Bipolär transistor

BJT Definition

En Bipolär Junction Transistor (även känd som BJT eller BJT-transistor) är en trepolig halvledar enhet bestående av två p-n-förbindelser som kan förstärka eller förstora ett signal. Det är en strömsstyrd enhet. De tre polerna på BJT är basen, kollektorn och emitten. En BJT är en typ av transistor som använder både elektroner och hål som laddningsbärare.

Ett signal med litet amplitud som appliceras till basen finns i förstärkt form vid kollektorn på transistorn. Detta är den förstärkning som BJT erbjuder. Observera att det krävs en extern DC-strömförsörjning för att utföra förstärkningsprocessen.

Det finns två typer av bipolära junctionstransistorer – NPN-transistorer och PNP-transistorer. Ett diagram över dessa två typer av bipolära junctionstransistorer visas nedan.

Från figuren ovan kan vi se att varje BJT har tre delar, namnade emitter, bas och kollektor. JE och JC representerar respektive förbindelsen mellan emitter och kollektor. Nu räcker det för oss att veta att emitter-basförbindelsen är framåtpolerad och kollektor-basförbindelsen är bakåtpolerad. Nästa ämne kommer att beskriva de två typerna av dessa transistorer.

NPN Bipolär Junction Transistor

I en n-p-n bipolär transistor (eller npn-transistor) finns en p-typ halvledare mellan två n-typ halvledare. I diagrammet nedan visas en n-p-n transistor. Nu IE, IC är emitterströmmen och kollektorströmmen respektive och VEB och VCB är emitter-basspanningen och kollektor-basspanningen respektive. Enligt konventionen, om strömmen IE, IB och IC går in i transistorn, tas tecknet på strömmen som positivt och om strömmen går ut från transistorn, tas tecknet som negativt. Vi kan tabulera de olika strömmarna och spänningarna inuti n-p-n transistorn.

PNP Bipolär Junction Transistor

På samma sätt för en p-n-p bipolär junctiontransistor (eller pnp-transistor), är en n-typ halvledare inklämd mellan två p-typ halvledare. Diagrammet av en p-n-p transistor visas nedan.

För p-n-p-transistorer går strömmen in i transistorn genom emitterterminalen. Som alla bipolära junctionstransistorer är emitter-basförbindelsen framåtpolerad och kollektor-basförbindelsen bakåtpolerad. Vi kan tabulera emitter-, bas- och kollektorström, liksom emitter-bas-, kollektorbas- och kollektor-emitter-spänning för p-n-p-transistorer också.

Arbetsprincip för BJT

Figuren visar en n-p-n-transistor polariserad i aktiv region (se transistorpolarisering), BE-förbindelsen är framåtpolerad medan CB-förbindelsen är bakåtpolerad. Bredden på utarmningsregionen för BE-förbindelsen är mindre jämfört med den för CB-förbindelsen.

Framåtpolariseringen vid BE-förbindelsen sänker barriärpotentialen, vilket gör att elektroner kan flöda från emitten till basen. Eftersom basen är tunn och lätt dopad, har den få hål. Cirka 2% av elektronerna från emitten kombineras med hål i basen och flödar ut genom baskontakten.

Detta utgör basströmmen, den flödar på grund av recombination av elektroner och hål (observera att riktningen för konventionell strömförflyttning är motsatt till elektronflödet). Den stora mängden elektroner kommer att korsa den bakåtpolerade kollektorförbindelsen för att utgöra kollektorströmmen. Så enligt KCL,

Basströmmen är mycket mindre jämfört med emitter- och kollektorströmmen.

Här är de flesta laddningsbärarna elektroner. Operationen av en p-n-p-transistor är densamma som för en n-p-n, det enda skillnaden är att de flesta laddningsbärarna är hål istället för elektroner. Endast en liten del av strömmen flödar på grund av majoritetsladdningsbärare och det mesta av strömmen flödar på grund av minoritetsladdningsbärare i en BJT. Därför kallas de för minoritetsladdningsbärar-enheter.

Ekvivalentkrets för BJT

En p-n-förbindelse representeras av en diod. Eftersom en transistor har två p-n-förbindelser, är den ekvivalent med två dioder kopplade mot varandra. Detta kallas för två-diode analogi för BJT.

Bipolär Junction Transistor Karaktäristik

De tre delarna av en BJT är kollektor, emitter och bas. Innan vi lär oss om karaktäristiken för bipolär junctiontransistor, måste vi veta om driftlägen för denna typ av transistorer. Driftlägena är

• Gemensam Bas (CB) läge

• Gemensam Emitter (CE) läge

• Gemensam Kollektor (CC) läge

Alla tre typer av lägen visas nedan

Nu när vi kommer till karaktäristiken för BJT finns det olika karaktäristiker för olika driftlägen. Karaktäristik är inget annat än grafiska former av relationer mellan olika ström- och spänningsvariabler för transistorn. Karaktäristikerna för p-n-p-transistorer ges för olika lägen och parametrar.

Gemensam Bas Karaktäristik

Ingångskaraktäristik

För en p-n-p-transistor är ingångsströmmen emitterströmmen (IE) och ingångsspänningen är kollektor-basspänningen (VCB).

Eftersom emitter-basförbindelsen är framåtpolerad, är grafen över IE vs VEB liknande den framåtpolerade karaktäristiken för en p-n-diod. IE ökar för fast VEB när VCB ökar.

Utgångskaraktäristik

Utgångskaraktäristiken visar relationen mellan utgångsspänningen och utgångsströmmen IC är utgångsströmmen och kollektor-basspänningen och emitterströmmen IE är ingångsströmmen och fungerar som parametrar. Figuren nedan visar utgångskaraktäristiken för en p-n-p-transistor i CB-läge.

Som vi vet för p-n-p-transistorer är IE och VEB positiva och IC, IB, VCB är negativa. Det finns tre regioner i kurvan, aktiv region, sättningsregion och avstängningsregion. Aktiv regionen är den region där transistorn normalt fungerar.

Här är emitterförbindelsen bakåtpolerad. Nu är sättningsregionen den region där både emitter-kollektorförbindelserna är framåtpolerade. Och slutligen är avstängningsregionen den region där både emitter- och kollektorförbindelserna är bakåtpolerade.

Gemensam Emitter Karaktäristik

Ingångskaraktäristik

IB (Basström) är ingångsströmmen, VBE (Bas-Emitter Spänning) är ingångsspänningen för CE (Gemensam Emitter) läge. Så, ingångskaraktäristiken för CE-läge kommer att vara relationen mellan IB och VBE med VCE som parameter. Karaktäristikerna visas nedan

Den typiska CE-ingångskaraktäristiken är liknande den framåtpolerade karaktäristiken för en p-n-diod. Men när VCB ökar, minskar basbredden.

Utgångskaraktäristik

Utgångskaraktäristiken för CE-läge är kurvan eller grafen mellan kollektorström (IC) och kollektor-emitterspänning (VCE) när basströmmen IB är parametern. Karaktäristiken visas nedan i figuren.

Såsom utgångskaraktäristiken för gemensam bas-transistor har CE-läge också tre regioner nämligen (i) Aktiv region, (ii) Avstängningsregion, (iii) Sättningsregion. Aktiv regionen har kollektorregionen bakåtpolerad och emitterförbindelsen framåtpolerad.

För avstängningsregionen är emitterförbindelsen något bakåtpolerad och kollektorströmmen är inte helt avstängd. Och slutligen, för sättningsregionen är både kollektor- och emitterförbindelserna framåtpolerade.