15. Біполярні транзистори, їх характеристики та параметри.

Принцип работы биполярного транзистора. Физ. параметры БТ.

Биполярный транзистор состоит из двух близко расположенных друг к другу p-n-переходов.

Рассмотрим режим работы транзистора в так называемой схеме с общей базой (рис. а). На эмиттерный переход подают пря­мое смещение, на коллекторный — обратное. Электроны из эмиттерной области инжектируются через понизившийся потенциальный барьер эмиттерного перехода (стрелки 1 на рис а, в) в базо­вую область транзистора. электри­ческое поле в базе отсутствует и электроны, инжектированные в базу через эмиттерный переход, диффундируют к коллекторному переходу. Их концентрация у эмиттерного перехода повышена по сравнению с равновесной в exp[eV_Э/(kT)] раз, а у границы обратно-смещенного коллекторного р-n-перехода она практически равна нулю. электронный ток эмиттерного перехода I_nЭ транзистора течёт не через базовый его вывод, а через коллектор и далее через со­противление нагрузки R_н. Включение транзистора с общей базой позволяет получить усиление напряжения в выходной цепи тран­зистора (на сопротивлении нагрузки R_н) по сравнению с напряже­нием V_вх в его входной цепи.

Усилительные свойства транзисторов

Рассмотрим теперь некоторые количественные показатели работы транзистора как уси­лителя для различных схем его включения.

На рис. а, б, в показаны 3 простейшие усилительные схемы при включении транзистора с общей базой (рис. а), общим эмиттером (рис. б) и общим коллектором (рис. в).

Коэффициент усиления по току .

Коэффициент усиления по напряжению

.

Коэффициент усиления по мощности

Входное сопротивление

Для указанных на рис. трех схем включения транзистора коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности определяются следующими вполне очевидными выражениями.

Схема с общей базой

Поскольку ток эмиттера — наибольший из всех токов транзистора, то схема с общей базой имеет малое входное сопротивление для переменной составляющей тока сигнала.

Схема с общим эмиттером

Основной особенностью схемы с общим эмиттером явл. то, что входным током в ней является не ток эмиттера, а малый по величине ток базы. Поэтому в схеме с общим эмиттером можно получить усиление порядка нескольких десятков. Достоинством схемы с ОЭ следует также считать возможность питания её от одного источника питания, поскольку на Б и на К подаётся питающее напряж. одного знака.

Схема с общим коллектором

Параметры транзистора. Основным параметром транзистора является коэффициент усиления по току .

Коэффициент  наз. внешним параметром транзистора. Он определяется через три внутренних параметра: эффективность эмиттера , коэффициент переноса  и эффективность коллек­тора *.

Эффек­тивность  эмиттера равна отношению изменения электронной ком­поненты эмиттерного тока к изменению полного тока эмиттера I_Э:

Так как движение электронов в базе имеет чисто диффузионный характер, то значение электронной компоненты тока эмиттера определяется градиентом концентрации электронов

,

где ось х направлена от эмиттера к коллектору.

Определим градиент концентрации электронов в базе. У эмит­терного перехода их концентрация ,

у коллекторного n(w) = 0. Следовательно,

Подставляя получаем

Учитывая, что I_Э = I_nЭ + I_pЭ, получим для эффективности эмиттера выражение

Коэффициент переноса

Для узкой базы (w<<L_n) расчет показывает, что

Эффективность коллектора, определяемая как

может превышать единицу, если в коллекторном p-n-переходе про­исходит ударная ионизация. В обычном же режиме, когда V_K << V_проб, значение  практически равно единице.

Из выше сказанного следует, что =*

Подставив сюда значения  и , положив *=1 и отбросив слагаемые второго порядка малости, получим .

Отсюда следует, что в схеме с общей базой усиления по току не происходит (< 1).