36.Структура и принцип действия биполярного транзистора

Биполярные транзисторы. В биполярных транзисторах в кристалле проводника создаются три области различного типа проводимости. Две крайние области биполярного транзистора (эмиттер и коллектор) всегда обладают проводимостью одинакового типа (рис.6.30), а проводимость средней области (базы) по отношению к ним имеет противоположный тип проводимости. В биполярном транзисторе имеются два р-п-перехода — эмиттерный и коллекторный. Расстояние между ними, равное ширине базы, очень мало. Кроме того, концентрация атомов примеси в базе создается гораздо меньшей, чем в эмиттере. Это позволяет уменьшить вероятность рекомбинации носителей в области базы.

Рисунок 6.30 — Схематическое изображение биполярных транзисторов

типа р-п-р и п-р-п

При подключении к р-п-р-транзистору источников питания (рис.6.31а) токи в транзисторе распределятся следующим образом. Поскольку к участку эмиттер-база приложено прямое напряжение, то соответствующий переход будет включен в прямом направлении, сопротивление этого перехода мало, значит по нему будет течь прямой ток, обусловленный перемещением основных носителей (дырок) эмиттера в базу и неосновных (электронов) из базы в эмиттер.

а б в

Рисунок 6.31 — Схемы включения транзистора типа р-п-р :

а — с общей базой (ОБ); б — с общим эмиттером (ОЭ);

в — с общим коллектором (ОК)

37. Биполярный транзистор. Схемы включения и их параметры

Схемы включения биполярного транзистора. Биполярный транзистор может быть включен в усилительный каскад тремя различными способами (рис.6.31): с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). Из названий схем понятно, какой из электродов является в схеме общим для входной и выходной цепей.

Различные схемы включения транзистора имеют различные свойства (табл.6.1), но принцип усиления сигнала в них одинаков.

Таблица 6.1 — Сравнительные характеристики схем включения транзистора

Тип схемы	Усиление			Сопротивления
				, Ом	, Ом
ОБ	до 1000	<1	до 1000	единицы	сот.тыс.
ОЭ	>100	10÷100	до 10000	сотни	дес.тыс.
ОК	<1	>10	10	дес.тысяч	сотни

В схеме ОБ нагрузка включена между коллектором и базой. Схема обладает большим выходным сопротивлением, но входное сопротивление очень мало, что при каскадном включении оказывает шунтирующее действие на сопротивление нагрузки предыдущего каскада. В этом состоит недостаток схемы ОБ, поскольку ее применение требует включения дополнительных согласующих устройств.

Наиболее часто в усилителях применяется схема ОЭ, в которой нагрузка включается между эмиттером и коллектором. Основной особенностью схемы ОЭ является то, что входным током является не значительный по величине ток эмиттера, а малый по сравнению с ним ток базы. Поэтому при определенном уровне входного напряжения входное сопротивление схемы ОЭ значительно выше, чем в схеме ОБ. При этом и выходное сопротивление схемы ОЭ достаточно велико. Поэтому в многокаскадных схемах усилителя построенных на основе схемы включения ОЭ, зачастую можно обойтись без согласующих устройств между каскадами. Важнейшим свойством схемы ОЭ является большое усиление по току:

.

Коэффициенты и связаны как . Коэффициент усиления по напряжению для схемы ОЭ сопоставим с таковым для схемы с ОБ, зато коэффициент усиления по мощности в схеме ОЭ значительно выше.

В схеме ОК входными током является ток базы, а выходным током, протекающим через нагрузку — ток эмиттера, поэтому коэффициент усиления по току составит

.

Входное сопротивление схемы ОК очень велико, а выходное напротив мало, поэтому для этой схемы коэффициент усиления по напряжению будет меньше единицы. Данная схема применяется реже, чем схемы ОБ и ОЭ. Она служит в основном для согласования сопротивлений между отдельными каскадами усилителя или между выходом усилителя и низкоомной нагрузкой.

Параметры транзистора. Параметры сопротивлений эмиттера, базы, коллектора и коэффициент усиления по току являются первичными параметрами транзистора. Эти параметры характеризуют транзистор как активный четырехполюсник, их величины не зависят от схемы включения транзистора. Помимо первичных параметров транзистор характеризуется вторичными параметрами, которые для различных схем включения имеют различные значения. Наиболее часто вторичные параметры транзистора представляются как система Н-параметров четырехполюсника с учетом схемы включения:

— входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;

— коэффициент обратной передачи напряжения при холостом ходе на входе;

— коэффициент передачи тока от входа к выходу при коротком замыкании на выходе;

— выходная проводимость при холостом ходе на входе.

Кроме указанных параметров указываются такие параметры транзистора, как обратный ток коллектора ; емкость коллекторного перехода ; максимально допустимый постоянный ток коллектора и напряжение коллектор-эмиттер; максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность.

Транзисторы исключительно широко применяются в различных электронных устройствах. Из всего многообразия транзисторных схем основными являются усилительные, генераторные и переключающие.