Биполярные транзисторы.

Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор, имеющий 2 pn-перехода и 3 электрода (Э – эмиттер - электрод, через который зарядоносители из внешней цепи поступают в прибор; К – коллектор – электрод, через который зарядоносители из прибора уходят во внешнюю цепь; Б – база – узкий слой (1-20 мкм) между Э и К, бедный зарядоносителями).

Структурная схема и условные обозначения транзисторов.

Транзисторы изготавливают из кремния и германия p и n-типов. Существуют транзисторы двух структур: прямые вентильные транзисторы (1) и обратные вентильные транзисторы (2).

Обратные вентильные транзисторы (2) находят большее распространение, т.к. основные зарядоносители – электроны, которые обладают в 2-3 раза большей подвижностью, чем дырки, и другие параметры.

Принцип действия транзисторов.

Принцип действия и прямых и обратных вентильных транзисторов одинаковый.

Для работы необходимо, чтобы к эмиттеру было приложено Uпр, а к коллектору – Uобр.

1. При приложении Uпр к Э один pn-переход между Э и Б исчезает, и от + к – внешнего источника питания из Э в Б начинает протекать дрейфовый ток, обусловленный разной концентрацией зарядоносителей в Э и Б.

2. В Б малая часть дырок воссоединяется с имеющимися здесь в небольшом количестве свободными электронами, и создается малый ток базы Iб.

3. Остальные дырки являются неосновными для слоя n Б, и потому свободно проходят через закрытый второй pn-переход в К к – внешнего источника питания, создавая ток коллектора Iк.

Таким образом, в транзисторе выполняется уравнение первого закона Кирхгофа:

Iэ = Iб + Iк.

Для обратного вентильного транзистора такой же принцип действия, только дрейфуют электроны, а не дырки.

Основные статистические параметры транзистора.

Статическими называются параметры транзистора, на которые поданы только постоянные напряжения. К ним относятся:

1. коэффициент усиления по напряжению:

2. коэффициент усиления по току ( <1 – коэффициент передачи)

3. коэффициент усиления по мощности

4. Входное сопротивление

5. Выходное сопротивление

Величина всех перечисленных параметров зависит от схемы включения биполярного транзистора.

Схемы включения биполярных транзисторов.

В зависимости от того, какой электрод входит во входную и выходную цепь. Различают 3 схемы включения:

1. Схема с общей базой (СОБ)

Схема СОБ обеспечивает усиление по напряжению и не обеспечивает усиление по току, поэтому она не применяется в промышленной электронике, а применяется в цепях СВЧ (сверхвысокой частоты – 20 000 Гц и более).

2. Схема с общим эмиттером (СОЭ):

Схема СОЭ усиливает как по напряжению, так и по току. Коэффициент усиления по мощности из всех рассматриваемых схем включения биполярных транзисторов самый максимальный, поэтому схема находит самое широкое применение в промышленной электронике. Во всех электротехнических справочниках приводятся значения параметров для транзисторов, включенных по схеме СОЭ.

Малое и большое - главный недостаток биполярных транзисторов, включенных по схеме СОЭ, т.к. затрудняет согласование параметров и обеспечение согласованного режима.

3. Схема с общим коллектором

Схема усиливает по току и не усиливает по напряжению. Схема СОК используется в усилителях тока, а схема СОЭ в усилителях напряжения. При создании многокаскадных усилителей для согласования параметров ставят на первое место СОК, а на второе – СОЭ (между каскадами получается согласование параметров).

Основные входные и выходные параметры зависят от схемы включения.

Для схемы СОЭ входной (базовой) характеристикой называют зависимость Iб от Uб (напряжение между Б и Э). Характеристика позволяет определить Rвх для линейного участка:

Выходные (коллекторные) характеристики – зависимость .

Они позволяют определить следующие параметры:

- на участке насыщения

С помощью линии нагрузки:

Выходные характеристики позволяют определить Rвых и . Для определения используются и входная, и выходная характеристики, а также линия нагрузки.

Ограничительные параметры биполярного транзистора.

1. В связи с температурной зависимостью Iобр (Iк) растет мощность, выделяемая в вентильном транзисторе.

С увеличением тока растет нагрев вентильного транзистора, что может привести к его перегоранию, поэтому ограничивают .

2.

Превышение приводит к электрическому или тепловому пробою.

3.

Таким образом, незаштрихованая зона – активная зона работы вентильного транзистора.