Wat is Afsnijgebied (cut-off)?
Toestand waarin beide juncties van een bipolaire transistor in sperrichting staan en vrijwel geen collectorstroom loopt. Komt overeen met een geopende schakelaar.
Japanse benaming: 遮断領域
Vakgebied: Bipolaire transistor
Instelcondities in het afsnijgebied
Een bipolaire junctietransistor (BJT) heeft vier werkgebieden, bepaald door zijn twee juncties. In het voorwaarts-actieve gebied staat de basis-emitterjunctie in doorlaatrichting en de basis-collectorjunctie in sperrichting; in verzadiging staan beide in doorlaatrichting; in het afsnijgebied (cut-off) staan beide in sperrichting. In de praktijk is een siliciumtransistor feitelijk afgesneden zodra VBE onder ongeveer 0,5 V ligt, omdat de voorwaartse stroom dan verwaarloosbaar is. Alleen junctielekstroom, in de orde van nanoampères, bereikt de collector, zodat het collector-emitterpad zich gedraagt als een open schakelaar.
Afsnijding als uit-toestand van een schakelaar
In schakelcircuits wisselt een BJT tussen afsnijding (uit) en verzadiging (aan). In afsnijding loopt er vrijwel geen collectorstroom, dus valt er geen spanning over de belastingsweerstand en stijgt VCE tot bijna de voedingsspanning; de vermogensdissipatie is nagenoeg nul. Als de basis zwevend wordt gelaten, stroomt collector-basislekstroom de basis in en wordt die door de stroomversterking versterkt, zodat de transistor mogelijk niet volledig uitschakelt, vooral als hij warm is, omdat de lekstroom sterk stijgt met de temperatuur. Een weerstand tussen basis en emitter leidt deze lekstroom af en garandeert afsnijding.
Het afsnijgebied in- en uitgaan
De schakelsnelheid hangt af van hoe snel de transistor tussen de gebieden overgaat. Inschakelen vanuit afsnijding vereist het opladen van de junctiecapaciteiten tot VBE ongeveer 0,6–0,7 V bereikt voordat de collectorstroom stijgt; dat is de vertragingstijd (delay time). Uitschakelen vanuit verzadiging gaat trager, omdat overtollige minderheidslading die in de basis is opgeslagen eerst moet worden verwijderd voordat de transistor naar afsnijding kan terugkeren (de storage time). Schakelingen die de transistor uit diepe verzadiging houden, zoals transistors met Schottky-clamp, verkorten deze uitschakelvertraging.
Afsnijding in andere contexten
Bij een MOSFET is de vergelijkbare uit-toestand een VGS onder de drempelspanning, al loopt er dan nog subthreshold-stroom, die in geschaalde devices meestal groter is dan de lekstroom van een afgesneden BJT. Let op dat het woord verzadiging voor de twee devices iets anders betekent: BJT-verzadiging is de volledig ingeschakelde schakeltoestand, terwijl MOSFET-verzadiging overeenkomt met het actieve gebied van de BJT. Het afsnijgebied staat ook los van de transitiefrequentie (fT, cutoff frequency), de frequentie waarbij de stroomversterking tot één daalt.
Veelgestelde vragen
Wat zijn de voorwaarden voor een BJT in het afsnijgebied?
Zowel de basis-emitter- als de basis-collectorjunctie staan in sperrichting, of in de praktijk ligt VBE bij silicium onder ongeveer 0,5 V. De collectorstroom is dan beperkt tot een lekstroom in de orde van nanoampères.
Waarom een weerstand tussen basis en emitter plaatsen?
Bij een zwevende basis loopt collector-basislekstroom door de basis-emitterjunctie en wordt die door de stroomversterking versterkt, zodat de transistor een beetje kan geleiden. De weerstand leidt die lekstroom af, zodat de transistor stevig afgesneden blijft.
Heeft het afsnijgebied iets te maken met de afsnijfrequentie?
Nee. Het afsnijgebied is een DC-instelling waarin de transistor uit staat, terwijl de afsnijfrequentie (fT) de frequentie is waarbij de kleinsignaal-stroomversterking van de transistor tot één daalt.
Halfgeleider-rekentools
Verwante termen
Actief gebied Common-emitterschakeling Darlingtonschakeling Early-effect Emittervolger (emitter follower) HBT (heterojunctie-bipolaire transistor) Miller-effect Overnamevervorming (crossover distortion) Stroomspiegel (current mirror) Stroomversterkingsfactor (hFE)