzistora, moramo znati o načinima rada ovog tipa tranzistora. Načini su:

• Način rada sa zajedničkom bazom (CB)

• Način rada sa zajedničkim emitentom (CE)

• Način rada sa zajedničkim koliktorom (CC)

Sva tri tipa načina rada prikazana su ispod.

Sada kada dolazimo do karakteristika BJT-a, postoje različite karakteristike za različite načine rada. Karakteristike su ništa više od grafičkih oblika odnosa među različitim promenljivim toka i napona tranzistora. Karakteristike za p-n-p tranzistore date su za različite načine rada i parametre.

Karakteristike sa zajedničkom bazom

Ulazne karakteristike

Za p-n-p tranzistor, ulazni tok je tok emitenta (IE) a ulazni napon je napon koliktor-baza (VCB).

Budući da je spoj emitent-baza naprijed baziran, grafikon IE vs VEB je sličan naprednim karakteristikama p-n dioda. IE raste za fiksni VEB kada VCB raste.

Izlazne karakteristike

Izlazne karakteristike pokazuju odnos između izlaznog napona i izlaznog toka. IC je izlazni tok, a napon koliktor-baza i tok emitenta IE su ulazni tok i raditi kao parametri. Dijagram ispod pokazuje izlazne karakteristike za p-n-p tranzistor u CB načinu rada.

Kao što znamo za p-n-p tranzistore, IE i VEB su pozitivni, a IC, IB, VCB su negativni. Postoje tri regije u krivoj, aktivna regija, regija nasitka i regija prekida. Aktivna regija je regija u kojoj tranzistor normalno radi.

Ovdje je spoj emitenta unazad baziran. Sada, regija nasitka je regija u kojoj su oba spoja emitent-koliktor naprijed bazirana. I na kraju, regija prekida je regija u kojoj su oba spoja emitent i koliktor unazad bazirana.

Karakteristike sa zajedničkim emitentom

Ulazne karakteristike

IB (tok baze) je ulazni tok, VBE (napon baze-emitent) je ulazni napon za CE (zajednički emitent) način rada. Dakle, ulazne karakteristike za CE način rada će biti odnos između IB i VBE sa VCE kao parametrom. Karakteristike su prikazane ispod.

Tipične ulazne karakteristike CE su slične naprednim karakteristikama naprijed baziranog p-n dioda. Ali kako VCB raste, širina baze se smanjuje.

Izlazne karakteristike

Izlazne karakteristike za CE način rada su krive ili grafikoni između koliktorskog toka (IC) i napona koliktor-emitent (VCE) kada je tok baze IB parametar. Karakteristike su prikazane u dijagramu ispod.

Kao i izlazne karakteristike tranzistora sa zajedničkom bazom, CE način rada takođe ima tri regije nazvane (i) aktivna regija, (ii) regija prekida, (iii) regija nasitka. Aktivna regija ima regiju koliktora unazad baziranu i spoj emitent naprijed baziran.

Za regiju prekida, spoj emitenta je laganje unazad baziran, a koliktorski tok nije potpuno prekinut. I na kraju, za regiju nasitka, oba spoja, koliktor i emitent, su naprijed bazirana.