Биполярни транзистори

Терминът «биполярен транзистор» е свързан с факта, че в тези транзистори се използват два вида носители на заряд: електрони и дупки. За производството на транзистори се използват същите полупроводникови материали като за диоди.

В биполярни транзистори се използва трислойна полупроводникова структура, изработена от полупроводници различна електрическа проводимост се създават два p — n прехода с редуващи се видове електрическа проводимост (p — n — p или n — p — n).

Биполярните транзистори могат да бъдат структурно неопаковани (фиг. 1, а) (за използване например като част от интегрални схеми) и затворени в типичен случай (фиг. 1, б). Наричат ​​се трите щифта на биполярен транзистор база, колекционер и излъчвател.

Ориз. 1. Биполярен транзистор: а) p-n-p-структури без пакет, б) n-p-n-структури в пакет

В зависимост от общото заключение, можете да получите три схеми за свързване на биполярен транзистор: с обща база (OB), общ колектор (OK) и общ излъчвател (OE). Нека разгледаме работата на транзистор във верига с обща база (фиг. 2).

Ориз. 2. Схема на биполярния транзистор

Излъчвателят инжектира (доставя) в основата основните носители, в нашия пример за n-тип полупроводникови устройства, те ще бъдат електрони. Източниците са избрани така, че E2 >> E1. Резистор Re ограничава тока на отворения p — n преход.

При E1 = 0, токът през колекторния възел е малък (поради малцинствени носители), той се нарича начален ток на колектора Iк0. Ако E1> 0, електроните преодоляват p — n прехода на излъчвателя (E1 се включва в посока напред) и навлизат в основната област.

Основата е направена с високо съпротивление (ниска концентрация на примеси), така че концентрацията на дупки в основата е ниска. Следователно, малкото електрони, влизащи в основата, се рекомбинират с нейните отвори, образувайки основния ток Ib. В същото време много по -силно поле действа в колекторния p — n преход от страната на E2, отколкото в емитерния преход, който привлича електрони в колектора. Следователно по -голямата част от електроните достигат до колектора.

Токовете на емитер и колектор са свързани коефициент на предаване на ток на емитер

при Uкб = const.

Е винаги ∆Ик < ∆Т.е., а a = 0,9 — 0,999 за съвременните транзистори.

В разглежданата схема Ik = Ik0 + aIe »Ie. Следователно схемата Общият основен биполярен транзистор има ниско съотношение на ток. Поради това той се използва рядко, главно във високочестотни устройства, където по отношение на усилването на напрежението е за предпочитане пред други.

Основната комутационна верига на биполярен транзистор е верига с общ излъчвател (фиг. 3).

Ориз. 3. Включване на биполярен транзистор по схемата с общ емитер

За нея на първият закон на Кирххоф можем да напишем Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Като се има предвид, че 1 — a = 0.001 — 0.1, имаме Ib << Ie »Ik.

Намерете съотношението на тока на колектора към базовия ток:

Тази връзка се нарича коефициент на трансфер на базов ток… При a = 0,99 получаваме b = 100. Ако източник на сигнал е включен в основната верига, тогава същият сигнал, но усилен от тока b пъти, ще тече в колекторната верига, образувайки напрежение на резистора Rk много по -голямо от напрежението на източника на сигнал …

За да се оцени работата на биполярен транзистор в широк диапазон от импулсни и постоянни токове, мощности и напрежения, както и да се изчисли веригата на отклонение, стабилизира режима, семейства входни и изходни волто-амперни характеристики (VAC).

Семейство от входни I — V характеристики установете зависимостта на входния ток (база или емитер) от входното напрежение Ube при Uk = const, фиг. 4, а.Входните I — V характеристики на транзистора са подобни на I — V характеристиките на диод в пряка връзка.

Семейството на изходните I — V характеристики установява зависимостта на тока на колектора от напрежението върху него при определена база или ток на емитер (в зависимост от веригата с общ емитер или обща база), фиг. 4, б.

Ориз. 4. Токово -напрежени характеристики на биполярния транзистор: a — вход, b — изход

В допълнение към електрическия n-p преход, преход, основан на контакт метал-полупроводник-бариерата на Шотки е широко използван във високоскоростни вериги. При такива преходи не се отделя време за натрупване и резорбция на заряди в базата, а работата на транзистора зависи само от скоростта на презареждане на бариерния капацитет.

Ориз. 5. Биполярни транзистори

Параметри на биполярни транзистори

За оценка на максимално допустимите режими на работа на транзисторите се използват основните параметри:

1) максимално допустимо напрежение колектор-емитер (за различни транзистори Uke max = 10 — 2000 V),

2) максимално допустимо разсейване на мощността на колектора Pk макс — според него транзисторите са разделени на транзистори с ниска мощност (до 0,3 W), средна мощност (0,3 — 1,5 W) и висока мощност (повече от 1,5 W), транзисторите със средна и висока мощност често са оборудвани със специален радиатор — радиатор,

3) максимално допустим ток на колектора Ik max — до 100 A и повече,

4) гранична честота на предаване на ток fgr (честотата, при която h21 става равна на единица), биполярните транзистори се разделят според нея:

• за нискочестотни — до 3 MHz,

• средна честота — от 3 до 30 MHz,

• високочестотни — от 30 до 300 MHz,

• свръхвисока честота — повече от 300 MHz.

Доктор на техническите науки, професор Л.А.Потапов