Раздел 3 биполярные транзисторы устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор (БТ) – полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими переходами и тремя или более выводами. Существуют два типа транзисторов: полевой и биполярный. Биполярным называется из-за того, что используются носители зарядов двух типов (дырки и электроны).

Рисунок 29 – Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор представляет собой пластину, в которой созданы три области с различной электропроводностью (см. рисунок 29). В зависимости от чередования областей различают транзисторы типа n-p-n и p-n-p.

Крайняя левая область эмиттером (Э), служит для инжекции (введения) носителей заряда. Другая крайняя область – коллектор (К), имеет меньшую концентрацию примеси, служит для собирания носителей заряда. Между ними, находится тонкий слой базы (Б) с очень малой концентрацией примеси. Переход между эмиттером и базой называется эмиттерным переходом (ЭП), между коллектором и базой – коллекторным переходом (КП).

Условно-графическое обозначение биполярного транзистора в электрических схемах приведено на рисунке 30.

Рисунок 30 – УГО биполярного транзистора в электрических схемах:

а) n-p-n, б) p-n-p

Стрелка показывает направление тока в проводе эмиттера при прямом напряжении эмиттерного перехода.

Режимы работы транзистора

В зависимости от полярности приложенного напряжения на переходы биполярного транзистора различают три режима работы:

Активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, на коллекторный – обратное. Данный режим используется в усилительных устройствах, т.к. дает наибольшее усиление сигнала по мощности.

Рисунок 31 – Схема включения БТ в активном режиме

Режим отсечки – на эмиттерный и на коллекторный переходы подано обратное напряжение. Данный режим применим в импульсных устройствах.

Рисунок 32 – Схема включения БТ в режиме отсечки

Режим насыщения – на эмиттерный и на коллекторный переходы подано прямое напряжение.

Рисунок 33 – Схема включения БТ в режиме насыщения

Способы включения биполярного транзистора

Различают три схемы включения биполярного транзистора: с общим эмиттером, с общей базой, с общим коллектором.

Схема включения БТ с общим эмиттером (ОЭ)

Общим для входа и выхода является вывод эмиттера (см. рисунок 34). Входной ток равен току базы (I_ВХ = I_Б), выходной ток равен току коллектора (I_ВЫХ = I_К), входное напряжение равно напряжению между зажимами база-эмиттер (U_ВХ = U_БЭ), выходное напряжение равно напряжению между зажимами эмиттер-коллектор (U_ВЫХ = U_КЭ).

Рисунок 34 – Схема включения БТ с ОЭ

Достоинства схемы: дает наибольшее усиление по мощности, обладает усиление и по току, и по напряжению, не требует 2- х источников питания, т.к. потенциал на входе и входе совпадает.

Недостатки схемы: худшие температурные и частотные свойства, переворачивает фазу входного напряжения на 180⁰.

Схема включения БТ с общей базой (ОБ)

Общим для входа для входа и выхода является вывод базы (см. рисунок 35). Входной ток равен току эмиттера (I_ВХ = I_Э), выходной ток равен току коллектора (I_ВЫХ = I_К), входное напряжение равно напряжению между зажимами база-эмиттер (U_ВХ = U_ЭБ), выходное напряжение равно напряжению между зажимами база-коллектор (U_ВЫХ = U_КБ).

Рисунок 35 – Схема включения БТ с ОБ

Достоинства схемы: вносит меньшие искажения, чем схема с общим эмиттером, лучшие частотные и температурные свойства, сохраняет фазу входного напряжения.

Недостатки схемы: не дает усиления по току. Малое входное сопротивление и большое выходное сопротивление, поэтому необходимы согласующие устройства.

Схема включения БТ с общим коллектором (ОК) - Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель — частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало (см. рисунок 36).

Рисунок 36 – Схема включения БТ с ОК

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором (ОК). То есть напряжение питания подаётся на коллектор, входной сигнал подаётся на базу, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100 % отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, и как буферный усилитель, а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.

, , ,