Силовая электроника - BJT

Биполярный переходный транзистор (BJT) - это транзистор, работа которого зависит от контакта двух полупроводников. Он может действовать как переключатель, усилитель или генератор. Он известен как биполярный транзистор, поскольку для его работы требуются два типа носителей заряда (дырки и электроны). Дырки являются основными носителями заряда в полупроводниках P-типа, в то время как электроны являются основными носителями заряда в полупроводниках N-типа.

Символы БЮТ

Структура БЮТ

BJT имеет два PN-перехода, соединенных спина к спине и разделяющих общую область B (основание). Это гарантирует наличие контактов во всех областях: база, коллектор и эмиттер. Структура биполярного транзистора PNP показана ниже.

Показанный выше BJT состоит из двух диодов, соединенных спиной друг к другу, что приводит к истощению областей, называемых квазинейтральными. Ширина квазинейтрального эмиттера, базы и коллектора обозначена выше как W _E ', W _B ' и W _C '. Они получаются следующим образом -

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

Условные обозначения токов для эмиттера, базы и коллектора обозначаются I _E , I _B и I _C соответственно. Следовательно, ток коллектора и базы положительный, когда положительный ток встречается с контактом коллектора или базы. Кроме того, ток эмиттера положительный, когда ток покидает контакт эмиттера. Таким образом,

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

Когда на контакт базы относительно коллектора и эмиттера подается положительное напряжение, напряжение база-коллектор, а также напряжение база-эмиттер становится положительным.

Для простоты предполагается , что V _CE равняется нулю.

Диффузия электронов происходит от эмиттера к базе, тогда как диффузия дырок происходит от базы к эмиттеру. Как только электроны достигают обедненной области базового коллектора, они уносятся через область электрическим полем. Эти электроны образуют ток коллектора.

Когда BJT смещен в прямом активном режиме, полный ток эмиттера получается путем сложения тока диффузии электронов ( I _{E, n} ), тока диффузии дырок ( I _{E, p} ) и тока базового эмиттера.

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

Полный ток коллектора определяется током диффузии электронов ( I _{E, n} ) за вычетом тока рекомбинации базы ( I _{r, B} ).

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

Сумма базового тока I _B получается путем сложения дырочного диффузионного тока ( I _{E, p} ), базового рекомбинационного тока ( I _{r, B} ) и рекомбинационного тока база-эмиттер обедненного слоя ( I _{r, d} ).

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

Транспортный фактор

Это определяется соотношением тока коллектора и тока эмиттера.

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

Применяя закон Кирхгофа, было обнаружено, что ток базы определяется разницей между током эмиттера и током коллектора.

Текущая прибыль

Это определяется отношением тока коллектора к току базы.

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

Выше объясняется, как BJT может производить усиление тока. Коэффициент переноса (α) приближается к единице, если ток коллектора почти эквивалентен току эмиттера. Таким образом, текущий коэффициент усиления (β) становится больше единицы.

Для дальнейшего анализа коэффициент переноса (α) переписывается как произведение эффективности эмиттера (γ _E ), базового коэффициента переноса (α _T ) и коэффициента рекомбинации слоя обеднения (δ _r ). Он переписывается следующим образом -

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

Ниже приводится краткое изложение обсуждаемых эффективности эмиттера, базового транспортного коэффициента и коэффициента рекомбинации обедненного слоя.