Электротехника и электроника

4.1.3. Транзисторы

Транзисторы – это приборы, предназначенные для регулирования тока и работы в качестве усилительных элементов в усилительных схемах.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на совокупных свойствах двух p-n-переходов. Транзистор имеет трехслойную структуру. В соответствии с порядком чередования слоев различают транзисторы pnp- и npn-типа. На рис. 4.18, а и 4.18, б представлены структуры и условные обозначения транзисторов PNP- и NPN-типа.

Рис. 4.18. Структура и условное обозначение биполярного транзистора

Структура и принцип действия транзистора pnp-типа приведены на рис. 4.19. Конструктивные особенности среднего слоя (базы): база выполняется очень узкой (несколько микрон) и концентрация основных носителей (электронов) в ней очень мала. Транзистор включает 2 p-n-перехода: I p-n-переход Э–Б, II p-n-переход Б–К.

I p-n-переход включим в прямом направлении; II p-n-переход включим в обратном правлении.

141

Под воздействием приложенного напряжения дырки из эмиттера устремляются в базу через открытый p-n-переход Э–Б, создавая ток эмиттера IЭ. Встречным потоком электронов можно пренебречь вследствие их малого количества. Из-за особенностей базы лишь небольшая часть пришедших дырок рекомбинирует с e , созда-

вая небольшой ток базы IБ. Основная же часть дырок достигает II (закрытого) p-n-перехода. Поскольку дырки в базе являются неосновными носителями, поле закрытого p-n-перехода для них ускоряющее и они втягиваются в область коллектора, создавая ток коллектора IK.

Очевидно, что Iэ = Iк + Iб, а так как ток базы мал, то Iк Iэ. Усилительные свойства транзистора характеризуются коэффици-

то идет усиление сигнала по мощности.

Рис. 4.20. Схема включения транзисторов с общей базой

142

2. Схема с общим коллектором (рис. 4.21):

При α = 0,95 γ = 20, т.е.

сигнал усиливается по току и по мощности.

Схема с общим эмитте-

ром (рис. 4.22).

При α = 0,95 β = 19.

Схема усиливает сигнал по току, напряжению и мощности и является самой распространенной схемой включения.

Анализируя схемы включения транзистора, можно сделать вывод, что источник входного сигнала подключается к открытому переходу эмиттер – база, обладающему малым сопротивлением. Следовательно, биполярный транзистор обладает входным малым сопротивлением. Это являетсяегоосновным недостатком.

Вольт-амперные характеристики схемы с общим эмитте-

ром. Различают два семейства характеристик:

1) входные Iвх= f (Uвх) при Uвых= const, то есть IБ= f (UБ) при

UК= const (рис. 4.23, а);

143

2) выходные Iвых= f (Uвых) при Uвх= const, то есть IК= f (UК)

при UБ= const (рис. 4.23, б).

Рис. 4.23. Вольт-амперные характеристики схемы

собщим эмиттером: а – входные характеристики;

б– выходные характеристики

По выходным характеристикам можно определить

β= ∆ IК .

∆IБ

Области работы транзистора. На выходных характеристи-

ках можно выделить три области работы транзистора (рис. 4.24): насыщения (I); линейной работы (II); отсечки (III).

Рис. 4.24. Области работы транзистора

144

В области отсечки и насыщения нет прямо пропорциональной зависимости между входным и выходным током, эта зависимость наблюдается только в области линейной работы, где ∆ IК = β∆ IБ (таблица).

Передельно-допустимые параметры транзистора. Для нормальной работы транзистора необходимо укладываться в область, ограниченную предельно допустимыми параметра-

ми: Uk (max), Ik (max), Pk (max):

–если Uk > Uk (max), возможен пробой коллекторного р-n- перехода;

–еслиIk > Ik (max), возможенперегревэмиттерногор-n-перехода;

–если Pk > Pk(max), работа транзистора невозможна из-за перегрева коллекторного р-n-перехода (to Рk). Область работы

транзистора ограничивают все три условия (рис. 4.25).

Рис. 4.25. К вопросу о предельно-допустимых параметрах

145

Электроды полевого транзистора:

исток (И) – электрод, через который носители заряда входят в канал;

сток (С) – электрод, через который носители заряда выходят из канала;

затвор (З) – электрод, с помощью которого регулируется ток через канал.

Полевой транзистор с каналом n-типа и затвором в виде р-n-перехода. Структура полевого транзистора данного типа, представленная на рис. 4.27, имеет один p-n-переход между затвором и каналом, который включают в обратном направлении, при этом возникает область повышенного сопротивления (заштрихованная область на рис. 4.27).

Под воздействием напряжения UИС ток через канал протекает только по той части, которая не входит в область р-n- перехода. Изменяя напряжение на затворе, мы изменяем область р-n-перехода, за счет чего изменяется та часть канала, по которой

146

Тесты по теме «Транзисторы»

1. К какому электроду биполярного транзистора подключается источник входного сигнала в схеме с общей базой?

1) эмиттеру; 2) коллектору; 3) базе.

2. Как влияют конструктивные особенности базы на коэффициент передачи тока?

1) увеличивают; 2) уменьшают; 3) не влияют.

3. В каких областях работают транзисторы с потенциалами, указанными на рисунках?

1.а) в области насыщения, б) в линейной области, в) в области отсечки;

2.а) в области отсечки, б) в области насыщения, в) в линейной области;

3.все транзисторы работают в области отсечки;

148

4. все транзисторы работают в области насыщения.

4.Какое из приведенных ниже условных обозначений является обозначением транзистора npn-типа. Объяснить структуру и принцип действия. Укажите правильный ответ.

5.С какого электрода транзистора, включенного по схеме

сОЭ, снимается усиленный сигнал? Укажите правильный ответ.

1) с эмиттера; 2) с базы; 3) с коллектора.

6.По каким характеристикам можно определить коэффициент передачи тока в транзисторе? Укажите правильный ответ.

1) по входным ВАХ; 2) по выходным ВАХ; 3) по ам- плитудно-частотным характеристикам.

7.Как включаются p-n-переходы транзистора при работе его в области отсечки? Укажите правильный ответ.

1) p-n-переход эмиттер – база в прямом, база – коллектор в обратном;

2) p-n-переход эмиттер – база в обратном, база – кол-

лектор в прямом;

3) p-n-переход эмиттер – база в обратном, база – кол-

лектор в обратном.

8.При работе в какой из облас-

тей (1, 2, 3) биполярный транзистор может выйти из строя? Укажите правильный ответ.

1)в области 1; 2) в области 2;

3)в области 3.

149

9.Почему биполярный транзистор обладает низким входным сопротивлением? Укажите правильный ответ.

1) потому что он сделан из полупроводниковых материалов;

2) потому что источник входного сигнала подключается к открытому p-n-переходу;

3) потому что источник входного сигнала подключается к закрытому p-n-переходу.

10.Сколько p-n-переходов в полевом транзисторе с каналом n-типа и затвором в виде p-n-перехода? Укажите правильный ответ.

1) один; 2) два; 3) три.

11.Почему полевой транзистор обладает большим входным сопротивлением? Укажите правильный ответ.

1) потому что он сделан из полупроводниковых материалов;

2) потому что источник входного сигнала подключается к открытому p-n-переходу;

3) потому что источник входного сигнала подключается к закрытому p-n-переходу.

12.Как изменится активное сечение канала полевого транзистора при увеличении (по модулю) напряжения на затворе? Укажите правильный ответ.

1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится.

13.К какому электроду биполярного транзистора в схеме

собщим эмиттером подключается источник входного сигнала? Укажите правильный ответ.

1) к базе; 2) к эмиттеру; 3) к коллектору.

14.Условное обозначение какого прибора представлено на рисунке? Укажите правильный ответ.

150