Transistor-Betriebsbereiche
Die Gleichstromversorgung ist für den Betrieb eines Transistors vorgesehen. Diese Gleichstromversorgung wird an die beiden PN-Übergänge eines Transistors gegeben, was die Wirkungen der Majoritätsträger in diesen Emitter- und Kollektorübergängen beeinflusst.
Die Übergänge sind je nach Anforderung vorwärts und rückwärts vorgespannt. Forward biased ist der Zustand, in dem eine positive Spannung an den p-Typ und eine negative Spannung an das n-Typ-Material angelegt wird. Reverse biased ist der Zustand, in dem eine positive Spannung an den n-Typ und eine negative Spannung an das p-Typ-Material angelegt wird.
Transistorvorspannung
Die Versorgung mit geeigneter externer Gleichspannung wird als bezeichnet biasing. Die Emitter- und Kollektorübergänge des Transistors werden entweder vorwärts oder rückwärts vorgespannt.
Diese Vorspannungsverfahren bewirken, dass die Transistorschaltung in vier Arten von Bereichen arbeitet, wie z Active region, Saturation region, Cutoff region und Inverse active region(selten benutzt). Dies wird anhand der folgenden Tabelle verstanden.
| Emitter Junction | Collector Junction | Einsatzgebiet |
|---|---|---|
| Vorwärts voreingenommen | Vorwärts voreingenommen | Sättigungsbereich |
| Vorwärts voreingenommen | Rückwärts vorgespannt | Aktive Region |
| Rückwärts vorgespannt | Vorwärts voreingenommen | Inverse aktive Region |
| Rückwärts vorgespannt | Rückwärts vorgespannt | Bereich abschneiden |
Unter diesen Regionen ist die inverse aktive Region, die nur die Inverse der aktiven Region ist, für keine Anwendungen geeignet und wird daher nicht verwendet.
Aktive Region
Dies ist der Bereich, in dem Transistoren viele Anwendungen haben. Dies wird auch als bezeichnetlinear region. Ein Transistor in diesem Bereich wirkt besser alsAmplifier.
Das folgende Schaltbild zeigt einen im aktiven Bereich arbeitenden Transistor.
Dieser Bereich liegt zwischen Sättigung und Cutoff. Der Transistor arbeitet im aktiven Bereich, wenn der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektorübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist.
Im aktiven Zustand ist der Kollektorstrom das β-fache des Basisstroms, d. H.
$$ I_C = \ beta I_B $$
Wobei I C = Kollektorstrom, β = Stromverstärkungsfaktor und I B = Basisstrom.
Sättigungsbereich
Dies ist der Bereich, in dem sich der Transistor tendenziell als geschlossener Schalter verhält. Der Transistor bewirkt, dass sein Kollektor und sein Emitter kurzgeschlossen werden. Die Kollektor- und Emitterströme sind in dieser Betriebsart maximal.
Die folgende Abbildung zeigt einen Transistor, der im Sättigungsbereich arbeitet.
Der Transistor arbeitet im Sättigungsbereich, wenn sowohl der Emitter- als auch der Kollektorübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind.
Im Sättigungsmodus
$$ \ beta <\ frac {I_C} {I_B} $$
Wie im Sättigungsbereich neigt der Transistor dazu, sich wie ein geschlossener Schalter zu verhalten,
$$ I_C = I_E $$
Wobei I C = Kollektorstrom und I E = Emitterstrom.
Grenzbereich
Dies ist der Bereich, in dem sich der Transistor tendenziell als offener Schalter verhält. Der Transistor bewirkt, dass sein Kollektor und seine Basis geöffnet werden. Die Kollektor-, Emitter- und Basisströme sind in dieser Betriebsart alle Null.
Die folgende Abbildung zeigt einen Transistor, der im Sperrbereich arbeitet.
Der Transistor arbeitet im Sperrbereich, wenn sowohl der Emitter- als auch der Kollektorübergang in Sperrrichtung vorgespannt sind.
Da im Grenzbereich der Kollektorstrom, der Emitterstrom und die Basisströme Null sind, können wir schreiben als
$$ I_C = I_E = I_B = 0 $$
Wobei I C = Kollektorstrom, I E = Emitterstrom und I B = Basisstrom.