1.5Биполярные транзисторы

Б

а

иполярным транзисторам называется полупроводниковый прибор с двумя p-n  переходами. Он имеет трехслойную структуру п-р-п (рис. 1.8, а) или р-п-р  типа (рис. 1.8,б).

С

б

редняя область между двумя р-n  переходами называется базой. Толщина ее делается достаточно малой. Соседние области называются эмиттером и коллектором. Соответственно р-n  переход эмиттер  база называется эмиттерным, а переход база  коллектор  коллекторным. Биполярные транзис­торы, выпускаемые промышленностью, выполнены на основании кремния и германия. Наибольшее применение в современной аппаратуре получили кремниевые транзисторы.

Различают следующие режимы транзистора:

• режим отсечки токов (режим закрытого транзистора), когда оба перехода смещены в обратном направлении (закрыты), токи в транзисторе малы;

• режим насыщения (режим открытого транзистора), когда оба перехода смещены в прямом направле­нии, токи в транзисторах максимальны и не зависят от его параметров;

• активный режим, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный  в обратном.

На ток I_k переданный из цепи эмиттера в цепь коллектора, накладывается об­рат­ный (тепловой) ток I_ко коллекторного перехода. Та­ким образом, формулу для коллекторного тока мож­но записать в виде

I_k=I_э+I_кo

П ри работе транзистора в активном режиме внешние напряжения прикладываются между эмиттером и базой и между коллектором и базой. При этом потенциал базы остается неизменным. Такой режим соответствует включению транзистора по схеме с общей базой (ОБ) (рис. 2.9, а). Управляющим током в этой схеме является ток эмиттера, управляемым  ток коллектора.

Кроме схемы ОБ получили широкое применение схемы включения транзистора с общим эмиттером ОЭ (рис. 2.11, а) и общим коллектором ОК (рис. 2.11, 6). Вольт-ам­пер­ными для любой из схем включения являются входные и выходные характеристики.

Рассмотрим вольт-амперные харак­те­рис­тики n-р-n  транзисторов как наиболее широко применяемых (для р-n-р  транзисторов необ­ходимо изменить знаки напряжений и токов на противоположные). Входные харак­терис­тики для схемы с общей базой (см. рис. 2.9, 6) представляют собой зависимости I_э = f (U_эб) при U_кб =const, а выходные (см. рис. 2.9, в)  зависимости I_к= f(U_кб) при I_э =const. Для нормального активного режима выходные характеристики представляют собой семейство параллельных прямых.

В схеме с oбщим эмиттером управляющим током является ток базы. Поэтому входной характеристикой будет зависимость I_б= f (U_бэ) при фиксированном напряжении между коллектором и эмиттером U_кэ (рис. 2.11, в), а выходной  зависимость I_к=f(U_кэ) при фиксированном значении тока азы (рис. 2.11, г). В активном режиме идеализированные выходные характеристики представляют собой параллельные прямые, описываемые уравнением

I_k=I_Б+(1+)I_ko,

где  =/(1 )  коэффициент передачи тока базы в коллектор.

Значение коэффициента  много больше единицы. Обычно  = 20 200, а для некоторых типов транзисторов достигает 1000 и более. Реальные характеристики имеют наклон. Ток I_к возрастает с увеличением U_кэ. Для оценки реальной зависимости I_к =f(U_кэ) в активном режиме вводится параметр — дифференциальное сопротивление коллектора в схеме с ОЭ . В схеме с общим коллектором управляющим током является ток базы, а управляемым  ток эмиттера. Вольт-амперные характеристики транзистора в этой схеме практически такие же, как и в схеме с ОЭ, поскольку ток коллектора практически равен току эмиттера.

Выпускаемые промышленностью биполярные транзисторы классифицируют в основном по максимальной мощности, рассеиваемой на коллекторном переходе Р_кmax, максимальному напряжению между коллектором и эмиттером U_кэmах и максимальному току коллектора I_кmaх.