Tranzystorbipolarny

Ryszard J. Barczyński, 2016Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała StałegoMateriały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Zasada działania tranzystora bipolarnegoprzydał by się aparat wstrzykujący...

Gdyby udało nam się zbudować “aparat” wstrzykujący określoną liczbęnośników (elektronów lub dziur) w obszar zubożony złącza, moglibyśmy

zmieniając prędkość wstrzykiwania (generacji) regulować prądpłynący przez diodę spolaryzowaną w kierunku zaporowym...

nasz aparatwstrzykujący

Zasada działania tranzystora bipolarnegobudujemy aparat wstrzykujący...

Zbudujmy strukturę p+-n-p, takąjak na rysunku. Złącze p-npolaryzujemy w kierunkuzaporowym, a n-p+ w kierunkuprzewodzenia. W takim układziezłącze p+-n wstrzykuje dziurydo obszaru n. Jeżeli zdołają one przedyfundować w obszar spolaryzowanegozaporowo złącza n-p, to zwiększą jego prąd wsteczny. By było to możliweobszar typu n musi być wąski w porównaniu z drogą dyfuzji dziur.

Zasada działaniatranzystora bipolarnego

Opisana struktura to tranzystor pnp.Obszar p+ nazywamy emiterem, a złączep+-n złączem emiterowym. Obszar n nazywamy bazą, obszar p kolektorem,a złącze n-p złączem kolektorowym.

Prąd emitera powinien być złożonyz dziur, a nie elektronów, z tej właśnieprzyczyny baza jest w stosunku doemitera słabo domieszkowana.

Tranzystor bipolarnyrozpływ prądów

1) dziury tracone na rekombinację w bazie;2) dziury osiągające złącze kolektora spolaryzowane zaporowo;3) cieplna generacja dziur i elektronów tworząca prąd nasycenia złącza kolektorowego;4) elektrony dostarczane do bazy i rekombinujące z dziurami;5) elektrony wstrzyknięte do obszaru emitera przez złącze emiterowe.

Tranzystor bipolarnywzmacnianie za pomocą tranzystora

Wykażemy, że prąd kolektora (i w zasadzie emitera) jest sterowany niewielkimprądem bazy. Założenia● pomijamy prąd nasycenia złącza kolektorowego,● pomijamy rekombinację w obszarach przejściowych.

Prąd kolektora jest proporcjonalny do składowej dziurowej prądu emitera:

iC=B i

Ep

gdzie B jest częścią dziur, które nie zrekombinowały.

Tranzystor bipolarnywzmacnianie za pomocą tranzystora

Zdefiniujemy współczynnik sprawności emitera (w dobrym tranzystorze jeston bliski jedności):

iC

iE

=Bi

Ep

iEni

Ep

=B = Współczynnik jest bliski jedności.

iE=i

Epi

En

=iEp

iEpiEn

Tranzystor bipolarnywzmacnianie za pomocą tranzystora

Policzymy stosunek prądu kolektora do prądu bazy:

Współczynnik nosi nazwę współczynnika wzmocnienia prądowego.W dobrych tranzystorach o dużym wzmocnieniu może osiągać 1000.

iB=i

En1−B i

Ep

iC

iB

=BiEp

iEn1−B iEp

=

BiEp

iEniEp

1−BiEp

iEniEp

=B

1−B=

1−=

Tranzystor bipolarnywzmacnianie za pomocą tranzystora

Mały prąd bazy “steruje” dużym prądem kolektora. Jak to wykorzystać?

iC

iB

=

Tranzystor bipolarnytranzystory pnp oraz npn

Zamiast konfiguracji warstw p+-n-p możemy zbudować n+-p-n. Otrzymanyw ten sposób tranzystor będzie miał bliźniacze właściwości, ale zamiast

dziur z emitera będą wstrzykiwane elektrony. Można je stosować zamienniepod warunkiem odwrócenia wszystkich źródeł zasilania. Produkuje się parytranzystorów npn/pnp o identycznych parametrach (pary komplementarne).

Tranzystor bipolarnytranzystory pnp oraz npn

Tranzystor bipolarnyukłady pracy tranzystora

Źródło sygnału i odbiornik (obciążenie) możemy włączać w obwód tranzystorana rozmaite sposoby. W zależności od sposobu włączenia otrzymaneukłady będą się różniły wzmocnieniem prądowym, wzmocnieniem

napięciowym, opornością wejściową i opornością wyjściową.

Tranzystor bipolarnyukład wspólnej bazy

W układzie wspólnej bazy jedno z wyprowadzeń zarówno sygnału wejściowego,jak i wyjściowego jest przyłączone do bazy. Układ taki jest stosowany

głównie w obwodach wysokiej częstotliwości.

● wzmocnienie prądowe: nieco mniejsze od 1● wzmocnienie napięciowe: znaczne● oporność wejściowa: mała● oporność wyjściowa: duża

Tranzystor bipolarnyukład wspólnej bazy

Tranzystor bipolarnyukład wspólnego emitera

W układzie wspólnego emitera jedno z wyprowadzeń zarówno sygnału wejściowego,jak i wyjściowego jest przyłączone do emitera. Układ taki jest często stosowany

- charakteryzuje się wzmocnieniem zarówno napięciowym jak i prądowym.

● wzmocnienie prądowe: znaczne● wzmocnienie napięciowe: znaczne● oporność wejściowa: średnia● oporność wyjściowa: duża

Tranzystor bipolarnyukład wspólnego emitera

Tranzystor bipolarnyukład wspólnego kolektora(wtórnik emiterowy)

● wzmocnienie prądowe: znaczne● wzmocnienie napięciowe: nieco mniejsze od 1 ● oporność wejściowa: duża● oporność wyjściowa: mała

Tranzystor bipolarnystabilizacja punktu pracy

Tranzystorów nie cechuje duża powtarzalność i stabilność parametrów...Szczególnie przykre są ich zmiany ze zmianami temperatury. Powoduje to zmiany

punktu pracy elementów układu elektronicznego i może doprowadzićdo dużych zakłóceń jego funkcji.

Tranzystor bipolarnystabilizacja punktu pracy

Blisko nasyceniaBlisko odcięcia W obszarzeliniowym

Tranzystor bipolarnystabilizacja punktu pracy

Z trzech układów wzmacniaczy w układzie WE układy (b) i (c) posiadająstabilizację punktu pracy za pomocą sprzężenia zwrotnego.

Tranzystor bipolarnystabilizacja punktu pracyukład wspólnej bazy

Tranzystor bipolarnystabilizacja punktu pracyukład wspólnego kolektora

Układ wspólnego kolektora nie wymaga specjalnych rozwiązań stabilizacjipunktu pracy.