1.3 Біполярні транзистори

1.3.1 Загальні відомості

Біполярним транзистором (БТ) називається електроперетворюючий напівпровідниковий прилад, що складається із трьох областей із типами, що чергуються, електропровідності, призначений для посилення потужності.

Відповідно, із чергуванням ділянок із різною електропровідністю всі біполярні транзистори поділяють на два типи: і (рис.1.10).

а) б)

Рисунок 1.10 - Структурна схема транзисторів:

а) типу ;

б) типу .

У біполярних транзисторах середній шар називають базою (Б) зовнішній шар, що є джерелом носіїв заряду (електронів і дірок), що, головним чином, і утворить струм приладу - емітером (Е), інший зовнішній шар - колектором (К). Він приймає носії заряду, які приходять від емітера.

Схеми включення БТ:

• з загальним емітером (ЗЕ),

• з загальною базою (ЗБ),

• з загальним колектором (ЗК).

Умовні графічні позначення й вольтамперні характеристики біполярних транзисторів наведені у таблиці 1.5. Графічно транзистори можуть позначатися двома способами: в окружності якщо дискретні елементи, і без — якщо інтегральна схема.

Таблиця 1.5 - Умовні графічні позначення й вольтамперні характеристики біполярних транзисторів.

Назва	Умовне графічне позначення	Характеристики
З загальним емітером
З загальною базою
З загальним колектором

Продовження таблиці 1.5

1	2	3
Транзистори Шотки

Основні параметри:

• Вхідний опір транзистора

Ом;

• Вихідний опір транзистора

кОм, при .

• .

де

∆U_бе — зміна напруги база — емітер,

∆U_ке — зміна напруги колектор — емітер,

∆ I_б — зміна струму бази,

∆ I_к — зміна струму колектора;

• коефіцієнт передачі по струму із загальною базою

;

• коефіцієнт підсилення транзистора за схемою із загальним емітером

.

1.3.2 Фізичні явища й принцип дії бт за схемою із загальним емітером

Рисунок 1.11 - Структура біполярного транзистора

На перехід емітер-база напруга подається в прямому напрямку, тому навіть при невеликій напрузі в ньому виникають значні струми. На перехід колектор-база напруга подається у зворотному напрямку. Вона в кілька разів більше напруги між емітером і базою.

Розглянемо більш ретельно роботу транзистора типу . Транзистор типу працює аналогічно, але на нього подається напруга протилежної полярності. Між колектором і базою транзистора типу прикладена негативна напруга. Коли електронний струм , у транзисторі через колекторний перехід протікає невеликий струм , обумовлений рухом тільки неосновних носіїв заряду (електронів з колектора в базу й дірок з бази в емітер).

При підвищенні температури кількість неосновних носіїв заряду підвищується, і струм. різко зростає. Зворотний колекторний струм, звичайно, становить 10-100 мкА в германієвих і 0,1-10 мкА в кремнієвих транзисторах.

При підключенні емітера до позитивної клеми джерела живлення виникає емітерний струм , тому що зовнішня напруга прикладена до емітерному переходу в прямому напрямку, дірки проходять перехід і попадають в область бази. База виготовлена з -напівпровідника, тому дірки для неї є неосновними носіями заряду. Дірки, які потрапляють в область бази, частково рекомбінують з електронами бази. Базу виготовляють дуже тонкою з більшим питомим опором (малий зміст домішок), тому концентрація електронів у базі низька. Тільки деякі дірки, які потрапляють в базу, рекомбінують з її електронами, створюючи базовий струм . Більшість дірок досягає колекторного переходу й електричним полем цього переходу переносяться в область колектора, створюючи колекторний струм . Рух носіїв заряду в транзисторі показаний на рисунку 1.12.

Рисунок 1.12 - Рух носіїв заряду в транзисторі

Зв'язок між приростом емітерного й колекторного струмів характеризується коефіцієнтом передачі струму:

.

Як випливає з якісного розгляду процесів, що проходять у біполярному транзисторі, коефіцієнт передачі струму завжди менше одиниці. Для сучасних біполярних транзисторів, .

При струм колектора транзистора

.

Але схему включення транзистора із загальною базою застосовують дуже рідко. Як основна прийнята схема включення, у якій загальним електродом для вхідного й вихідного ланцюгів є емітер. Це так звана схема включення біполярного транзистора із загальним емітером (рис.1.12). Для такої схеми вхідний контур проходить через перехід база-емітер і в ньому з'являється струм бази.

.

Схема включення транзистора за схемою із загальним емітером представлена на рисунку 1.13.

Рисунок 1.13 - Схема включення транзистора за схемою із загальним емітером

Мале значення струму у вхідному контурі й обумовило широке застосування схеми із загальним емітером.