TRANZISTORUL BIPOLAR

1. Consideratii teoretice

Tranzistorul bipolar a fost realizat in 1947 de John Bardeen, Walter Brattain, iar teoria jonctiunii p-n si a tranzistorului de William Shockley. Cei trei oameni de stiinta au primit premiul Nobel in anul 1956, impreuna cu Walter Houser, pentru contributia lor la fizica semiconductorilor. Numele tranzistorului este realizat prin contopirea cuvintelor "transfer rezistor".

Un tranzistor bipolar consta din doua regiuni semiconductoare cu acelasi tip de conductivitate numite emitor si colector, separate de o zona subtire de conductivitate de tip opus numita baza. Criteriile fundamentale pe care trebuie sa le indeplineasca un tranzistor sunt:

  1. Emitorul este mult mai puternic dopat decat baza (curentul prin jonctiunea emitorului trebuie sa fie determinat de purtatorii majoritari ai emitorului injectati in baza, injectia de purtatori majoritari ai bazei in emitor trebuie sa fie neglijabila).
  2. Regiunea bazei este fizic subtire, mai mica decat lungimea de difuzie (purtatorii injectati in baza o traverseaza fara a suferi procese de recombinare majore).
  3. Zona colectorului este fizic mai larga decat cea a emitorului (ajuta la colectarea curentului injectat de emitor si la disiparea eficienta a caldurii generate pe jonctiunea colectorului).
  4. Colectorul este slab dopat fata de baza (in acest fel stratul de baraj are o largime mai mare si jonctiunea colectorului poate suporta tensiuni inverse mari, de zeci pana la sute de volti, fara sa se strapunga).
Relatiile care guverneaza functionarea unui tranzistor bipolar sunt:

1.Curentul de emitor este cel corespunzator unei jonctiuni p-n polarizate direct:

Ie = Io (e Ueb / Vt 1) (1)

2.Curentul bazei este o mica fractie din curentul de emitor:

Ib = (1- a )Ie (2)

3.Curentul colectorului este proportional cu curentul de emitor:

Ic = a Ie (3)

Marimea adimensionala "a ", coeficientul de transfer de curent intre emitor si colector , are valori tipice mai mari decat 0,9 , uzual peste 0,99. Se poate arata ca:

a = 1 - (1/2)(g/L)2

unde "g" este grosimea bazei, iar "L" este lungimea de difuzie.

Cele trei relatii pentru curenti verifica conservarea curentului in nodul de retea reprezentat de tranzistor:

Ie = Ic +Ib (4)

Prin combinarea relatiilor (2) si (3) rezulta:

Ic = [a /(1-a )]Ib = b Ib (5)

unde b este factorul de amplificare in curent al tranzistorului cu valori cuprinse intre zeci si sute.

Polarizand direct jonctiunea emitor-baza se vor injecta goluri din emitor (strat tip p) in baza (strat tip n). Grosimea bazei fiind foarte mica comparativ cu lungimea de difuzie a golurilor, curentul de goluri injectat in baza va trece practic in colector sub actiunea campului electric din jonctiunea colector-baza, polarizata invers. Numarul golurilor care dispar prin recombinare cu electronii din baza (purtatori majoritari aici) este mic, astfel generandu-se curentul bazei.

Curentul de colector, practic egal cu cel de emitor, este comandat direct de tensiunea emitor-baza, care asigura polarizarea directa a jonctiunii emitor. Tensiunea baza-emitor si curentul bazei fiind mici se obtine o amplificare in putere.

Dispozitivul este numit tranzistor bipolar deoarece ambele tipuri de purtatori mobili de sarcina intervin in functionarea sa . Simbolurile pentru tranzistoarele bipolare PNP si NPN sunt cele din figura.

Alegand ca marimi de intrare Ib si Ube , iar ca marimi de iesire Ic si Uce se definesc urmatoarele familii de caracteristici:

        1. Caracteristica de intrare Ib= f(Ube) la Uce constant.
        2. Caracteristica de iesire Ic= f(Uce) la Ib constant.
        3. Caracteristica de transfer Ic= f(Ib) la Uce constant.

2. Montajul experimental

Montajul experimental este realizat cu un tranzistor NPN tip BC172, avand in baza rezistenta RB = 10 kW si in colector rezistenta RC = 100W. Tensiunea de polarizare a jonctiunii emitor-baza se aplica prin intermediul potentiometrului P1.Tensiunea de alimentare a colectorului se aplica prin intermediul potentiometrului P2 sau mai bine direct de la o sursa de tensiune stabilizata reglabila.

3. Modul de lucru

Pentru un curent de baza dat se modifica tensiunea aplicata colectorului prin intermediul potentiometrului P2 pentru a avea o tensiune colector-emitor Uce de 0,5; 1; 2; 5 Volti.

4. Analiza rezultatelor

Se reprezinta grafic caracteristicile de intrere, iesire si transfer. Se calculeaza factorul de amplificare in curent b , din panta caracteristicii de transfer si coeficientul de transfer de curent a .

5. Rezultate experimentale
 
Nr. crt. Uce (V) Ic (mA) Ube(mV) Ib (mA)
1 0,5      
2 1  
3 2  
4 5  
5 0,5      
6 1