Transistor a giunzione bipolare o BJT

Nel 1947 J. Barden, W. Bratterin e W. Shockley ha inventato il transistor. Il termine transistor è stato dato da John R. Pierce. Inizialmente era chiamato la versione a stato solido del triodo sottovuoto, ma il termine transistor è sopravvissuto. Come passeremo attraverso l'argomento, sapremo principalmente del transistor transistor a giunzione bipolare o BJT. Oggigiorno l'uso di BJT è diminuitoTecnologia CMOS nella progettazione di circuiti integrati. Il transistor di parola è derivato dalle parole "Transfer" e "Resistor" descrive il funzionamento di un BJT cioè il trasferimento di un segnale di ingresso da un circuito a bassa resistenza ad un circuito ad alta resistenza. Questo tipo di transistor è costituito da semiconduttori. Sappiamo che il silicio (Si) e il germanio (Ge) sono gli esempi dei semiconduttori.

Ora, perché questo è chiamato transistor di giunzione? La risposta sta dietro la costruzione. Sappiamo già cosa sono i semiconduttori di tipo p e n.

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Ora, in questo tipo di transistor qualsiasi tipo dii semiconduttori sono inseriti tra l'altro tipo di semiconduttore. Ad esempio, un tipo n può essere inserito tra due semiconduttori di tipo p o similmente uno di tipo p può essere inserito tra due semiconduttori di tipo n. Questi sono chiamati rispettivamente transistor p-n-p e n-p-n. Ne parleremo più tardi. Ora che ci sono due giunzioni di diversi tipi di semiconduttori, questo è chiamato transistor di giunzione. Si chiama bipolare perché la conduzione avviene a causa sia di elettroni che di buchi.

Definizione di BJT

Un transistor a giunzione bipolare è un tre terminaledispositivo a semiconduttore costituito da due giunzioni p-n che è in grado di amplificare o amplificare un segnale. È un dispositivo controllato dalla corrente. I tre terminali del BJT sono la base, il collettore e l'emettitore. Un segnale di piccola ampiezza se applicato alla base è disponibile nella forma amplificata al collettore del transistor. Questa è l'amplificazione fornita dal BJT. Si noti che richiede una fonte esterna di alimentazione CC per eseguire il processo di amplificazione.

Di seguito sono riportati i diagrammi di base dei due tipi di transistori a giunzione bipolare sopra menzionati.

Dalla figura sopra, possiamo vedere che ogni BJT ha tre parti denominate emitter, base e collector. J_E e J_C rappresentano la giunzione di emettitore e giunzione dicollezionista rispettivamente. Ora inizialmente è sufficiente per noi sapere che la giunzione basata sull'emettitore è polarizzata in avanti e le giunzioni di base del collettore sono polarizzate inversamente. Il prossimo argomento descriverà i due tipi di questo transistor.

Transistor a giunzione bipolare N-P-N

Come iniziato prima di n-p-n transistor bipolare un semiconduttore di tipo p risiede tra due semiconduttori di tipo n il diagramma sotto un transistor n-p-n è mostrato

Adesso io_E, IO_C è la corrente dell'emettitore e raccoglie la corrente rispettivamente e V_EB e V_CB sono rispettivamente la tensione di base dell'emettitore e la tensione di base del collettore. Secondo la convenzione se per l'emettitore, la base e la corrente del collettore I_E, IO_B e io_C la corrente entra nel transistor il segno della corrente è considerata positiva e se la corrente esce dal transistor, il segno viene considerato negativo. Possiamo tabulare le diverse correnti e tensioni all'interno del transistor n-p-n.

Tipo di transistor	io_E	io_B	io_C	V_EB	V_CB	V_CE
n-p-n	-	+	+	-	+	+

Transistor a giunzione bipolare P-N-P

Allo stesso modo per transistor a giunzione bipolare p-n-p un semiconduttore di tipo n è inserito tra due semiconduttori di tipo p. Il diagramma di un transistor p-n-p è mostrato sotto

Per i transistor p-n-p, la corrente entra neltransistor attraverso il terminale dell'emettitore. Come ogni transistor a giunzione bipolare, la giunzione base-emettitore è polarizzata in avanti e la giunzione collettore-base è polarizzata inversamente. Possiamo anche tabellare l'emettitore, la base e la corrente del collettore, nonché la base dell'emettitore, la base del collettore e la tensione dell'emettitore del collettore per i transistor p-n-p.

Tipo di transistor	io_E	io_B	io_C	V_EB	V_CB	V_CE
p - n - p	+	-	-	+	-	-

Principio di lavoro di BJT

La figura mostra un transistor n-p-n polarizzato nelregione attiva (Vedi polarizzazione transistor), la giunzione BE è polarizzata in avanti mentre la giunzione CB è polarizzata inversamente. La larghezza della regione di svuotamento della giunzione BE è piccola rispetto a quella della giunzione CB. La polarizzazione diretta nella giunzione BE riduce il potenziale di barriera e fa fluire gli elettroni dall'emettitore alla base. Poiché la base è sottile e leggermente drogata, essa consiste in pochissimi fori, quindi alcuni elettroni dell'emettitore (circa il 2%) si ricombinano con i fori presenti nella regione di base e fuoriescono dal terminale di base. Questo costituisce la corrente di base, scorre a causa della ricombinazione di elettroni e fori (si noti che la direzione del flusso di corrente convenzionale è opposta a quella del flusso di elettroni). Il restante numero elevato di elettroni attraverserà la giunzione collettore con polarizzazione inversa per costituire la corrente del collettore. Quindi da KCL,

La corrente di base è molto piccola rispetto alla corrente dell'emettitore e del collettore.

Qui, i vettori di carica di maggioranza sono elettroni. L'operazione di un transistor p-n-p è la stessa dell'n-p-n, l'unica differenza è che i portatori di carica di maggioranza sono fori invece di elettroni. Solo una piccola parte di flusso corrente è dovuta a vettori maggioritari e alla maggior parte dei flussi attuali dovuti a vettori di minoranze in un BJT. Quindi, sono chiamati come dispositivi di minoranza.

Circuito equivalente di BJT

Una giunzione p-n è rappresentata da un diodo. Poiché un transistor ha due giunzioni p-n, equivale a due diodi collegati da un lato all'altro. Questo è chiamato come l'analogia di due diodi del BJT.

Caratteristiche dei transistor a giunzione bipolare

Le tre parti di un BJT sono collettore, emettitore e base. Prima di conoscere il caratteristiche del transistor a giunzione bipolare, dobbiamo conoscere le modalità di funzionamento per questo tipo di transistor. Le modalità sono

Modalità Common Base (CB)
Modalità Common Emitter (CE)
Modalità Common Collector (CC)

Di seguito sono mostrati tutti e tre i tipi di modalità

Ora arrivando alle caratteristiche di BJT lìsono caratteristiche diverse per le diverse modalità di funzionamento. Le caratteristiche non sono altro che le forme grafiche delle relazioni tra diverse variabili di corrente e tensione del transistor. Le caratteristiche dei transistor p-n-p sono date per diverse modalità e parametri diversi.

Caratteristiche di base comuni

Caratteristiche di input

Per il transistor p-n-p, la corrente di ingresso è la corrente dell'emettitore (I_E) e la tensione di ingresso è la tensione di base del collettore (V_CB).

Poiché la giunzione emettitore - base è polarizzata in avanti, quindi il grafico di I_E Vs V_EB è simile alle caratteristiche anteriori di un diodo p-n. io_E aumenta per V fissa_EB quando V_CB aumenta.

Caratteristiche di uscita

Le caratteristiche di uscita mostrano la relazione tra la tensione di uscita e la corrente di uscita I_C è la corrente di uscita e la tensione di base del collettore e la corrente di emettitore I_E è la corrente di input e funziona come i parametri. La figura seguente mostra le caratteristiche di uscita per un transistor p-n-p in modalità CB.

Come sappiamo per i transistor p-n-p I_E e V_EB sono positivi e io_C, IO_B, V_CB sono negativi Si tratta di tre regioni nella curva, regione di saturazione dell'area attiva e regione di esclusione. La regione attiva è la regione in cui il transistor opera normalmente. Qui la giunzione dell'emettitore è polarizzata inversamente. Ora la regione di saturazione è la regione in cui entrambe le giunzioni del collettore di emettitori sono polarizzate in avanti. Infine, la regione di taglio è la regione in cui sia l'emettitore che le giunzioni di collettore sono polarizzati inversamente.

Caratteristiche comuni degli emettitori

Caratteristiche di input
io_B (Base Current) è la corrente di ingresso, V_ESSERE (Base - Emitter Voltage) è la tensione di ingresso per la modalità CE (Common Emitter). Quindi, le caratteristiche di input per la modalità CE saranno la relazione tra I_B e V_ESSERE con V_CE come parametro. Le caratteristiche sono mostrate di seguito

Le caratteristiche tipiche dell'ingresso CE sono simili a quelle di un polarizzatore diretto del diodo p-n. Ma come V_CB aumenta la larghezza della base diminuisce.
Caratteristiche di uscita
Le caratteristiche di uscita per la modalità CE sono la curva o il grafico tra la corrente del collettore (I_C) e tensione del collettore - emettitore (V_CE) quando la corrente di base I_B è il parametro. Le caratteristiche sono mostrate sotto nella figura.
Caratteristiche del transistor p - n - p

Come le caratteristiche di uscita della base comunela modalità transistor CE ha anche tre regioni denominate (i) regione attiva, (ii) regioni di esclusione, (iii) regione di saturazione. La regione attiva ha polarizzazione inversa di regione di collettore e la giunzione di emettitore diretta di polarizzazione. Per la regione di taglio, la giunzione dell'emettitore è leggermente invertita e la corrente del collettore non è completamente interrotta. Infine, per la regione di saturazione, sia il collettore che la giunzione dell'emettitore sono polarizzati in avanti.

Applicazione di BJT

I BJT sono usati nel circuito discreto progettato a causaalla disponibilità di molti tipi, e ovviamente a causa della sua elevata transconduttanza e resistenza di uscita che è meglio di MOSFET. I BJT sono adatti anche per applicazioni ad alta frequenza. Ecco perché vengono utilizzati in radiofrequenza per i sistemi wireless. Un'altra applicazione di BJT può essere definita come piccolo amplificatore di segnale, fotocellula di prossimità in metallo, ecc.

Amplificatore a transistor a giunzione bipolare

Per capire il concetto di Amplificatore a transistor a giunzione bipolare, dovremmo prima esaminare il diagramma di un transistor p-n-p.

Ora, dato che la tensione di ingresso viene leggermente modificata, dire ΔV_io della tensione base dell'emettitore cambia l'altezza della barriera e la corrente dell'emettitore di ΔI_E. Questo cambiamento nella corrente di emettitore sviluppa una caduta di tensione ΔV_O attraverso la resistenza di carico R_L, dove,

ΔV_O fornisce la tensione di uscita dell'amplificatore. C'è un segno negativo perché la corrente del collettore dà una caduta di tensione su R_L con polarità opposta alla polarità di riferimento. Il guadagno di tensione A_V per l'amplificatore viene dato il rapporto tra le tensioni di uscita ΔV_O alla tensione di ingresso ΔV_io, così,

è chiamato il rapporto di guadagno corrente deltransistor. Dal diagramma di figura mostrato sopra possiamo vedere che un aumento della tensione di emettitore riduce la polarizzazione diretta alla giunzione dell'emettitore e quindi diminuisce la corrente del collettore. Indica che la tensione di uscita e la tensione di ingresso sono in fase. Ora, infine, il guadagno di potenza Ap del transistor è il rapporto tra la potenza in uscita e la potenza in ingresso