8. bipolarni tranzistor - etfsa.files.wordpress.com · ova komponenta se naj češ će ozna čava...

15
9 8. BIPOLARNI TRANZISTOR Bipolarni tranzistor je najmasovnije korištena poluvodička komponenta. Sastoji se od dva p-n spoja. Ova komponenta se najčće označava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni spojni tranzistor. Postoje dvije izvedbe ovog tranzistora: pnp tip [slika 8.1 a) i šematski prikaz: slika 8.1 b)] i npn tip [slika 8.2 a) i šematski prikaz: slika 8.2 b)]. Na slikama 8.1 a) i 8.2.a), prikazani su izvori napajanja koji vrše polarizaciju pn spojeva. Pošto je proces provođenja struje kroz ovakav tranzistor zasnovan na obje vrste naboja (većinski i manjinski), to se oni zato zovu bipolarni tranzistori. Mada je za priozvodnju ovih tranzistora korišten i germanijum, oni se u savremenim izvedbama uglavnom prave od silicijuma. Polarizacija tranzistora na slikama 8.1 a) i 8.2 a) naziva se normalna polarizacija tranzistora, za razliku od situacije kada se polariteti baterija zamijene i to je onda inverzna polarizacija. Elektromotorne sile, koje su priključene na tranzistor u spoju sa zajedničkom bazom preko pripadnih otpora (R E i R C ), označene su na slikama sa V BB (emiter-baza) i V CC (kolektor-baza). Napon između tačke E i uzemljene baze, označava se kao V EB ili U EB . Napon između tačke C i uzemljene baze, označava se kao V CB ili U CB . a) b) Slika 8.1 a) pnp tranzistor u normalnoj polarizaciji sa uobičajenim smjerovima struja emitera, baze i kolektora b) šematski prikaz i simbol za pnp tranzistor

Upload: others

Post on 10-Sep-2019

24 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

9

8. BIPOLARNI TRANZISTOR Bipolarni tranzistor je najmasovnije korištena poluvodička komponenta. Sastoji se od dva p-n spoja. Ova komponenta se najčešće označava kao Bipolar Junction

Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni spojni tranzistor. Postoje dvije izvedbe ovog tranzistora: pnp tip [slika 8.1 a) i šematski prikaz: slika 8.1 b)] i npn tip [slika 8.2 a) i šematski prikaz: slika 8.2 b)]. Na slikama 8.1 a) i 8.2.a), prikazani su izvori napajanja koji vrše polarizaciju pn spojeva. Pošto je proces provođenja struje kroz ovakav tranzistor zasnovan na obje vrste naboja (većinski i manjinski), to se oni zato zovu bipolarni tranzistori. Mada je za priozvodnju ovih tranzistora korišten i germanijum, oni se u savremenim izvedbama uglavnom prave od silicijuma. Polarizacija tranzistora na slikama 8.1 a) i 8.2 a) naziva se normalna polarizacija tranzistora, za razliku od situacije kada se polariteti baterija zamijene i to je onda inverzna polarizacija. Elektromotorne sile, koje su priključene na tranzistor u spoju sa zajedničkom bazom preko pripadnih otpora (RE i RC), označene su na slikama sa VBB (emiter-baza) i VCC (kolektor-baza). Napon između tačke E i uzemljene baze, označava se kao VEB ili UEB. Napon između tačke C i uzemljene baze, označava se kao VCB ili UCB.

a)

b)

Slika 8.1 a) pnp tranzistor u normalnoj polarizaciji sa uobičajenim smjerovima struja emitera, baze i kolektora b) šematski prikaz i simbol za pnp tranzistor

Page 2: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

10

a)

b) Slika 8.2 a) npn tranzistor u normalnoj polarizaciji sa uobičajenim smjerovima struja emitera, baze i kolektora i b) šematski prikaz i simbol za npn tranzistor Spoj koji je u normalnoj polarizaciji direktno polariziran, naziva se emiterski spoj, a pripadni „vanjski“ sloj (p kod pnp tranzistora, odnosno n kod npn tranzistora) naziva se emiter ( E) . Spoj koji je u normalnoj polarizaciji inverzno polariziran, naziva se kolektorski spoj, a pripadni „vanjski“ sloj ( p kod pnp tranzistora, odnosno n kod npn tranzistora) se naziva kolektor (C). Emiter i kolektor, kao poluvodiči istog tipa razdvojeni su poluvodičkim slojem suprotnog tipa, koji se naziva baza (B). Širina srednjeg sloja, baze, je izuzetno mala (manja od 10-5 m). Tranzistori se prave sa različitim koncentracijama primjesa u pojedinim slojevima, tako da je emiter najjače dopiran, kolektor nešto slabije a baza najslabije.

Page 3: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

11

U gruboj aproksimaciji tranzistor se može predstaviti preko spoja dvije diode, ali ova predstava ne daje dobre rezultate; zbog uskog pojasa baze, ovdje ne vrijede

jednačine i granični uvjeti postavljeni za pn spoj. Kao i kod diode, uz emiterski i kolektorski spoj formiraju se osiromašene oblasti. Nakon priključenja izvora napajanja, u emiterskom spoju se uočava smanjenje

potencijalne barijere, pošto se napon UBB dodaje u direktnoj polarizaciji. Obrnuto, u inverznoj polarizaciji, koja određuje kolektorski spoj, dodavanjem

negativnog napona UCC, povećava se potencijalna barijera. Osiromašena oblast

uz emiterski spoj je, zbog direktne polarizacije, uža od osiromašene oblasti uz

kolektorski spoj, koji je u inverznoj polarizaciji. Širina osiromašene oblasti zavisi od veličine napona polarizacije UEB i UCB. Ovo podrazumjeva, da se pri promjeni

iznosa napona polarizacije, efektivna širina baze mijenja. Zbog postojanja osiromašenih oblasti, stvarna širina baze je smanjena. Osiromašene oblasti koje razdvajaju pn područja su po karakteru i uticaju iste kao i kod diode sa površinskim spojem. U njima se nalaze nekompenzirani donorski i akceptorski joni. Slično poluvodičkoj diodi, paralelno emiterskom i kolektorskom spoju djeluju kapaciteti : u emiterskom spoju difuzioni kapacitet, a u kolektorskom spoju kapacitet prostornog naboja. Kapacitivnost kolektorskog spoja ima veći uticaj na rad

tranzistora, mada je njegova kapacitivnost manja (zbog veće širine osiromašene oblasti), pošto je emiterski spoj direktno polariziran, pa je njegov otpor mali i predstavlja kratak spoj, čime je premošćen kapacitet u emiterskom spoju. Osnovni efekat rada, tz. tranzistorski efekat, postiže se kretanjem šupljina kroz tranzistor pnp tipa i kretanjem elektrona kroz tranzistor npn tipa. Kod tranzistora pnp tipa, šupljine se iz emitera, gdje su glavni nosioci naboja, kreću pod uticajem električnog polja ka spoju sa bazom, gdje ova koncentracija raste. S obzirom da je u bazi, koja je n tipa, koncentracija šupljina neznatna (manjinski nosioci), to se šupljine prispjele iz emitera difuzijom šire kroz bazu ka

kolektorskom spoju. Kolektorski spoj, koji je inverzno polariziran, potpomaže kretanje manjinskih nosilaca iz baze (šupljine) kroz potencijalnu barijeru, koje prelaze u kolektor čineći kolektorsku struju. Ako se zanemari bazna struja, kolektorska i emiterska struja su jednake. Na isti način je moguće objasniti ponašanje npn tipa tranzistora. 8.1 Komponente struja kroz tranzistor Razmatraće se pnp tip tranzistora, kao i do sada, šematski prikazan na slici 8.3 a). Kako je emiterski spoj direktno polariziran, struju kroz emiter (IE), sačinjavaju struja šupljina (IpE) koje iz emitera prelaze u bazu, struja elektrona (InE) koji iz baze prelaze u emiter pa vrijedi : IE=IpE+ InE (8.1)

Page 4: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

12

Kako samo struja šupljina doprinosi tranzistorskom efektu, efikasnost emitera (γγγγ) se definira [vodeći računa da je odnos struja elektrona i šupljina srazmjeran provodnosti p i n područja, označeno u (8.2) sa (*)] kao:

( )*

1

1

p

n

pE

nE

pE

nEE

pE

I

I

I

II

I

σ

σγ ≈

+

== (8.2)

Pri proizvodnji tranzistora se vodi računa da je provodnost emitera mnogo veća od

provodnosti baze, pa je efikasnost emitera vrlo bliska jedinici. Šupljine se kroz područje baze kreću difuzijom prema kolektorskom spoju i djelomično se rekombinuju sa elektronima, koji su većinski nosioci naboja u bazi. Zato je struja šupljina koja dođe do kolektorskog spoja (IpC) manja od struje šupljina na emiterskom spoju: IpC < IpE (8.3) Količnik ove dvije struje se naziva transportni faktor i označava se sa ßt:

pE

pC

tI

I=β (8.4)

Kako je područje baze vrlo usko, i provodnost baze vrlo mala (najslabije dopirana), rekombinacija u području baze je vrlo mala, i praktično je vrijednost transportnog faktora od 0,99 do 0,999. Vrijednost transportnog faktora raste sa porastom napona polarizacije

kolektorskog spoja, jer se povećava širina osiromašene oblasti, pa je efektivna širina baze manja, što ima za posljedicu smanjenje procesa rekombinacije. Struju kolektora čine struja šupljina koje iz baze prelaze u kolektor i struja elektrona koji iz kolektora prelaze u bazu (obje ove struje su rezultat manjinskih nosilaca naboja: šupljine u bazi i elektroni u kolektoru). Kako je struja elektrona znatno manja od struje šupljina, to je praktučno struja kolektora jednaka struji šupljina.

Slika 8.3 a) Šematski prikaz struja u pnp tranzistoru

Page 5: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

13

Slika 8.3 b). Šematski prikaz struja u npn tranzistoru.

Struja baze je jednaka razlici struja emitera i kolektora (Slika 8.3 a)). Na ovoj slici je velikom strelicom (zelena) označen protok šupljina iz p kroz n u p područje, kao i dio šupljina koji se rekombiniraju sa elektronima u bazi. Donjom strelicom (plava) je prikazana struja elektrona iz baze u emiter. Sa iB je označena struja sopstvenih šupljina baze. Na slici 8.3 b) je dat šematski prikaz struja u npn tranzistoru. 8.2 Iznosi struja kroz tranzistor i jednačine Gummel-Poon-a Razmotriće se pnp tip tranzistora u spoju sa zajedničkom bazom, kako bi se dobile jednačine potrebne za opisivanje statičke i-u karakteristike bipolarnog tranzistora. Jednačine će se izvesti za slučaj kada su oba pn spoja tranzistora direktno

polarizirana. Koristiće se predstava svakog promatranog pn spoja putem dioda - prikazano slikom 8.4 a) i pripadnih diodnih jednačina. Za nalaženje potrebnih relacija može se koristiti princip superpozicije struja, što znači da promatramo: a) direktno polariziran samo spoj emiter - baza preko napona uEB, dok je kolektor u kratkom spoju sa bazom (uCB=0)- prikazano slikom 8.4 b); b) direktno polariziran samo spoj kolektor-baza preko napona uCB, dok je emiter u kratkom spoju sa bazom (uEB=0) - prikazano slikom 8.4 c); c) iznosi struja dobijeni za slučajeve a) i b) se sabiru.

Page 6: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

14

a)

b) c) Slika 8.4.a); Idealizirana pnp struktura tranzistora za uopćenu polarizaciju; b) pnp tranzistor sa priključenim naponom uEB, i uCB=0; c) pnp tranzistor sa priključenim naponom uCB, i uEB=0; a) Spoj emiter-baza je direktno polariziran naponom uEB, koji uspostavlja emitersku struju iE, koja je jednaka ukupnoj struji koja prolazi kroz spoj emiter-baza. Ona se sastoji od dvije struje: veće, direktne transportne struje iF, koja dolazi u kolektor, putujući kroz usku oblast baze od emitera ka kolektoru, i struje baze iB koja prolazi kroz spoj emiter- baza, kako slijedi:

mVV

eIsiii

eIsi

i

eIsii

T

TV

EBU

F

BCE

TV

EBU

FF

CB

TV

EBU

FC

25

11

1

1

1

=

+=+=

−==

−==

β

ββ (8.5)

Emiter Base Colector

Page 7: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

15

Ovdje je definiran parametar ßF, nazvan direktno strujno pojačanje tranzistora u

spoju sa zajedničkim emiterom [[[[forward (ili normal) common-emiter curent gain]]]] kao odnos struje kolektora i struje baze. Njegove tipične vrijednosti su:

50020 ≤≤ Fβ (8.6) Definira se još i parametar ααααF, nazvan direktno strujno pojačanje tranzistora u

spoju sa sa zajedničkom bazom [[[[forward (ili normal) common-base curent gain]]]]. Njegove tipične vrijednosti, kao i odnos između ααααF i ßF, dati su sljedećim jednačinama:

1

0,195,0

+=

<≤

F

FF

F

β

βα

α

(8.7)

b) U ovom slučaju je napon uCB doveden na spoj kolektor-baza, dok je spoj emiter baza u nultoj polarizaciji. Ovaj napon uspostavlja direktnu polarizaciju kolektorskog spoja i uspostavlja inverznu transportnu struju iR koja teče od kolektora prema

emiteru (suprotno od direktne) i struju baze iB , kako slijedi:

+−=−=

−==

−==−

11

1

1

1

TV

CBU

RBEC

TV

CBU

RR

RB

TV

CBU

RE

eIsiii

eIsi

i

eIsii

β

ββ (8.8)

Znak „minus“ u jednačini za struju emitera uzrokovan je suprotnim smjerovima struje emitera i inverzne struje (u suprotnom smjeru od direktne), a indeks „R“ je od „reverse“- inverzna. Iz razloga što bipolarni tranzistor nije simetričan poluvodički element, šta više, količina primjesa u emiterskom i kolektorskom dijelu je značajno različita, to uzrokuje značajnu razliku između baznih struja u direktnom i inverznom

smjeru. Ovdje je zato definiran parametar ßR, isto kao i u slučaju pod a), nazvan inverzno strujno pojačanje tranzistora u spoju sa zajedničkim emiterom [[[[reverse

(ili inverse) common-emiter curent gain]]]] . Njegove tipične vrijednosti su u granicama: 0 < ßR ≤ 20 (8.9) Uočljivo je da je gornja granica ßR jednaka gornjoj granici ßF. Takođe se definira i parametar ααααR, nazvan inverzno strujno pojačanje tranzistora u spoju sa

zajedničkom bazom [[[[reverse (ili inverse) common-base current gain]]]]. Njegove tipične vrijednosti, kao i odnos između ααααR i ßR, dati su sljedećim jednačinama:

Page 8: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

16

R

RR

R

RR

R

α

αβ

β

βα

α

−=

+=

≤<

1

1

95,00

(8.10)

U tabeli T 8.1 su komparirane tipične vrijednosti koeficenata ß i α.. Zbog toga što se opsezi ovih koeficijenata ne poklapaju u direktnoj i inverznoj polarizaciji (sem na granici), moguće ih je razlikovati. TABELA T 8.1: Poređenja strujnih pojačanja u spoju sa zajedničkom bazom i

zajedničkim emiterom

α α ß ß

0.1 αR 0,11 ßR

0,5 αR 1 ßR 0,9 αR 9 ßR

0,95 αR i αF 20 ßR i ßF 0,98 αF 99 ßF 0,998 αF 499 ßF

c) U slučaju kada su na pnp tranzistor priključena oba napona uEB i uCB, potrebno je sabrati struje tranzistora iz slučaja a) i b), date jednačinama (8.5) i (8.8), kako bi se dobile ukupne struje:

−+

−=

−+

−=

−−

−=

11

1

1

TV

CBU

R

TV

EBU

F

B

TV

EBU

F

TV

CBU

TV

EBU

E

TV

CBU

R

TV

CBU

TV

EBU

C

eIs

eIs

i

eIs

eeIsi

eIs

eeIsi

ββ

β

β

(8.11)

Jednačine (8.11) predstavljaju pojednostavljeni Gummel-Poon-ov transportni

matematički model pnp tranzistora i mogu se koristiti da povežu napone na priključcima i struje u pnp tranzistoru, općenito, za bilo kakvu polarizaciju. Ove jednačine vrijede i za npn tranzistor u kom slučaju napone uEB i uCB treba zamijeniti sa naponima uBE i uBC respektivno.

Page 9: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

17

Uočljivo je da su potrebna samo tri parametra da bi se opisao svaki specifičan bipolarni tranzistor: Is, ßT i ßR (treba upamtiti da je temperatura takođe značajan parametar, zbog VT= kT/q). Vidi se da prvi član u izrazu za emitersku i kolektorsku struje u jednačinama (8.11) predstavlja ukupnu struju koja teče kroz područje baze tranzistora („transportna struja“):

−=−= TV

CBU

TV

EBU

RFT eeIsiii (8.12)

Ona odražava simetriju koja egzistira između napona emitera-baza i napona kolektor-baza u formiranju dominantne struje kroz tranzistor. U biti, jednačine (8.11) predstavljaju pojednostavljenu verziju mnogo kompeksnijeg Gummel-Poon-ovog matematičkog modela, i predstavljaju osnov za model bipolarnog spojnog tranzistora koji se koristi u računarskom simulacionom paketu SPACE. Kompletni Gummel-Poon-ov model opisuje karakteristike bipolarnog spojnog tranzistora u vrlo širokom opsegu uvjeta rada, i uveliko je potisnuo prethodni Ebers-Moll-ov model, koji ovdje neće biti obrađen. Na osnovu jednačina (8.11) može se napraviti ekvivalentna šema tranzistora, tz. transportni model pnp tranzistora, koji je predstavljen sa dvije direktno

polarizirane diode u međusobnom spoju katoda-katoda, kroz koje teku komponentne bazne struje, čineći na zajedničkom spoju (katoda) ukupnu baznu struju. Paralelno ovom spoju vezan je strujni izvor, definiran jednačinom (8.12), što je prikazano na slici 8.5 b). Ekvivalentna šema za npn tranzistor je prikazana na slici 8.5 a).

Page 10: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

18

Slika 8.5 a) Transportni model npn tranzistora , b) transportni model pnp tranzistora PRIMJER: Odrediti struje IC, IE i IB za pnp tranzistor ako je Is=10-16 A, ßF =75, ßR=0,4; UEB=0,75 V;UCB=+0,7 V

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

mA

eeeIs

eIs

i

mAeeeeIs

eeIsi

mA

eeeeIs

eeIsi

TV

CBU

R

TV

EBU

F

B

TV

EBU

F

TV

CBU

TV

EBU

E

TV

CBU

R

TV

CBU

TV

EBU

C

374,0

)6,314,0(104,0

44,1

75

61,10101

4,0

101

75

1011

931,0)14,044,161,10(1010175

10101

557,0

)44,15,244,161,10(101014,0

10101

442816

3016

12163016

283016

12162816

283016

=

=+=

+=−+−=

−+

−=

=+−=−+−=

−+

−=

=

=⋅−−=−−−=

−−

−=

−−−−

−−

−−

ββ

β

β

8.3 Definiranje radnih područja tranzistora Kod bipolarnog tranzistora pnp (ili npn) tipa, svaki pn spoj se može direktno ili inverzno polarizirati, tako da postoje četiri posebne oblasti rada tranzistora prikazane tabelom T 8.2. a) Ako su oba pn spoja inverzno polarizirana, tranzistor je u biti neprovodan ili zakočen (područje odreza-cutof region) i može se razmatrati kao otvoreni

prekidač. b) Ako su oba pn spoja direktno polarizirana, tranzistor je u oblasti zasićenja (saturation region) i ponaša se kao zatvoreni prekidač. Ove dvije situacije (odrez i zasićenje) se najčešće koriste da predstave dva binarna

stanja u logičkim kolima koja su realizirana pomoću bipolarnih tranzistora.

Page 11: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

19

c) U direktnoj aktivnoj oblasti (foward-active region ili normalnoj aktivnoj oblasti) u kojoj je spoj emiter-baza direktno polariziran, a spoj kolektor-baza inverzno polariziran, bipolarni tranzistor može obezbjediti veliko pojačanje struje, napona ili

snage. Oblast direktne polarizacije je najčešće korištena za visokokvalitna pojačanja. Osim toga, ova oblast rada se koristi i kod najbrže bipolarne logike (ECL – emiterski spregnuta logika), gdje se tranzistor prekapča između oblasti odreza i direktne

aktivne oblasti. d) U inverznoj aktivnoj oblasti (reverse-active region) spoj emiter-baza je inverzno polariziran a kolektor-baza direktno polariziran. U ovoj oblasti tranzistor pokazuje slabo pojačanje struje i ne koristi se često. TABELA T 8.2: Radne oblasti bipolarnog pnp (npn)spojnog tranzistora SPOJ EMITER- BAZA SPOJ KOLEKTOR-

BAZA

SPOJ KOLEKTOR-

BAZA

DIREKTNA POLARIZACIJA

INVERZNA POLARIZACIJA

DIREKTNA POLARIZACIJA

Oblast zasićenja

(zatvoren prekidač)

Oblast direktne aktivne

polarizacije

( dobro pojačanje) INVERZNA

POLARIZACIJA Oblast invezne aktivne

polarizacije

(slabo pojačanje)

Oblast kočenja

(otvoren prekidač)

Tabela T 8.2 se može u istoj formi koristiti i za npn tranzistor, samo su tada promatraju invertirani spojevi (i odgovarajući naponi): spoj baza-emiter (uBE) i spoj

baza kolektor (uBC). Jednačine transportnog modela dobro opisuju ponašanje bipolarnog tranzistora, za

bilo koju polarizaciju napona na izvodima tranzistora. Konačno, karakteristike spoja za svaku od četiri radne oblasti mogu biti korištene da se dobije set

odgovarajućih jednačina za svaku posebnu oblast. Zadaci: koja je oblast rada a) npn tranzistora sa VBE=0,75 V,i VBC=-0,7 V (direktna aktivna); b) a pnp tranzistora sa VCB=0,7 V,i VEB=0,7 5V (zasićenje); 8.4. I-u karakteristike bipolarnog tranzistora Komplementaran pregled i-u karakteristika predstavljen je preko izlaznih i prenosnih

karakteristika. Izlazne karakteristike predstavljaju ovisnost kolektorske struje od napona

kolektor-emiter sa baznom strujom kao parametrom, odnosno predstavljaju ovisnost kolektorske struje od napona kolektor-baza, kod spoja sa zajedničkom

bazom sa strujom emitera kao parametrom.

Page 12: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

20

Prenosne karakteristike predstavljaju ovisnost kolektorske struje od napona baza-

emiter za spoj sa zajedničkim emiterom, sa naponom kolektor-emiter kao parametrom. Prenosne karakteristike ovdje neće biti razmatrane, jer su u biti ekvivalentne i-u karakteristikama diode. Definiraju se dva tipa izlaznih karakteristika u zavisnosti od načina spajanja tranzistora : 1) za spoj sa zajedničkim emiterom (najćešće korišten) 2) za spoj sa sa zajedničkom bazom

8.4.1. Izlazne karakteristike za spoj sa zajedničkim emiterom

Za definiranje ovih karakteristika koristi se tranzistorski spoj sa zajedničkim

emiterom, prikazan na slici 8.6. a) za npn spoj i b) za pnp spoj, kako bi se dobile izlazne karakteristike u spoju sa zajedničkim emiterom.

Slika 8.6. a) Spoj npn tranzistora sa zajedničkim emiterom; b) Spoj pnp tranzistora sa

zajedničkim emiterom a) Razmotrimo prvo rad npn tranzistora sa uCE ≥0, koji je predstavljen slikom 8.6 a). Umjesto naponskog izvora, radi lakšeg razumjevanja, u spoju emiter-baza uzmimo strujni izvor koji daje baznu struju (koja u ovom slučaju predstavlja parametar). Ovome odgovaraju izlazne karakteristike tranzistora sa zajedničkim emiterom prikazane na slici 8.7 . Za iB=0 tranzistor je zakočen (u odrezu), na slici 8.7 predstavljen pravcem iC=0. Vidljivo je da kako se povećava struja baze, takođe se povećava i struja kolektora. Za uCE ≥ uBE npn tranzistor ulazi u direktnu aktivnu oblast, i kolektorska struja je nezavisna od uCE i jednaka ßF iB .

Page 13: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

21

Za uCE ≤ uBE npn tranzistor ulazi u oblast zasićenja i napon između kolektorskog i emiterskog priključka tranzistora je mali. Ovim je završeno razmatranje prvog kvadranta karakteristika sa slike 8.7 b) Razmotrimo sada šta se dešava kada je uCE ≤ 0, na slici 8.7 kada su uloge kolektora i emitera zamijenjene (inverzna polarizacija). Za 0 ≥uCE ≥ uBE tranzistor se nalazi u zasićenju. Za uCE ≤uBE tranzistor se nalazi u aktivnoj inverznoj oblast u kojoj je struja kroz tranzistor nezavisna od napona uCE. Sada je iC~-(ßR +1)iB. Krive u inverznom aktivnom području se, radi preglednosti obično crtaju za relativno veliki ßR (ßR =5), (koji je inače manji od 1).

Slika 8.7. Radne oblasti na izlaznim karakteristikama bipolarnog npn tranzistora u spoju sa zajedničkim emiterom

Page 14: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

22

Kada je u pitanju pnp tranzistor prikazan na slici 8.6 b) dobije se identičan grafikon, kao na slici 8.7, samo se napon uCE zamijeni sa naponom uEC.

8.4.2. Izlazne karakteristike za spoj sa zajedničkom bazom

Kada se traže izlazne karakteristike za spoj sa zajedničkom bazom, tome korespondiraju šematski prikazi na slici 8.8 a) za npn tranzstor i b) za pnp tranzistor.

Slika 8.8 Krugovi za snimanje izlazne karakteristike tranzistora u spoju sa zajedničkom bazom: a) npn tranzistor b) pnp tranzistor Radi lakšeg razumjevanja, smatraćemo da se i ova karakteristika dobije ako je na spoj baza-emiter, umjesto naponskog izvora, priključen izvor konstantne struje, pa se struja iE određena strujnim izvorom uzima kao parametar. Ova karakteristika predstavlja zavisnost kolektorske struje iC od napona uCB za npn tranzistor, odnosno od napona uBC za pnp tranzistor. a) Razmotrimo sada prvi kvadrant karakteristika kada je uCB>0 . Tada npn

tranzistor radi u aktivnoj direktnoj oblasti i struja iC ne zavisi od napona uCB i znamo da je ova struja iC ~ iE. b) U trećem kvadrantu karakteristika (nije prikazano na slici) kada je uCB<0

dioda koja predstavlja spoj baza-kolektor postaje direktno polarizirana i kolektorska struja raste eksponencijalno u negativnom smjeru, kada spoj baza-kolektor počinje da vodi. Na slici 8.8 prikazane su izlazne karakteristike u spoju sa zajedničkom bazom za npn tranzistor. Ove izlazne karakteristike su iste i za pnp tranzistor kada se napon uCB zamijeni sa naponom uBC.

Page 15: 8. BIPOLARNI TRANZISTOR - etfsa.files.wordpress.com · Ova komponenta se naj češ će ozna čava kao Bipolar Junction Transistor (BJT), odnosno bipolarni tranzistor ili bipolarni

23

Slika 8.8 Izlazne karakteristike npn tranzistora u spoju sa zajedničkom bazom