Energoelektronika - BJT

Tranzystor złączowy bipolarny (BJT) to tranzystor, którego działanie zależy od zestyku dwóch półprzewodników. Może działać jako przełącznik, wzmacniacz lub oscylator. Znany jest jako tranzystor bipolarny, ponieważ jego działanie wymaga dwóch rodzajów nośników ładunku (dziur i elektronów). Otwory stanowią dominujące nośniki ładunku w półprzewodnikach typu P, podczas gdy elektrony są głównymi nośnikami ładunku w półprzewodnikach typu N.

Symbole BJT

Struktura BJT

BJT ma dwa złącza PN połączone tyłem do siebie i dzielące wspólny region B (podstawa). Zapewnia to nawiązanie kontaktów we wszystkich regionach, które są bazą, kolektorem i emiterem. Struktura tranzystora bipolarnego PNP jest pokazana poniżej.

Pokazany powyżej BJT składa się z dwóch diod połączonych tyłem do siebie, co skutkuje wyczerpaniem obszarów zwanych quasi-neutralnymi. Szerokość quasi-neutralnego emitera, podstawy i kolektora jest oznaczona powyżej jako W _E ', W _B ' i W _C '. Otrzymuje się je w następujący sposób -

$$ W_ {E} ^ {'} = W_ {E} -X_ {n, BE} $$ $$ W_ {B} ^ {'} = W_ {B} -X_ {p, BE} -X_ {p , BC} $$ $$ W_ {C} ^ {'} = W_ {C} -X_ {n, BC} $$

Konwencjonalne Znaki prądów emitera, bazę i kolektor są oznaczone przez I _E , I _B i I _C , odpowiednio. Dlatego prąd kolektora i prądu bazowego są dodatnie, gdy prąd dodatni napotyka na styk kolektora lub podstawy. Ponadto prąd emitera jest dodatni, gdy prąd opuszcza styk emitera. A zatem,

$$ I_ {E} = I_ {B} + I_ {C} $$

Po przyłożeniu dodatniego napięcia do styku podstawy względem kolektora i emitera, napięcie baza-kolektor oraz napięcie baza-emiter stają się dodatnie.

Dla uproszczenia przyjmuje się , że V _CE wynosi zero.

Dyfuzja elektronów zachodzi od emitera do podstawy, podczas gdy dyfuzja dziur pochodzi od podstawy do emitera. Gdy elektrony dotrą do obszaru zubożonego w kolektor podstawy, są przepuszczane przez ten region przez pole elektryczne. Te elektrony tworzą prąd kolektora.

Kiedy BJT jest polaryzowany w aktywnym trybie do przodu, całkowity prąd emitera jest uzyskiwany przez dodanie prądu dyfuzji elektronów ( I _{E, n} ), prądu dyfuzji dziur ( I _{E, p} ) i prądu podstawowego emitera.

$$ I_ {E} = I_ {E, n} + I_ {E, p} + I_ {r, d} $$

Całkowity prąd kolektora jest określony przez prąd dyfuzji elektronów ( I _{E, n} ), pomniejszony o podstawowy prąd rekombinacyjny ( I _{r, B} ).

$$ I_ {C} = I_ {E, n} -I_ {r, B} $$

Suma prądu bazowego I _B jest otrzymywana przez dodanie prądu dyfuzji dziurowej ( I _{E, p} ), prądu rekombinacji bazy ( I _{r, B} ) i prądu rekombinacji baza-emiter warstwy zubożonej ( I _{r, d} ).

$$ I_ {B} = I_ {E, p} + I_ {r, B} + I_ {r, d} $$

Czynnik transportowy

Wynika to ze stosunku prądu kolektora do prądu emitera.

$$ \ alpha = \ frac {I_ {C}} {I_ {E}} $$

Stosując aktualne prawo Kirchhoffa, okazuje się, że prąd bazowy jest określony przez różnicę między prądem emitera a prądem kolektora.

Aktualny zysk

Wynika to ze stosunku prądu kolektora do prądu podstawowego.

$$ \ beta = \ frac {I_ {C}} {I_ {B}} = \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$

Powyższe wyjaśnia, w jaki sposób BJT może wytwarzać wzmocnienie prądu. Współczynnik transportu (α) zbliża się do jednego, jeśli prąd kolektora jest prawie równy prądowi emitera. Wzmocnienie prądu (β) staje się zatem większe niż jeden.

Do dalszej analizy przepisano współczynnik transportu (α) jako iloczyn wydajności emitera (γ _E ), podstawowego współczynnika transportu (α _T ) i współczynnika rekombinacji warstwy zubożonej (δ _r ). Został przepisany w następujący sposób -

$$ \ alpha = \ gamma _ {E} \ times \ alpha _ {T} \ times \ delta _ {r} $$

Poniżej znajduje się podsumowanie omawianej wydajności emitera, podstawowego współczynnika transportu i współczynnika rekombinacji warstwy zubożonej.