Биполярные транзисторы

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом электропроводности слоев и содержит два p-n-перехода. Он имеет три или более выводов, изготавливается на основе германия или кремния, обеспечивает усиление мощности электрических сигналов.

В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов p-n-p и n-p-n. В транзисторах функции всех трех слоев и их названия аналогичны, изменяется лишь тип носителей заряда, проходящих через базу: в приборах типа p-n-p – это дырки, в приборах типа n-p-n – электроны. Условные графические и буквенные обозначения транзисторов n-p-n-типа и p-n-p-типа рис 1.

1

Средний слой кристалла называют базой(Б). Ее толщина мала, составляет несколько микрометров и концентрация примесей здесь значительно меньше, чем в соседних слоях. Крайние слои называют эмиттером (Э) и коллектором (К).
При использовании транзисторов в различных схемах представляют практический интерес зависимости напряжения и тока входной цепи (входные воль-амперные характеристики) и выходной цепи(выходные вольт-амперные характеристики). Эти характеристики могут быть записаны аналитически или построены графически. Последний способ наиболее прост и нагляден, поэтому он нашел преобладающее применение. Вольт-амперные характеристики снимают при относительно медленных изменениях тока и напряжения (по постоянному току), в связи счем их называют статическими. Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.

Существуют три способа включения транзистора: с общей базой (ОБ), с общим эммитером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК). различие в способах включения зависит от того, какой из выводов транзистора является общим для входной и выходной цепей. При включении ОБ это база, при включении ОЭ – эммитер, при включении ОК – коллектор.

В силу того, что статические характеристики транзистора в схемах ОЭ или ОК примерно одинаковы, далее рассматриваются характеристики только для двух типов подключения: ОБ и ОЭ.

Схема ОЭ(ОК)

Наиболее часто используется в электронных устройствах схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ) рис 2. Входным здесь является ток базы I_б, а выходным - ток коллектора I_к.

Коэффициент передачи тока базы схемы ОЭ

=I_к/I_б при U_кэ=const; =/(1-)>>1.
Эта схема обеспечивает усиление тока и напряжения сигнала и максимальное усиление мощности.

Основными характеристиками транзисторов ОЭ являются

1) выходные - I_к(U_кэ) при I_б=const ,
2) входные - I_б(U_бэ) при U_кэ=const .
Они определяют связь между постоянными составляющими токов и напряжений, дают возможность выбрать наилучший режим работы, оценить нелинейные искажения усиливаемого сигнала.
Схема ОБ

Здесь входным является ток эммитера, а выходным коллектора.

Входные характеристики транзистора в схеме ОБ представляют собой зависимость
1) выходные I_к=F(U_кб) при I_э=const
2) входные I_э=F(U_эб ) при U_кб=const
И по виду близки к прямой вольт-амперной характеристики p-n-перехода (диода).
Для расчета цепей с биполярными транзисторами в настоящее время используются h-параметры: транзистор представляют четырехполюсником и записывают уравнения четырехполюсника в h-параметрах. Коэффициенты четырехполюсника (h-параметры) выражаются следующим образом:
h₁₁=U_бэ/I_б при U_кэ=const - входное сопротивление R_вх, Ом;
h₁₂=U_бэ/U_кэ при I_б=const - безразмерный коэффициент обратной связи по напряжению;
h₂₁=I_к/I_б при U_кэ=const - безразмерный коэффициент передачи тока ();
h₂₂=I_к/U_кэ при I_б=const - выходная проводимость (1/R_вых), См.
h-параметры приводятся в справочниках, а также могут быть определены по семейству входных и выходных характеристик транзистора.