Двополярний транзистор

Визначення BJT

Біполярний транзистор зі з'єднанням (також відомий як BJT або транзистор BJT) — це триелементний напівпровідниковий прилад, що складається з двох p-n-перехрестів, які можуть посилювати або збільшувати сигнал. Це пристрій, керований струмом. Три елементи BJT — це база, колектор і емітер. BJT — це тип транзистора, який використовує як електрони, так і дірки як носії заряду.

Сигнал невеликої амплітуди, який застосовується до бази, доступний у посиленому вигляді на колекторі транзистора. Це посилення, надане BJT. Зверніть увагу, що для проведення процесу посилення потрібне зовнішнє джерело живлення постійного струму.

Існує два типи біполярних транзисторів зі з'єднанням — транзистори NPN і PNP. Діаграма цих двох типів біполярних транзисторів представлена нижче.

З вищезазначеного малюнка ми бачимо, що кожен BJT має три частини: емітер, база і колектор. JE і JC представляють з'єднання емітера і з'єднання колектора відповідно. На цьому етапі достатньо знати, що з'єднання емітер-база є прямо спрямованим, а з'єднання колектор-база — обернено спрямованим. Наступна тема описатиме ці два типи транзисторів.

NPN Біполярний транзистор зі з'єднанням

У n-p-n біполярному транзисторі (або npn транзисторі) один p-тип напівпровідника розташований між двома n-типами напівпровідників. На діаграмі нижче показано n-p-n транзистор. Тепер I E, IC — це струм емітера і струм колектора відповідно, а VEB і VCB — це напруга емітер-база і напруга колектор-база відповідно. Згідно з конвенцією, якщо для емітера, бази і колектора струми IE, IB і IC входять у транзистор, знак струму вважається додатним, а якщо струм виходить з транзистора, то знак вважається від'ємним. Ми можемо систематизувати різні струми і напруги всередині n-p-n транзистора.

PNP Біполярний транзистор зі з'єднанням

Аналогічно, для p-n-p біполярного транзистора зі з'єднанням (або pnp транзистора), n-тип напівпровідника розташований між двома p-типами напівпровідників. Діаграма p-n-p транзистора показана нижче.

Для p-n-p транзисторів, струм входить в транзистор через термінал емітера. Як і будь-який біполярний транзистор зі з'єднанням, з'єднання емітер-база є прямо спрямованим, а з'єднання колектор-база — обернено спрямованим. Ми також можемо систематизувати струми емітера, бази і колектора, а також напруги емітер-база, колектор-база і колектор-емітер для p-n-p транзисторів.

Принцип роботи BJT

На малюнку показано n-p-n транзистор, зміщений в активній області (див. зміщення транзистора), з'єднання BE прямо спрямоване, тоді як з'єднання CB обернено спрямоване. Ширина регіону деплеції з'єднання BE менша порівняно з регіоном деплеції з'єднання CB.

Пряме зміщення на з'єднанні BE знижує бар'єрний потенціал, дозволяючи електронам течи від емітера до бази. Оскільки база тонка і слабко легована, вона має дуже мало дірок. Приблизно 2% електронів з емітера рекомбінуються з дірками в базі і витікають через базовий термінал.

Це становить базовий струм, який тече через рекомбінацію електронів і дірок (зверніть увагу, що напрямок традиційного струму протилежний напрямку току електронів). Залишок великої кількості електронів перетинає обернено зміщений з'єднання колектора, щоб утворити струм колектора. Таким чином, за законом Кірхгофа,

Базовий струм дуже малий порівняно з емітерним і колекторним струмом.

Тут основні носії заряду — електрони. Принцип роботи p-n-p транзистора такий самий, як і n-p-n, з тією лише відмінністю, що основні носії заряду — дірки, а не електрони. Лише невелика частина струму тече через основні носії заряду, а більшість струму тече через вторинні носії заряду в BJT. Тому їх називають приладами з вторинними носіями заряду.

Еквівалентна схема BJT

p-n-перехресть представлено діодом. Оскільки транзистор має два p-n-перехрести, він еквівалентний двом діодам, з'єднаним спин-до-спину. Це називається аналогією двох діодів BJT.

Характеристики біполярних транзисторів зі з'єднанням

Три частини BJT — це колектор, емітер і база. Перед тим, як дізнатися про характеристики біполярного транзистора зі з'єднанням, нам потрібно знати про режими роботи такого типу транзисторів. Режими такі:

• Режим зі спільною базою (CB)

• Режим зі спільним емітером (CE)

• Режим зі спільним колектором (CC)

Усі три типи режимів показані нижче

Перейшовши до характеристик BJT, є різні характеристики для різних режимів роботи. Характеристики — це графічні форми зв'язків між різними струмами і напругами транзистора. Характеристики для p-n-p транзисторів подані для різних режимів і параметрів.

Характеристики зі спільною базою

Вхідні характеристики

Для p-n-p транзистора, вхідний струм — це струм емітера (IE), а вхідна напруга — це напруга колектор-база (VCB).

Оскільки з'єднання емітер-база прямо спрямоване, графік IE проти VEB схожий на прямі характеристики p-n діода. IE зростає при фіксованому VEB, коли VCB зростає.

Вихідні характеристики

Вихідні характеристики показують зв'язок між вихідною напругою і вихідним струмом. IC — це вихідний струм, а напруга колектор-база і струм емітера IE — це вхідний струм, який виступає як параметр. На малюнку нижче показано вихідні характеристики для p-n-p транзистора в режимі CB.

Як ми знаємо, для p-n-p транзисторів IE і VEB позитивні, а IC, IB, VCB — негативні. У кривій є три області: активна область, область насичення і область відключення. Активна область — це область, де транзистор працює нормально.

Тут з'єднання емітера обернено спрямоване. Тепер область насичення — це область, де обидва з'єднання емітер-колектор прямо спрямовані. І, нарешті, область відключення — це область, де обидва з'єднання емітера і колектора обернено спрямовані.

Характеристики зі спільним емітером

Вхідні характеристики

IB (базовий струм) — це вхідний струм, VBE (напруга база-емітер) — це вхідна напруга для режиму CE (зі спільним емітером). Отже, вхідні характеристики для режиму CE будуть зв'язком між IB і VBE з VCE як параметром. Характеристики показані нижче

Типові вхідні характеристики CE схожі на прямі характеристики p-n діода. Але, як VCB зростає, ширина бази зменшується.

Вихідні характеристики

Вихідні характеристики для режиму CE — це крива або графік між струмом колектора (IC) і напругою колектор-емітер (VCE), коли базовий струм IB є параметром. Характеристики показані нижче на малюнку.

Як і вихідні характеристики транзистора зі спільною базою, режим CE також має три області: (i) активна область, (ii) область відключення, (iii) область насичення. Активна область має зворотно зміщений колектор і прямо зміщений з'єднання емітера.

Для області відключення, з'єднання емітера трохи обернено зміщено, а струм колектора не повністю відключено. І, нарешті, для області насичення обидва з'єднання колектора і емітера прямо зміщені.