Tranzistoare bipolare

Tranzistoare bipolare

Se numesc bipolare intrucat la conductia curentului electric participa atat purtatorii ambele tipuri de purtatori: goluri si electroni. Un tranzistor bipolar este constituit din trei zone alternante ca dotare, PNP sau NPN, realizate pe acelasi monocristal de Si sau Ge. Zona centrala este foarte subtire comparativ cu cele extreme si se numeste baza (B). Zonele extreme se numesc emitor (E) si respectiv colector (C). Exista doua tipuri de tranzistoare : NPN si PNP.

Sageata din simbolul tranzistorului indica sensul de trecere al curentului principal intre colector si emitor.

Datorita modului de realizare, apar doua jonctiuni PN: jonctiunea E-B (jonctiunea emitorului) si jonctiunea B-C (jonctiunea colectorului).

Fig.4.17. Tranzistor NPN (a) si PNP (b)

In functie de tensiunile aplicate unui tranzistor bipolar se deosebesc 4 regiuni (zone de functionare):

1 – regiunea activa normala, in care jonctiunea emitorului este polarizata direct iar jonctiunea colectorului este polarizata invers;

2 – regiunea de blocare, in care ambele jonctiuni sunt polarizate invers

3 – regiunea de saturatie in care ambele jonctiuni sunt polarizate direct

4 – regiunea activa inversa in care colectorul ia locul emitorului si invers, deci jonctiunea colectorului este polarizata direct in timp ce jonctiunea emitorului este polarizata invers.

Efectul de tranzistor apare in regiunea activa normala.

Pentru a studia acest efect vom considera functionarea unui tranzistor PNP, in regiunea activa normala.

Fig.4.18. Curentii care apar intr-un tranzistor PNP, in regiunea activa normala

Polarizarile celor 2 jonctiuni se fac cu circuite de polarizare exterioare tranzistorului. Datorita polarizarii directe a jonctiunii emitorului, purtatorii majoritari ai acestuia (golurile) vor difuza masiv in volumul bazei formand curentul I_pE, iar electronii din baza vor difuza in emitor formand curentul I_nB. Deoarece baza este foarte subtire si slab impurificata cea mai mare parte a golurilor din emitor vor ajunge in jonctiunea colectorului. Aceasta jonctiune fiind polarizata invers cu tensiunea E_C, apare un camp electric care accelereaza deplasarea golurilor spre borna minus a sursei E_C Doar o mica parte din golurile injectate in baza nu trec in colector, recombinandu-se cu electronii din baza si formand curentul I_pB. Curentul I_CBO este curentul purtatorilor minoritari din colector (electroni) care difuzeaza in baza datorita polarizarii inverse a jonctiunii colectorului.

De mentionat ca sensul conventional al curentilor de electroni I_nB si I_CB0 este invers sensului deplasarii electronilor.

I_E = I_pE + I_nB

I_C = I_pC + I_CBO (4.20)

I_B = I_pB + I_nB - I_CBO

rezulta

I_C +I_B = I_pC + I_pB + I_nB = I_pE + I_nB = I_E (4.21)

Ca urmare se obtine prima relatia fundamentala a unui tranzistor:

I_E = I_C + I_B (4.22)

Factorul a = I_pC/I_pE se numeste factor de transport si are valori cuprinse intre 0,98…0,998.

Neglijand I_nB in raport cu I_pE obtinem:

I_C = I_pE + I_CBO (4.23)

I_C = (I_C +I_B) +I_CBO (4.24)

I_C(1- )= I_B + I_CBO (4.25)

I_C = (4.26)

Notam:                                  (4.27)

factor de amplificare in curent fiind cuprins intre 10 – 1000

(4.28)

I_C = (4.29)

Relatia (4.29) reprezinta a doua relatie fundamentala a unui tranzistor.

In multe calcule practice, intrucat I_CBO este foarte mic ultimul termen al relatiei se neglijeaza astfel incat:

I_C = (4.30)

Aceasta relatie evidentiaza ca, curentul de colector nu depinde de elementele circuitului exterior ci doar de curentul de baza. De aceea tranzistorul este folosit ca element de amplificare.

Caracteristicile statice ale unui tranzistor exprima dependenta grafica dintre curentii continui prin tranzistor si tensiunile continue aplicate (Fig.4.23)

Fig.4.19. Curentii si tensiunile unui tranzistor