Принцип действия биполярных транзисторов
Одной из возможных схем подключения внешних источников напряжения к транзистору является схема с ОБ, когда база заземлена, и напряжение на коллекторе и эмиттере отсчитывается относительно земли. К эмиттеру относительно базы подключается Uэб в прямом направлении, а к коллектору Uкб в обратном направлении. Значит, эмиттер открыт, а коллектор закрыт (активный режим работы транзистора).
При прямом смещении эмиттерного n-p перехода снижается потенциальный барьер в этом переходе и начинается диффузионное движение дырок через ЗС в базу, а электроны движутся из базы в эмиттер. Но концентрация дырок в эмиттере выше концентрации электронов в базе. Вследствие инжекции дырок из эмиттера в базу их концентрация в базе растет. Образовавшийся вблизи ЗС эмиттерного перехода в базе объемный положительный заряд компенсируются за счет электронов приходящих в базу от источника Uэб.
Электроны устремляются к эмиттерному переходу и создают объемный отрицательный заряд, компенсирующий заряд, образованный дырками. Вблизи эмиттерного перехода имеется область повышенной концентрации электронов и дырок. Вследствие разности концентраций возникает диффузионное движение дырок и электронов к коллектору. В транзисторах ширина базы выбирается такой, чтобы при существенной концентрации электронов и дырок, и скорости дырок, время их жизни превышало время пребывания в базе.
Незначительная часть дырок в базе рекомбинируется, но 99% не успевает рекомбинироваться. Вблизи коллекторного перехода они попадают в его поле, которое является ускорительным для дырок и втягивает их в коллектор. Такой процесс называется экстракцией дырок. Электроны, число которых равно числу дырок, ушедших в коллектор под влиянием кб, устремляются к базовому выводу, а следовательно замыкается цепь тока эмиттера и коллектора.
Ток, текущий через эмиттерный переход, будет являться управляющим током. От его величины зависит значение коллекторного тока (управляемого). Ток базы представляется разностью управляющего тока и управляемого, так как основные носители базы при компенсации движения дырок через эмиттерный и коллекторный переходы, движутся в разных направлениях в выводе базы.
Сопротивление эмиттерного перехода, смещенного в прямом направлении, небольшое. Эмиттерный и коллекторные токи растут по экспоненте Uэб. Изменение напряжения Uкб выше определенного предела (0,5В) не должно вызывать изменений тока Iк, т.к. Uобр=0,5В. Все неосновные носители зарядов участвуют в создании обратного тока коллекторного p-n перехода.
Если в цепь эмиттер-база помимо источника постоянного напряжения включить источник переменного напряжения u=Um sin wt, то ток эмиттера и ток коллектора будет меняться в такт с этим напряжением.
Если в цепь коллектора включить Rн ,то на нем можно выделить усиление напряжения сигнала с частотой , но амплитудой >> амплитуды сигнала.
Изменение напряжения коллектора будет вызывать изменения на коллекторном переходе, но влияние этого изменения на очень мало.
Режимы работы.
--Активный
эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном
--Отсечки
коллекторный и эмиттерный переходы смещены в обратном направлении
--Насыщения
оба смещены в прямом направлении (в базу инжектируются носители со стороны Э,К)
--Инверсный
эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный в прямом
Токи в транзисторе
При рассмотрении принципа работа транзистора установили, что в активном режиме дырки, инжектированные из эмиттера, движутся в базе под действием градиента концентраций и втягиваются полем коллекторного перехода, образуя ток через прибор.
Цепь эмиттерного тока замыкается через выводы базы и эмиттера, а цепь коллекторного тока замыкается через выводы базы и коллектора. Вследствие рекомбинации носителей в базе и других причин: Iк<Iэ.
На основе закона Кирхгофа:
Пусть =Iк/Iэ, где - коэффициент передачи эмиттерного тока.
Ток через выводы базы мал. Во многих случаях применимо:Iк Iэ
Рассмотрим составляющие токов Iэ,Iк для коллекторного и эмиттерного переходов отдельно
Каждый из этих переходов представляет собой полупроводниковый переход. Запишем уравнение, которое описывает ВАХ перехода:
, - прямые токи
, –обратные токи
В теории транзисторов в качестве обратных токов эмиттерного и коллекторного переходов используют: , измеренные в условиях холостого хода, когда =0 и =0
Эти токи меньше соответственно Iкn, Iэn и связаны:
инв.- коэффициент передачи тока в случае инверсного включения транзистора (когда коллекторный переход открыт, а эмиттерный переход закрыт)
Схемы включения биполярного транзистора
Различают три схемы включения БТ:
· с общей базой (ОБ)
· с общим эмиттером (ОЭ)
· с общим коллектором (ОК)
Общим называется электрод, если он включен одновременно во входной и в выходной контур, т.е. к нему одновременно подключены и источник сигнала, и нагрузка.
Управление токами в БТ можно осуществлять как постоянным, так и переменным токами. С помощью постоянного источника задается рабочий режим транзистора и затем на входные электроды подаются переменные сигналы, которые усиливаются по мощности с помощью транзисторных схем и выводятся на нагрузку.
С общей базой
В этой схеме напряжение на эмиттерном и коллекторном выводах отсчитывается относительно базы, потенциал которой равен 0.
Входной ток-
Входное напряжение-
Выходной ток-
Выходное напряжение-
Дата добавления: 2015-09-18; просмотров: 766;