Б И П О Л Я Р Н Ы Е
Т Р А Н З И С Т О Р Ы
Йошкар-Ола
2011
МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Биполярные транзисторы
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехника, электроника и схемотехника»
модуль «Электроника»
по направлению подготовки 230100
«Информатика и вычислительная техника»
квалификация 230100.62
Йошкар-Ола
2011
УДК 621.317(076.5)
Биполярные транзисторы: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехника, электроника и схемотехника» (модуль «Электроника») для студентов по направлению подготовки 230100 «Информатика и вычислительная техника» /Сост. С. В. Старыгин. − Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011.
Определены цели и задачи изучения биполярных транзисторов, приведены краткие теоретические сведения необходимые для понимания принципа действия биполярных транзисторов, методика проведения экспериментов по исследованию характеристик и определения параметров биполярных транзисторов.
© Марийский государственный технический университет, 2011
© Старыгин С.В., 2011, составление
Цель работы: ознакомление с устройством, принципом действия, характеристиками, параметрами биполярных транзисторов.
1. Устройство транзистора
Биполярным транзистором называют трехполюсный электропреобразовательный полупроводниковый прибор с двумя выпрямляющими электрическими переходами, способный усиливать мощность за счет инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.
Транзисторы называются биполярными т.к. их работа основана на использовании носителей обеих полярностей – электронов и дырок.
Устройство транзистора схематично показано на рис.1. Транзистор представляет собой пластину полупроводника, в которой создано три области различной проводимости, разделенные двумя p-n переходами.
Рис. 1
Одну из крайних областей транзистора легируют значительно сильнее, чем две другие. Эту область используют для инжекции свободных носителей и называют эмиттером. Промежуточную область называют базой. Основное назначение третьей области – коллектора – экстракция и выведение неосновных носителей из базы. Поэтому размеры коллектора больше, чем эмиттера.
В зависимости от порядка чередования областей различают транзисторы n-p-n и p-n-p типов. Их обозначения приведены на рис. 2.
Рис. 2
С точки зрения технологии изготовления различают сплавные, диффузионные и планарные транзисторы. В сплавных и диффузионных транзисторах крайние области создают с помощью вплавления или диффузии соответствующих примесей в базовую пластину полупроводника. В планарных (плоских) транзисторах чередование областей создают с помощью последовательной диффузии различных примесей.
1.1. Режимы работы и схемы включения транзистора
Каждый из p-n переходов транзистора может быть включен либо в прямом, либо в обратном направлении. Поэтому различают 3 режима работы транзистора:
Режим отсечки – оба p-n перехода смещены в обратном направлении, при этом через транзистор текут малые обратные токи переходов: IЭБО и IКБО.
Режим насыщения – оба p-n перехода смещены в прямом направлении, при этом через транзистор протекают большие прямые токи p-n-переходов: токи инжекции IЭ, IК; ток рекомбинации IБ.
Активный режим. Это основной режим работы транзистора, он подразделяется на два подвида:
3.1. Активный нормальный режим: эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный – в обратном;
3.2. Активный инверсный режим: эмиттерный переход смещен в обратном направлении, коллекторный – в прямом.
Основное назначение транзистора – усиление мощности входного или управляющего сигнала (в этом смысле трансформатор не является усилителем, т.к. он усиливает либо только ток, либо напряжение). Усиление обеспечивает только активный режим работы транзистора, в котором транзистор может выполнять функции активного элемента для генерирования, усиления, переключения сигналов. В режиме отсечки и насыщения транзистор практически не управляем, т.е. не способен усиливать мощность.
Постоянные напряжения смещения к полюсам транзистора могут быть подключены тремя способами.
Рис. 3
В зависимости от электрода, потенциал которого принимается за общий, различают схемы включения с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК).
На рис. 3 представлены схемы включения p-n-p транзистора в активном нормальном режиме. Для n-p-n транзисторов полярности источников напряжения сменятся на обратные.
В подавляющем большинстве применений транзистора цепь базы или эмиттера является входной, т.к. к ним подводятся входные управляющие сигналы, а цепь коллектора – выходной, т.к. в неё включают сопротивление нагрузки, на которой формируется результирующий сигнал.