Биполярные транзисторы

1.2.1 Общие положения

Транзисторами называются полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими n‑p‑переходами. По чередованию переходов транзисторы бывают двух типов: p-n-p – транзисторы и n-p-n – транзисторы (рис. 11).

Средний слой транзистора называют базой (Б), один из крайних – эмиттером (Э), другой – коллектором (К). Стрелка в обозначении эмиттера показывает направление протекания положительного тока.

В зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения:
с общей базой (ОБ) – рис. 12,а; с общим эмиттером (ОЭ) – рис, 12,б; и с общим коллектором (ОК) – рис. 12. в.

Наиболее часто применяется схема ОЭ, так как позволяет получить наибольший коэффициент усиления по мощности.

Схема ОК усиливает электрический ток и мощность, но не усиливает напряжение.

Схема ОБ обеспечивает усиление напряжения и мощности, но не усиливает ток.

Токи электродов транзистора связаны соотношением

I_Э= I_Б + I_К (1.8).

В транзисторе, включённом по схеме ОЭ, ток коллектора

I_К=α·I_Э + I_КЭО (1.9)

где α – коэффициент передачи тока эмиттера в коллектор (α=0,9,…;099);

I_КЭО – обратный ток коллекторного перехода, в схеме ОЭ равен току коллектора при разомкнутом выводе базы (I_Б = 0).

Подставив (1.8) в (1.9) получим

(1.10)

В выражении (1.10) – статический коэффициент передачи тока базы (в коллектор), т.е.

. (1.11)

Так как I_КБО << I_К и I_КБО << I_Б, то коэффициент передачи тока базы

. (1.12)

Статические вольт-амперные характеристики для схемы включения ОЭ представлены на рис. 13. На рис. 13. а изображены входные характеристики I_Б = ƒ(U_бэ) при U_КЭ = Const, на рис. 13. б – выходные I_К = ƒ(U_КЭ) при
I_Б = Const.

На рис. 13,а показано построение характеристического треугольника для определения входного сопротивления транзистора в системе h – параметров

. (1.13)

На рис. 13,б показано определение коэффициент усиления транзистора. Коэффициент определяется через приращения токов базы и коллектора при постоянном напряжении U_КЭ (на рисунке U_КЭ = 5 В)

(1.14)

Для транзисторов малой мощности (Р_К < 300 мВт) этот параметр определяется при напряжении U_КЭ = 5 В. Для транзисторов средней мощности (Р_К < 3 Вт) – при напряжении U_КЭ = (10 ÷ 15) В.

Определение выходной проводимости транзистора h_22Э в системе h‑параметров показано на рис.14.

. (1.15)

(1.16)

Его значение находятся в пределах 10 ÷ 100 кОм.

Дифференциальное сопротивление перехода эмиттер–база r_Э зависит от постоянной составляющей тока эмиттера

(1.17)

Значение сопротивления г_Э лежит в пределах от единиц до десятков Ом.

Объёмное сопротивление базы

r_б = h_11э – (В + 1)∙r_Э, (1.18)

Обычно г_б >> г_Э и для маломощных транзисторов составляет
(100 ÷ 500) Ом.

1.2.2 Система обозначения транзисторов

В основу системы положен буквенно-цифровой код.

Первый элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупроводниковый материал аналогично диодам.

Второй элемент определяет подкласс прибора. Т –подкласс транзистор биполярный.

Третий – функциональные возможности транзистора – допустимую мощность рассеяния и граничную частоту.

Четвёртый – порядковый номер разработки технологического типа транзистора. Обозначается цифрами от 01 до 99 (в последнее время появились разработки с номерами от 101 до 999)

Пятый – обозначает дополнительные параметры транзистора в данной разработке. Они обозначают буквами русского алфавита

Например, транзистор КТ301А – кремниевый транзистор биполярный, высокочастотный, малой мощности, номер разработки 01, разновидности А.

Обозначение транзистора на принципиальных схемах нормировано и приведено на рис. 11 и 12. Направление стрелки эмиттера показывает положительное направление тока эмиттера.

Изображение транзистора с выводами можно поворачивать на 90 градусов. Стандарт разрешает не изображать окружность.

1.2.3 Допустимые электрические и тепловые параметры

Максимально допустимые напряжения это такие предельные напряжения, при которых транзистор не теряет своих электрических свойств. Превышение этих напряжений не допускается, т.к. может наступить электрический пробой р-n-переходов транзистора. В справочниках приводятся значения допустимых напряжений U_КБmах, U_КЭmах, U_ЭБmах.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора P_{к.max –} наибольшая мощность, рассеиваемая коллектором транзистора при температуре окружающей среды Т_С (или корпуса T_К).