Лекція № 9

Тема 2.7 Біполярний транзистор

Тема 2.71 Побудова та принцип дії транзистора.

Тема 2.72 Основні схеми вмикання і статистичні характеристики, вах транзисторів Біполярні транзистори Побудова та принцип дії транзистора

Транзистором (від TRANSfer resISTOR такий, що перетворює опір) називається електроперетворювальний НП прилад, який має один або декілька р-п переходів, три або більше виводів і здатний посилювати потужність електричного сигналу.

Дещо забігаючи наперед, розглянемо елементарні положення про­цесу підсилення потужності електричного сигналу.

У найзагальнішому вигляді для підсилення необхідна схема, наведена на рис. 2.9.

Вона складається з навантаження R_н, джерела живлення Е_дж та деякого гіпотетичного підсилюючого елемен­та ПЕ.

Малопотужна вхідна дія (Вх. дія) змінює параметри ПЕ так, що пропор­ційно їй змінюється потужність, яка виділяється в R_н за рахунок R_дж

У якості ПЕ добре було б мати,

Рис. 2.9 - Елементарна схема підсилення

наприклад, електронний прилад з ВАХ, що наведений на рис. 2.10.

І з залежності -

рис. 2.10,а- видно, що вона являє собою пряму, а значить, пропор­ційним змінам вхідної напруги (вхідної дії) відповідають про­порційні зміни вхідного струму. Це повинно забезпечувати точне ре­агування ПЕ на зміни вхідної дії. Із залежності -

рис. 2.10,б - виходить, що фіксо­ваній величині вхідної дії, яка про­являється у вигляді фіксованої ве­личини І_вх, відповідає фіксована ре­акція в силовому колі ПЕ, а саме - фіксоване значення І_ПЕ, яке не за­лежить від величини U_ПЕ.

Тепер, якщо маємо фіксоване значення навантаження R_н =R_н1 то при зміні І_вх від нуля до нескінченності зміни напруги і струму в силово­му колі будуть відповідати прямій 1 нарис. 2.10, б-пропорційним змінам U_вх відповідають пропорційні зміни U_ПЕ і U_ПЕ. Випадку, коли R_н = R_н2, відповідає пряма 2.

Якщо U_ПЕ та U_ПЕ перевищують по величині U_вх та І_вх , маємо під­силювач, що відтворює в R_нвсі зміни вхідної дії.

А тепер подивимось, чи може транзистор виконувати роль пе?

Широко розповсюджені транзистори з двома р-п переходами, що мають назву біполярних. Термін "біполярний" пов'язаний з наявністю у цих транзисторів носіїв заряду двох різних типів: електронів і дірок. Для виготовлення транзисторів використовують германій і частіше кремній. Два р-п переходи створюють за допомогою тришарової струк­тури з чергуванням областей, що мають електронну і діркову електро­провідності.

У відповідності до чергування областей з різними типами електропровідності біполярні транзистори поділяються на два класи п-р-п і р-п-р типу, як показано на рис. 2.11.

Центральний шар біполярних транзисторів має назву "база". Зовнішній лівий, який є джерелом носіїв заряду (електронів чи дірок) і, головним чином, створює струм приладу, називається "емітером". Правий зовнішній шар, що приймає заряди від емітера, називається "колектором". На перехід емітер - база напруга подається у прямому напрямку, тому, навіть при невеликій напрузі через перехід тече знач­ний струм. На перехід колектор - база напруга подається у зворотному напрямку. Зазвичай її величина у декілька разів перевищує напругу на переході емітер - база.

На рис. 2.11 наведені також еквівалентні схеми транзисторів у ви­гляді двох діодів {р-п переходів) увімкнених зустрічно. З них видно, що така конструкція не те що не може забезпечувати підсилення елект­ричного сигналу, а взагалі непрацездатна - струм від колектора до емітера протікати не може!

Підсилюючі властивості біполярного транзистора забезпечуються тим, що р-п переходи в ньому не незалежні, а взаємодіють один з од­ним, що, в свою чергу, забезпечується технологічними особливостями виконання тришарової структури, а саме:

1) емітер виконано з великою кількістю домішки - він має велику кількість вільних носіїв заряду;

2) база виконана тонкою і має малу кількість основних носіїв заряду;

3) колектор - масивний і має кількість носіїв, меншу, ніж емітер. Розглянемо роботу транзистора типу п-р-п.

Для початку припустимо, що увімкнено лише перехід колектор - база: до нього прикладено на­пругу Е_ю як показано на рис. 2.12. Емітерний струм І_Е дорівнює нулю, у транзисторі протікає тільки зворотній струм через ко­лекторний перехід, бо через ньо­го рухаються лише неосновні носії заряду, які й обумовлюють початковий струм І_ко (незначний за величиною).

Я кщо підімкнути емітерне джерело живлення Е_Е, як пока­зано на рис. 2.13, емітерний пе­рехід зміщується у прямому на­прямку, через нього тече струм I_E визначеної величини. Оскільки зовнішню напругу прикладено до емітерного переходу у прямому напрямку, електрони долають перехід і потрапляють у зону бази, де частково рекомбінують з її дірками. Більшість електронів, які є неосновними носіями для бази, завдяки дрейфу досягають зони ко­лектора, де вони є основними носіями, і, потрапляючи під дію поля Е_k утворюють колекторний струм І_к Струм I_k практично дорівнює I_E. Рівняння для струмів транзистора в усталеному режимі має вигляд

(2.4)

де І_Б - струм бази.

Зв'язок між струмом емітера і струмом колектора характеризуєть­ся коефіцієнтом передачі струму, що вказує, яка частка повного стру­му через емітерний перехід досягає колектора

(2.5)

Для сучасних транзисторів = 0,9 ÷ 0,995.

Транзистор р-п-р типу діє аналогічно, тільки струм через прилад зумовлений, головним чином, дірками, а полярність підключення дже­рел живлення протилежна.

ЛЕКЦІЯ 10

Тема 2.73 Біполярний транзистор, як активний чотириполюсник. Малий рівень вхідного сигналу, h-параметри, схема заміщення транзистора за h-параметрами, Т-подібна схема заміщення транзистора.

Тема 2.74 Основні режими роботи біполярного транзистора, вихідна динамічна характеристика транзистора

Тема 2.73 Біполярний транзистор, як активний чотириполюсник Малий рівень вхідного сигналу, h-параметри, схема заміщення транзистора за h-параметрами, Т-подібна схема заміщення транзистора.

Тема 2.75 Одноперехідний транзистор