| - richten sich = "Zentrum" aus

| || PNP

| - richten sich = "Zentrum" aus

| || NPN

Ein bipolar (Verbindungspunkt) ist Transistor (BJT) ein elektronisches Drei-Terminals-Gerät, das des lackierten Halbleiter-Materials gebaut ist, und kann in der Verstärkung oder Schaltung von Anwendungen verwendet werden. Transistoren von Bipolar werden so genannt, weil ihre Operation mit sowohl Elektronen als auch Löchern verbunden ist. Der Anklage-Fluss in einem BJT ist wegen der bidirektionalen Verbreitung von Anklage-Transportunternehmen über einen Verbindungspunkt zwischen zwei Gebieten von verschiedenen Anklage-Konzentrationen. Dieser Verfahrensweise wird mit einpoligen Transistoren wie Feldwirkungstransistoren gegenübergestellt, in denen nur ein Transportunternehmen-Typ verantwortlich Fluss beteiligt wird, der erwartet ist zu treiben. Durch das Design ist der grösste Teil des BJT Sammler-Stroms wegen des Flusses von Anklagen, die von einem Emitter der hohen Konzentration in die Basis eingespritzt sind, wo es Minderheitstransportunternehmen gibt, die sich zum Sammler verbreiten, und so werden BJTs als Minderheitstransportunternehmen-Geräte klassifiziert.

Einführung

Ein NPN Transistor kann als zwei Dioden mit einer geteilten Anode betrachtet werden. In der typischen Operation wird der Grundemitter-Verbindungspunkt vorwärts beeinflusst, und der Grundsammler-Verbindungspunkt ist beeinflusst Rück-. In einem NPN Transistor, zum Beispiel, wenn eine positive Stromspannung auf den Grundemitter-Verbindungspunkt, das Gleichgewicht zwischen thermisch erzeugten Transportunternehmen und dem zurücktreibenden elektrischen Feld des Erschöpfungsgebiets angewandt wird, wird unausgeglichen, thermisch aufgeregten Elektronen erlaubend, ins Grundgebiet einzuspritzen. Diese Elektronen wandern (oder "weitschweifig") durch die Basis vom Gebiet der hohen Konzentration in der Nähe vom Emitter zum Gebiet der niedrigen Konzentration in der Nähe vom Sammler. Die Elektronen in der Basis werden Minderheitstransportunternehmen genannt, weil die Basis lackierter P-Typ ist, der Löcher das Majoritätstransportunternehmen in der Basis machen würde.

Um den Prozentsatz von Transportunternehmen zu minimieren, die sich vor dem Erreichen des mit dem Sammlergrundverbindungspunkts wiederverbinden, muss das Grundgebiet des Transistors dünn genug sein, den Transportunternehmen darüber in viel weniger Zeit ausgießen können als die Minderheitstransportunternehmen-Lebenszeit von Halbleiter. Insbesondere die Dicke der Basis muss viel weniger sein als der Elektronen. Der mit dem Sammlergrundverbindungspunkt wird rückbeeinflusst, und so wenig Elektroneinspritzung kommt vom Sammler zur Basis vor, aber Elektronen, die sich durch die Basis zum Sammler verbreiten, werden in den Sammler durch das elektrische Feld im Erschöpfungsgebiet des mit dem Sammlergrundverbindungspunkts gekehrt. Der dünne geteilte asymmetrische und Grundsammler-Emitter, der lackiert, ist, was einen bipolar Transistor von zwei getrennten und entgegengesetzt voreingenommenen Dioden verbunden der Reihe nach unterscheidet.

Stromspannung, Strom und Anklage-Kontrolle

Der Strom des Sammlers-Emitters kann als angesehen werden, vom Grundemitter-Strom (aktuelle Kontrolle), oder von der Grundemitter-Stromspannung (Stromspannungskontrolle) kontrolliert werden. Diese Ansichten sind durch die Strom-Spannungsbeziehung des Grundemitter-Verbindungspunkts verbunden, der gerade die übliche Exponentialstrom-Spannungskurve eines p-n Verbindungspunkts (Diode) ist.

Die physische Erklärung für den Sammler-Strom ist der Betrag von Minderheitstransportunternehmen im Grundgebiet. Wegen der Einspritzung der niedrigen Stufe (in dem es viel weniger Übertransportunternehmen gibt als normale Majoritätstransportunternehmen) wird die ambipolar Verbreitungsrate (in dem die Übermajoritäts- und Minderheitstransportunternehmen an derselben Rate fließen) tatsächlich von den Überminderheitstransportunternehmen bestimmt.

Ausführliche Modelle der Transistor-Handlung, wie das Modell von Gummel-Poon, sind für den Vertrieb dieser Anklage ausführlich verantwortlich, um Transistor-Verhalten mehr genau zu erklären. Die Ansicht der Anklage-Kontrolle behandelt leicht Fototransistoren, wo Minderheitstransportunternehmen im Grundgebiet durch die Absorption von Fotonen geschaffen werden, und die Dynamik der Umdrehung - von, oder Wiederherstellungszeit behandelt, die von Anklage im Grundgebiet-Wiederkombinieren abhängt. Jedoch, weil Grundanklage nicht ein Signal ist, das an den Terminals sichtbar ist, wird der Strom - und Stromspannungskontrolle-Ansichten allgemein im Stromkreis-Design und der Analyse verwendet.

Im analogen Stromkreis-Design wird die Ansicht der aktuellen Kontrolle manchmal verwendet, weil es ungefähr geradlinig ist. D. h. der Sammler-Strom ist ungefähr Zeiten der Grundstrom. Einige grundlegende Stromkreise können durch das Annehmen entworfen werden, dass die Emitter-Basisspannung ungefähr unveränderlich ist, und dass Sammler-Strom Beta-Zeiten der Grundstrom ist. Jedoch, zu genau und zuverlässig Designproduktion BJT Stromkreise, die Stromspannungskontrolle (zum Beispiel, Ebers-Moll) ist Modell erforderlich. Das Stromspannungskontrolle-Modell verlangt, dass eine Exponentialfunktion in Betracht gezogen wird, aber wenn es solcher linearized ist, dass der Transistor als ein transconductance modelliert werden kann, weil im Modell von Ebers-Moll das Design für Stromkreise wie Differenzialverstärker wieder ein größtenteils geradliniges Problem wird, so wird die Stromspannungskontrolle-Ansicht häufig bevorzugt. Für translinear Stromkreise, in denen die ExponentialI-V-Kurve Schlüssel zur Operation ist, werden die Transistoren gewöhnlich als Stromspannung modelliert, die mit dem zum Sammler-Strom proportionalen transconductance kontrolliert ist. Im Allgemeinen wird Transistor-Niveau-Stromkreis-Design mit dem GEWÜRZ oder einem vergleichbaren analogen Stromkreis-Simulator durchgeführt, so ist Musterkompliziertheit gewöhnlich nicht viel Sorge dem Entwerfer.

Drehen Sie sich, Umdrehung - von, und Lagerungsverzögerung

Der Bipolar Transistor stellt einige Verzögerungseigenschaften aus, wenn er sich dreht und davon. Die meisten Transistoren, und besonders Macht-Transistoren, stellen lange Grundlagerungszeiten aus, die maximale Frequenz der Operation in umschaltenden Anwendungen beschränken. Eine Methode, um diese Lagerungszeit zu reduzieren, ist durch das Verwenden einer Klammer von Baker.

Transistor 'Alpha' und 'Beta'

Das Verhältnis von Elektronen, die fähig sind, die Basis zu durchqueren und den Sammler zu erreichen, ist ein Maß der BJT Leistungsfähigkeit. Das schwere Doping des Emitter-Gebiets und leichte Doping des Grundgebiets veranlassen noch viele Elektronen, vom Emitter in die Basis eingespritzt zu werden, als Löcher, die von der Basis in den Emitter einzuspritzen sind. Der Strom-Gewinn des allgemeinen Emitters wird durch β oder h vertreten; es ist ungefähr das Verhältnis des Gleichstrom-Sammler-Stroms zum Gleichstrom-Grundstrom im vorwärtsaktiven Gebiet. Es ist normalerweise größer als 100 für Transistoren des kleinen Signals, aber kann in für Hochleistungsanwendungen entworfenen Transistoren kleiner sein. Ein anderer wichtiger Parameter ist der aktuelle Allgemein-Grundgewinn, α. Der aktuelle Allgemein-Grundgewinn ist ungefähr der Gewinn des Stroms vom Emitter dem Sammler im vorwärtsaktiven Gebiet. Dieses Verhältnis hat gewöhnlich einen Wert in der Nähe von der Einheit; zwischen 0.98 und 0.998.

Alpha und Beta sind mehr genau durch die folgende Identität (NPN Transistor) verbunden:

:

::

Struktur

Ein BJT besteht aus drei verschieden lackierten Halbleiterzonen, dem Emitter-Gebiet, dem Grundgebiet und dem Sammler-Gebiet. Diese Gebiete, sind beziehungsweise, p Typ, n Typ und p Typ in einem PNP und n Typ, p Typ und n Typ in einem NPN Transistor. Jede Halbleiterzone wird mit einem Terminal, passend etikettiert verbunden: Emitter (E), Basis (B) und Sammler (C).

Die Basis wird zwischen dem Emitter und dem Sammler physisch gelegen und wird vom leicht lackierten, hohen Material des spezifischen Widerstands gemacht. Der Sammler umgibt das Emitter-Gebiet, es fast unmöglich für die ins Grundgebiet eingespritzten Elektronen machend, um zu entkommen, gesammelt zu werden, so den resultierenden Wert von α sehr in der Nähe von der Einheit, und so machend, dem Transistor einen großen β gebend. Eine böse Abteilungsansicht von einem BJT zeigt an, dass der mit dem Sammlergrundverbindungspunkt ein viel größeres Gebiet hat als der mit dem Emittergrundverbindungspunkt.

Der bipolar Verbindungspunkt-Transistor, verschieden von anderen Transistoren, ist gewöhnlich nicht ein symmetrisches Gerät. Das bedeutet, dass das Austauschen des Sammlers und des Emitters den Transistor die aktive Vorwärtsweise verlassen und anfangen lässt, in der Rückweise zu funktionieren. Weil die innere Struktur des Transistors gewöhnlich für die Vorwärtsweise-Operation optimiert wird, den Sammler auswechselnd, und der Emitter die Werte von α und β in der Rückoperation viel kleiner macht als diejenigen in der Vorwärtsoperation; häufig ist der α der Rückweise niedriger als 0.5. Der Mangel an der Symmetrie ist in erster Linie wegen der Doping-Verhältnisse des Emitters und des Sammlers. Der Emitter wird schwer lackiert, während der Sammler leicht lackiert wird, einer großen Rückneigungsstromspannung erlaubend, angewandt zu werden, bevor der mit dem Sammlergrundverbindungspunkt zusammenbricht. Der mit dem Sammlergrundverbindungspunkt ist beeinflusst in der normalen Operation Rück-. Der Grund der Emitter wird schwer lackiert, soll die Emitter-Spritzenleistungsfähigkeit vergrößern: das Verhältnis von Transportunternehmen, die vom Emitter zu denjenigen eingespritzt sind, die durch die Basis eingespritzt sind. Für den hohen aktuellen Gewinn müssen die meisten in den mit dem Emittergrundverbindungspunkt eingespritzten Transportunternehmen aus dem Emitter kommen.

Die niedrige Leistung "seitliche" bipolar in CMOS-Prozessen manchmal verwendete Transistoren wird manchmal symmetrisch, d. h. ohne Unterschied zwischen der fortgeschrittenen und rückwärts gerichteten Operation entworfen.

Kleine Änderungen in der über die Grundemitter-Terminals angewandten Stromspannung verursachen den Strom, der zwischen dem Emitter und dem Sammler fließt, um sich bedeutsam zu ändern. Diese Wirkung kann verwendet werden, um die Eingangsstromspannung oder den Strom zu verstärken. Von BJTs kann als spannungsgesteuerte aktuelle Quellen gedacht werden, aber wird einfacher als Strom-kontrollierte aktuelle Quellen oder aktuelle Verstärker wegen des niedrigen Scheinwiderstands an der Basis charakterisiert.

Frühe Transistoren wurden vom Germanium gemacht, aber modernste BJTs werden von Silikon gemacht. Eine bedeutende Minderheit wird auch jetzt von Gallium arsenide besonders für sehr hohe Geschwindigkeitsanwendungen gemacht (sieh HBT, unten).

NPN

NPN ist einer der zwei Typen von bipolar Transistoren, aus einer Schicht von P-doped Halbleiter (die "Basis") zwischen zwei N-doped Schichten bestehend. Ein kleiner Strom, der in die Basis eingeht, wird verstärkt, um einen großen Sammler- und Emitter-Strom zu erzeugen. D. h. wenn es einen positiven potenziellen Unterschied gibt, der vom Emitter eines NPN Transistors zu seiner Basis gemessen ist (d. h., wenn die Basis hinsichtlich des Emitters hoch ist), sowie positiver potenzieller Unterschied, der von der Basis bis den Sammler gemessen ist, wird der Transistor aktiv. Darin "auf" dem Staat fließt Strom zwischen dem Sammler und Emitter des Transistors. Der grösste Teil des Stroms wird durch Elektronen getragen, die sich vom Emitter dem Sammler als Minderheitstransportunternehmen im P-Typ-Grundgebiet bewegen. Um größere aktuelle und schnellere Operation zu berücksichtigen, sind die meisten bipolar Transistoren verwendet heute NPN, weil Elektronbeweglichkeit höher ist als Löcherbeweglichkeit.

Ein mnemonisches Gerät für das NPN Transistor-Symbol weist in, gestützt auf den Pfeilen im Symbol und den Briefen im Namen nicht hin. D. h. der NPN Transistor ist der BJT Transistor, der in nicht "hinweist".

PNP

Der andere Typ von BJT ist der PNP, aus einer Schicht von N-doped Halbleiter zwischen zwei Schichten des P-doped Materials bestehend. Ein kleiner Strom, die Basis verlassend, wird in der Sammler-Produktion verstärkt. D. h. ein PNP Transistor ist "auf", wenn seine Basis niedrig hinsichtlich des Emitters gezogen wird.

Die Pfeile im NPN und den PNP Transistor-Symbolen sind auf den Emitter-Beinen und dem Punkt in der Richtung auf den herkömmlichen aktuellen Fluss, wenn das Gerät in der aktiven Vorwärtsweise ist.

Ein Gerät, für sich an das PNP Transistor-Symbol zu erinnern, weist in (stolz), gestützt auf den Pfeilen im Symbol und den Briefen im Namen hin. D. h. der PNP Transistor ist der BJT Transistor, der in "hinweist".

Transistor von Heterojunction bipolar

Der heterojunction bipolar Transistor (HBT) ist eine Verbesserung des BJT, der Signale von sehr hohen Frequenzen bis zu mehrere hundert GHz behandeln kann. Es ist in modernen ultraschnellen Stromkreisen, größtenteils RF Systeme üblich.

Transistoren von Heterojunction haben verschiedene Halbleiter für die Elemente des Transistors. Gewöhnlich wird der Emitter aus einem größeren bandgap Material zusammengesetzt als die Basis. Die Zahl zeigt, dass dieser Unterschied in bandgap der Barriere für Löcher erlaubt, rückwärts in die Basis einzuspritzen, die in der Zahl als Δφ angezeigt ist, gemacht zu werden, groß, während die Barriere für Elektronen, um in die Basis Δφ einzuspritzen, niedrig gemacht wird. Diese Barriere-Einordnung hilft, Minderheitstransportunternehmen-Einspritzung von der Basis zu reduzieren, wenn der mit dem Emittergrundverbindungspunkt unter der Vorwärtsneigung ist, und so Grundstrom reduziert und Emitter-Spritzenleistungsfähigkeit vergrößert.

Die verbesserte Einspritzung von Transportunternehmen in die Basis erlaubt der Basis, ein höheres Doping-Niveau zu haben, auf niedrigeren Widerstand hinauslaufend, um auf die Grundelektrode zuzugreifen. Im traditionelleren BJT, der auch auf als homojunction BJT verwiesen ist, wird die Leistungsfähigkeit der Transportunternehmen-Einspritzung vom Emitter zur Basis in erster Linie durch das Doping-Verhältnis zwischen dem Emitter und der Basis bestimmt, was bedeutet, dass die Basis leicht lackiert werden muss, um hohe Spritzenleistungsfähigkeit zu erhalten, seinen Widerstand relativ hoch machend. Außerdem höher kann das Doping in der Basis Zahlen des Verdiensts wie die Frühe Stromspannung durch das Nachlassen des Grundeinengens verbessern.

Das Sortieren der Zusammensetzung in der Basis, zum Beispiel, durch die progressive Erhöhung des Betrags des Germaniums in einem Transistor von SiGe, verursacht einen Anstieg in bandgap in der neutralen Basis, die in der Zahl durch Δφ angezeigt ist, ein "eingebautes" Feld zur Verfügung stellend, das Elektrontransport über die Basis hilft. Dieser Antrieb-Bestandteil des Transports hilft dem normalen sich verbreitenden Transport, die Frequenzantwort des Transistors durch die Kürzung der Transitzeit über die Basis vergrößernd.

Zwei hat allgemein HBTs verwendet sind Silikongermanium und Aluminiumgallium arsenide, obwohl ein großes Angebot an Halbleitern für die HBT Struktur verwendet werden kann. HBT Strukturen werden gewöhnlich durch Kristallwachstum-Techniken wie MOCVD und MBE angebaut.

Gebiete der Operation

Transistoren von Bipolar haben fünf verschiedene Gebiete der Operation, die durch BJT Verbindungspunkt-Neigungen definiert ist.

Die Verfahrensweisen können in Bezug auf die angewandten Stromspannungen beschrieben werden (diese Beschreibung gilt für NPN Transistoren; Widersprüchlichkeit wird für PNP Transistoren umgekehrt):

• Schicken Sie aktiv nach: Stützen Sie höher als Emitter, Sammler höher als Basis (in dieser Weise der Sammler-Strom ist proportional, um Strom durch zu stützen).
• Sättigung: Stützen Sie höher als Emitter, aber Sammler ist nicht höher als Basis.
• Abkürzung: Stützen Sie tiefer als Emitter, aber Sammler ist höher als Basis. Es bedeutet, dass der Transistor herkömmlichen Strom nicht lässt, um Sammler dem Emitter durchzugehen.
• Rückaktiv: Stützen Sie tiefer als Emitter, Sammler tiefer als Basis: Herkömmlicher Rückstrom geht Transistor durch.

In Bezug auf das Verbindungspunkt-Beeinflussen:

('beeinflusster Rückgrundsammler-Verbindungspunkt' bedeutet Vbc in der vorwärtsaktiven Weise. Wenn das der Fall ist, ist der Strom des Sammlers-Emitters zum Grundstrom ungefähr proportional, aber oft für kleine aktuelle Grundschwankungen größer.

• Rückaktiv (oder umgekehrt-aktiv oder umgekehrt): Durch das Umkehren der Beeinflussen-Bedingungen des vorwärtsaktiven Gebiets tritt ein bipolar Transistor in rückaktive Weise ein. In dieser Weise schalten die Emitter- und Sammler-Gebiete Rollen. Weil die meisten BJTs entworfen werden, um aktuellen Gewinn in der vorwärtsaktiven Weise zu maximieren, ist der β in der umgekehrten Weise mehrere (2-3 für den gewöhnlichen Germanium-Transistor) kleinere Zeiten. Diese Transistor-Weise wird selten verwendet, gewöhnlich nur für ausfallsichere Bedingungen und einige Typen der bipolar Logik betrachtet. Die Rückneigungsdurchbruchsstromspannung zur Basis kann eine Größenordnung tiefer in diesem Gebiet sein.
• Sättigung: Mit beiden vorwärtsbeeinflussten Verbindungspunkten ist ein BJT in der Sättigungsweise und erleichtert hohe aktuelle Leitung vom Emitter dem Sammler (oder die andere Richtung im Fall von NPN mit negativ beladenen Transportunternehmen, die vom Emitter in den Sammler fließen). Diese Weise entspricht einem logischen "auf", oder ein geschlossener Schalter.
• Abkürzung: In der Abkürzung, Bedingungsgegenteil der Sättigung (beide Verbindungspunkt-Rückseite beeinflusst) beeinflussend, sind da. Es gibt sehr wenig Strom, der einem logischen "von", oder ein offener Schalter entspricht.
• Lawine-Durchbruchsgebiet

Obwohl diese Gebiete für die genug große angewandte Stromspannung gut definiert werden, greifen sie etwas für den kleinen (weniger als einige hundert millivolts) auf Neigungen über. Zum Beispiel, in der typischen Konfiguration des niedergelegten Emitters eines NPN BJT verwendet als ein Pulldown-Schalter in der Digitallogik, vom Staat schließt nie einen rückvoreingenommenen Verbindungspunkt ein, weil die Basisspannung nie unter der Erde geht; dennoch ist die Vorwärtsneigung an der Null nah genug, dass im Wesentlichen keine aktuellen Flüsse, so kann dieses Ende des aktiven Vorwärtsgebiets als das Abkürzungsgebiet betrachtet werden.

Aktive Weise NPN Transistoren in Stromkreisen

Das Diagramm ist nach links eine schematische Darstellung eines NPN mit zwei Stromspannungsquellen verbundenen Transistors. Den Transistor merklichen Strom (auf der Ordnung von 1 mA) von C bis E, V führen zu lassen, muss über einem minimalen als die Einschnitt-Stromspannung manchmal gekennzeichneten Wert sein. Die Einschnitt-Stromspannung ist gewöhnlich ungefähr 650 mV für Silikon-BJTs bei der Raumtemperatur, aber kann abhängig vom Typ des Transistors und seines Beeinflussens verschieden sein. Diese angewandte Stromspannung veranlasst tiefer P-N Verbindungspunkt, das Erlauben eines Flusses von Elektronen vom Emitter in die Basis 'anzumachen'. In der aktiven Weise wird das elektrische Feld, das zwischen Basis und Sammler vorhanden ist (verursacht durch V) die Mehrheit dieser Elektronen veranlassen, den oberen P-N Verbindungspunkt in den Sammler zu durchqueren, um den Sammler-Strom I zu bilden. Der Rest der Elektronen verbindet sich mit Löchern, den Majoritätstransportunternehmen in der Basis wieder, einen Strom durch die Grundverbindung machend, um den Grundstrom, mich zu bilden. Wie gezeigt, im Diagramm ist der Emitter-Strom, ich, der Gesamttransistor-Strom, der die Summe der anderen Endströme, (d. h., ich = ich + I) ist.

Im Diagramm, den Pfeilen, die aktuellen Punkt in der Richtung auf den herkömmlichen Strom vertreten - ist der Fluss von Elektronen in der entgegengesetzten Richtung der Pfeile, weil Elektronen negative elektrische Anklage tragen. In der aktiven Weise wird das Verhältnis des Sammler-Stroms zum Grundstrom den Gleichstrom-Strom-Gewinn genannt. Dieser Gewinn ist gewöhnlich 100 oder mehr, aber robuste Stromkreis-Designs hängen vom genauen Wert nicht ab (sieh zum Beispiel Op-Ampere). Der Wert dieses Gewinns für Gleichstrom-Signale wird genannt, und der Wert dieses Gewinns für AC-Signale wird genannt. Jedoch, wenn es keine besondere Frequenzreihe von Interesse gibt, wird das Symbol verwendet.

Es sollte auch bemerkt werden, dass der Emitter-Strom mit exponential verbunden ist. Bei der Raumtemperatur vergrößert eine Zunahme in durch etwa 60 mV den Emitter-Strom durch einen Faktor 10. Weil der Grundstrom zu den Sammler- und Emitter-Strömen ungefähr proportional ist, ändern sie sich ebenso.

Aktive Weise PNP Transistoren in Stromkreisen

Das Diagramm ist nach rechts eine schematische Darstellung eines PNP mit zwei Stromspannungsquellen verbundenen Transistors. Um den Transistor merklichen Strom (auf der Ordnung von 1 mA) von E bis C führen zu lassen, muss über einem minimalen als die Einschnitt-Stromspannung manchmal gekennzeichneten Wert sein. Die Einschnitt-Stromspannung ist gewöhnlich ungefähr 650 mV für Silikon-BJTs bei der Raumtemperatur, aber kann abhängig vom Typ des Transistors und seines Beeinflussens verschieden sein. Diese angewandte Stromspannung veranlasst den oberen P-N Verbindungspunkt, das Erlauben eines Flusses von Löchern vom Emitter in die Basis 'anzumachen'. In der aktiven Weise, das elektrische Feld, das zwischen dem Emitter und dem Sammler vorhanden ist (verursacht durch) veranlasst die Mehrheit dieser Löcher, sich tiefer P-N Verbindungspunkt in den Sammler zu treffen, um den Sammler-Strom zu bilden. Der Rest der Löcher verbindet sich mit Elektronen, den Majoritätstransportunternehmen in der Basis wieder, einen Strom durch die Grundverbindung machend, um den Grundstrom zu bilden. Wie gezeigt, im Diagramm ist der Emitter-Strom der Gesamttransistor-Strom, der die Summe der anderen Endströme (d. h., ich = ich + I) ist.

Im Diagramm, den Pfeilen, die aktuellen Punkt in der Richtung auf den herkömmlichen Strom vertreten - ist der Fluss von Löchern in derselben Richtung der Pfeile, weil Löcher positive elektrische Anklage tragen. In der aktiven Weise wird das Verhältnis des Sammler-Stroms zum Grundstrom den Gleichstrom-Strom-Gewinn genannt. Dieser Gewinn ist gewöhnlich 100 oder mehr, aber robuste Stromkreis-Designs hängen vom genauen Wert nicht ab. Der Wert dieses Gewinns für Gleichstrom-Signale wird genannt, und der Wert dieses Gewinns für AC-Signale wird genannt. Jedoch, wenn es keine besondere Frequenzreihe von Interesse gibt, wird das Symbol verwendet.

Es sollte auch bemerkt werden, dass der Emitter-Strom mit exponential verbunden ist. Bei der Raumtemperatur vergrößert eine Zunahme in durch etwa 60 mV den Emitter-Strom durch einen Faktor 10. Weil der Grundstrom zu den Sammler- und Emitter-Strömen ungefähr proportional ist, ändern sie sich ebenso.

Geschichte

Der bipolar Transistor des Punkt-Kontakts wurde im Dezember 1947 an den Glockentelefonlaboratorien von John Bardeen und Walter Brattain unter der Richtung von William Shockley erfunden. Die Verbindungspunkt-Version, die als der bipolar Verbindungspunkt-Transistor bekannt ist, der von Shockley 1948 erfunden ist, hat drei Jahrzehnte als das Gerät der Wahl im Design von getrennten und einheitlichen Stromkreisen genossen. Heutzutage hat sich der Gebrauch des BJT für die CMOS Technologie im Design von einheitlichen Digitalstromkreisen geneigt. Die beiläufige niedrige Leistung BJTs, der CMOS ICs jedoch innewohnend ist, wird häufig als bandgap Stromspannungsverweisung, Silikon bandgap Temperatursensor verwertet und elektrostatische Entladung zu behandeln.

Germanium-Transistoren

Der Germanium-Transistor war in den 1950er Jahren und 1960er Jahren üblicher, und während er eine niedrigere "abgeschnittene" Stromspannung, normalerweise ungefähr 0.2 V ausstellt, es passender für einige Anwendungen machend, hat er auch eine größere Tendenz, Thermalausreißer auszustellen.

Früh Produktionstechniken

Verschiedene Methoden, bipolar Transistoren zu verfertigen, wurden entwickelt.

Transistoren von Bipolar

• Transistor des Punkt-Kontakts - der erste Transistor jemals gebaut (Dezember 1947), ein bipolar Transistor, hat kommerziellen Gebrauch wegen hoher Kosten und Geräusches beschränkt.
• Vierpolröhre-Transistor des Punkt-Kontakts - Transistor des Punkt-Kontakts, der zwei Emitter hat. Es ist veraltet in der Mitte den 1950er Jahren geworden.
• Verbindungspunkt-Transistoren
• Transistor des angebauten Verbindungspunkts der erste bipolar Verbindungspunkt-Transistor gemacht. Erfunden von William Shockley an Glockenlaboratorien. Erfunden am 23. Juni 1948. Am 26. Juni 1948 abgelegtes Patent.
• Legierungsverbindungspunkt-Transistor-Emitter und Sammler beeinträchtigen Perlen, die verschmolzen sind, um zu stützen. Entwickelt an General Electric und RCA 1951.
• Mikrolegierungstransistor (MAT) hoher Geschwindigkeitstyp des Legierungsverbindungspunkt-Transistors. Entwickelt an Philco.
• Mikrolegierung hat Transistor ausgegossen (MADT) hoher Geschwindigkeitstyp des Legierungsverbindungspunkt-Transistors, der schneller ist als MATTE, ein Transistor der ausgegossenen Basis. Entwickelt an Philco.
• Postlegierung hat Transistor ausgegossen (PADT) hoher Geschwindigkeitstyp des Legierungsverbindungspunkt-Transistors, der schneller ist als MATTE, ein Transistor der ausgegossenen Basis. Entwickelt an Philips.
• Vierpolröhre-Transistor hohe Geschwindigkeitsvariante des Transistors des angebauten Verbindungspunkts oder Legierungsverbindungspunkt-Transistors mit zwei Verbindungen, um zu stützen.
• Oberflächenbarriere-Transistor hoher Geschwindigkeitsmetallbarriere-Verbindungspunkt-Transistor. Entwickelt an Philco 1953.
• Mit dem Antriebfeldtransistor hohe Geschwindigkeit bipolar Verbindungspunkt-Transistor. Erfunden von Herbert Kroemer am Hauptbüro von der Fernmeldetechnologie des deutschen Postdiensts, 1953.
• Spacistor um 1957.
• Verbreitungstransistor moderner Typ bipolar Verbindungspunkt-Transistor. Prototypen haben sich an Glockenlaboratorien 1954 entwickelt.
• Transistor der ausgegossenen Basis die erste Durchführung des Verbreitungstransistors.
• Transistor von Mesa, der an Instrumenten von Texas 1957 entwickelt ist.
• Planarer Transistor der bipolar Verbindungspunkt-Transistor, der gemachte Masse monolithische einheitliche mögliche Stromkreise erzeugt hat. Entwickelt von Dr Jean Hoerni an Fairchild 1959.
• Epitaxialer Transistor ein bipolar Verbindungspunkt-Transistor hat das Verwenden der Dampf-Phase-Absetzung gemacht. Sieh Kristallwachstum. Erlaubt sehr genaue Kontrolle, Niveaus und Anstiege zu lackieren.

Theorie und das Modellieren

In der Diskussion unten ist Fokus auf dem NPN bipolar Transistor. Im NPN Transistor darin, was aktive Weise genannt wird, sind die Grundemitter-Stromspannung und Sammler-Basisspannung positiv, schicken Sie das Beeinflussen des mit dem Emittergrundverbindungspunkts und Rückbeeinflussens der mit dem Sammlergrundverbindungspunkt nach. In der aktiven Verfahrensweise werden Elektronen vom n-leitenden voreingenommenen Vorwärtsemitter-Gebiet in die P-Typ-Basis eingespritzt, wo sie sich zur Rückseite verbreiten, hat n-leitenden Sammler beeinflusst und werden durch das elektrische Feld im beeinflussten mit dem Sammlergrundverbindungspunkt der Rückseite fortgekehrt. Für eine Zahl, die vorwärts und Rückneigung beschreibt, sieh das Ende der Artikel-Halbleiter-Dioden.

Modelle des großen Signals

1954 haben Jewell James Ebers und John L. Moll ihr mathematisches Modell von Transistor-Strömen eingeführt:

Modell von Ebers-Moll

• Ich, ich, ich: Basis, Sammler und Emitter-Ströme
• Ich, ich: Sammler und Emitter-Diode-Ströme
• α, α: Schicken Sie nach und kehren Sie aktuelle Allgemein-Grundgewinne um

]]

Die Gleichstrom-Emitter- und Sammler-Ströme in der aktiven Weise werden durch eine Annäherung an das Modell von Ebers-Moll gut modelliert:

:::

Der innere Grundstrom ist hauptsächlich durch die Verbreitung (sieh das Gesetz von Fick), und

:

wo

• ist (etwa 26 mV an 300 K  Raumtemperatur).

• ist der Emitter-Strom

• ist der Sammler-Strom

• ist kurzer Vorwärtsstromkreis-Strom-Gewinn der allgemeinen Basis (0.98 zu 0.998)

• ist der Rücksättigungsstrom der Grundemitter-Diode (auf der Ordnung 10 bis 10 Ampere)

• ist die Grundemitter-Stromspannung

• ist die Verbreitung, die für Elektronen im P-Typ Basis unveränderlich

ist

• W ist die Grundbreite

Und Vorwärtsrahmen werden als vorher beschrieben. Eine Rückseite wird manchmal ins Modell eingeschlossen.

Die näher ungekommenen Gleichungen von Ebers-Moll, die verwendet sind, um die drei Ströme in jedem Betriebsgebiet zu beschreiben, werden unten gegeben. Diese Gleichungen basieren auf dem Transportmodell für einen bipolar Verbindungspunkt-Transistor.

:

::wo ist der Sammler-Strom

• ist der Grundstrom

ist der Emitter-Strom

• ist der allgemeine Vorwärtsemitter-Strom-Gewinn (20 bis 500)

• ist der allgemeine Rückemitter-Strom-Gewinn (0 bis 20)

• ist der Rücksättigungsstrom (auf der Ordnung 10 bis 10 Ampere)

• ist die Thermalstromspannung (etwa 26 mV an 300 K  Raumtemperatur).

ist die Grundemitter-Stromspannung

• ist die Grundkollektorspannung

Grundbreite-Modulation

Da sich die angewandte Sammler-Basisspannung ändert, ändert sich das mit dem Sammlergrunderschöpfungsgebiet in der Größe. Eine Zunahme in der Sammler-Basisspannung verursacht zum Beispiel eine größere Rückneigung über den mit dem Sammlergrundverbindungspunkt, die mit dem Sammlergrunderschöpfungsgebiet-Breite vergrößernd, und die Breite der Basis vermindernd. Diese Schwankung in der Grundbreite wird häufig die "Wirkung von Early" nach seinem Entdecker James M. Early genannt.

Das Einengen der Grundbreite hat zwei Folgen:

• Es gibt eine kleinere Chance für die Wiederkombination innerhalb des "kleineren" Grundgebiets.
• Der Anklage-Anstieg wird über die Basis, und folglich, der Strom von über die Emitter-Verbindungspunkt-Zunahmen eingespritzten Minderheitstransportunternehmen vergrößert.

Beide Faktoren vergrößern den Sammler oder "Produktions"-Strom des Transistors als Antwort auf eine Zunahme in der Sammler-Basisspannung.

Im vorwärtsaktiven Gebiet modifiziert die Frühe Wirkung den Sammler-Strom und der allgemeine Vorwärtsemitter-Strom-Gewinn , wie gegeben, durch:

:::

wo:

• ist die Stromspannung des Sammlers-Emitters

• ist die Frühe Stromspannung (15 V zu 150 V)

• ist Vorwärtsstrom-Gewinn des allgemeinen Emitters wenn = 0 V

• ist der Produktionsscheinwiderstand

ist der Sammler-Strom

Strom-Spannungseigenschaften

Die folgenden Annahmen werden beteiligt, wenn man ideale Strom-Spannungseigenschaften des BJT ableitet

• Einspritzung der niedrigen Stufe
• Gleichförmiges Doping in jedem Gebiet mit plötzlichen Verbindungspunkten
• Eindimensionaler Strom
• Unwesentliche Wiederkombinationsgeneration in Raumanklage-Gebieten
• Unwesentliche elektrische Felder außerhalb Raumanklage-Gebiete.

Es ist wichtig, die durch die Einspritzung von Transportunternehmen veranlassten Minderheitsverbreitungsströme zu charakterisieren.

Hinsichtlich der Pn-Verbindungspunkt-Diode ist eine Schlüsselbeziehung die Verbreitungsgleichung.

:

Eine Lösung dieser Gleichung ist unten, und zwei Grenzbedingungen werden verwendet, um zu lösen und zu finden, und.

:

Die folgenden Gleichungen gelten für das Emitter- und Sammler-Gebiet, beziehungsweise, und die Ursprünge, und

:

:

Eine Grenzbedingung des Emitters ist unten:

:

Die Werte der Konstanten und sind Null wegen der folgenden Bedingungen der Emitter- und Sammler-Gebiete als

::

Weil, die Werte dessen

::

Ausdrücke dessen und können bewertet werden.

::

Weil unbedeutende Wiederkombination vorkommt, ist die zweite Ableitung dessen Null. Es gibt deshalb eine geradlinige Beziehung zwischen der Überlöcherdichte und.

:

Der folgende ist Grenzbedingungen dessen.

::

Ersatz in die obengenannte geradlinige Beziehung.

:.

Mit diesem Ergebnis, leiten Sie Wert dessen ab.

::

Verwenden Sie die Ausdrücke, und einen Ausdruck des Emitter-Stroms zu entwickeln.

:::

Ähnlich wird ein Ausdruck des Sammler-Stroms abgeleitet.

:::

Ein Ausdruck des Grundstroms wird mit den vorherigen Ergebnissen gefunden.

::

Punchthrough

Wenn die Grundkollektorspannung einen bestimmten (Gerät spezifisch) Wert erreicht, entspricht die Grundsammler-Erschöpfungsgebiet-Grenze die Grundemitter-Erschöpfungsgebiet-Grenze. Wenn in diesem Staat der Transistor effektiv keine Basis hat. Das Gerät verliert so den ganzen Gewinn wenn in diesem Staat.

Modell der Anklage-Kontrolle von Gummel-Poon

Das Modell von Gummel-Poon ist ein ausführliches Anklage-kontrolliertes Modell der BJT Dynamik, die angenommen und durch andere sorgfältig ausgearbeitet worden ist, um Transistor-Dynamik im größeren Detail zu erklären, als die endbasierten Modelle normalerweise http://ece-www.colorado.edu/~bart/book/book/chapter5/ch5_6.htm#5_6_2 tun. Dieses Modell schließt auch die Abhängigkeit des Transistors ein - schätzt auf die direkten aktuellen Niveaus im Transistor, die aktuell-unabhängig im Modell von Ebers-Moll angenommen werden.

Modelle des kleinen Signals

Modell des hybriden Pis

H-Parameter-Modell

Ein anderes Modell hat allgemein gepflegt, BJT Stromkreise zu analysieren, ist das "H-Parameter"-Modell, das nah mit dem Modell des hybriden Pis und dem Y-Parameter verbunden ist, mit zwei Anschlüssen, aber das Verwenden des Eingangsstroms und der Produktionsstromspannung als unabhängige Variablen, anstatt einzugeben und Produktionsstromspannungen. Diesem Netz mit zwei Anschlüssen wird besonders BJTs angepasst, weil es sich leicht zur Analyse des Stromkreis-Verhaltens leiht und verwendet werden kann, um weiter genaue Modelle zu entwickeln. Wie gezeigt, vertritt der Begriff "x" im Modell eine verschiedene BJT-Leitung, je nachdem die Topologie verwendet hat. Für die Weise des allgemeinen Emitters übernehmen die verschiedenen Symbole die spezifischen Werte als:

• x = 'e', weil es eine Topologie des allgemeinen Emitters ist
• Terminal 1 = Basis
• Terminal 2 = Sammler
• Terminal 3 = Emitter
• i = Stützen Sie Strom (ich)
• i = Sammler-Strom (ich)
• V = Stromspannung der Basis zum Emitter (V)
• V = Stromspannung des Sammlers zum Emitter (V)

und durch die H-Rahmen wird gegeben:

• h = h Der Eingangsscheinwiderstand des Transistors (entsprechend dem Grundwiderstand r).
• h = h Vertritt die Abhängigkeit der I-V-Kurve des Transistors auf dem Wert von V. Es ist gewöhnlich sehr klein und wird häufig (angenommen vernachlässigt, Null zu sein).
• h = h Der aktuelle Gewinn des Transistors. Dieser Parameter wird häufig als h oder der Gleichstrom-aktuelle Gewinn (β) in datasheets angegeben.
• h = 1/. Der Produktionsscheinwiderstand des Transistors. Der Parameter h entspricht gewöhnlich dem Produktionseintritt des bipolar Transistors und muss umgekehrt werden, um es zu einem Scheinwiderstand umzuwandeln.

Wie gezeigt, haben die H-Rahmen Kleinsubschriften und bedeuten folglich AC Bedingungen oder Analysen. Für Gleichstrom-Bedingungen werden sie in der Großschrift angegeben. Für die CE Topologie wird ein ungefähres H-Parameter-Modell allgemein verwendet, der weiter die Stromkreis-Analyse vereinfacht. Dafür werden der h und die h Rahmen vernachlässigt (d. h. sie werden auf die Unendlichkeit und Null, beziehungsweise gesetzt). Es sollte auch bemerkt werden, dass dem H-Parameter-Modell, wie gezeigt, dem niederfrequenten, Analyse des kleinen Signals angepasst wird. Für Hochfrequenzanalysen muss die Zwischenelektrode-Kapazität, die an hohen Frequenzen wichtig ist, hinzugefügt werden.

Etymologie von h

Der 'h' bezieht sich darauf, dass es ein H-Parameter, eine Reihe von Rahmen ist, die für ihren Ursprung in einem 'hybriden gleichwertigen Stromkreis-Modell genannt ist. 'F' ist von der aktuellen Vorwärtserweiterung auch hat den aktuellen Gewinn genannt. 'E' bezieht sich auf den Transistor, der in einer Konfiguration des allgemeinen Emitters (CE) funktioniert. In der Subschrift verwendete Großbuchstaben zeigen an, dass sich h auf einen direkten aktuellen Stromkreis bezieht.

Anwendungen

Der BJT bleibt ein Gerät, das in einigen Anwendungen, wie getrenntes Stromkreis-Design, wegen der sehr breiten Auswahl an Typen BJT verfügbar, und wegen seines hohen transconductance und Produktionswiderstands im Vergleich zu MOSFETs hervorragt. Der BJT ist auch die Wahl für anspruchsvolle analoge Stromkreise, besonders für Anwendungen "sehr hohe Frequenz" wie Radiofrequenz-Stromkreise für Radiosysteme. Transistoren von Bipolar können mit MOSFETs in einem einheitlichen Stromkreis durch das Verwenden eines Prozesses von BiCMOS der Oblate-Herstellung verbunden werden, um Stromkreise zu schaffen, die die Anwendungskräfte von beiden Typen des Transistors ausnutzen.

Temperatursensoren

Wegen der bekannten aktuellen und Temperaturabhängigkeit der vorwärtsbeeinflussten Grundemitter-Verbindungspunkt-Stromspannung kann der BJT verwendet werden, um Temperatur durch das Abziehen von zwei Stromspannungen an zwei verschiedenen Neigungsströmen in einem bekannten Verhältnis http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/689. zu messen

Logarithmische Konverter

Weil sich Grundemitter-Stromspannung als der Klotz der Ströme des Grundemitters und Sammlers-Emitters ändert, kann ein BJT auch verwendet werden, um Logarithmen und Antilogarithmen zu schätzen. Eine Diode kann auch diese nichtlinearen Funktionen durchführen, aber der Transistor stellt mehr Stromkreis-Flexibilität zur Verfügung.

Verwundbarkeit

Die Aussetzung des Transistors zur ionisierenden Strahlung verursacht Strahlungsschaden. Radiation verursacht eine Zunahme von 'Defekten' im Grundgebiet, die als Wiederkombinationszentren handeln. Die resultierende Verminderung der Minderheitstransportunternehmen-Lebenszeit verursacht allmählichen Verlust des Gewinns des Transistors.

Macht BJTs sind einer Misserfolg-Weise unterworfen, hat sekundäre Depression genannt, in der übermäßige aktuelle und normale Schönheitsfehler im Silikon Ursache-Teile des Silikons innerhalb des Geräts sterben, um unverhältnismäßig heißer zu werden, als andere. Das lackierte Silikon hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, bedeutend, dass es aktueller bei höheren Temperaturen führt. So, der heißeste Teil des sterben Verhaltens das aktuellste, sein Leitvermögen veranlassend, zuzunehmen, der es dann veranlasst, progressiv heißer wieder zu werden, bis das Gerät innerlich scheitert. Der flüchtige Thermalprozess, der mit der sekundären Depression einmal vereinigt ist, ausgelöst, kommt fast sofort vor und kann das Transistor-Paket katastrophal beschädigen.

Wenn der mit dem Emittergrundverbindungspunkt beeinflusst in die Lawine oder Weise von Zener und aktuellen Flüsse seit einer kurzen Zeitspanne Rück-ist, wird der aktuelle Gewinn des BJT dauerhaft erniedrigt.

Siehe auch

• Transistor von Bipolar, der beeinflusst
• Modell des hybriden Pis
• Transistor
• Transistor-Modelle
• Technologie-CAD (TCAD)

Links

• Simulation eines BJT im allgemeinen Emitter-Stromkreis
• Bipolar Transistoren - der Transistor als ein Schalter
• Lehren In Elektrischen Stromkreisen Bipolar Verbindungspunkt-Transistoren (Zeichen: Diese Seite zeigt Strom als ein Fluss von Elektronen, aber nicht die Tagung der Vertretung davon als ein Fluss von Löchern, so können die Pfeile der andere Weg ringsherum erscheinen)
• EncycloBEAMia Bipolar Verbindungspunkt-Transistor
• Eigenschaft biegt
• Der Transistor beim Spiel-hookey.com
• Wie arbeiten Transistoren? durch William Beaty
• ENGI 242/ELEC 222: BJT Kleine Signalmodelle

• TRANSISTOR-MUSEUM historische Transistor-Zeitachse
• ECE 327: Transistor-Grundlagen - Fassen einfaches Modell von Ebers-Moll eines bipolar Transistors Zusammen und geben mehrere allgemeine BJT Stromkreise.
• ECE 327: Verfahren für das Produktionsentstörungslaboratorium - Abschnitt 4 ("Macht-Verstärker") bespricht Design eines BJT Sziklai Paar hat Klassen-AB Strom-Treiber im Detail gestützt.
• BJT Operationsbeschreibung für die ersten und Studentenjahr-Studenten im Aufbaustudium, um die Kernprinzipien der Operation des Bipolar Verbindungspunkt-Transistors zu beschreiben.