IBR – wyłączający prąd bazy

AGH, WEAIiE
ELEMENTY ELEKTRONICZNE – LABORATORIUM
Nr ćwiczenia:
Temat:
6
Przełączanie tranzystorów bipolarnych
Data wykonania:
Imię i nazwisko:
Rok 1 EiT
Ocena:
19.04.2010r. 1. Paweł Zajdel
Konspekt:
tranzystor bipolarny - tranzystor, który zbudowany jest z trzech warstw półprzewodników o różnym
rodzaju przewodnictwa. Rozróżniamy tranzystory typu pnp oraz npn, ich uproszczona struktura,
oraz symbol zostały przestawione poniżej.
Zasada działania tranzystora bipolarnego od strony 'użytkowej' polega na sterowaniu wartością
prądu kolektora za pomocą prądu bazy. (Prąd emitera jest zawsze sumą prądu kolektora i prądu
bazy). Prąd kolektora jest wprost proporcjonalny do prądu bazy, współczynnik proporcjonalności
nazywamy wzmocnieniem tranzystora i oznaczamy symbolem h21E lub grecką literą beta
Napięcie przyłożone do złącza baza-emiter przyłożone w kierunku przewodzenia wymusza
przepływ prądu przez to złącze – nośniki większościowe (elektrony w tranzystorach NPN lub dziury
w tranzystorach PNP) przechodzą do obszaru bazy. (stąd nazwa elektrody: emiter, bo emituje
nośniki). Nośniki wprowadzone do obszaru bazy przechodzą bezpośrednio do kolektora – jest to
możliwe dzięki niewielkiej grubości obszaru bazy – znacznie mniejszej niż droga swobodnej dyfuzji
nośników ładunku w tym obszarze (ok. 0,01-0,1mm), co pozwala na łatwy przepływ nośników
przechodzących przez jedno ze złącz do obszaru drugiego złącza – nośniki wstrzyknięte do bazy
niejako 'siłą rozpędu' dochodzą do złącza kolektor baza. Ponieważ złącze to jest spolaryzowane w
kierunku zaporowym to nośniki mniejszościowe są 'wsysane' do kolektora.
Prąd bazy składa się z dwóch głównych składników: prądu rekombinacji i prądu wstrzykiwania.
Prąd rekombinacji to prąd powstały z rekombinowania wstrzykniętych do bazy nośników
mniejszościowych z nośnikami większościowymi w bazie. Jest tym mniejszy im cieńsza jest baza.
Prąd wstrzykiwania jest to prąd złożony z nośników wstrzykniętych z bazy do emitera, jego wartość
zależy od stosunku koncentracji domieszek w obszarze bazy i emitera.
Podstawowe znaczenie dla działania tego urządzenia mają zjawiska zachodzące w cienkim obszarze,
zwanym bazą, pomiędzy dwoma złączami półprzewodnikowymi. Kolejne obszary materiału
tranzystora noszą nazwy:

emiter (ozn. E)

baza (ozn. B)

kolektor (ozn. C)
wzmocnienie prądowe tranzystora - jeden z parametrów (oznaczany zazwyczaj Ki)
charakteryzujących elektroniczne układy wzmacniające. Wzmocnienie prądowe jest to
stosunek prądu wyjściowego do prądu wejściowego układu, wyrażony w amperach na amper
[A/A]:
Ki[A / A] = Iwy / Iwe
lub częściej w decybelach [dB]:
Ki[dB] = 20lgKi[A / A]
czas magazynowania tranzystora - t s   s ln
I BF  I BR
I
I BR  C

gdzie :
IBF –załączający prąd bazy
IBR – wyłączający prąd bazy
IC - prąd kolektora
τS - czas magazynowania
zasada działania tranzystora bipolarnego - w normalnych warunkach pracy złącze
kolektora jest spolaryzowane zaporowo. Napięcie przyłożone do złącza baza-emiter w
kierunku przewodzenia powoduje przepływ prądu przez to złącze – nośniki z emitera
(elektrony w tranzystorach npn lub dziury w tranzystorach pnp) przechodzą do obszaru bazy
(stąd nazwa elektrody: emiter, bo emituje nośniki). Nośników przechodzących w przeciwną
stronę, od bazy do emitera jest niewiele, ze względu na słabe domieszkowanie bazy. Nośniki
wprowadzone z emitera do obszaru bazy dyfundują w stronę mniejszej ich koncentracji - do
kolektora. Dzięki niewielkiej grubości obszaru bazy trafiają do obszaru drugiego złącza, a tu
na skutek pola elektrycznego w obszarze zubożonym są przyciągane do kolektora.
W rezultacie, po przyłożeniu do złącza emiterowego napięcia w kierunku przewodzenia,
popłynie niewielki prąd między bazą a emiterem, umożliwiający przepływ dużego prądu
między kolektorem a emiterem. Stosunek prądu kolektora do prądu bazy nazywany jest
wzmocnieniem prądowym tranzystora i oznacza się grecką literą β.
Za sygnał sterujący prądem kolektora można uważać zarówno prąd bazy, jak i napięcie bazaemiter. Zależność między tymi dwiema wielkościami opisuje charakterystyka wejściowa
tranzystora, będąca w zasadzie eksponencjalną charakterystyką złącza pn spolaryzowanego w
kierunku przewodzenia.
Prąd bazy składa się z dwóch głównych składników: prądu rekombinacji i prądu
wstrzykiwania. Prąd rekombinacji to prąd powstały z rekombinacji w bazie nośników
wstrzykniętych z emitera do bazy z nośnikami komplementarnymi. Jest tym mniejszy im
cieńsza i słabiej domieszkowana jest baza. Prąd wstrzykiwania jest to prąd złożony z
nośników wstrzykniętych z bazy do emitera, jego wartość zależy od stosunku koncentracji
domieszek w obszarze bazy i emitera.