3.8.2 Контрольні запитання

1. Побудуйте ВАХ НД. Яким виразом вона описується?

2. Чому з підвищенням зворотної напруги зворотний струм діода не залишається постійним?

3. Чим визначаються максимально i мінімально допустимі температури діода?

4. Які основні параметри НД?

5. Унаслідок яких процесів у НД утворюються ємності?

6. Які види пробою характерні для НД?

7. Побудуйте принципову схему i поясніть принцип дії однопівперіодного випрямляча.

8. Як змінюється коефіцієнт передачі випрямляча за прямого та зворотного вмикання діода?

9. Побудуйте осцилограми струмів i напруг на НД під час їх роботи з генераторами струмів i напруг в режимі великих амплітуд.

10. Якими параметрами визначають швидкодію схем з імпульсними діодами?

11. Поясніть принцип формування вихідного сигналу в схемах збігу.

12. Чому відбувається обмеження амплітуди вихідних сигналів?

13. Чому стабілітрони використовують за зворотного вмикання?

14. Для вирішення яких задач використовують стабілітрони?

15. Поясніть принцип дії варикапів та їx роботу у схемах керування частотою генераторів гармонічних коливань.

16. Які позитивні якості мають діоди Шотткі і чому?

Розділ 4. Біполярні транзистори

4.1 Структури, режими та схеми вмикання

Подальше дослідження p-n переходів, удосконалення технології формування таких структур привели до створення принципово нових напівпровідникових приладів – біполярних транзисторів (БТ), електрична провідність яких може змінюватися майже без інерційно від одиниць омів до мегаомів.

Провідність p-n переходу при зворотному вмиканні можна змінювати в широких межах підвищенням температури, опроміненням, а також за допомогою додаткового джерела неосновних носіїв, що інжектують в базу. Останній спосіб використовують для створення БТ. Такі транзистори посідають значне місце серед електроперетворювальних напівпровідникових приладів, тобто приладів, які використовуються для перетворення електричних величин. Вони являють собою активні напівпровідникові прилади (спроможні підсилювати потужність).

Біполярний транзистор – це напівпровідниковий прилад з двома взаємодіючими переходами та трьома або більше виводами, підсилювальні властивості якого обумовлені явищами інжекції і екстракції неосновних носіїв заряду. Робота БТ визначається рухом носіїв обох полярностей. Звідки і назва “біполярний” (двополярний).

У таких транзисторах шляхом керування інжекцією, що забезпечується вхідним сигналом, змінюється опір вихідного кола. Це дозволяє регулювати потужність, яка поступає від зовнішнього джерела живлення в навантаження, тобто підсилювати потужність ЕІС (реалізувати принцип реле). БТ використовується для підсилення, генерування та інших перетворень електричних сигналів.

Структури БТ схематично зображені на рис 4.1, а, 4.2, а і являють собою пластину германію чи кремнію, або іншого напівпровідника, в якому створені три ділянки з різною електропровідністю. Залежно від чергування ділянок різних типів провідності розрізняють транзистори типів n-р-n і р-n-р.

Рис 4.2 БТ типу р-n-р

а - структура

б - умовне графічне зображення

Одну з крайніх ділянок транзисторної структури легують сильніше. Це – емітер транзистора. Емітерна ділянка БТ як і в діодах має високу питому електричну провідність. Її призначенням є інжекція носіїв заряду в базову ділянку. Другу крайню ділянку називають колектором. Ця ділянка відзначається низькою питомою електропровідністю. Її призначенням є екстрагування носіїв заряду з базової області. Спільну для емітерного та колекторного переходів ділянку напівпровідникового приладу називається базою. У цю ділянку БТ через емітерний перехід інжектуються неосновні для неї носії заряду. Концентрація домішок у базі завжди значно менша, ніж у колекторі та емітері. Найважливішою умовою роботи БТ є дуже мала ширина базової ділянки (не більше одиниць мікрометрів). У транзисторах вона значно менша від дифузійної довжини носіїв, завдяки чому основна частина неосновних носіїв, інжектованих емітером, не рекомбінує в базі і досягає колектора.

Значення струмів і напруг бази, емітера і колектора, позначають індексами “B”, “E” і “C”. Струми бази, емітера і колектора позначають відповідно І_B, І_Е, І_С, а напруги між цими електродами подвійними індексами U_ВЕ, U_СВ, U_СЕ. На умовному графічному зображенні транзисторів типів n-р-n і р-n-р стрілка показує умовний (від плюса до мінуса) напрям струму в емітері при прямій напрузі на емітерному переході (рис. 4.1, б і 4.2, б).

Режими роботи. Залежно від стану емітерного і колекторного переходів (відкритий чи закритий) розрізняють чотири режими роботи БТ:

• відсікання, якщо обидва переходи закриті (максимальний опір);

• насичення, якщо обидва переходи відкриті (мінімальний опір );

• активний (режим підсилення), якщо на емітерний перехід подана пряма напруга зміщення, а на колекторний – зворотна (опір змінюється від мінімального до максимального);

• інверсний, якщо емітерний перехід закритий, а колектор- ний - відкритий.

Неосновні носії інжектують у базову ділянку тоді, коли на емітерний перехід подається пряма напруга. Тому, якщо напруга між базою та емітером (U_BE) буде меншою від порогового значення (0,6 В для кремнію), помітної інжекції носіїв в базу не буде. За цих умов і струм емітера (І_Е), і струм бази (І_В) дорівнюють нулю. Так забезпечується режи відсікання.

У режимі насичення неосновні носії інжектуються в базу не тільки з емітера, а і з колектора. При цьому струми у виводах транзистора керуються не самим БТ, а його зовнішнім колом.

Режими відсікання і насичення використовують в імпульсних і цифрових пристроях. Активний режим БТ є основним у підсилювачах аналогових ЕІС та генераторах коливань. Інверсний режим використовують при комутації електричних кіл, зокрема у схемах транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ).

Схеми вмикання БТ. Електричні та радіоелектронні пристрої, за допомогою яких реалізують процеси передачі і перетворення інформаційних сигналів, створюють послідовним і паралельним підключеннями чотириполюсників. Транзистор є триполюсником. Його можна вмонтувати в чотириполюсник шістьма різними комбінаціями так, що завжди один з електродів транзистора буде загальним для входу та виходу.

Але спроможність підсилювати потужність, коли БТ залишається активним елементом, зберігають тільки три схеми вмикання транзистора: із спільною базою (СБ), спільним емітером (СЕ), спільним колектором (СК). У схемі із СБ вхідним електродом є емітер, вихідним - колектор; у схемі із СЕ вхідним електродом є база, вихідним – колектор; у схемі із СК вхідним електродом є база, вихідним – емітер.

Особливості роботи цих схем та їх порівняльний аналіз розглядаються у підрозд. 4.8.