Input-output-adfærd for fælles-emitter NPN-transistorer:en teknisk oversigt

Af Kevin Beck – Opdateret 30. august 2022

alan64/iStock/GettyImages

Udtrykket transistor kombinerer "overførsel" og "varistor", hvilket afspejler dens tidlige rolle i at overføre spænding, mens modstanden varieres. Transistorer er de grundlæggende byggesten i moderne elektronik, analogt med DNA i biologi. De er klassificeret i to hovedfamilier:bipolære forbindelsestransistorer (BJT'er) og felteffekttransistorer (FET'er). Denne artikel fokuserer på BJT'er.

Typer af bipolære forbindelsestransistorer

BJT'er er tilgængelige i to grundlæggende konfigurationer, NPN og PNP, defineret af sekvensen af N-type og P-type halvlederlag. En NPN-transistor består af et tyndt P-område, der er klemt mellem to N-områder. De to PN-kryds kan være fremad- eller baglæns, hvilket giver enheden dens karakteristiske opførsel.

Terminalnavngivning og -struktur

Hver BJT har tre terminaler:emitter (E), base (B) og solfanger (C). I en NPN-enhed er opsamleren fastgjort til det ene N-lag, basen til det midterste P-lag og emitteren til det andet N-lag. P-området er let doteret, hvorimod N-laget nærmest emitteren er stærkt dopet. Fordi de to N-lag adskiller sig i doping og geometri, kan de ikke udskiftes.

Common-Emitter-konfiguration

Den mest udbredte driftstilstand er CE-konfigurationen (common-emitter). I denne opsætning påføres en spænding mellem basen og emitteren (V_BE) og mellem solfangeren og emitteren (V_CE). Emitterterminalen tjener som udgang og leverer den forstærkede strøm til resten af kredsløbet.

Elektriske forhold

Indgangs- og udgangsstrømmene er forbundet med transistorens strømforstærkning, β (beta). Matematisk:

I_B = I_0 \frac{e^{V_{BE}/V_T}}{V_T - 1}

I_C = \beta I_B

Her er I_B basisstrømmen, I_C kollektorstrømmen, I_0 mætningsstrømmen, V_T den termiske spænding og β strømforstærkningsfaktoren. Disse ligninger beskriver, hvordan en lille basisstrøm styrer en større kollektorstrøm.

Forståelse af disse grundlæggende principper klæder ingeniører på til at designe pålidelige forstærkningstrin og koblingskredsløb.