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中央大學通訊系 張大中 Electronics I, Neamen 3th Ed. 1

The Bipolar Junction Transistor (BJT)

張大中中央大學 通訊工程系

[email protected]

CO2005: Electronics I

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Bipolar Transistor Structures

1910DN

1510DN

1710PN

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Forward-Active Mode in the NPN Transistor

e

Because of the large concentration gradient in the base region, electrons injected from the emitter diffuse across the base into the BC space-charge region, where the E-field sweeps them into the collector region.

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Emitter Current: Exponential function of the BE voltage Collector Current: Ignoring the recombination in the base region (the base width is very

tiny, micrometer), the collect current is proportional to the emitter injection current and is independent of the reverse-biased BC voltage. Hence, the collector current is controlled by the BE voltage.

Base Current: BE forward-biased current Base recombination current

Currents in Emitter, Collector, and Base

1Bi

2Bi

CBCBE

BC

BPED

iiiii

ii

NN

1

1

,,

,

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Common-Emitter Configuration

B

C

i

i

BCBE iiii )1(

EC ii)1(

Common-emitter current gain

The power supply voltage Vcc must be sufficiently large to keep BC junction reverse biased.

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Forward-Active Mode in the PNP Transistor

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Circuit Symbols and Conventions

The arrowhead is always placed on the emitter terminal, and it indicates the direction of the emitter current.

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Common-Emitter Circuits

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For forward-active mode, the BC junction must be reverse biased, which means that Vce must be greater than approximately Vbe(on). There is a finite to the curves.

Current-Voltage Characteristics for CE Voltage

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When the current-voltage characteristic curves are extrapolated to zero current, they meet at a point on the negative voltage axis at Vce=-Va, the early voltage.

The slope of the curves indicates that the output resistance looking into the collector is finite. The resistance is not critical in the dc analysis.

Early Voltage

.

1

constvCE

C

oBE

v

i

r

currentcollector quiescent the:

,

C

C

Ao

I

I

Vr

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Common-Base CharacteristicsFor the curves in which , breakdown begins earlier. The carriers flowing across the junction initiates the breakdown avalanche process at somewhat lower voltages.

Breakdown Voltage

0Ei

Emitter is open.

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DC Analysis of Common-Emitter Circuit for NPN

BCB

BEBBB II

R

VVI

and

)on(

CCCCCECECCCC RIVVVRIV

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DC Analysis of Common-Emitter Circuit for PNP

BCB

EBBBB II

R

VVI

and

)on(

CCCCEC RIVV

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Cutoff and Saturation

Cutoff:

Saturation:

Transistor Circuit Application: Switch

CCO

CBBEI

Vv

iionVv

0 ),(

)(

/ ,

satVv

RRVv

CEO

CBCCI

B

BEIB R

onVvi

)(

C

CECCCc R

satVVsatIi

)()(

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Bipolar Inverter

Multiple-input NOR gate

Transistor Circuit Application: Digital Logic

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Single Base Resistor Biasing

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Voltage Divider Biasing

21 // RRRTH

CCTH VRR

RV

21

2

EBQBETHBQTH RIonVRIV )1()(

ETH

BETHBQ RR

onVVI

)1(

)(

BQCQ II

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Bias Stability

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Positive and Negative Voltage Biasing

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For integrated circuits, we would like to eliminate as many resistors as possible since, in general, they require a larger surface than transistors.

Integrated Circuit Biasing

VonVRI BE )(0 11

11

))((

R

VonVI BE

22

2

212111

)2

1(2

2

CC

C

BCBBC

II

I

IIIIII

112 )2

1( IIIC

Reference current

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Multistage Circuits

1.12I5

V5B2

C1

2101

0.7V5I C1

B2

2.39mAI0.0237mA,I E2B2

0.22V2.3925 V0.48V,V E2C1

1.445V2.371.55VC2

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