Биполярный транзистор

Введение Биполярными транзисторами называются полупроводниковые приборы с двумя очень близко расположенными и взаимодействующими p-n переходами, включенными встречно. В простейшем случае транзистор представляет собой кристалл полупроводника, в котором имеются две сильно легированные области с одноименной проводимостью (эмиттер и коллектор), разделенные узкой областью с противоположной проводимостью (базой). В зависимости от последовательности чередования областей проводимости, различают прямые (p-n-p) и обратные (n-p-n) транзисторы.

От лампы к транзистору До изобретения транзистора в радиотехнике в качестве усилительных приборов широко использовались трехэлектродные лампы – триоды. Управляющим элементом в лампах была сетка, которая своим электрическим полем могла замедлять (или ускорять) электроны, испущенные катодом. Таким образом, в лампах напряжение на сетке управляло напряжением на аноде. Лампы были очень громоздкими и потребляли большую мощность (так как для испускания электронов катодом требовался его нагрев) и имели сравнительно короткий срок службы (испарение катода). Поэтому в 1948 году, после изобретения транзисторов, они почти повсеместно были ими вытеснены. Транзисторы были гораздо миниатюрнее ламп, им требовался очень низкий ток для эмиттирования электронов, и служили они гораздо дольше. Транзисторы совершили переворот в мире радиоэлектроники.

Принцип действия биполярного транзистора Работа биполярного транзистора n-p-n типа (схема с общим эмиттером) происходит следующим образом. Между верхней и нижней областями прикладывается напряжение Ek. При этом вне зависимости от его полярности ток протекать не будет, так как транзистор представляет собой как бы два включенных навстречу друг другу диода, один из которых всегда оказывается включенным в запирающем направлении. Для того, чтобы через транзистор протекал ток, нужно: или открыть запертый n-p переход, или в верхней n-области создать вблизи перехода избыток дырок, или в средней p-области создать избыток электронов, которые также беспрепятственно смогут преодолевать запертый p-n переход.

Усилительные свойства биполярного транзистора За счет того, что напряжение, необходимое для отпирания транзистора – это напряжение компенсации запирающего действия нижнего p-n перехода мало по сравнению с напряжением между эмиттером и коллектором, а также ток, необходимый для поддержания открытого состояния мал по сравнению с током в цепи эмиттер-коллектор, транзистор может быть использован в качестве усилительного элемента.

Основные характеристики биполярного транзистора

Эффект Эрли (модуляция ширины базы) Эмиттер и коллектор в биполярном транзисторе легированы значительно сильнее, чем база. В следствие этого практически вся область пространственного заряда сосредоточена в базовой p- области. Увеличение положительного напряжения на коллекторе расширяет обедненный слой коллекторного перехода и, следовательно, вызывает уменьшение эффективной толщины базы. Модуляция толщины базы объясняет некоторый подъем выходных характеристик при увеличении положительного напряжения коллектор-база. Коллекторный ток при этом увеличивается, так как меньшая часть дырок теряется в базе не пути от эмиттера к колектору вследствие рекомбинации с электронами.

Схема включения транзистора с общей базой

Схема включения транзистора с общим эмиттером

Схема включения транзистора с общим коллектором В этой схеме включения также, как в предыдущем случае управляющим (или входным) является ток базы, но роль выходного играет ток эмиттера: Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором Входной ток в этом случае не зависит от входного напряжения. Выходные характеристики такие же, как и при включении транзистора в схеме с общим эмиттером.

h-параметры Параметр h11 является входным сопротивлением транзистора при его короткозамкнутом выходе для переменного тока. Параметр h12 предсттавляет собой коэффициент обратной связи по переменному напряжению. Параметр h21 является коэффициентом передачи тока при короткозамкнутом для переменного тока выходе. Наконец, парметр h22 равен выходной проводимости транзистора при разомкнутом для переменного тока входе.

Эквивалентная схема биполярного транзистора

Применение биполярного транзистора Применение биполярных транзисторов повсеместно. Их используют в в качестве электронных ключей, в генераторах, усилителях, стабилизаторах. Также они могут применятся в качестве логических элементов в вычислительной технике (особенно это было раньше, до изобретения интегральных схем, когда вся логика была на тразисторах).,