Tranzystory bipolarne

Termin „tranzystor bipolarny” jest związany z faktem, że w tych tranzystorach stosowane są dwa rodzaje nośników ładunku: elektrony i dziury. Do produkcji tranzystorów stosuje się te same materiały półprzewodnikowe, co w przypadku diody.

Tranzystory bipolarne wykorzystują trójwarstwową strukturę półprzewodnikową wykonaną z półprzewodników różne przewodnictwo elektryczne powstają dwa złącza p — n o naprzemiennych typach przewodnictwa elektrycznego (p — n — p lub n — p — n).

Tranzystory bipolarne mogą być strukturalnie rozpakowane (ryc. 1, a) (do użytku na przykład jako część układów scalonych) i zamknięte w typowym przypadku (ryc. 1, b). Trzy piny tranzystora bipolarnego nazywane są bazą, kolektorem i emiterem.

Ryż. 1. Tranzystor bipolarny: a) p-n-p-struktury bez opakowania, b) n-p-n-struktury w opakowaniu

W zależności od ogólnego wniosku można uzyskać trzy schematy połączeń dla tranzystora bipolarnego: ze wspólną bazą (OB), wspólnym kolektorem (OK) i wspólnym emiterem (OE). Rozważmy działanie tranzystora w obwodzie ze wspólną bazą (ryc. 2).

Ryż. 2. Schemat tranzystora bipolarnego

Emiter wstrzykuje (dostarcza) do bazy nośniki bazowe, w naszym przykładzie urządzenia półprzewodnikowego typu n będą to elektrony. Źródła są tak dobrane, że E2 >> E1. Rezystor Re ogranicza prąd otwartego złącza p — n.

Przy E1 = 0 prąd płynący przez węzeł kolektora jest mały (ze względu na nośniki mniejszościowe), nazywany jest początkowym prądem kolektora Ik0. Jeśli E1 > 0, elektrony pokonują złącze p — n emitera (E1 włącza się w kierunku do przodu) i wchodzą do obszaru rdzenia.

Podstawa wykonana jest z dużą odpornością (niska koncentracja zanieczyszczeń), dzięki czemu stężenie otworów w podstawie jest niskie. Dlatego nieliczne elektrony wchodzące do bazy rekombinują z jej otworami, tworząc prąd bazy Ib. Jednocześnie w złączu kolektora p — n po stronie E2 działa znacznie silniejsze pole niż w złączu emitera, które przyciąga elektrony do kolektora. Dlatego większość elektronów dociera do kolektora.

Prądy emitera i kolektora są związane ze współczynnikiem przenoszenia prądu emitera

przy Ukb = const.

Zawsze wynosi ∆Ik < ∆Ie, a a = 0,9 — 0,999 dla nowoczesnych tranzystorów.

W rozpatrywanym schemacie Ik = Ik0 + aIe »Ie. Dlatego obwód Tranzystor bipolarny ze wspólną bazą ma niski współczynnik prądu. Dlatego jest rzadko stosowany, głównie w urządzeniach o wysokiej częstotliwości, gdzie pod względem wzmocnienia napięciowego jest preferowany od innych.

Podstawowym obwodem przełączającym tranzystora bipolarnego jest obwód ze wspólnym emiterem (rys. 3).

Ryż. 3. Włączanie tranzystora bipolarnego zgodnie ze schematem ze wspólnym emiterem

Dla niej na Pierwsze prawo Kirchhoffa możemy zapisać Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Biorąc pod uwagę, że 1 — a = 0,001 — 0,1, mamy Ib << Ie » Ik.

Znajdź stosunek prądu kolektora do prądu bazy:

Ta zależność jest nazywana podstawowym współczynnikiem przenoszenia prądu... Przy a = 0,99 otrzymujemy b = 100. Jeśli źródło sygnału jest zawarte w obwodzie podstawowym, to ten sam sygnał, ale wzmocniony prądem b razy, popłynie w obwód kolektora, tworząc napięcie na rezystorze Rk znacznie większe niż napięcie źródła sygnału...

Ocena działania tranzystora bipolarnego w szerokim zakresie prądów impulsowych i stałych, mocy i napięć oraz obliczenie obwodu polaryzacji, trybu stabilizacji, rodzin wejściowych i wyjściowych charakterystyk woltamperowych (VAC).

Rodzina charakterystyk wejściowych I — U ustala zależność prądu wejściowego (bazy lub emitera) od napięcia wejściowego Ube przy Uk = const, rys. 4, a. Charakterystyka wejścia I — V tranzystora jest podobna do charakterystyki I — V diody w bezpośrednim połączeniu.

Rodzina charakterystyk wyjściowych I — V określa zależność prądu kolektora od napięcia na nim przy określonym prądzie bazy lub emitera (w zależności od obwodu ze wspólnym emiterem lub wspólną bazą), ryc. 4, b.

Ryż. 4. Charakterystyki prądowo-napięciowe tranzystora bipolarnego: a — wejście, b — wyjście

Oprócz złącza elektrycznego n-p, w obwodach o dużej szybkości szeroko stosowane jest złącze metal-półprzewodnik-bariera Schottky'ego. W takich przejściach nie ma czasu na akumulację i resorpcję ładunków w bazie, a działanie tranzystora zależy tylko od szybkości ładowania pojemności bariery.

Ryż. 5. Tranzystory bipolarne

Parametry tranzystorów bipolarnych

Główne parametry służą do oceny maksymalnych dopuszczalnych trybów pracy tranzystorów:

1) maksymalne dopuszczalne napięcie kolektor-emiter (dla różnych tranzystorów Uke max = 10 — 2000 V),

2) maksymalne dopuszczalne rozpraszanie mocy kolektora Pk max — według niego tranzystory dzielą się na małą moc (do 0,3 W), średnią moc (0,3 — 1,5 W) i dużą moc (powyżej 1,5 W), Tranzystory średniej i dużej mocy są często wyposażone w specjalny radiator — radiator,

3) maksymalny dopuszczalny prąd kolektora Ik max — do 100 A i więcej,

4) ograniczająca częstotliwość transmisji prądu fgr (częstotliwość, przy której h21 staje się równa jedności), tranzystory bipolarne dzielą się według niej:

• dla niskich częstotliwości — do 3 MHz,

• średnia częstotliwość — od 3 do 30 MHz,

• wysoka częstotliwość — od 30 do 300 MHz,

• ultrawysoka częstotliwość — ponad 300 MHz.

Doktor nauk technicznych, profesor L.A. Potapov