44. Устройство и принцип действия биполярного транзистора. Схемы включения транзисторов

. Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.Биполярный точечный транзистор был изобретен в 1947 году, в течение последующих лет он зарекомендовал себя как основной элемент для изготовления интегральных микросхем, использующих транзисторно-транзисторную, резисторно-транзисторную и диодно-транзисторную логику. Первые транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия. Последние транзисторы используются в схемах высокочастотных усилителей. Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированныхполупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база (это делается по двум причинам - большая площадь перехода коллектор-база увеличивает вероятность экстракции неосновных носителей заряда в коллектор и т.к. в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включен с обратным смещением, что увеличивает тепловыделение, способствует отводу тепла от коллектора ), поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (невозможно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате абсолютно аналогичный исходному биполярный транзистор).Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:Коэффициент усиления по току I_вых/I_вх.Входное сопротивление R_вх=U_вх/I_вхСхема включения с общей базойУсилитель с общей базой.Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_к/I_э=α [α<1]Входное сопротивление R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_э.Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.Достоинства:Хорошие температурные и частотные свойства.Высокое допустимое напряжениеНедостатки схемы с общей базой :Малое усиление по току, так как α < 1Малое входное сопротивлениДва разных источника напряжения для питания.Схема включения с общим эмиттеромКоэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_к/I_б=I_к/(I_э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1]Входное сопротивление: R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_бДостоинстваБольшой коэффициент усиления по токБольшой коэффициент усиления по напряжениюНаибольшее усиление мощностиМожно обойтись одним источником питанияВыходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.Недостатки:Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базойСхема с общим коллекторомКоэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_э/I_б=I_э/(I_э-I_к) = 1/(1-α) = β [β>>1]Входное сопротивление: R_вх=U_вх/I_вх=(U_бэ+U_кэ)/I_бДостоинства:Большое входное сопротивлениеМалое выходное сопротивлениеНедостатки:Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем»