Полупроводниковые транзисторы

Все полупроводниковые транзисторы делятся на две группы: биполярные и униполярные (полевые) транзисторы.

Основное отличие заключается в том, что биполярные транзисторы управляются током, а полевые – напряжением (электрическим полем).

Биполярным транзистором называется полупроводниковыйприбор с двумя взаимодействующимир-n-переходами. Биполярные транзисторы различаются по структуре. В зависимости от чередования областей различают по структуре биполярные транзисторы p-n-p и n-p-n (рис. 14)

Транзисторы имеют три вывода: эмиттер (О), базу (Б) и кол­лектор (К). В биполярных транзисторах типа "n-p-n" положительная полярность источника питания С_к подключается к коллектору, а в тран­зисторах типа "р-п-р" – к эмиттеру.

Транзисторы также подразделяются но мощности, частоте и дру­гим признакам.

Принцип действия биполярного транзистора основан на исполь­зовании физических процессов, происходящих при переносе основных носителей электрических зарядов из эмиттерной области в коллектор­ную через базу.

Важнейшими параметрами, характеризующими качество транзи­стора, являются дифференциальный коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор - а и дифференциальный коэффициент передачи тока из базы в коллектор - β.

при = const >>1

Современные транзисторы имеют α=(0,9 до 0,99) и β=(4 до 10000)

Основными параметрами, характеризующими транзистор как активный нелинейный четырехполюсник (рис.15), являются:

- коэффициент усиления по току K_I= ,

- коэффициент усиления по напряжению K_U= ,

- коэффициент усиления по мощности K_P= ,

- входное сопротивление R_ВХ= ,

- выходное сопротивление R_ВХ= ,

Обычно транзисторы включаются в электрическую схему таким образом чтобы один из его электродов был входным, второй выходным, а третий общий для входа и выхода.

В зависимости от этого различают три способа включения транзистора: ОБ, ОЭ и ОК. Рассмотрим особенности каждой схемы.

В схеме с ОБ(рис. 16) входной сигнал поступает на эмиттер, а выходной снимается с коллектора.

Входным сопротивлением схемы R_ВХ является сопротивление открытого эмиттерного перехода, которое составляет десятки Ом. Выходное сопротивление определяется обратным включенным коллекторным переходом. Поэтому R_ВЫХ>>R_ВХ.

Коэффициент усиления транзистора с ОБ по току соответствует примерно коэффициенту передачи α:

K₁=

Коэффициент усиления транзистора по напряжению

K_V= ,

где R_вх.б - входное сопротивление открытого эмиттерного перехода.

Так как R_н>> R_вх.б , то К_v>1.

Таким образом, схема включения транзистора с ОБ не обеспечивает усиление по току, однако усиливает входной сигнал по напряжению.

В схеме с ОЭ (рис.17) входной сигнал поступает на входы база – эмиттер, а выходной снимается с коллектора.

Входное сопротивление R_вх.э схемы значительно больше, чем в схеме с ОБ.

Коэффициент усиления схемы по току

Коэффициент усиления схемы по напряжению

Коэффициент усиления схемы по мощности равен произведению коэффициентов К₁ и К_v:

Схема с ОЭ обеспечивает усиление входного сигнала по току, напряжению и мощности, используется в усилителях, генераторах, формирователях и является самой распространенной.

В схеме ОК (рис.18) входной сигнал подается на входы база – коллектор, а выходной сигнал снимается с эмиттера.

Входное сопротивление схемы R_вх велико и равно R_вх.≈ R_н(β+1).

Коэффициент усиления схемы с ОК по току

Коэффициент усиления схемы с ОК по напряжению

Коэффициент усиления схемы с ОК по мощности

Входное сопротивление схемы с ОК велико и примерно равно R_вх.≈ βR_н, а выходное R_вых составляет десятки Ом, т.е. R_вх>> R_вых. Схему с общим эмиттером часто называют эмиттерным повторителем, т.к. нагрузка включена в цепь эмиттера. Схема обеспечивает усиление по току, мощности, имеет коэффициент усиления по напряжению меньше единицы (К_v≈ 0,9…0,99), отличается большим входным сопротивлением и малым выходным R_вх>> R_вых и широко используется в качестве согласующего каскада.