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). Отверстия являются доминирующими носителями заряда в полупроводниках P-типа, тогда как электроны являются основными носителями заряда в полупроводниках N-типа.

Символы БЖТ

Структура БЮТ

BJT имеет два PN соединения, соединенных друг с другом и разделяющих общую область B (основание). Это гарантирует, что контакты сделаны во всех регионах, которые являются базой, коллектором и эмиттером. Структура биполярного транзистора PNP показана ниже.

BJT, показанный выше, состоит из двух диодов, соединенных вплотную, что приводит к истощению областей, называемых квазинейтральными. Ширина квазинейтрального излучателя, основания и коллектора указана выше как W _E ‘, W _B ‘ и W _C ‘. Они получены следующим образом —

W′E=WE−Xn,BE $$W_ {E} ^ {'} = W_ {E} -X_ {n, BE}$$ W′B=WB−Xp,BE−Xp,BC $$W_ {B} ^ {'} = W_ {B} -X_ {p, BE} -X_ {p , BC}$$ W′C=WC−Xn,BC $$W_ {C} ^ {'} = W_ {C} -X_ {n, BC}$$

Условные знаки токов для эмиттера, основания и коллектора обозначены 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,

$$I_ {Е} = I_ {B} + I_ {C},$$

Когда к контакту базы прикладывается положительное напряжение относительно коллектора и эмиттера, напряжение базы-коллектора, а также напряжение базы-эмиттера становится положительным.

Для простоты V _CE предполагается равным нулю.

Диффузия электронов происходит от эмиттера к основанию, а диффузия дырок — от основания к эмиттеру. Как только электроны достигают обедненной области базового коллектора, они проходят через эту 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.

$$I_ {Е} = I_ {Е, п} + I_ {Е, р} + I_ {R, D}$$

Общий ток коллектора определяется током диффузии электронов ( I _{E, n} ), меньшим базовым током рекомбинации ( I _{r, B} ).

$$I_ {C} = {I_ Е, п} -I_ {R, B}$$

Сумма базового тока I _B получается путем сложения диффузионного тока дырок ( I _{E, p} ), тока базовой рекомбинации ( I _{r, B} ) и тока рекомбинации базы-эмиттера слоя обеднения ( I _{r, d} ).

$$I_ {B} = {I_ Е, р} + I_ {R, B} + I_ {г, д}$$

Транспортный фактор

Это определяется соотношением тока коллектора и тока эмиттера.

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

Применяя текущий закон Кирхгофа, обнаруживается, что базовый ток определяется разностью между током эмиттера и током коллектора.

Текущая прибыль

Это определяется отношением тока коллектора к базовому току.

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

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

Для дальнейшего анализа коэффициент переноса (α) переписывается как произведение эффективности эмиттера (γ _E ) на базовый коэффициент переноса (α _T ) и коэффициент рекомбинации слоя истощения (δ _r ). Это переписано следующим образом —

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

Ниже приводится краткое изложение обсуждаемой эффективности излучателя, базового коэффициента переноса и коэффициента рекомбинации на уровне обеднения.