Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы

Устройство, классификация и принцип действия биполярных транзисторов

1) Классификация и маркировка транзисторов

2) Устройство биполярных транзисторов

3) Принцип действия биполярных транзисторов

1) Классификация и маркировка транзисторов. Транзистором называется полупроводни- ковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усили- вать мощность. Классификация транзисторов производится по следующим признакам:

· По материалу полупроводника – обычно германиевые или кремниевые;

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

· По принципу действия транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполяр- ные);

· По частотным свойствам; НЧ (<3 МГц);

СрЧ (3÷30 МГц);

ВЧ и СВЧ (>30 МГц);

· По мощности. Маломощные транзисторы ММ (<0,3 Вт), средней мощности СрМ (0,3÷3

Вт), мощные (>3 Вт).

Маркировка.

Г Т - 313 А

К П - 103 Л

I II - III IV

Рис. 59

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 циф- ра показывает частотные свойства и мощность транзистора в соответствии с ниже приведён- ной таблицей.

Таблица 1

P \ f <3 МГц НЧ 3 – 30 МГц СрЧ >30 МГц ВЧ и СВЧ ММ <0,3 Вт 1 2 3 СрМ 0,3÷3 Вт 4 5 6 М >3 Вт 7 8 9

IV – модификация транзистора в 3-й группе.

2) Устройство биполярных транзисторов. Основой биполярного транзистора является кри- сталл 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 противопо- ложным типом проводимости, нежели база.

Область, имеющая бóльшую 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 эмитте- ром 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 носи- телей 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 соответствую- щим 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:

g= Iэ.п

Iэ

(0,999)

Iэ = Iэ.п. + Iэ.р.

Инжекцией зарядов называется переход носителей зарядов из области, где они были основны- ми в область, где они становятся неосновными. В базе электроны рекомбинируют, а их кон- центрация 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 ускоряю-

щим 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 заря- дов. Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода носителей зарядов δ:

d = Iк.п.

Iэ.п.

Основное соотношение токов в транзисторе:

Iэ = Iк + Iб

d × g = Iэ.п. × Iк.п = Iк.п. = a

Iэ × Iэ.п. Iэ

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 вы- ходной сигнал, а третий вывод является общим для входной и выходной цепи. Таким образом, рассмотренная выше схема получила название схемы с общей базой.

Iвх = Iэ

Рис. 64

Iвых = Iк

Uвх = Uбэ

Uвых = Uбк

Напряжение в транзисторных схемах обозначается двумя индексами в зависимости от того, между какими выводами транзистора эти напряжения измеряются.

ΔIк, ΔIэ – постоянные составляющие.

Так как все токи и напряжения в транзисторе, помимо постоянной составляющей имеют ещё и переменную составляющую, то её можно представить как приращение постоянной состав- ляющей и при определении любых параметров схемы пользоваться либо переменной состав- ляющей токов и напряжений, либо приращением постоянной составляющей.

a= Iк

Iэ ,

a= D Iк ,

D Iэ

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