Διπολικά τρανζίστορ (BJT)cgi.di.uoa.gr/~arapogia/ile4.pdfΤο τρανζίστορ npn στην ενεργό περιοχή 1. ΗΗ ορθήορθή πόλωσηπόλωση

Διπολικά τρανζίστορ (BJT)

Το τρανζίστορ npn

ΕκπομπόςΕκπομπόςΣυλλέκτης

Βά

Σχηματική παράσταση του τρανζίστορ npnΒάση

Περιοχή EBJ CBJ

Περιοχές λειτουργίας διπολικού τρανζίστορ

Αποκοπή Ανάστροφα Ανάστροφα

Ενεργός Ορθά Ανάστροφα

Εγκάρσια τομή τρανζίστορ npnΚόρος Ορθά Ορθά

Το τρανζίστορ npn στην ενεργό περιοχή

1 Η ορθή πόλωση της επαφής ΕΒ εγχέει ηλεκτρόνια από τον εκπομπό στη1. Η ορθή πόλωση της επαφής ΕΒ εγχέει ηλεκτρόνια από τον εκπομπό στηβάση.

2. Επειδή η περιοχή της βάσης είναι πολύ λεπτή, η πλειονότητα αυτών τωνηλεκτρονίων διαχέεται προς την περιοχή απογύμνωσης της επαφής BC καιηλεκτρονίων διαχέεται προς την περιοχή απογύμνωσης της επαφής BC καικατόπιν σαρώνονται προς τον συλλέκτη από το ηλεκτρικό πεδίο τηςανάστροφα πολωμένης επαφής BC.

3. Ένα μικρό ποσοστό από αυτά τα ηλεκτρόνια επανασυνδέονται με τις οπές3. Ένα μικρό ποσοστό από αυτά τα ηλεκτρόνια επανασυνδέονται με τις οπέςστην περιοχή της βάσης.

4. Οπές εγχέονται από τη βάση στην περιοχή του εκπομπού, (4)<<(1).

Κατανομή των φορέων μειονότητας

• Ρεύμα στο οποίο επικρατούν τα ηλεκτρόνια από τον εκπομπό στη βάση λόγωτης ορθής πόλωσης και βαθμίδα συγκέντρωσης των φορέων μειονότηταςμέσα στη βάση.• Η μερική επανασύνδεση προκαλεί καμπύλωση της συγκέντρωσης στην

περιοχή της βάσης.

Το ρεύμα διάχυσης μέσω της βάσης

Η δ ά λ ί έ βά θ ίζ ό έ ή• Η διάχυση ηλεκτρονίων μέσω της βάσης καθορίζεται από την συγκέντρωσήτους στην επαφή EB:

TBE V/0pp en)0(n υ=

• To ρεύμα διάχυσης των ηλεκτρονίων μέσω της βάσης είναι:0pp )(

))0(n

(qDA)x(dn

qDAI pE

pE −==

• Το ρεύμα συλλέκτη είναι:

)W

(qDAdx

qDAI nEnEn

nc Ii −=

Το ρεύμα Συλλέκτη

• Το ρεύμα συλλέκτη είναι:

DADA 2

όπουTBE V/SC eIi υ=

WNnDqA

WnDqA

IA

2inE0pnE

S ==

• To iC είναι ανεξάρτητο από το υCE.

• Το ρεύμα συλλέκτη ελέγχεται από την τάση των δύο άλλων ακροδεκτών: πηγήρ μ η γχ η η ρ ηγήρεύματος ελεγχόμενη από τάση.

• Το ρεύμα κόρου ΙS είναι• Αντιστρόφως ανάλογο προς το W και ανάλογο προς το ΑΕ.• Εξαρτάται από τη θερμοκρασία, λόγω του παράγοντα ni

2.

Το ρεύμα Βάσης

Το ρεύμα της βάσης αποτελείται από δύο συνιστώσες: i και iΤο ρεύμα της βάσης αποτελείται από δύο συνιστώσες: iB1 και iB2• το iB1 είναι εκθετική συνάρτηση του υBE, λόγω της ορθής πόλωσης της

επαφής ΕΒ• Το i που οφείλεται στις επανασυνδέσεις είναι ανάλογο προς τον αριθμό• Το iB2, που οφείλεται στις επανασυνδέσεις, είναι ανάλογο προς τον αριθμό

των ηλεκτρονίων που εγχέονται από τον εκπομπό, ο οποίος είναι εκθετικήσυνάρτηση του υBE.

V/ TBE V/B ei υ∞

Το βήτα (β)

• Μπορούμε να συνδέσουμε το iC με το iB με την παρακάτω σχέση:ρ μ μ C μ B μ η ρ χ η

TBE V/SCB eiii υ

β=

β=

• BC i/i=β• Το β είναι σταθερό για κάθε τρανζίστορ• Παίρνει τιμές μεταξύ 100 και 200 και ακόμη μεγαλύτερες• Ονομάζεται ενίσχυση ρεύματος κοινού εκπομπού

Σ β λίζ ί β h• Συμβολίζεται επίσης με βF και hFE.

Το ρεύμα Εκπομπού

Θεωρώντας το τρανζίστορ σαν ένα κόμβο, μπορούμε να γράψουμε:Θεωρώντας το τρανζίστορ σαν ένα κόμβο, μπορούμε να γράψουμε:

ήCCCCBE i

1ii1iiiββ

β+

=+=+= EC iiβ

β+

=1

EC ii α= ββα+

=1 α

αβ−

=1

Το α ονομάζεται ενίσχυση ρεύματος κοινής βάσης και είναι α<1 αλλά κοντά στο 1.

Το τρανζίστορ pnp

Τα ρεύματα του τρανζίστορ pnp στην ενεργό περιοχή.

Συμβολισμός και πόλωση των διπολικών τρανζίστορ

BCE III += BCE III +=

BECBCE VVV += EBBCEC VVV +=

Παράδειγμα:Δίνονται: β=100 και υBE=0,7V όταν iC=1mA

Να σχεδιαστεί το κύκλωμα έτσι ώστε IC=2mA και VC=5V.

ΩkI

VVRC

CCCC 5=−=

T1BE V/S1C eIi υ=

T2BE1BE V/)(1C ei υυ −=T2BE V/v

S2C eIi =

T2BE1BE )(

2C

ei

=

i υυ −

V717,0ilnV 1CT2BE1BE =+=υυ

T

2BE1BE

2C

1C

Viiln υυ

=

ΩkVVR EEEE 07,7=

−=

V717,0i

lnV2C

T2BE1BE +υυ

IEE ,

Υπολογισμός ρευμάτων και τάσεων

RE ICRC

TBE V/SC eIi υ=

TBE V/SCB eIii υ

ββ==

RB

VCC

VBB

VCB

VBE

VCE

IEIB

VVBE 7,0≈

⇒+= BEBBBB VRIVB

BEBBB R

VVI −=

BE ,

II β BC II ⋅= β

CE

II =

CCCCCE RIVV −=

αE

BECECB VVV −=

Άσκηση: Αν VB=-1V και VE=-1,7V να υπολογιστούν τα: ΙΒ, ΙΕ,β α Ι και V Είναι το τρανζίστορ πολωμένο στην ενεργόβ, α, ΙC και VC. Είναι το τρανζίστορ πολωμένο στην ενεργόπεριοχή;

5kΩ

100kΩ

Γραφική παράσταση των χαρακτηριστικών του τρανζίστορ

TBE V/SC eIi υ=

Η χαρακτηριστική ic-υBE Επίδραση της θερμοκρασίαςχ ρ ηρ ή c BEτου τρανζίστορ npn.

Οι χαρακτηριστικές iE-υBEκαι iB-υBE έχουν την

ρ η ης ρμ ρ ςστην χαρακτηριστική ic-υBEτου τρανζίστορ npn.

B BEίδια μορφή.

V7.0V8.0V6.0 BEBE ≈⇒<< υυ BEBE

Χαρακτηριστικές κοινού εκπομπού

TBE V/SC eIi υ=

• Το ρεύμα συλλέκτη δείχνει ανεξάρτητο της VCE στην ενεργό περιοχή.

• Επομένως μπορούμε να πούμε ότι το τρανζίστορ συμπεριφέρεται σανιδανική πηγή ρεύματος.

Φαινόμενο Early

)V

1(eIiA

CEV/SC

TBEυυ +=

1

BECE

Co Vir

−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

∂∂

≡ σταθυCE ⎦⎣

C

Ao I

Vr ≅

• Φαινόμενο Early:• Το ρεύμα συλλέκτη στην πράξη εξαρτάται ελαφρά από την VCE στην

ό ή

C

ενεργό περιοχή.• Η τάση Early, VA, είναι χαρακτηριστικό του τρανζίστορ (50 ως 100).• Μη μηδενική κλίση σημαίνει πεπερασμένη αντίσταση εξόδου, ro.

• Για μικρές τιμές της V η επαφή συλλέκτη βάσης πολώνεται ορθά και το• Για μικρές τιμές της VCE η επαφή συλλέκτη-βάσης πολώνεται ορθά και τοτρανζίστορ μπαίνει στον κόρο.

Χαρακτηριστικές κοινής βάσης

• Καθώς η υCB γίνεται αρνητική, η επαφή συλλέκτη-βάσης πολώνεται ορθά καιζί έ ότο τρανζίστορ εισέρχεται στον κόρο.

• Η BVCBO είναι η τάση κατάρρευσης της επαφής συλλέκτη-βάσης και έχειμεγάλη τιμή.

• Η κλίση των χαρακτηριστικών στην ενεργό περιοχή είναι μικρότερη από την• Η κλίση των χαρακτηριστικών στην ενεργό περιοχή είναι μικρότερη από τηναντίστοιχη των χαρακτηριστικών κοινού εκπομπού. Επομένως, η αντίστασηεξόδου κοινής βάσης είναι μεγαλύτερη.

Χαρακτηριστικές κοινού εκπομπού με παράμετρο το ΙΒ

• Η τάση κατάρρευσης της επαφής συλλέκτη-εκπομπού BVCΕO έχει πολύμικρότερη τιμή από την VCBO.

• Στον κόρο η αντίσταση εξόδου έχει πολύ μικρή τιμή και το τρανζίστορ δρα ως• Στον κόρο η αντίσταση εξόδου έχει πολύ μικρή τιμή και το τρανζίστορ δρα ως«κλειστός διακόπτης».

Η ενίσχυση ρεύματος β του τρανζίστορ

CQFEdc

Ih ≡≡β σταθΔβ =≡≡ CE

Cfeac Vih

BQFEdc I

βΔ

β CEB

feac i

• Το β εξαρτάται από το ρεύμα συλλέκτη και τη θερμοκρασία.

• Η τιμή του β διαφέρει έντονα μεταξύ τρανζίστορ του ίδιου τύπου.