Активний режим
Активному режиму роботи транзистора відповідає відкритий стан емітерного переходу і закритий колекторний перехід. В цьому режимі переходи транзистора мають різну ширину: закритий колекторний перехід значно ширший ніж відкритий емітерний перехід. Окрім наскрізного потоку електронів, в структурі в активному режимі протікає інший потік, а саме, зустрічний потік дірок, що рухаються із бази в емітер. Два зустрічних потоки (дірок та електронів) відображають ефект рекомбінації в базі. Електронний потік створюється електронами, які рухаються із емітера, однак не доходять до колекторного переходу (як електрони, що створюють наскрізний потік), а рекомбінують із дірками в базі. Дірковий потік створюється дірками, що надходять із зовнішнього кола в базу для компенсації втрати дірок внаслідок рекомбінації з електронами. Вказані потоки створюють в зовнішніх колах емітера і бази додаткові складові струмів. На рисунку також показані потоки неосновних носіїв заряду, що створюють власний тепловий струм колекторного переходу (потік електронів, що рухаються із бази в колектор, та потік дірок з колектора в базу).
Наскрізний потік є єдиним корисним потоком носіїв в транзисторі, оскільки визначає можливість підсилення електричних сигналів. Всі інші потоки не беруть участі в підсиленні сигналу, і тому є побічними. Для того щоб транзистор мав високий коефіцієнт підсилення, необхідно щоб побічні потоки були якомога слабші в порівнянні з корисним наскрізним потоком.
Інверсний режим
Інверсний режим (інверсний активний режим) роботи біполярного транзистора аналогічний активному режиму з відмінністю лише в тому, що в цьому режимі у відкритому стані знаходиться колекторний перехід, а в закритому — емітерний.
Режим насичення
В режимі насичення обидва переходи транзистора знаходяться у відкритому стані. В цьому режимі електрони і з емітера, і з колектора рухаються в базу, внаслідок чого в структурі протікають два зустрічних наскрізних потоки електронів (нормальний та інверсний). Від співвідношення цих потоків залежить напрям струмів, що протікають в колах емітера та колектора. Внаслідок подвійного насичення бази, в ній накопичуються надлишкові електрони, внаслідок чого посилюється їх рекомбінація з дірками і рекомбінований струм бази є набагато вищим, ніж в активному чи інверсному режимах. У зв'язку із насиченням бази транзистора і його переходів, надлишковими носіями зарядів, опір останніх стає дуже маленьким. Тому електричні кола, що містять транзистор в режимі насичення можна вважати короткозамкненими.
Режим відсічки
В режимі відсічки обидва переходи транзистора знаходяться у закритому стані. Наскрізні потоки електронів в цьому режимі відсутні. Через переходи транзистора протікають потоки неосновних носіїв заряду, що створюють малі некеровані теплові струми переходів. База і переходи транзистора в режимі відсічки збіднені рухомими носіями заряду, внаслідок чого їх опір є дуже високим. Тому вважають, що транзистор в режимі відсічки розриває електричне коло. Режим насичення та відсічки використовуються при роботі транзистора в імпульсних схемах.
Характеристики
Характеристики біполярних транзисторів можна розділити на вхідні, перехідні, вихідні і характеристики керування.
Використання
Біполярні транзистори використовуються в підсилювачах, генераторах, перетворювачах сигналу, логічних схемах.
Схеми включення біполярних транзисторів
Існує три основні схеми включення транзисторів. При цьому один з електродів транзистора є загальною точкою входу і виходу каскаду. Треба пам’ятати, що під входом (виходом) розуміють точки, між якими діє вхідна (вихідна) змінна напруга. Основні схеми включення називаються схемами зі спільним емітером (СЕ), спільною базою (СБ) і спільним колектором (CК).
Схеми підключення
Будь-яка схема підключення транзистора характеризується двома основними показниками:
коофіцієнт підсилення по струму n=Iвих/Iвх
вхідний опір Rвх=Uвх/Iвх
Схема зі спільною базою
Підсилювальний каскад за схемою зі спільною базою на основі npn-транзистора
Коtфsцієнт підсилення по струму: Iвих/Iвх=Iк/Iе=α [α<1]
Вхідний опір Rвх=Uвх/Iвх=Uбе/Iе.
Вхідний опір для схеми зі спільною базой малий і не перевищує 100 Ом для малопотужних транзисторів, оскільки вхідний ланцюг транзистора при цьому є відкритим емітерним переходом транзистора.
Переваги:
Гарні температурні та частотні властивості
Висока допустима напруга
Недоліки
Мале підсилення по струму, оскільки α < 1
Малий вхідний опір
Два різні джерела напруги для живлення
Схема зі спільним емітером
Підсилювальний каскад за схемою підключення транзистора зі спільним емітером на основі npn-транзистора (Схема з заземленим емітером)
Вихідні дані
Коефіцієнт підсилення по струму: Iвих/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iе-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]
Вхідий опір: Rвх=Uвх/Iвх=Uбе/Iб
Переваги:
Великий коефіцієнт підсилення по струму
Великий коефіцієнт підсилення по напрузі
Найбільше підсилення потужності
Можна обійтись одним джерелом живлення
Вихідна напруга інвертується відносно вхідної
Недоліки
Гірші температурні та частотні властивості в порівнянні зі схемою зі спільною базою
Схема зі спільним колектором (емітерний повторювач)
Емітерний повторювач на основі npn-транзистора
Вихідні дані
Коефіцінт підсилення по струму: Iвих/Iвх=Iе/Iб=Iе/(Iе-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1]
Вхідний опір: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбе+Uке)/Iб
Переваги
Великий вхідний опір
Малий вихідний опір
Недоліки
Коефіцієнт підсилення по напрузі менше 1
Питання 3. Контактні явища.
У напівпровідникових приладах використовуються явища, що виникають на границі роздягнула як між напівпровідниками, так і між цими напівпровідниками й діелектриками, а також металами. При розімкнутому ланцюзі джерела енергії внаслідок різниці концентрацій вільних дірок і електронів по обох сторони від границі роздягнула напівпровідників з напівпровідника частина дірок дифундує (переміщається) у напівпровідника w-типу, а з напівпровідника типу частина електронів дифундує в напівпровідника, повністю між собою. У результаті уздовж границі роздягнула напівпровідників виникають шари нерухливих негативних і позитивних іонів відповідно з боку напівпровідників, які утворять. Абсолютні значення зарядів обох шарів однакові. Виникаюче між цими шарами електричне поле напруженістю перешкоджає подальшій дифузії вільних дірок і електронів через границю роздягнула. При деякому значенні напруженості електричного поля в дифузія через границю роздягнула повністю. Різниця потенціалів називається висотою потенційного бар'єра. Якщо до вільних торців напівпровідників і "типів підключити джерело енергії напругою, то висота потенційного бар'єра зростає й у ланцюзі не буде струму. Якщо напруга джерела, то висота потенційного бар'єра зменшиться й у ланцюзі виникне електричний струм. Отже, в ідеальному може бути електричний струм дифузії основних носіїв тільки одного напрямку. При збільшенні потенційного бар'єра під дією зовнішнього джерела енергії струм уже не дорівнює нулю. Внаслідок малої інтенсивності цього струму невелике Контактні явища на границі роздягнула напівпровідника й металу. Якщо потенціал виходу для металу менше потенціалу виходу для, то відбувається переважний перехід електронів з металу в напівпровідника, у прикордонному шарі якого виникає збагачений шар. Така границя роздягнула проводить струм в обох напрямках і використовується для конструювання виводів напівпровідникових приладів.
Якщо то в границі роздягнула з напівпровідником у металі утвориться шар з негативним зарядом, а в напівпровіднику - збіднений шар з позитивним зарядом. Така границя роздягнула має однобічну провідність. Електричні переходи такого типу називаються по ім'ю вченого, що досліджував їх, Напівпровідникові діоди. По функціональному призначенню розрізняють напівпровідникові діоди випрямні, імпульсні, стабілітрони, фотодіоди, светоизлучающие діоди й т.д. Випрямні діоди призначені для перетворення змінного струму в постійний і використовують властивість, а також інших електричних переходів добре проводити електричний струм в одному напрямку й погано - у протилежному. Ці струми й відповідні їм напруги між виводами діода називаються прямим і зворотним струмами, прямою й зворотною напругами. Прямі струм і напруга при позитивних значеннях спрямовані від анодного до катодного виводу. Помітимо, що, хоча для обраних позитивних напрямків струму й напруги діодів прямі й зворотні величини мають різні знаки, прийнято в обох випадках їхні чисельні значення визначати позитивними числами. Крім одиночних діодів випускаються їхні складання, що представляють собою конструктивно закінчені модулі з різним числом напівпровідникових діодів, з'єднаних по певних схемах. Серед складань розрізняють: диодные матриці на прямий струм до 0,1 А при зворотній напрузі до 50 У, випрямні блоки для однофазних і трифазних випрямлячів на прямий струм до 3 А при зворотній напрузі до 600 У и високовольтні стовпи з послідовно з'єднаних діодів для роботи у високовольтних випрямлячах на прямий струм до 1 А при зворотній напрузі до 15 кВ. Імпульсні діоди призначені для переважної роботи в імпульсних пристроях. Їхньої властивості, крім зазначених у табл. 13.1, визначають параметри, що враховують. У цих діодах використовується явище неруйнуючого електричного пробою (лавинного пробою) при деяких значеннях зворотної напруги.
Позитивні напрямки струму й напруги обрані від анода до катода як прийнято при зображенні. Позитивні напрямки струму ст і напруги U в еквівалентній схемі заміщення обрані від катода до анода як прийнято. Важливим параметром стабілітронів є температурний коефіцієнт стабілізації напруги дорівнює відносній зміні напруги стабілізації при зміні температури на 1 °С и постійному номінальному струмі стабілітрона. Для низьковольтних стабілітронів ТКН має негативні значення, для стабілітронів В - позитивні значення. Прямі галузі ВАХ мають негативні ТКН. Тому для стабілітронів з напругою стабілізації В можлива їх позитивного ТКН шляхом послідовного включення в прямому напрямку в одному корпусі. Для прецизійних стабілітронів ТКН зменшується до 0,0005 %°С. Стабілітрони малої потужності з максимально припустимою потужністю втрат Вт використовуються як джерела опорної напруги в компенсаційних стабілізаторах напруги середньої (0,3-0,5 Вт) і великий (понад 8 Вт) потужності - у параметричних стабілізаторах напруги й для обмеження викидів напруги. Останні являють собою прилади, у яких для стабілізації напруги використовуються прямі галузі застосовуються для стабілізації напруги 1 -2 У при струмах до 100 мА.