Принцип действия биполярных транзисторов

1) Классификация и маркировка транзисторов.Транзистором называется полупроводниковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усиливать мощность. Классификация транзисторов производится по следующим признакам:

 По материалу полупроводника – обычно германиевые или кремниевые;

 По типу проводимости областей (только биполярные транзисторы): с прямой проводимостью (p-n-p - структура) или с обратной проводимостью (n-p-n - структура);

 По принципу действия транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные);

 По частотным свойствам;

НЧ (<3 МГц);

СрЧ (3ч30 МГц);

ВЧ и СВЧ (>30 МГц);

 По мощности. Маломощные транзисторы ММ (<0,3 Вт), средней мощности СрМ (0,3ч3

Вт), мощные (>3 Вт).

Маркировка.

I – материал полупроводника: Г – германий, К – кремний.

II – тип транзистора по принципу действия: Т – биполярные, П – полевые.

III – три или четыре цифры – группа транзисторов по электрическим параметрам. Первая цифра показывает частотные свойства и мощность транзистора в соответствии с ниже приведён-

ной таблицей.

Таблица 1

IV – модификация транзистора в 3-й группе.

2) Устройство биполярных транзисторов.Основой биполярного транзистора является кристалл полупроводника p-типа или n-типа проводимости, который также как и вывод от

него называется базой.

Диффузией примеси или сплавлением с двух сторон от базы образуются области с противоположным типом проводимости, нежели база.

Область, имеющая бoльшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют коллектором.

Область, имеющая меньшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют эмиттером.

p-n переход между коллектором и базой называют коллекторным переходом, а между эмиттером и базой – эмиттерным переходом.

Направление стрелки в транзисторе показывает направление протекающего тока. Основной

особенностью устройства биполярных транзисторов является неравномерность концентрации

основных носителей зарядов в эмиттере, базе и коллекторе. В эмиттере концентрация носителей заряда максимальная. В коллекторе – несколько меньше, чем в эмиттере. В базе – во

много раз меньше, чем в эмиттере и коллекторе (рисунок 62).

3) Принцип действия биполярных транзисторов.При работе транзистора в усилительном

режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. Это достигается соответствующим включением источников питания.

Так как эмиттерный переход открыт, то через него будет протекать ток эмиттера, вызванный

переходом электронов из эмиттера в базу и переходом дырок из базы в эмиттер. Следователь-

но, ток эмиттера будет иметь две составляющие – электронную и дырочную. Эффективность

эмиттера оценивается коэффициентом инжекции:

Инжекцией зарядов называется переход носителей зарядов из области, где они были основными в область, где они становятся неосновными. В базе электроны рекомбинируют, а их концентрация в базе пополняется от «+» источника Еэ, за счёт чего в цепи базы будет протекать

очень малый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под ускоряющим действием поля закрытого коллекторного перехода как неосновные носители будут пере-

ходить в коллектор, образуя ток коллектора. Переход носителей зарядов из области, где они

были не основными, в область, где они становятся основными, называется экстракцией зарядов. Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода

носителей зарядов δ:

Основное соотношение токов в транзисторе:

α – коэффициент передачи тока транзистора или коэффициент усиления по току:

Iк = α ∙ Iэ

Дырки из коллектора как неосновные носители зарядов будут переходить в базу, образуя

обратный ток коллектора Iкбо.

Iк = α ∙ Iэ + Iкбо

Из трёх выводов транзистора на один подаётся входной сигнал, со второго – снимается выходной сигнал, а третий вывод является общим для входной и выходной цепи. Таким образом,

рассмотренная выше схема получила название схемы с общей базой.

Uвх = Uбэ

Uвых = Uбк

Напряжение в транзисторных схемах обозначается двумя индексами в зависимости от того,

между какими выводами транзистора эти напряжения измеряются.

Так как все токи и напряжения в транзисторе, помимо постоянной составляющей имеют ещё

и переменную составляющую, то её можно представить как приращение постоянной составляющей и при определении любых параметров схемы пользоваться либо переменной составляющей токов напряжений, либо приращением постоянной составляющей.

где Iк, Iэ – переменные составляющие коллекторного и эмиттерного тока,

ΔIк, ΔIэ – постоянные составляющие.

Схемы включения

биполярных транзисторов

Схемы включения транзисторов получили своё название в зависимости от того, какой из выводов транзисторов будет являться общим для входной и выходной цепи.