55Статические характеристики биполярного транзистора

 Характеристики определяются соотношением между токами в цепях транзистора и напряжениями на его электродах.

За независимые переменные удобно принять:

• входной ток;

• выходное напряжение (легче измерять и регулировать).

 

Система характеристик включает 4 характеристики (характеристики здесь приведены для схемы с общей базой):

U_Э = f(I_Э), при U_К = const - входные (эмиттерные) характеристики;

I_K = f(U_K), при I_Э = const - выходные (коллекторные) характеристики;

I_K = f(I_Э), при U_K = const — характеристики передачи по току (управления);

U_Э = f(U_K), при I_Э = const — характеристики обратной связи по напряжению.

Аналогично - для других схем включения (ОЭ, ОК), например: U_Б = f(I_Б), при U_K = сonst и т.д.

На практике обычно используют входные и выходные характеристики.

Рис. 5. Входные характеристики (характеристики открытого p-n перехода)

Рис. 6. Выходные характеристики (характеристики закрытого перехода)

Все характеристики (4 семейства) связаны между собой, поэтому достаточно иметь 2 семейства (удобно - входные и обратной связи), а остальные рассчитать и построить по ним.

Рис. 7. Характеристики передачи (управления, усиления по току)

Так из характеристик схемы с общим эмиттером можно построить характеристики для других схем. Например, для схемы с общей базой:

I_Э = I_K + I_Б;

U_Э = -U_Б;

U_КБ = U_КЭ + U_Б.

Обратный перерасчет дает большие погрешности, т.к. малые величины I_Б и U_ЭБ будут получаться как разность больших величин. Практически транзисторы чаще используют в схеме с общим эмиттером, поэтому надо иметь характеристики для этого случая. В схеме с общим коллектором выходные характеристики практически совпадают с характеристиками для схемы с общим эмиттером, т.к I_Э I_K и U_ЭК = -U_КЭ. Входные так же совпадают, но сдвинуты по оси напряжения на величину U_КЭ.

На практике характеристики используют для определения статических параметров транзисторов и для расчета динамического режима и параметров при больших сигналах (в мощных каскадах).

Транзистор в схеме может работать в следующих режимах:

• активном (режим усиления), когда эмиттерный переход открыт, а коллекторный — закрыт;

• отсечки, когда оба перехода закрыты (ключевой режим);

• насыщения, когда оба перехода открыты (ключевой режим).

54.Биполярные транзисторы.

Биполярным транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий в своей структуре два взаимодействующих p-n-перехода и три внешних вывода, и предназначенный, в частности, для усиления электрических сигналов. Термин “биполярный” подчеркивает тот факт, что принцип работы прибора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц, имеющих как п оложительный, так и отрицательный заряд, - дырок и электронов. В дальнейшем для краткости будем его называть просто - транзистором.

  Структура транзистора, изготовленного по диффузионной технологии, приведена на рис . 3.1. Как видно из рисунка, транзистор имеет три области полупроводника, называемые его электродами, причем две крайние области имеют одинаковый тип проводимости, а средняя область - противоположный. Структура транзистора, приведенная на рис. 3.1, называется n-p-n-структурой. Электроды транзистора имеют внешние выводы, с помощью которых транзистор включается в электрическую схему. Одна из крайних областей транзистора, имеющая наименьшие размеры, называется эмиттером (Э). Она предназначена для создания сильного потока основных носителей заряда (в данном случае электронов), пронизывающего всю структуру прибора (см. рис 3.1). Поэтому эмиттер характеризуется очень высокой степенью легирования (N_DЭ = 10 ¹⁹ - 10 ²⁰ см ^-3 ). Другая крайняя область транзистора, называемая коллектором (К), предназначена для собирания потока носителей, эмиттируемых эмиттером. Поэтому коллектор имеет наибольшие размеры среди областей транзистора. Легируется коллектор значительно слабее эмиттера (подробнее вопрос о выборе концентрации атомов примеси в коллекторе рассмотрен ниже). Средняя область транзистора называется базой (Б). Она предназначена для управления потоком носителей, движущихся из эмиттера в коллектор. Для уменьшения потерь электронов на рекомбинацию с дырками в базе ее ширина W_Б делается очень маленькой ( W_Б<< L_n), а степень легирования - очень низкой - на 3...4 порядка ниже , чем у эмиттера (N _АБ<<N _DЭ). Между электродами транзистора образуются p-n-переходы. Переход, разделяющий эмиттер и базу, называется эмиттерным переходом (ЭП), а переход, разделяющий базу и коллектор, - коллекторным переходом (КП). С учетом резкой асимметрии эмиттерного перехода (N _DЭ >>N _АБ) он характеризуется односторонней инжекцией: поток электронов, инжектируемых из эмиттера в базу, значительно превосходит встречный поток дырок, инжектируемых из базы в эмиттер.