Биполярный транзистор (BJT) представляет собой трехполюсное устройство, которое состоит из двух pn-переходов, образованных путем размещения полупроводникового материала p-типа или n-типа между парой полупроводников противоположного типа.
Основная функция BJT — увеличение силы слабого сигнала, т. е. он действует как усилитель. BJT также можно использовать в качестве полупроводникового переключателя в электронных схемах.
Типы БЮТ
Существует два типа BJT —
● NPN-транзистор
● PNP-транзистор
В этой статье мы подробно обсудим принцип работы обоих этих типов BJT.
NPN-транзистор
npn-транзистор состоит из двух полупроводниковых материалов n-типа, разделенных тонким слоем полупроводника p-типа. Два терминала, а именно. Эмиттер и коллектор вынесены из двух полупроводников n-типа, а базовый вывод — из полупроводника p-типа.
В символе BJT стрелка на клемме эмиттера указывает направление обычного тока в эмиттере с прямым смещением. В случае npn-транзистора обычный ток вытекает из эмиттера, как показано стрелкой.
PNP-транзистор
Pnp-транзистор состоит из двух полупроводников p-типа, разделенных тонким слоем материала n-типа. Два терминала, а именно. Эмиттер и коллектор вынесены из двух слоев полупроводника p-типа, а базовый вывод — из полупроводника n-типа. В случае pnp-транзистора обычный ток течет в эмиттер, как показано стрелкой, направленной внутрь.
Важные факты о BJT
● Имеется два pn-перехода, поэтому транзистор можно рассматривать как комбинацию двух диодов, соединенных спина к спине.
● Область коллектора шире, чем эмиттер и база. База намного тоньше эмиттера и коллектора. Во время работы транзистора на коллекторе выделяется много тепла, поэтому коллектор делается больше для рассеивания тепла.
● Транзистор состоит из трех секций из легированных полупроводников. Одна часть называется Эмиттером, другая — Коллектором, а средняя часть называется Базой и образует два pn-перехода между эмиттером и коллектором.
● Как правило, переход эмиттер-база биполярного транзистора смещен в прямом направлении, тогда как переход коллектор-база смещен в обратном направлении.
● Сопротивление перехода с прямым смещением очень мало по сравнению с сопротивлением перехода с обратным смещением.
● Эмиттер сильно легирован, поэтому он может доставлять к базе большее количество носителей заряда (электронов или дырок). База слаболегирована и очень тонка, поэтому через нее проходит большая часть носителей заряда, инжектированных эмиттером, в коллектор. Концентрация легирования коллекторной области умеренная.
Принцип работы BJT
Переход эмиттер-база BJT смещен в прямом направлении, тогда как переход коллектор-база смещен в обратном направлении. Прямое смещение перехода эмиттер-база вызывает протекание тока эмиттера, и этот ток эмиттера полностью течет в цепи коллектора. Следовательно, ток коллектора зависит от тока эмиттера и почти равен току эмиттера.
Работа NPN-транзистора
При прямом смещении перехода эмиттер-база и обратном смещении коллектора-базы можно видеть, что прямое смещение вызывает поток электронов из эмиттера n-типа в базу p-типа. Это и есть ток эмиттера (). Когда эти электроны проходят через базу p-типа, они имеют тенденцию объединяться с дырками.
Поскольку база слаболегирована и очень тонка, следовательно, лишь небольшое количество электронов (менее 5%) соединяются с дырками, образуя ток базы (). Остальные (более 95%) электроны пересекают область базы и достигают области коллектора, образуя ток коллектора (). Таким образом, весь ток эмиттера протекает в цепи коллектора.
Ток эмиттера представляет собой сумму токов базы и коллектора.
ИЕ=ИБ+ИК
Работа PNP-транзистора
Для pnp-транзистора прямое смещение перехода эмиттер-база вызывает поток дырок в области эмиттера p-типа по направлению к базе n-типа и составляет ток эмиттера (IE). Когда эти дырки попадают в базовую область n-типа, они имеют тенденцию объединяться с электронами. Поскольку база слаболегирована и очень тонка, с электронами сочетается лишь небольшое количество дырок (менее 5%). Остальные (более 95%) пересекают базу и достигают области коллектора, образуя ток коллектора (IC).
Таким образом, весь ток эмиттера течет в цепь коллектора. Можно отметить, что проводимость тока внутри pnp-транзистора происходит за счет движения дырок. Однако во внешних соединительных проводах ток по-прежнему возникает за счет потока электронов.
Опять же, ток эмиттера представляет собой сумму тока коллектора и тока базы. ИЕ=ИБ+ИК
BJT-смещение
BJT имеет два pn-перехода, а именно. переход эмиттер-база и переход коллектор-база. Применение надлежащего постоянного напряжения на двух переходах BJT известно как BJT или смещение транзистора.
Когда транзистор используется в качестве усилителя, переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база — в обратном. Если транзистор работает в условиях смещения, то говорят, что он работает в активной области.
Когда оба перехода смещены в прямом направлении, говорят, что транзистор работает в области насыщения. Транзистор, работающий в области насыщения, действует как закрытый ключ, и ток коллектора становится максимальным.
Когда оба перехода смещены в обратном направлении, говорят, что транзистор работает в области отсечки. Биполярный транзистор, работающий в зоне отсечки, действует как разомкнутый переключатель, и очень небольшой ток коллектора (в мкА) течет от эмиттера к коллектору. Этот ток называется обратным током утечки и обусловлен неосновными носителями заряда (электронами в p-области и дырками в n-области).
