Tranzistori

Tranzistorul reprezintă principalul “element” de construcție al electronicii. Este un dispozitiv semiconductor și există în două tipuri generale: tranzistorul bipolar cu joncțiune (BJT) și tranzistorul cu efect de câmp (FET).

Bipolar Junction Transistor (BJT) este un dispozitiv cu trei terminale și există în două tipuri diferite: BJT de tip NPN și BJT de tip PNP în funcție de dispunerea joncțiunilor semiconductoare. Un BJT are două joncțiuni (limite între regiunile semiconductoare N și P). Aceste joncțiuni sunt similare cu cele din diode și, prin urmare, pot fi polarizate direct sau invers. Cele trei terminale ale BJT sunt numite Bază ($B$), Colector ($C$) și Emitor ($E$).

Ecuațiile caracteristice ale unui tranzistor rezultă din aplicarea legilor lui Kirchhoff pe modelul joncțiunilor și sunt următoarele:

$$ I_E(t) = I_C(t) + I_B(t)\ (1) \\ I_C(t) = \frac{\beta}{\beta+1} I_E(t)\ (2) \\ V_{BE}(t) \leq V_{CE}(t)\ (3) $$

Unde,

• $I_E$ reprezintă intensitatea curentului electric care trece prin emitor și se măsoară în Amperi (A)
• $I_C$ reprezintă intensitatea curentului electric care trece prin colector și se măsoară în Amperi (A)
• $I_B$ reprezintă intensitatea curentului electric care trece prin bază și se măsoară în Amperi (A)
• $\beta$ este o \\constantă
  adimensională specifică fiecărui tranzistor și poartă denumirea de factor de amplificare. Din nou, constantă este folosit în sensul larg, valoarea acestui factor depinzând de curentul de valoarea curenților prin tranzistor, dar și a condițiilor de mediu. În practică, majoritatea tranzistorilor moderni au valori $\beta$ peste 100 iar o regulă general valabilă este cu cât tranzistorul procesează semnale mai mici, cu atât valoarea lui $\beta$ va fi mai mare.
• $V_{BE}$ reprezintă diferența de potențial între terminalele emitor și bază și se măsoară în Volți (V)
• $V_{CE}$ reprezintă diferența de potențial între emitor și colector și se măsoară în Volți (V)
• $t$ este momentul în timp și se măsoară în secunde (s). Prezența lui în ecuațiile de mai sus e pentru a sugera valabilitatea ecuațiilor în condiții de neechilibru.

Câțiva parametrii utili în modelarea tranzistoarelor BJT:

Transconductanța tranzistorului, se măsoară în siemens ($S = kg^{−1}\times m^{−2} \times s^3 \times A^2$):

$$ g_m(t) = \frac{eI_C(t)}{kT(t)} $$

Unde,

• $I_C$ reprezintă intensitatea curentului electric care trece prin colector și se măsoara în Amperi (A)
• $e$ reprezintă sarcina electrică a unui electron, fiind o constantă fizică universală. Se măsoară în Coulombi (C) și este 1.602176634×10−19 C
• $k$ este constanta lui Boltzmann, se măsoară în Jouli pe Kelvin (J/K) și este 1.380649×10−23 J/K
• $T$ este temperatura absolută a joncțiunii și se măsoară în Kelvin (K)

$$ r_{pi}(t) = \frac{h_{FE}}{g_m} $$ $$ r_o(t) = \frac{\frac{I_C}{h_{OE}} + V_{CE}}{I_C} $$

Ecuații caracteristice:

$$ A_V \approx 1 \\ A_I = h_{FE} + 1 \\ Z_{in} = R_{B1} \parallel R_{B2} \parallel (r_{\pi} + (h_{FE} + 1) R_E) \\ Z_{out} = R_E \parallel \frac{r_{\pi} + R_S \parallel R_{B1} \parallel R_{B2}}{h_{FE} + 1} $$