טרנזיסטור ביפולרי

	PNP
	NPN
סימון טרנזיסטור ביפולרי

טרנזיסטור ביפולרי או טרנזיסטור דו נושאי (באנגלית: Bipolar junction transistor, בראשי תיבות: BJT) הוא טרנזיסטור העושה שימוש הן בזרם של אלקטרונים והן בזרם של חורים. הטרנזיסטור הביפולרי הוא רכיב אלקטרוני בעל שלושה הדקים העשוי מוליך למחצה מאולח ויכול לשמש כמגבר או כמתג.

אופן הפעולה

שגיאה ביצירת תמונה ממוזערת:

טרנזיסטור NPN

שגיאה ביצירת תמונה ממוזערת:

טרנזיסטור ביפולרי

הטרנזיסטור הביפולרי מורכב משני צומתי PN: בטרנזיסטור NPN, מוליך למחצה מסוג n בא במגע עם מוליך למחצה מסוג p, שבא במגע עם מוליך למחצה נוסף מסוג n. בטרנזיסטור PNP סוגי האילוח הפוכים. ניתן להתייחס למבנה זה כשתי דיודות המחוברות גב אל גב כך שיש להן אנודה משותפת. ריכוז האילוח באחד מאזורי ה-n גדול ביחס לאחר. הצד המאולח יותר נקרא הפולט (באנגלית: emitter, מסומן E), והצד המאולח פחות נקרא הקולט (באנגלית: collector, מסומן C). אזור ה-p ביניהם נקרא הבסיס (באנגלית: base, מסומן B).

כאשר המתח החשמלי בין הבסיס לפולט חיובי (כלומר הפוטנציאל החשמלי בבסיס גדול מזה שבפולט) והמתח בין הקולט לבסיס חיובי גם הוא, אלקטרונים מהפולט מפעפעים דרך אזור המחסור לעבר הבסיס ומשם נסחפים דרך אזור המחסור הנוסף לקולט כתוצאה מכוח חשמלי. אם המתח בין הקולט לבסיס גדול מספיק, זרם האלקטרונים מהפולט לקולט נקבע רק על ידי המתח בין הבסיס לפולט, שקובע את גרדיאנט ריכוזם בבסיס, בהתאם לחוק הדיפוזיה של פיק. במצב כזה ניתן לראות בזרם הנכנס לבסיס זרם בקרה, הקובע את גודל הזרם הזורם מהקולט לפולט ללא תלות במתח ביניהם. היחס בין זרם הפולט לזרם הבסיס בקירוב קבוע והוא מסומן הפענוח נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://wikimedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle \beta _{F}} . בטרנזיסטור PNP, כיוון הזרם הוא מהפולט לקולט. לפי חוק הזרמים של קירכהוף:

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle I_E = I_B + I_C}

הגברי הזרם מקיימים את היחסים הבאים:

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \alpha_T = \frac{I_{\text{C}}}{I_{\text{E}}}}

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \beta_F = \frac{I_{\text{C}}}{I_{\text{B}}}}

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \beta_F = \frac{\alpha_{T}}{1 - \alpha_{T}}\iff \alpha_{T} = \frac{\beta_F}{\beta_F+1}}

מצבי פעולה

לטרנזיסטור ביפולרי ארבעה מצבי פעולה:

• פעיל קדמי: במצב זה הפוטנציאל בקולט גדול מזה של הבסיס, והפוטנציאל בבסיס גדול מזה של הפולט. במצב זה הזרם בין הקולט לפולט עומד ביחס ישר לזרם הבסיס, כאשר קבוע הפרופורציה הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \beta_F} אופייני הוא מסדר גודל של 100.
• רוויה: במצב זה הפוטנציאל בבסיס גדול מזה שבפולט, אך המתח בין הקולט לבסיס אינו גדול מספיק על מנת לאפשר לכל האלקטרונים להיסחף מהבסיס לקולט. במצב כזה הזרם תלוי במתח בין הקולט לבסיס באופן לינארי בקירוב.
• קטעון: אם הפוטנציאל בבסיס נמוך מזה שבפולט, לא יוכל לזרום זרם מהקולט לפולט על אף שהפוטנציאל בקולט גדול מזה שבבסיס ומזה שבפולט. מצב זה מדמה נתק במעגל.
• פעיל אחורי: מאחר שההבדל היחיד בין הקולט לפולט הוא ריכוז האילוח שלהם, במקרה שפוטנציאל הבסיס קטן מזה של הפולט ופוטנציאל הקולט קטן מזה של הבסיס, הטרנזיסטור פועל באופן דומה למצב פעיל קדמי אולם תפקידי הקולט והפולט מתהפכים. כתוצאה מכך שריכוזי האילוח הפוכים, הגבר הזרם הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \beta_F} במצב פעולה זה קטן מזה של המצב הפעיל קדמי, והשימוש בו במעגלים חשמליים אינו נפוץ.

אופיין

מודל אברס-מול לטרנזיסטור NPN

מודל אברס-מול (Ebers–Moll) נותן משוואות המקשרות בין המתחים והזרמים השונים בטרנזיסטור ביפולרי:

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle I_{\text{C}} = I_{\text{S}}\left(e^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} - e^{\frac{V_{\text{BC}}}{V_{\text{T}}}}\right) - \frac{I_{\text{S}}}{\beta_R}\left(e^{\frac{V_{\text{BC}}}{V_{\text{T}}}} - 1\right)}

$I_{\text{B}}={\frac {I_{\text{S}}}{\beta _{F}}}\left(e^{\frac {V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}}-1\right)+{\frac {I_{\text{S}}}{\beta _{R}}}\left(e^{\frac {V_{\text{BC}}}{V_{\text{T}}}}-1\right)$

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle I_{\text{E}} = I_{\text{S}}\left(e^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} - e^{\frac{V_{\text{BC}}}{V_{\text{T}}}}\right) + \frac{I_{\text{S}}}{\beta_F}\left(e^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}} - 1\right)}

כאשר: הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle I_{\text{C}}} זרם הקולט, הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle I_{\text{B}}} זרם הבסיס, הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle I_{\text{E}}} זרם הפולט, הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \beta_F} הגבר הזרם הקדמי (20 עד 500), הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \beta_R} הגבר הזרם האחורי (0 עד 20), הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle I_{\text{S}}} זרם הרוויה האחורי (בסדר גודל של 10⁻¹⁵ עד 10⁻¹² אמפר), $V_{\text{BE}}$ המתח בין הבסיס לפולט, הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle V_{\text{BC}}} המתח בין הבסיס לקולט, ו-הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle V_{\text{T}}} המתח התרמי (בקירוב mV‏26 בטמפרטורה של 300 קלווין, טמפרטורת החדר), המוגדר:

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ V_T = { k_B T \over q }}

כאשר הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle k_B} קבוע בולצמן, T הטמפרטורה (בקלווין) ו-q מטען האלקטרון.

לקריאה נוספת

• A.S. Sedra, K.C. Smith, Microelectronic Circuits, New York: Oxford, 2004

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא טרנזיסטור ביפולרי בוויקישיתוף