1.3. Принцип действия биполярных транзисторов

При работе транзистора в усилительном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. Это достигается соответствующим включением источников питания (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Перераспределение зарядов в транзисторе

 

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. Следовательно, ток эмиттера будет иметь две составляющие – электронную и дырочную. Эффективность эмиттера оценивается коэффициентом инжекции:

 

,

где I_Э = I_Эn + I_Эp.

Инжекцией зарядов называется переход носителей зарядов из области, где они были основными в область, где они становятся неосновными.  В базе электроны рекомбинируют, а их концентрация в базе пополняется от «+» источника Е_Э, за счёт чего в цепи базы будет протекать очень малый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под ускоряющим действием поля закрытого коллекторного перехода как неосновные носители будут переходить в коллектор, образуя ток коллектора. Переход носителей зарядов из области, где они были неосновными, в область, где они становятся основными, называется экстракцией зарядов. Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода носителей зарядов

.

Основное соотношение токов в транзисторе:

I_Э = I_К + I_Б или  ,

где  – коэффициент передачи тока транзистора или коэффициент усиления по току – I_К = QUOTE  α∙    I_Э.

Дырки из коллектора как неосновные носители зарядов будут переходить в базу, образуя обратный ток коллектора I_Ко, тогда ток коллектора

I_К = QUOTE  α∙    I_Э + I_Ко.

Из трёх выводов транзистора на один подаётся входной сигнал, со второго снимается выходной сигнал, а третий вывод является общим для входной и выходной цепи. Таким образом, рассмотренная выше схема получила название схемы с общей базой (рис. 1.4).

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

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

,   ,

где I_К, I_Э – переменные составляющие коллекторного и эмиттерного тока, I_К, I_Э – приращение постоянной составляющей.

 

1.4. Схемы включения биполярных транзисторов

1.4.1. Схема включения с общей базой

1.4.2. Схема включения с общим эмиттером

1.4.3. Схема включения с общим коллектором

1.4.4. Усилительные свойства биполярного транзистора

1.4.1. Схема включения с общей базой

Схемы включения транзисторов получили своё название в зависимости от того, какой из выводов транзисторов будет являться общим для входной и выходной цепи. Схема включения транзистора с общей базой приведена на рис. 1.4.

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:      коэффициент усиления по току Iвых / Iвх (для схемы с общей базой Iвых / Iвх = IК / IЭ = );      входное сопротивление RвхБ  =  = Uвх / Iвх = UБЭ / IЭ. Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и составляет десятки Ом, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора. Эта схема имеет следующие недостатки: она не усиливает ток ( < 1), имеет малое входное сопротивление, и для ее питания требуется два разных источника напряжения. Но в то же время такая схема имеет хорошие температурные и частотные свойства.