8.4. Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор — полупроводниковый прибор с дву­мя взаимодействую-щими p-n-переходами и тремя выводами. Та­ким образом, в биполярном транзисторе используются одновре­менно два типа носителей зарядов — электроны и дырки (отсюда и название — биполярный).

Биполярный транзистор содержит два p-n-перехода, образованных тремя областями с чередующимися типами проводимости. В зависимости от порядка чередования этих областей различают транзисторы р-n-р- и n-р-n-типа. На рис. 8.3, е, ж показаны условные графические обозначения биполярного транзистора.

Работа биполярного транзистора основана на взаимодействии двух p-n-переходов.

Рассмотрим принцип работы биполярного транзистора на при­мере транзистора n-р-n-типа (рис. 8.4), для которого концент­рация основных носителей в n-области существенно выше, чем в p-области. У такого транзистора n-область, которая инжекти­рует электроны в соседнюю р-область, (левую n-область) назы­вают эмиттером, правую n-область, которая экстрагирует на­ходящиеся в соседней p-области электроны, называют коллек­тором, а среднюю область --- базой. Соответственно примыкающий к эмиттеру p-n-переход называют эмиттерным, а примыкаю­щий к коллектору — коллекторным. Металлические выводы, при­вариваемые или припаиваемые к полупроводниковым областям, называют соответственно эмиттерным, коллекторным и базовым выводами.

В зависимости от напряжений, приложенных к переходам би­полярного транзистора, существует четыре режима его работы:

активный (рис. 8.5, а) — на эмиттерный переход подано прямое напряжение, на коллектор­ный — обратное. Этот режим со­ответствует максимальному зна­чению коэффициента передачи тока эмиттера и обеспечивает минимальное искажение усиливаемого сигнала;

инверсный (рис. 8.5, б) на эмиттерный переход подано обратное напряжение,

Рис. 8.5. Режимы работы биполярного транзистора:

а — активный; б — инверсный; в — насыщения; г — отсечки

на коллекторный — прямое. Этот режим при­водит к значительному уменьшению коэффициента передачи тока эмиттера по сравнению с работой в нормальном режиме и поэто­му на практике применяется редко;

насыщения (рис. 8.5, в) — оба перехода находятся под прямым напряжением. Выходной ток в этом случае не зависит от входного и определяется только параметрами нагрузки. Из-за малого на­пряжения между выводами коллектора и эмиттера режим насы­щения используется для замыкания цепей передачи сигнала;

отсечки (рис. 8.5, г) — оба перехода находятся под обратными напряжениями. Так как выходной ток транзистора в режиме от­сечки практически равен нулю, этот режим используется для раз­мыкания цепей передачи сигналов.

Основными параметрами, характеризующими транзистор как активный нелинейный четырехполюсник (при любой схеме вклю­чения), являются:

коэффициент усиления по току ;

коэффициент усиления по напряжению

коэффициент усиления по мощности ;

входное сопротивление ;

выходное сопротивление .

Параметры транзистора, рассчитанные для каждой из схем его включения, представлены в табл. 8.1. В ней под величиной R_вх.б следует понимать входное сопротивление транзистора для схемы с ОБ.

Анализ данных, приведенных в табл. 8.1, свидетельствует об универсальности схемы с ОЭ, обеспечивающей усиление транзистора как по току, так и по напряжению. Этим объясняется широ­кое применение указанной схемы включения транзистора.

Высокие значения β обусловливают также усилительное свой­ство транзистора по току, заключающееся в возможности малы­ми входными токами (током базы) управлять существенно боль­шими токами (током коллектора) в выходной (нагрузочной) цепи.

Каждой схеме включения транзистора соответствуют свой ста­тические характеристики, представляющие собой функциональ­ную зависимость токов через транзистор от приложенных напря­жений. Из-за нелинейного характера указанных зависимостей их представляют обычно в графической форме.