8.3. Биполярные транзисторы. Устройство, принцип работы

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий три области с различными типами проводимости. Две крайние области обладают одинаковым типом проводимости, а средняя область – противоположной проводимостью. Транзисторы n-p-n –типа с электронно-дырочной проводимостью, транзисторы p-n-p –типа с дырочно-электронной проводимостью.

Рис.8.14. Схема условного обозначения транзистора n-p-n структуры и его подключений к внешним источникам питания

На рисунке 8.14 изображены, соответственно, схема условного обозначения транзистора n-p-n структуры, а также схема его подключения к внешним источникам питания, поясняющая принцип действия транзистора.

Конструктивно транзистор имеет три электрода эмиттер Э, база Б, коллектор К. Области n-типа и p-типа разделены запирающими p-n переходами. Под действием внешних электрических полей Eэб и Eкб левый p-n переход, при включенном ключе S, открыт, правый p-n переход закрыт, так как электроды эмиттер и база подключены к источнику Eэб в прямом (проводящем) направлении, а электроды коллектор и база подключены к источнику Eкб в обратном (не проводящем) направлении.

Электрический ток создается перемещением свободных электронов из эмиттера в базу. При появлении в базе свободных электронов под действием Eкб последние будут втягиваться в правый p-n переход и проходить через коллектор во внешнюю цепь. Направления эмиттерного, базового и коллекторного токов противоположны направлениям движения свободных электронов и совпадают с направлением перемещения свободных дырок.

На рисунке 8.15 изображены, соответственно, схема условного обозначения транзистора p-n-p структуры, а также схема его подключения к внешним источникам питания, поясняющая принцип действия транзистора.

Рис.8.15. Схема условного обозначения транзистора p-n-p структуры и его подключений к внешним источникам питания

Под действием внешних электрических полей Eэб и Eкб левый p-n переход, при включенном ключе S, открыт, правый p-n переход закрыт, так как электроды эмиттер и база подключены к источнику Eэб в прямом (проводящем) направлении, а электроды коллектор и база подключены к источнику Eкб в обратном (не проводящем) направлении.

Электрический ток создается свободными дырками, перемещаемыми из

эмиттера в базу, а затем под действием внешнего поля Eкб, втягиваемых в зону коллектора. Свободные электроны, проходя, правый и левый p-n переходы, будут перемещаться через эмиттер во внешнию электрическую цепь к базе и коллектору.

8.4. Схемы включения биполярных транзисторов с p-n-p структурой

Возможны три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттэром (ОЭ), с общим коллектором (ОК).

На рис.8.16 изображена схема включения транзистора p-n-p структуры с общей

базой, в которой коэффициент усиления по току , коэффициент усиления по напряжению , коэффициент усиления по мощности .

На рис.8.17 изображена схема включения транзистора p-n-p структуры с общим

коллектором. Так как , тогда коэффициент усиления по току схемы , коэффициент усиления по напряжению

, коэффициент усиления по мощности .

Эту схему называют эмиттерным повторителем и используют для согласования каскадов в схемах усилителей.

Рис.8.16. Схема включения транзистора p-n-p структуры с общей базой

Рис.8.17. Схема включения транзистора p-n-p структуры с общим коллектором

На рис.8.18 изображена схема включения транзистора p-n-p структуры с общим эмиттером, коэффициент усиления по току схемы ,

коэффициент усиления по напряжению , коэффициент усиления по мощности .

Рис.8.18. Схема включения транзистора p-n-p структуры с общей базой

Анализ трёх схем показывает, что наибольшее применение находит схема с общим эмиттером. На рисунках 8.19 и 8.20 изображены статистические характеристики транзистора p-n-p типа с общим эмиттером.

Рис.8.19. Входные характеристики транзистора p-n-p типа с общим эмиттером Iб=f(Uэб) при Uэк=const

Рис.8.20. Выходные характеристики транзистора p-n-p типа с общим эмиттером Iк=f(Uкэ) при Iб=const

Линия АВ представляет нагрузочную характеристику транзистора. Точка А режима насыщения cоответствует полному отпиранию транзистора при Uэк = 0, а коллекторный ток при этом соответствует значению Iк = Екэ/Rн. Точка В режима отсечки соответствует полному запиранию транзистора при Uэк = Екэ и Iк = 0. Точка С активного режима является рабочей точкой транзистора, в которую транзистор настраевается в режиме усилителя.