6.3.4.Транзистор

Транзистори - напівпровідникові прилади, які використовуються для підсилення електричних сигналів за потужністю. За принципом дії транзистори діляться на біполярні і уніполярні (або польові). Біполярні транзистори – це прилади, в яких струм зумовлений рухом носіїв зарядів двох знаків – електронів і дірок. В уніполярних транзисторах струм зумовлений рухом носіїв тільки одного знака(або електронами, або дірками).

6.3.4.1.Біполярний транзистор

Біполярний транзистор - це напівпровідниковий пристрій, що має два p-n – переходи та три електроди. Середній електрод називається базою (Б) , два крайні – емітером (Е) і колектором (К) (рис. 6.13).

Перший p-n – перехід, між емітером і базою, називають емітерним, другий перехід, між базою і колектором, називають колекторним. У транзисторах завжди до емітерного переходу прикладається пряма напруга, а до колекторного – зворотна. Змінюючи напругу між емітером та базою (U_ЕБ ) можна керувати значенням струму, що протікає від емітера до колектора.

Розрізняють два типи транзисторів: p-n-p – типа (рис. 6.13,а) та n-p-n – типа (рис. 6.13,б). Їх схематичні позначення наведені на рис. 6.13,д і 6.13,е відповідно.

Принцип роботи

Розглянемо процеси, що відбуваються в транзисторі, на прикладі транзистора p-n- p – типу за схемою під’єднання в зовнішнє коло зі спільною базою (рис. 6.14).

До емітерного переходу (ЕП) підводиться пряма напруга U_ЕБ, тому навіть при невеликих напругах через цей перехід протікає струм, який обумовлений переходом дірок з емітера в область бази (інжекцією дірок). База виконана з n – напівпровідника, тому дірки для неї є неосновними носіями заряду. Дірки, які потрапили в область бази, частково рекомбінують з електронами бази, створюючи базовий струм І_Б.

До колекторного переходу (КП) підводиться зворотна напруга U_БК., яка набагато більша за U_ЕБ. Решта частина дірок під дією цієї напруги долає колекторний перехід (КП), досягає колектора, створюючи колекторний струм І_К. В області контакту колектора із зовнішнім колом дірки рекомбінують з електронами, які підходять з зовнішнього кола від джерела напруги Е_К. Отже, змінюючи напругу між емітером і базою, будемо змінювати концентрацію неосновних носіїв струму в базі, і тим самим регулювати струм колектор-емітер. Зміна кількості неосновних носіїв струму в базі відповідає силі струму бази І_Б.

Як випливає з вищесказаного, транзистор p-n-p – типу підпорядковується таким правилам:

а) емітер має вищий потенціал, ніж потенціал колектора;

б) переходи емітер-база (ЕП) та база-колектор (КП) працюють як діоди (перший завжди відкритий, другий – закритий) (рис. 6.13, в,г);

в) струм колектора пропорційний струму бази, тобто І_К = β І_Б, де β – коефіцієнт передачі струму бази;

г) кожен транзистор характеризується максимальним значенням струму колектора (І_К) та бази ( І_Б ) і напругою між колектором та емітером.

Для збільшення коефіцієнта передачі β товщину бази намагаються зробити якомога меншою.

Оскільки емітерний перехід вмикається прямо, то він має малий опір. Колекторний перехід вмикається зворотно й тому має дуже великий опір. До емітера прикладається невелика напруга (U_ЕБ ), а до колекторного (U_БК) дуже велика (десятки вольт), тобто маємо

U_БК > U_КЕ >> U_ЕБ.

Як видно із рис. 6.14 зв’язок між струмами транзистора такий: І_Е = І_К + І_Б, причому І_Е > І_К >> І_Б.

Таким чином, база грає роль регулювального опору R_р (рис. 6.15). Змінюючи опір R_р, змінюємо величину колекторного струму:

.

Транзистор n-p-n – типу працює аналогічно, але до нього подаються напруги протилежної полярності (рис. 15.4, б, г,е).