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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
CO2005: Electronics I
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中央大學通訊系 張大中 Electronics I, Neamen 3th Ed. 2
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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