Биполярные транзисторы (БТ).

БТ это активные п/п-вые приборы, служащие для усиления мощности электрических сигналов. БТ состоит из трех чередующихся слоев п/п-ка с электропроводностями разных типов и двух p-n-переходов. Различают транзисторы типа p-n-p (рис. 2.9, а)и n-p-n (рис. 2.9, е). Обозначения БТ этих типов показаны на рис. 2.9, б, г.

Рис. 2.9 Рис. 2.10

Внутреннюю область транзистора, разделяющую р-n-переходы, называют базой. Она тонкая и низколегированная. Внешний слой п/п-ка, предназначенный для внедрения носителей заряда в базу, называют эмиттером, а p-n-переход П₁,примыкающий к эмиттеру — эмиттерным.Другой внешний слой, вытягивающий носители заряда из базы, называют коллектором, а переход П₂ — коллекторным. База является электродом, управляющим значением тока, проходящего через транзистор, так как, меняя напряжение между базой и эмиттером, можно управлять плотностью тока.

БТ изготавливают из германия и кремния. Обозначение БТ: первый элемент (цифра или буква)-материал п/п-ка: 1 или Г-германий, 2 или К – кремний; второй элемент - буква Т, у полевых - буква П; третий элемент- трехзначный номер -указывает мощность и частотный диапазон; четвертый элемент-(буква) - разновидность транзистора данного типа. Например, ГТ905А — германиевый мощный высокочастотный транзистор, разновидность типа А.

Если эмиттерный переход напряжением U_эб смещен в прямом направлении, а коллекторный переход напряжением U_кб — в обратном (см. рис. 2.9, а, в), то включение транзистора называют нормальным. При перемене полярности напряжений U_эб и U_кб получим инверсное включение транзистора.

Рассмотрим работу БТ типа p-n-p,включенного по схеме с общей базой (рис. 2.11).

Рис. 2.11

При наличии источников смещения Е_э и Е_к указанной полярности дырки перемещаются из эмиттера в базу, а электроны из базы в эмиттер. Т.к. концентрация электронов в базе во много раз меньше концентрации дырок в слое эмиттера, то встречный поток электронов значительно меньше. Поэтому при встречном перемещении дырок и электронов произойдет их частичная рекомбинация, а избыток дырок внедряется в слой базы, образуя ток эмиттера.Они перемещаются к коллекторному р-n-переходу. Поток электронов образует маленький базовый ток I_б. Так как толщина базы w_б современных транзисторов составляет единицы микрон, то большая часть дырок достигает коллекторного p-n-перехода и захватывается его полем.При этом в кол­лекторной цепи проходит ток I_к, замыкая общую цепь тока. Т. о., для токов транзистора справедли­во соотношение I_э=I_б+I_к

Перенос тока из эмиттерной цепи в коллекторную характеризуется коэффициентом передачи тока эмиттера h_21б=(ðI_к/ðI_э)_{Uкб=const ,} который у современных транзисторов достигает 0,95-0,99 и более. Поэтому I_б≈(0,05 ÷ 0,01) I_э и I_к = (0,95 ÷ 0,99)I_э.

Т. о., изменение тока входной цепи вызывает соответствующее изменение тока в выходной цепи. Поскольку эмиттерный p-n-переход включен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном, то маленькое изменение входного напряжения вызывает значительно большее изменение выходного напряжения. На этом свойстве и основано усилительное действие транзистора.

U_ВХ= I_ЭR_ВХ; U_ВЫХ= I_кR_к= h_21б I_эR_к

Хотя коэффициент передачи токаh_21б меньше единицы, коэффициенты усиления по напряжению E_U и по мощности К_Р могут достигать больших значений. Дело в том, что при прямом включении эмиттерного перехода его сопротивление переменному току R_ВХ составляет несколько десятков Ом, а сопротивление коллекторного перехода при обратном включении достигает сотен килоом. Поэтому в выходную цепь транзистора можно включать большое сопротивление нагрузки R_к >>R_ВХ. Тогда коэф­фициент усиления по напряжению К_U= U_BЫХ/U_BX= I_кR_к/ I_эR_ВХ= h_21бR_к/R_ВХ >>

и коэффициент усиления по мощности

К_Р= Р_ВЫХ /Р_ВХ= I_к² R_к./ I_э² R_ВХ =h_21б² R_к/ R_ВХ>> 1