Tranzistoare bipolare

Tranzistorul bipolar sau tranzistorul bipolar cu jonctiuni (acronimul TB sau TBJ) este unul dintre cele mai utilizate dispozitive semiconductoare in electronica, atat ca element discret de circuit, cat si ca element al unui circuit integrat. Numele de tranzistor a fost obtinut prin contractia a doua cuvinte din limba engleza, transfer resistor, care pun in evidenta functia de amplificare a semnalelor, realizata de dispozitiv, echivalenta cu un transfer de rezistenta. Denumirea bipolar provine din insasi functionarea dispozitivului, bazata pe deplasarea simultana a doua tipuri de purtatori: electroni si goluri. Tranzistorul bipolar, dispozitiv cu purtatori minoritari, poate juca rolul de sursa comandata de curent sau de comutator.

Fig. 3.1. Structurile schematizate si simbolurile grafice pentru cele doua tipuri de TB: a. TB de tip NPN; b. TB de tip PNP

Tranzistorul bipolar este un tripol, constituit din trei straturi semiconductoare cu dopare alternanta NPN sau PNP, care determina doua jonctiuni PN. Prin urmare, doua configuratii sunt posibile: tranzistoare bipolare NPN si tranzistoare bipolare PNP. Concentratia de impuritati difera in cele trei regiuni. Intre cele doua straturi extreme de acelasi tip, se disting emitorul (E) puternic dopat si colectorul (C) cu o dopare mai slaba, dar cu o largime mai mare. Stratul median, numit baza (B), este foarte ingust, pentru a asigura cuplajul dintre doua jonctiuni, si mai putin dopat decat emitorul. Electrozii metalici externi (terminalele TB), sudati la contacte ohmice aferente celor trei straturi, poarta numele regiunilor tranzistorului: emitor, baza si colector. Structurile schematizate si simbolurile grafice ale celor doua tipuri de tranzistoare bipolare sunt date in fig. 3.1. In simbolul grafic al tranzistorului bipolar, sageata din emitor desemneaza jonctiunea de comanda a tranzistorului si este orientata in sensul curentului direct al acesteia. Tranzistoarele bipolare de putere mica au o structura unicelulara, cu electrozi coplanari. Tranzistoarele bipolare de putere mare au structura multicelulara, cu dispunerea colectorului si a emitorului pe fetele opuse ale substratului semiconductor.

Tranzistorul bipolar poate fi privit ca un nod de circuit. Referitor la sensurile curentilor, se face urmatoarea precizare:

- se considera pozitive, atunci cand curentii intra in dispozitiv: (fig. 3.2.a);

- sensurile normale ale curentilor corespund regimului activ normal, care reprezinta un regim particular de functionare al tranzistorului bipolar (fig. 3.2b).

Considerand sensurile normale ale curentilor, rezulta ecuatia

.(3.1)

De asemenea, considerand ochiul de circuit care contine electrozii tranzistorului, se obtine o ecuatie de forma

.(3.2)

Ecuatiile (3.1) si (3.2) sunt valabile pentru ambele tipuri de tranzistoare bipolare.

Fig. 3.2. Sensuri pozitive si sensuri normale ale curentilor TB: a. sensuri pozitive; b. sensuri normale

Cele doua jonctiuni, care apar in structura unui tranzistor bipolar, primesc numele celor doua regiuni intre care asigura tranzitia. Prin urmare, structura tranzistorului bipolar contine jonctiunea baza-emitor, notata si denumita jonctiune de comanda, si jonctiunea baza-colector, notata Structurile tranzistoarelor bipolare pot fi reprezentate schematic prin cele doua jonctiuni in serie si opozitie, cuplate prin regiunea comuna a bazei, folosind simbolul grafic al diodei (fig. 3.3). Daca se tine seama de profilul doparii din cele trei regiuni ale tranzistorului, jonctiunea de comanda poate fi modelata ca o jonctiune abrupta, iar ca