Биполярные транзисторы принцип работы

Содержание
  1. Биполярный транзистор
  2. Виды транзисторов
  3. Биполярный транзистор
  4. Рабочий принцип биполярного транзистора
  5. Где транзисторы приобрести?
  6. Что такое транзистор и как он функционирует?
  7. Что такое транзистор?
  8. Виды транзисторов
  9. Как работает биполярный транзистор? Инструкция для чайников
  10. Биполярные транзисторы: рабочий принцип, характеристики и параметры
  11. Характерности устройства биполярного транзистора
  12. Рабочий принцип биполярного транзистора
  13. Рабочие режимы биполярных транзисторов
  14. Схемы включения биполярных транзисторов
  15. Рабочий принцип биполярного транзистора
  16. Рабочий принцип транзистора
  17. Биполярные транзисторы
  18. Устройство и рабочий принцип
  19. Рабочие режимы и схемы включения транзистора
  20. Вольт-амперные характеристики транзистора
  21. Математическая модель биполярного транзистора
  22. Важные параметры биполярного транзистора

Биполярный транзистор

Содержание:

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 9 сентября 2015 · Обновлено 29 августа 2018
Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдёт о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам.

Поэтому, если вам интересно Что такое транзистор, его рабочий принцип и вообще с чем его кушают, то берем стул по удобнее и подходим ближе.

Биполярные транзисторы принцип работы

Продолжаем, и у нас здесь есть содержание, будет очень удобно ориентироваться в статье ??

Виды транзисторов

Транзисторы бывают по большей части двух вариантов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Разумеется можно было рассмотреть все разновидности транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу у вас в голове. По этой причине в данной публикации мы будем рассматривать исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей.

Не будем все мешать в одну кучу а уделим внимание каждому, персонально.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это отпрыск ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го столетия. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу намного удобнее собратьям — транзисторам, а если быть точным биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением используют в аппаратуре для любителей музыки.

Биполярные транзисторы смотреться могут так.

Биполярные транзисторы принцип работы

Как вы можете увидеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они выглядят абсолютно не одинаково. Но на электрических схемах они смотрятся простенько и постоянно одинаково. И это все графическое величие, смотрится как-то так.

Биполярные транзисторы принцип работы

Это изображение транзисторов называют еще УГО (Относительное графическое обозначение).
Причем биполярные транзисторы могут иметь разный тип проводимости.

Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит только в том что считается «переносчиком» электрического заряда (электроны или «отверстия» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой.

Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой. В конце концов приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор однотипны проводимости на другой достаточно скорректировать полярность приложенного напряжения.

Или тупо заменить полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база.

Думаю, что по УГО будет не легко запутаться, а вот в настоящем транзисторе запутаться очень просто.
В большинстве случаев где какой вывод формируют по справочнику, однако можно просто прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева показана картинка для транзистора p-n-p типа, при прозвонке появляется чувство (при помощи показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке собственными катодами. Для транзистора n-p-n типа диоды в точке базы соединены собственными анодами.

Думаю после экспериментов с мультиметром станет более ясно.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рабочий принцип биполярного транзистора

А в настоящий момент мы попытаемся разобраться как работает транзистор. Я не буду погружаться в детали устройства внутри транзисторов так как данная информация только запутывает.

Лучше взгляните на данный рисунок.

Биполярные транзисторы принцип работы

Это изображение намного лучше объясняет рабочий принцип транзистора.

На этом изображении человек при помощи реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек также повышает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h21Э.

Если ток базы падает, то ток коллектора тоже будет понижаться — человек подкорректирует его при помощи реостата.
Эта аналогия не имеет ничего общего с настоящей работой транзистора, однако она делает легче осознание принципов его работы.

Для транзисторов можно подчеркнуть правила, которые призваны помочь упростить осознание. (Данные правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

  1. Коллектор имеет более позитивный потенциал , чем эмиттер
  2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
  3. Каждый транзистор отличается предельными значениями, например как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
  4. В том варианте если правила 1-3 исполнены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — маленькой ток базы управляет высоким током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как

Исходы из вышесказанного транзистор способна работать в четырех режимах:

  1. Режим отсечки транзистора — в таком режиме переход база-эмиттер закрыт, подобное может случиться когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате ток базы отсутствует и стало быть ток коллектора тоже будет отсутствовать.
  2. Активный режим транзистора — это обычный рабочий режим транзистора. В таком режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже есть. Ток коллектора равняется току базы помноженному на показатель усиления.
  3. Режим насыщения транзистора — в такой режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для последующего увеличения тока коллектора. В таком режиме ток коллектора не может повышаться вслед за увеличением тока базы.
  4. Инверсный режим транзистора — такой режим применяется очень нечасто. В таком режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате подобных действий показатель усиления транзистора достаточно сильно страдает. Транзистор с самого начала проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор необходимо рассматривать определенные схемные варианты, по этой причине необходимо рассмотреть отдельные из них.

Транзистор в главном режиме

Транзистор в главном режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в главном режиме применяется довольно часто.

К данной транзисторной схеме прибегают например когда необходимо управлять мощной нагрузкой при помощи микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тащить мощную нагрузку, а транзистор может. Выходит контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой.

Ну а про все по-очереди.
Главная суть такого режима состоит в том, что ток базы управляет током коллектора.

Причем ток коллектора намного больше тока базы. Тут невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление выполняется за счёт энергии источника питания.

На рисунке показана рабочая схема транзистора в главном режиме.

Биполярные транзисторы принцип работы

Для транзисторных схем напряжения не играют особой роли, актуальны лишь токи.

По этой причине, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.
В данном варианте если даже к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то это не страшно не случится, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.
Главное чтобы эти напряжения не превышали предельные значения для определенного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем проссчитать значение базового резистора.
На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, необходимо выбрать подходящий ток базы.

Ток базы мы можем исправлять меняя номинал базового резистора.
Так как небольшое значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам необходим известен. Напряжение на базовом резисторе будет

Такое значение напряжения на резисторе вышло из-зи того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это нужно помнить предусматривать.
В результате мы вполне можем найти сопротивление резистора

Осталось подобрать из ряда резисторов определенное значение и дело в шляпе.
Теперь вы наверняка думаете, что транзисторный ключ будет работать так как необходимо? Что когда базовый резистор подсоединяется к +5 В лампочка начинает светится, когда выключается -лампочка гаснет?

Ответ может быть да а может и нет.
А дело все в том, что тут есть маленькой нюанс.

Лампочка в случае если погаснет, когда потенциал резистора будет равным потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то тут не все так определенно.

Напряжение на базовом резисторе может появиться великолепным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти ??
Чтобы подобного результата не случалось выполняют следующее. Между базой и эмиттером подсоединяют очередной резистор Rбэ. Этот резистор подбирают номиналом как минимум на порядок больше базового резистора Rб (В нашем случае мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-то напряжению, то транзистор работает как нужно, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется только небольшая часть базового тока.
В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что спасает нас от всяческих наводок.

Вот как правило мы поняли с работой транзистора в главном режиме, причем как вы могли удостовериться основной рабочий режим это как бы усиление сигнала по напряжению. Ведь мы при помощи малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель считается приватным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Биполярные транзисторы принцип работы

Характерной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) считается то, что эта схема не увеличивает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

На самом деле допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где нибудь 0,6-0,7В. Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

Вышло 9,4В, проще говоря практически сколько вошло столько и вышло.

Поняли, что по напряжению эта схема нам сигнал не повысит.
«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы.

А вот оказывается эта схема обладает иным немаловажными свойством. Схема включения транзистора с общим коллектором увеличивает сигнал по мощности. Мощность это творение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность возрастает исключительно за счёт тока!

Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Однако если сопоставлять ток базы и ток коллектора то ток базы чрезвычайно мал если сравнивать с током коллектора. Выходит ток нагрузки равён току коллектора.

И в результате вышла вот такая формула.

Теперь я думаю ясно в чем суть схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.
Эмиттерный повторитель обладает дополнительным очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением. Это значит, что эта транзисторная схема практически не потребляет ток входного сигнала и не создаёт нагрузки для схемы -источника сигнала.

Для понимания рабочего принципа транзистора данных 2-ух транзисторных схем вполне хватит. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь доктрина теорией а практика и собственный навык ценнее в сотни раз!

Где транзисторы приобрести?

Как и все остальные радиокомпоненты транзисторы можно приобрести в любом ближайшем магазине радиодеталей. Если Вы проживаете где-нибудь на окраине и об аналогичных магазинах не слыхали (как я до недавнего времени) то остается завершальный вариант — выбрать транзисторы в интернет- магазине.

Я сам часто заказываю радиодетали через онлайн-магазины ведь в традиционном оффлайн магазине может чего-либо просто не оказаться.
Однако если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей собственное техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.
Чтож друзья, а на этом у меня все.

Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-нибудь вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение.

Кстати не забудьте, что любой кто первый раз оставит объяснение получит презент.
Также обязательно подпишитесь на новые статьи, так как дальше вас ждет много интересного и полезного.

Хочу вам пожелать удачи, успехов и солнечного настроения!

Что такое транзистор и как он функционирует?

Принцип полупроводникового управления электротоком был известен ещё перед началом 20 века. Не обращая внимания на то, что инженеры, работающие в регионах радиоэлектроники, знали как работает транзистор, они продолжали конструировать устройства на основе вакуумных ламп. Основой такого недоверия к полупроводниковым триодам было несовершенство первых точечных транзисторов.

Семейство германиевых транзисторов не отличались стабильностью параметров и сильно зависели от режимов температур.
Большую конкуренцию электронным лампам составили монолитные кремниевые транзисторы только в конце 50-х годов.

С данного периода времени электронная промышленность начала бурно формироваться, а небольшие полупроводниковые триоды активно вытесняли энергоёмкие лампы со схем электронных приборов. С возникновением интегральных микросхем, где кол-во транзисторов достигает миллиардов штук, полупроводниковая электроника одержала убедительную победу в борьбе за миниатюризацию устройств.

Что такое транзистор?

В сегодняшнем значении транзистором именуют полупроводниковый радиоэлемент, который предназначен для изменения показателей электротока и управления им. У простого полупроводникового триода есть три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Есть также составные транзисторы высокой мощности.

Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные детали, применяемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, которые предназначены для энергетических установок и оборудования которое применяется в промышленности. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.

Устройство

Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и прочих элементов химии. Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов определенные виды полимерных материалов, и даже углеродных нанотрубок.

По всей видимости в скором времени мы выясним о новых свойствах графеновых полевых транзисторов.
До недавнего времени кристаллы полупроводника расположились в железных корпусах в виде шляпок с тремя ножками.

Эта конструкция была специфична для точечных транзисторов.
Сегодня конструкции большинства плоских, в т. ч. кремниевых полупроводниковых приборов сделаны на основе легированного в конкретных частях монокристалла.

Они впрессованы в пластмассовые, металлостеклянные или металлокерамические корпуса. У конкретных из них имеются выступающие пластины из металла для отвода тепла, которые закрепляются на отопительные приборы.
Электроды современных транзисторов размещены в один ряд.

Подобное размещение ножек комфортно для автоматической сборки плат. Выводы не маркируются на корпусах.

Вид электрода определяется по справочникам или путём измерений.

Для транзисторов применяют кристаллы полупроводников с различными структурами, типа p-n-p либо n-p-n. Они выделяются полярностью напряжения на электродах.

Схематически строение транзистора можно представить в виде 2-ух полупроводниковых диодов, поделённых добавочным слоем. (Смотри рисунок 1). Собственно наличие данного слоя дает возможность управлять проводимостью полупроводникового триода.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рис.

1. Строение транзисторов
На рисунке 1 схематически нарисовано строение биполярных триодов.

Есть ещё класс полевых транзисторов, о которых поговорим дальше.

Базовый рабочий принцип

В состоянии покоя между коллектором и эмиттером биполярного триода ток не течет. Переменному току препятствует сопротивление эмиттерного перехода, которое появляется в результате взаимные действия слоёв.

Для включения транзистора требуется подать небольшое напряжение на его базу.
На рисунке 2 показана схема, объясняющая рабочий принцип триода.
Управляя токами базы можно включать и выключить устройство.

Если на базу подать аналоговый сигнал, то он изменит амплитуду выходных токов. При этом выходной сигнал точно повторит частоту колебаний на базовом электроде.

Иначе говоря случится усиление поступившего на вход электрического сигнала.
Подобным образом, полупроводниковые триоды как правило будут работать в режиме аппаратных ключей или в режиме усиления входных сигналов.
Работу устройства в режиме аппаратного ключа можно догадаться из рисунка 3.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рис. 3. Триод в режиме ключа

Обозначение на схемах

Общепризнанное обозначение: «VT» или «Q», после которых указывается позиционный индекс. К примеру, VT 3. На более первых схемах можно повстречать вышедшие из употребления определения: «Т», «ПП» или «ПТ». Транзистор изображается в виде символических линий обозначающих подходящие электроды, обведённые кружком либо же без такового.

Направление тока в эмиттере указывает стрелка.
На рисунке 4 показана схема УНЧ, на которой транзисторы обозначены современным способом, а на рисунке 5 – схематические изображения различных типов полевых транзисторов.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рис. 4. Пример схемы УНЧ на триодах

Виды транзисторов

По принципу действия и зданию отличают полупроводниковые триоды:
Эти транзисторы выполняют одинаковые функции, впрочем существуют различия как правило их работы.

Полевые

Этот вид триодов ещё именуют униполярным, из-за электрических параметров – у них течет ток лишь одной полярности. По зданию и типу управления данные устройства делятся на 3 вида:

  1. Транзисторы с руководящим p-n переходом (рис. 6).
  2. С изолированным затвором (бывают с вмонтированным либо с индуцированным каналом).
  3. МДП, со структурой: металл-диэлектрик-проводник.

Характерная черта изолированного затвора – наличие диэлектрика между ним и каналом.
Детали очень восприимчивы к электричеству возникающему в результате трения.

Схемы полевых триодов показано на рисунке 5.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рис.

5. Полевые транзисторы

Биполярные транзисторы принцип работы

Рис. 6. Фото настоящего полевого триода
Внимание свое обратите на наименование электродов: слив, исток и затвор.

Полевые транзисторы потребляют довольно мало энергии. Они как правило будут работать более года от маленькой батарейки или аккумулятора.

По этой причине они нашли повсеместное использование в современных электронных устройствах, например как пульты дистанционного управления, мобильные девайсы и т.п.

Биполярные

Про этот вид транзисторов много сказано в подразделе «Базовый рабочий принцип». Отметим только, что наименование «Биполярный» устройство получило из-за способности пропускать заряды разных знаков через один канал.

Их спецификой считается невысокое выходное сопротивление.
Транзисторы увеличивают сигналы, работают как коммутационные устройства. В цепь коллектора можно включать достаточно мощную нагрузку.

Благодаря большому току коллектора можно уменьшить сопротивление нагрузки.
Намного подробнее о строении и рабочем принципе ниже рассмотрим.

Комбинированные

С целью достижения конкретных электрических показателей от использования одного дискретного элемента разработчики транзисторов изобретают комбинированные конструкции. Среди них можно отметить:

  • биполярные транзисторы с внедрёнными и их схему резисторами;
  • конфигурации из 2-ух триодов (похожих или различных структур) в одном корпусе;
  • лямбда-диоды – комбинирование 2-ух полевых триодов, образующих участок с негативным сопротивлением;
  • конструкции, в которых полевой триод с изолированным затвором управляет биполярным триодом (используются для управления электрическими моторами).

Комбинированные транзисторы – это, по существу, простая микросхема в одном корпусе.

Как работает биполярный транзистор? Инструкция для чайников

Работа биполярных транзисторов основывается на свойствах полупроводников и их сочетаний. Чтобы понимать рабочий принцип триодов, разберёмся с поведением полупроводников в электроцепях.

Полупроводники.
Некоторые кристаллы, например кремний, германий и др., являются диэлектриками.

Но есть у них одна характерность – если добавить конкретные примеси, то они становятся проводниками с специальными качествами.
Одни добавки (доноры) приводят к возникновению свободных электронов, а иные (акцепторы) – образовывают «отверстия».
Если, к примеру, кремний легировать фосфором (донор), то получаем полупроводник с избытком электронов (структура n-Si).

При добавлении бора (акцептор) легированный кремний станет полупроводником с дырочной проводимостью (p-Si), другими словами в его структуре будут доминировать благоприятно заряженные ионы.
Односторонняя проводимость.

Проведём мысленный эксперимент: соединим два разного типа полупроводника с источником питания и подведём ток к нашей конструкции. Случится нечто спонтанное.

Если объединить негативный кабель с кристаллом n-типа, то цепь замкнётся. Однако, когда мы поменяем полярность, то электричества в цепи не будет.

Почему так происходит?
В результате соединения кристаллов с различными типами проводимости, между ними образуется область с p-n переходом.

Часть электронов (носителей зарядов) из кристалла n-типа перетечёт в кристалл с дырочной проводимостью и рекомбинирует отверстия в зоне контакта.
В результате появляются некомпенсированные заряды: в области n-типа – из негативных ионов, а в области p-типа из позитивных.

Разница потенциалов может достигать величины от 0,3 до 0,6 В.
Связь между напряжением и концентрацией примесей можно выразить формулой:
VT величина термодинамического напряжения, Nn и Np концентрация исходя из этого электронов и дырок, а ni означает свою концентрацию.

При подсоединении плюса к p-проводнику, а минуса к полупроводнику n-типа, электрические заряды преодолеют барьер, так как их движение будет направлено против электрического поля в середине p-n перехода. В таком случае переход открыт.

Однако если полюса заменить местами, то переход закроется. Поэтому делаем вывод: p-n переход образовывает одностороннюю проводимость. Данное свойство применяется в конструкции диодов.

От диода к транзистору.
Усложним эксперимент. Добавим ещё одну прослойку между 2-мя полупроводниками с одноимёнными структурами.

К примеру, между кремниевыми пластинами p-типа вставим прослойку проводимости (n-Si). Легко догадаться, что случится в зонах соприкасания. По аналогичности с описанным выше процессом появляются области с p-n переходами, которые заблокируют движение электрозарядов между эмиттером и коллектором, причём независимо от полярности тока.

Наиболее интересное случится тогда, когда мы приложим небольшое напряжение к прослойке (базе). В нашем случае, подадим ток с негативным знаком. Как и в случае с диодом, образуется цепь эмиттер-база, по которой потечёт ток.

Одновременно прослойка начнёт насыщаться дырками, что приведёт к дырочной проводимости между эмиттером и коллектором.
Посмотрите на рисунок 7. На нём видно, что позитивные ионы заполнили все пространство нашей условной конструкции и теперь ничто не мешает проводимости тока.

Мы получили наглядную модель биполярного транзистора структуры p-n-p.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рис.

7. Рабочий принцип триода
При обесточивании базы транзистор достаточно стремительно приходит в первое состояние и коллекторный переход закрывается.
Устройство способна работать и в усилительном режиме.

Ток коллектора связан прямой пропорциональностью с током базы: Iк = ?*IБ, где ? показатель усиления по току, IБ ток базы.
Если скорректировать величину управляющего тока, то изменится интенсивность образования дырок на базе, что повлечёт за собой пропорциональное изменение амплитуды анодного напряжения, со сбережением частоты сигнала. Такой принцип применяют для усиления сигналов.

Подавая на базу слабые импульсы, на выходе мы приобретаем аналогичную частоту усиления, но со намного большей амплитудой (задаётся величиной напряжения, приложенного к цепочке коллектор эмиттер).

Подобным образом работают npn транзисторы. Меняется только полярность стрессов.

Устройства со структурой n-p-n обладают прямой проводимостью. Обратную проводимость имеют транзисторы p-n-p типа.

Необходимо добавить, что полупроводниковый кристалл таким образом откликается на ультрафиолетовый спектр света. Включая и отключая поток фотонов, или регулируя его интенсивность, можно управлять работой триода или менять сопротивление полупроводникового резистора.

Схемы включения биполярного транзистора

Схемотехники применяют следующие схемы подсоединения: с общей базой, общими электродами эмиттера и включение с общим коллектором (Рис. 8).

Биполярные транзисторы принцип работы

Рис.

8. Схемы подсоединения биполярных транзисторов
Для усилителей с общей базой отличительно:

  • невысокое входное сопротивление, которое не будет больше 100 Ом;
  • хорошие температурные свойства и частотные критерии триода;
  • высокое допустимое напряжение;
  • требуется два различных источника для питания.

Схемы с общим эмиттером обладают:

  • большими коэффициентами усиления по току и напряжению;
  • невысокие критерии усиления по мощности;
  • инверсией анодного напряжения относительно входного.

При подобном подключении хватит одного источника питания.
Схема подсоединения по принципу «общий коллектор» обеспечивает:

  • большое входное и небольшое выходное сопротивление;
  • невысокий показатель напряжения по усилению (
    Биполярные транзисторы принцип работы

    Рисунок 9. Полевой транзистор с p-n переходом

Точно также работают полевые триоды с вмонтированным и индуцированным каналом. Их схемы вы видели на рисунке 5.

Схемы включения полевого транзистора

На самом деле используют схемы подключений по аналогичности с биполярным триодом:

  • с общим истоком – выдаёт большое усиление тока и мощности;
  • схемы с общим затвором обеспечивающие невысокое входное сопротивление, и небольшое усиление (имеет небольшое использование);
  • с общим сливом, работающие также, как и схемы с общим эмиттером.

На рисунке 10 показаны разные схемы включения.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рис.

10. Изображение схем подсоединения полевых триодов

Фактически каждая схема может работать при экстремально низких входных напряжениях.

Биполярные транзисторы: рабочий принцип, характеристики и параметры

Биполярные транзисторы – электронные полупроводниковые приборы, выделяющиеся от полевых способом переноса заряда. В полевых (однополярных) транзисторах, применяемых по большей части в цифровых устройствах, заряд переносится или дырками, или электронами.

В биполярных же в процессе принимают участие и электроны, и отверстия. Биполярные транзисторы, как и остальные типы транзисторов, как правило применяются в качестве усилителей сигнала.

Используются в аналоговых устройствах.

Характерности устройства биполярного транзистора

Биполярный транзистор в себя включает три области:

  • эмиттер;
  • базу – очень тонкую, которая делается из слаболегированного полупроводника, сопротивление данной области высокое;
  • коллектор – его область больше по размеру, чем область эмиттера.

К каждой области припаяны металлоконтакты, работающие для подключения прибора в электроцепь.
Проводимость электричества коллектора и эмиттера одинакова и противоположна проводимости электричества базы. В согласии с видом проводимости областей, отличают p-n-p или n-p-n приборы.

Устройства являются несимметричными из-за разницы в площади контакта – между эмиттером и базой она намного меньше, чем между базой и коллектором. По этой причине К и Э заменить местами путем смены полярности нереально.

Рабочий принцип биполярного транзистора

Данный тип транзистора имеет два перехода:

  • электронно-дырочный между эмиттером и базой – эмиттерный;
  • между коллектором и базой – коллекторный.

Дистанция между переходами небольшая. Для высокочастотных деталей она составляет меньше 10 мкм, для низкочастотных – до 50 мкм. Для активации прибора на него подают напряжение от стороннего ИП.

Рабочий принцип биполярных транзисторов с p-n-p и n-p-n переходами одинаков. Переходы могут работать в прямом и обратном направлениях, что определяется полярностью подаваемого напряжения.

Рабочие режимы биполярных транзисторов

Режим отсечки

Переходы закрытые, прибор не работает. Такой режим получают при обратном подключении к внешним источникам.

Через оба перехода протекают обратные малые коллекторные и эмиттерные токи. Часто считается, что прибор в таком режиме рвет цепь.

Активный инверсный режим

считается промежуточным. Переход Б-К открыт, а эмиттер-база – закрыт.

Ток базы в данном варианте намного меньше токов Э и К. Усиливающие характеристики биполярного транзистора в данном варианте отсутствуют. Такой режим востребован мало.

Режим насыщения

Прибор полностью открыт. Оба перехода подсоединяются к источникам тока в прямом направлении. При этом уменьшается возможный барьер, который ограничивает проникновение носителей заряда.

Через эмиттер и коллектор начинают проходить токи, которые именуют «токами насыщения».

Схемы включения биполярных транзисторов

В зависимости от контакта, на который подается источник питания, отличают 3 схемы включения приборов.

С общим эмиттером

Эта схема включения биполярных транзисторов обеспечивает самое большее увеличение вольтамперных параметров (ВАХ), по этой причине считается очень популярной. Минус подобного варианта – ухудшение усилительных параметров прибора при повышении частоты и температуры.

Это значит, что для высокочастотных транзисторов рекомендуется выбрать иную схему.

С общей базой

Используется для работы на высоких частотах. Уровень шумов снижен, усиление не очень велико.

Каскады приборов, собранные по такой схеме, популярны в антенных усилителях. Минус варианта – необходимость в 2-ух источниках питания.

С общим коллектором

Для подобного варианта специфична передача входного сигнала обратно на вход, что значительно делает меньше его уровень. Показатель усиления по току – большой, по напряжению – маленькой, что считается минусом данного способа.

Схема оптимальна для каскадов приборов в вариантах, если источник входного сигнала обладает высоким входным сопротивлением.

Рабочий принцип биполярного транзистора

Биполярные транзисторы принцип работы

В свое время транзисторы пришли на смену электронным лампах.

Такое случилось потому, что они имеют маленькие размеры, большую надежность и менее расходную стоимость производства. В настоящий момент, биполярные транзисторы являются важными элементами во всех усилительных схемах.
Биполярный транзистор собой представляет изделие из полупроводниковых материалов, имеющий структуру из трех слоев, которая образовывает два электронно-дырочных перехода.

По этой причине транзистор можно представить в виде 2-ух встречно включенных диода. В зависимости от того, что будет являться ключевыми носителями заряда, отличают p-n-p и n-p-n транзисторы.

Биполярные транзисторы принцип работы

База – слой полупроводника, который считается основой конструкции транзистора.
Эмиттером именуется слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.

Коллектором именуется слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда минувшие через базовый слой.
В основном, эмиттер содержит гораздо приличное количество главных зарядов, чем база. Это ключевое требование работы транзистора, так как в данном варианте, при прямом смещении эмиттерного перехода, ток будет обуславливаться ключевыми носителями эмиттера.

Эмиттер сможет выполнять собственную основную функцию – впрыск носителей в слой базы. Обратный ток эмиттера в большинстве случаев пытаются сделать как можно меньше.

Увеличение главных носителей эмиттера достигается благодаря большой концентрации примеси.
Базу выполняют как можно очень тонкой. Это связано с временем жизни зарядов.

Носители зарядов должны пересекать базу и как можно меньше рекомбинировать с ключевыми носителями базы, для того чтобы достичь коллектора.
Для того чтобы коллектор мог наиболее полнее собирать носители минувшие через базу его пытаются сделать шире.

Рабочий принцип транзистора

Рассмотрим на примере p-n-p транзистора.

Биполярные транзисторы принцип работы

В отсутствие внешних стрессов, между слоями ставится разница потенциалов. На переходах монтируются потенциальные барьеры. Причем, если кол-во дырок в эмиттере и коллекторе одинаковое, тогда и потенциальные барьеры будут одинаковой ширины.

Для того чтобы транзистор работал правильно, эмиттерный переход должен быть смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном. Это будет отвечать активному режиму работы транзистора. Для того чтобы реализовать такое подключение, нужны два источника.

Источник с напряжением Uэ подсоединяется позитивным полюсом к эмиттеру, а негативным к базе. Источник с напряжением Uк подсоединяется негативным полюсом к коллектору, а позитивным к базе.

Причем Uэ

Биполярные транзисторы принцип работы

Под действием напряжения Uэ, эмиттерный переход смещается в прямом направлении.

Как всем известно, при прямом смещении электронно-дырочного перехода, внешнее поле направлено противоположно полю перехода и по этой причине делает меньше его. Через переход начинают проходить важные носители, в эмиттере это отверстия 1-5, а в базе электроны 7-8. А так как кол-во дырок в эмиттере больше, чем электронов в базе, то эмиттерный ток обусловлен по большей части ими.

Эмиттерный ток собой представляет сумму дырочной составляющей эмиттерного тока и электронной составляющей базы.

Так как полезной считается только дырочная составная часть, то электронную пытаются сделать как можно меньше.

Хорошей характеристикой эмиттерного перехода считается показатель инжекции.

Показатель инжекции пытаются приблизить к 1.

Отверстия 1-5 перешедшие в базу скапливаются на границе эмиттерного перехода. Подобным образом, создается большая концентрация дырок возле эмиттерного и невысокая концентрация возле коллекторного перехода, в следствии чего начинается диффузионное движение дырок от эмиттерного к коллекторному переходу. Но вблизи коллекторного перехода концентрация дырок остается равной нулю, так как как только отверстия могут достигать перехода, они ускоряются его внутренним полем и экстрагируются (втягиваются) в коллектор.

Электроны же, отталкиваются этим полем.
Пока отверстия пересекают базовый слой они рекомбинируют с электронами находящимися там, к примеру, как дырка 5 и электрон 6. А так как отверстия поступают регулярно, они делают лишний позитивный заряд, по этой причине, должны поступить и электроны, которые втягиваются через вывод базы и образовывают базовый ток Iбр. Это главное условие работы транзистора – концентрация дырок в базе должна быть примерно равна концентрации электронов.

Проще говоря должна обеспечиваться электронейтральность базы.
Кол-во дырок дошедших до коллектора, меньше кол-во дырок вышедших из эмиттера на величину рекомбинировавших дырок в базе.

Другими словами, ток коллектора выделяется от тока эмиттера на величину электрического тока базы.

Отсюда возникает показатель переноса носителей, который также пытаются приблизить к 1.

Коллекторный ток транзистора состоит из дырочной составляющей Iкр и обратного тока коллектора.

Обратный ток коллектора появляется в результате обратного смещения коллекторного перехода, по этой причине он состоит из неосновных носителей отверстия 9 и электрона 10.

Собственно благодаря тому, что обратный ток образован неосновными носителями, он зависит исключительно от процесса термогенерации, другими словами от температуры. По этой причине его иногда называют тепловым током.
От величины теплового тока зависит качество транзистора, чем он меньше, тем транзистор качественнее.

Коллекторный ток связан с эмиттерным показателем передачи тока.

Токи в транзисторе можно представить так

Биполярные транзисторы принцип работы

Основное соотношение для токов транзистора

Ток коллектора можно выразить как

Из сказанного выше делаем вывод, что меняя ток в цепи база – эмиттер, мы можем управлять выходным током коллектора. Причем маленькое изменение тока базы, вызывает большое изменение тока коллектора.

Биполярные транзисторы

Устройство и рабочий принцип

В зависимости от принципа действия и конструктивных признаков транзисторы делятся на 2 больших класса: биполярные и полевые.
Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с 2-мя взаимодействующими между собой р-п–переходами и тремя или более выводами.
Полупроводниковый кристалл транзистора состоит из трех областей с чередующимися типами проводимости электричества, между которыми находятся два р-п-перехода. Средняя область в большинстве случаев осуществляется достаточно тонкой (доли микрона), по этой причине р-п-переходы недалеко размещены один от иного.
В зависимости от порядка чередования областей полупроводника с разными типами проводимости электричества отличают транзисторы р-п-р и п-р-п-типов. Самые простые структуры и УГО различных типов транзисторов показаны на рисунке 1.23, а, б.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рисунок 1.23 – Структура и УГО биполярных транзисторов
Биполярный транзистор считается самым востребованным активным полупроводниковым прибором. Для ключевого материала для производства биполярных транзисторов сейчас применяется кремний.

При этом преимущественно изготавливают транзисторы п-р-п-типа, в которых ключевыми носителями заряда являются электроны, имеющие подвижность в два-три раза больше, чем подвижность дырок.
Управление величиной протекающего в выходной цепи (в цепи коллектора или эмиттера) биполярного транзистора тока выполняется при помощи тока в цепи управляющего электрода – базы. Базой именуется усредненный слой в структуре транзистора.

Крайние слои называются эмиттер (испускать, извергать) и коллектор (собирать). Концентрация примесей (а, поэтому, и главных носителей зарядов) в эмиттере намного больше, чем в базе и больше, чем в коллекторе.

По этой причине эмиттерная область самая низкоомная.
Для иллюстрации физических процессов в транзисторе воспользуемся простой структурой транзистора п-р-п- типа, приведенной на рисунке 1.24. Для понимания рабочего принципа транзистора исключительно главное не забыть учесть, что р-п-переходы транзистора сильно взаимодействуют между собой.

Это значит, что ток одного перехода максимально влияет на ток иного, и наоборот.
В активном режиме (когда транзистор работает как усилительный компонент) к транзистору подсоединяют два источника питания поэтому, чтобы эмиттерный переход был смещен в прямом направлении, а коллекторныйв обратном (рисунок 1.24). Под действием электрического поля источника ЕБЭ через эмиттерный переход течет очень большой прямой ток IЭ, который обеспечивается, в основном, инжекцией электронов из эмиттера в базу Инжекция дырок из базы в эмиттер будет несущественной вследствие вышеуказанного различия в концентрациях атомов примесей.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рисунок 1.24 – Физические процессы в биполярном транзисторе
Поток электронов, обеспечивающий ток IЭ через переход эмиттер – база показан на рисунке 1.24 широкой стрелкой. Часть инжектированных в область базы электронов (1 … 5%) рекомбинируют с ключевыми для данной области носителями заряда – дырками, организуя во внешней цепи базы ток IБ.

Вследствие большой разности концентраций главных носителей зарядов в эмиттере и базе, нескомпенсированные инжектированные в базу электроны двигаются в глубь ее в направлении к коллектору.
Вблизи коллекторного р-п-перехода электроны попадают под действие ускоряющего электрического поля этого обратносмещенного перехода. А так как в базе они считаются неосновными носителями, то происходит втягивание (экстракция) электронов в область коллектора.

В коллекторе электроны становятся ключевыми носителями зарядов и очень легко доходят до коллекторного вывода, создавая ток во внешней цепи транзистора.
Подобным образом, ток через базовый вывод транзистора формируют две встречно направлены составляющие тока. Если бы в базе процессы рекомбинации отсутствовали, то эти токи были бы равны между собой, а результирующий ток базы был бы равён нулю.

Но так как процессы рекомбинации имеются в любом реальном транзисторе, то ток эмиттерного p-n-перехода чуть больше тока коллекторного p-n-перехода.
Для тока коллектора можно записать следующее равноправие

, (1.9)
где aст – статический показатель передачи тока эмиттера;
IКБО – обратный ток коллекторного перехода (тепловой ток) (у транзисторов небольшой мощности при нормальной температуре составляет 0, 015 . 1 мкА).
На самом деле статический показатель передачи тока эмиттера aст, взависимости от типа транзистора, может принимать значения в диапазоне 0,95 … 0,998.
Ток эмиттера в транзисторе численно считается самым большим и равён

, (1.10)

, (1.11)
где

– статический показатель передачи тока базы в схеме с общим эмиттером (в справочниках применяется обозначение h21Э, в большинстве случаев принимает значение bст = 20 … 1000 в зависимости от типа и мощности транзистора).
Из ранеесказанного следует, что транзистор собой представляет управляемый компонент, так как значение его коллекторного (выходного) тока зависит от значений токов эмиттера и базы.
Завершая рассмотрение рабочего принципа биполярного транзистора, нужно сказать, что сопротивление обратносмещенного коллекторного перехода (при подаче на него обратного напряжения) очень велико (сотни килоом). По этой причине в цепь коллектора можно включать нагрузочные резисторы с очень большими сопротивлениями, таким образом почти не меняя значения коллекторного тока.

Исходя из этого в цепи нагрузки будет выделяться существенная мощность.
Сопротивление прямосмещенного эмиттерного перехода, напротив, очень мало (десятки – сотни Ом). По этой причине при практически похожих значениях эмиттерного и коллекторного токов мощность, потребляемая в цепи эмиттера, оказывается намного меньше мощности, выделяемой в цепи нагрузки.

Это указывает на то, что транзистор считается полупроводниковым прибором, усиливающим мощность.
Производственная технология биполярных транзисторов может быть разной: сплавление, диффузия, эпитаксия. Это в значительной степени определяет характеристики прибора.

Стандартные структуры биполярных транзисторов, изготовленных разными методами, приведены на рисунке 1.25. В особенности, на рисунке 1.25, а показана структура сплавного, на рисунке 1.25, бэпитаксиальнодиффузионного, на рисунке 1.25, впланарного, на рисунке 1.25, гмезапланарного транзисторов.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рисунок 1.25 – Способы изготовления биполярных транзисторов

Рабочие режимы и схемы включения транзистора

На каждый р-п-переход транзистора может быть подано как прямое, так и обратное напряжение. В согласии с этим отличают 4-ре рабочего режима биполярного транзистора: режим отсечки, режим насыщения, активный режим и инверсный режим.
Активный режим обеспечивается подачей на эмиттерный переход прямого напряжения, а на коллекторный – обратного (ключевой рабочий режим транзистора). Такой режим отвечает самому большому значению коэффициента передачи тока эмиттера и обеспечивает небольшое искажение усиливаемого сигнала.
В инверсном режиме к коллекторному переходу приложено прямое напряжение, к эмиттерному – обратное (aст ® min; применяется не часто).
В режиме насыщения оба перехода находятся под прямым сдвигом. В данном варианте выходной ток не зависит от входного и определяется только параметрами нагрузки.
В режиме отсечки оба перехода смещены в обратных направлениях. Выходной ток близок до нуля.
Режимы насыщения и отсечки применяется одновременно в основных схемах (во время работы транзистора в главном режиме).
Во время использования транзистора в электронных устройствах необходимы два вывода для подачи входного сигнала и два вывода для подсоединения нагрузки (снятия выходного сигнала). Так как у транзистора всего три вывода, один из них должен быть общим для входного и выходного сигналов.
В зависимости от того, какой вывод транзистора считается общим при подключении источника сигнала и нагрузки, отличают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ) (рисунок 1.26, а); с общим эмиттером (ОЭ) (рисунок 1.26, б); с общим коллектором (ОК) (рисунок 1.26, в).
В данных схемах источники постоянного напряжения и резисторы предоставляют рабочие режимы транзисторов по постоянному току, другими словами нужные значения стрессов и начальных токов. Входные сигналы электрического тока делаются источниками ивх. Они меняют ток эмиттера (базы) транзистора, а, исходя из этого, и ток коллектора.

Приращения тока коллектора (рисунок 1.26, а, б) и тока эмиттера (рисунок 1.26, в) сделают, исходя из этого, на резисторах RК и RЭ приращения стрессов, которые и являются выходными сигналами ивых.

Биполярные транзисторы принцип работы

а б в
Рисунок 1.26 – Схемы включения транзистора
При подсчете схемы включения транзистора нужно брать во внимание то, что сопротивление источника постоянного напряжения для электрического тока недалеко до нуля.

Вольт-амперные характеристики транзистора

Очень полно свойства биполярного транзистора описываются при помощи статических вольт-амперных параметров. При этом отличают входные и выходные ВАХ транзистора.

Так как все три тока (базовый, коллекторный и эмиттерный) в транзисторе тесно связаны, при анализе работы транзистора нужно пользоваться одновременно входными и выходными ВАХ.
Каждой схеме включения транзистора соответствуют собственные вольт-амперные характеристики, собой представляет практичную зависимость токов через транзистор от приложенных стрессов. Из-за нелинейного характера перечисленных зависимостей их представляют в большинстве случаев в графической форме.
Транзистор, как четырехполюсник, отличается входными и выходными статическими ВАХ, показывающими исходя из этого зависимость входного тока от входного напряжения (при регулярном значении анодного напряжения транзистора) и выходного тока от анодного напряжения (при регулярном входном токе транзистора).
На рисунке 1.27 показаны статические ВАХ р-п-р-транзистора, включенного по схеме с ОЭ (очень часто используемой на самом деле).

Биполярные транзисторы принцип работы

а б
Рисунок 1.27 – Статические ВАХ биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ
Входная ВАХ (рисунок 1.27, а) подобна прямой ветки ВАХ диода. Она собой представляет зависимость тока IБ от напряжения UБЭ при фиксированном значении напряжения UКЭ, другими словами зависимость вида

. (1.12)
Из рисунка 1.27, а видно: чем больше напряжение UКЭ, тем правее смещается ветвь входной ВАХ. Это можно объяснить тем, что при увеличении обратносмещающего напряжения UКЭ происходит увеличение высоты потенциального барьера коллекторного рп-перехода.

А так как в транзисторе коллекторный и эмиттерный рп-переходы сильно взаимодействуют, то это, со своей стороны, приводит к уменьшению базового тока при неизменном напряжении UБЭ.
Статические ВАХ, представленные на рисунке 1.27, а, сняты при нормальной температуре (20 °С). Как только температура увеличивается такие характеристики будут смещаться влево, а при уменьшении – вправо.

Связывают это с тем, что как только температура увеличивается увеличивается своя проводимость электричества полупроводников.
Для выходной цепи транзистора, включенного по схеме с ОЭ, выстраивается семейство выходных ВАХ (рисунок 1.27, б). Обусловлено это тем, что коллекторный ток транзистора будет зависеть не только (и не столько, как видно из рисунка) от напряжения, приложенного к коллекторному переходу, но и от тока базы. Подобным образом, выходной вольт-амперной характеристикой для схемы с ОЭ именуется зависимость тока IК от напряжения UКЭ при фиксированном токе IБ, другими словами зависимость вида

. (1.13)
Любая из выходных ВАХ биполярного транзистора отличается перед началом резким возрастанием выходного тока IК при возрастании анодного напряжения UКЭ, а потом, по мере последующего увеличения напряжения, маленьким изменением тока.
На выходной ВАХ транзистора можно отметить три области, подходящие разным режимам работы транзистора: область насыщения, область отсечки и область активной работы (усиления), подходящая активному состоянию транзистора, когда ?UБЭ ? > 0 и ?UКЭ?> 0.
Входные и выходные статические ВАХ транзисторов применяют при графо-аналитическом расчете каскадов, содержащих транзисторы.
Статические входные и выходные ВАХ биполярного транзистора рпр-типа для схемы включения с ОБ приведены на рисунке 1.28, а и 1.28, б исходя из этого.

Биполярные транзисторы принцип работы

а б
Рисунок 1.28 – Статические ВАХ биполярного транзистора для схемы включения с ОБ
Для схемы с ОБ входной статической ВАХ именуют зависимость тока IЭ от напряжения UЭБ при фиксированном значении напряжения UКБ, другими словами зависимость вида

. (1.14)
Выходной статической ВАХ для схемы с ОБ именуется зависимость тока IК от напряжения UКБ при фиксированном токе IЭ, другими словами зависимость вида

. (1.15)
На рисунке 1.28, б можно отметить две области, подходящие двум режимам работы транзистора: активный режим (UКБ 0 и коллекторный переход смещен в прямом направлении).

Математическая модель биполярного транзистора

К настоящему времени известно много электромоделей биполярных транзисторов. В системах автоматизации проектирования (САПР) радиоэлектронных средств довольно часто применяются: модели Эберса-Молла, обобщенная модель управления зарядом Гуммеля-Пуна, модель Линвилла, а еще местные П- и Т-образные модели линейных приращений Джиаколлето.

Рассмотрим, как пример, один из видов модели Эберса-Молла (рисунок 1.29), отражающей свойства транзисторной структуры в линейном рабочем режиме и в режиме отсечки.

Биполярные транзисторы принцип работы

Рисунок 1.29 – Схема замещения биполярного транзистора (модель Эберса-Молла)
На рисунке 1.29 применены определения: rэ, rб, rк – сопротивления, исходя из этого, эмиттерной, базовой и коллекторной областей транзистора и контактов к ним; Iб , Iкуправляемые напряжением ип на входном переходе источники тока, отражающие передачу тока через транзистор; Rэб – сопротивление утечки перехода база-эмиттер; Rкб сопротивление утечки перехода база-коллектор. Ток источника Iб связан с напряжением на переходе соотношением

, (1.15)
где IБО – ток насыщения перехода база-эмиттер (обратный ток);
yк = (0,3 … 1,2) В – контактная разница потенциалов (зависит от типа полупроводникового материала);
т – эмпирический показатель.

Параллельно переходу база-эмиттер включены барьерная емкость Сбэ и диффузионная емкость Сдэ перехода. Величина Сбэ определяется обратным напряжением на переходе ип и зависит от него Согласно закону

, (1.16)
g = 0,3 . 0,5 – показатель, зависящий от распределения примесей в области базы транзистора.
Диффузионная емкость считается функцией тока Iб, протекающего через переход, и определяется высказыванием

, (1.17)
где А – показатель, зависящий от параметров перехода и его температуры.

Коллекторно-базовый переход моделируется точно также, отличие состоит лишь в учете только барьерной емкости перехода

, (1.18)
поскольку при работе транзистора в линейном режиме и режиме отсечки коллекторного тока этот переход закрыт.

Выражение для тока управляемого источника коллекторного тока, моделирующего усилительные свойства транзистора, имеет вид

, (1.19)
где bст – статический показатель передачи тока базы транзистора в схеме с общим эмиттером.
Параметры модели Эберса-Молла могут быть получены либо расчетным путем на основе анализа физико-топологической модели транзистора, либо измерены экспериментально.

Наиболее легко определяются статические параметры модели на регулярном токе.

Биполярные транзисторы принцип работы


Массовая электрическая модель дискретного биполярного транзистора, учитывающая индуктивности и емкости его выводов, представлена на рисунке 1.30.
Рисунок 1.30 – Массовая модель биполярного транзистора

Важные параметры биполярного транзистора

При подсчете переменных составляющих токов и стрессов (другими словами при анализе электро цепей на переменном токе) и при условиях, что транзистор работает в активном режиме, его часто представляют в виде линейного четырехполюсника (рисунок 1.31, а). Названия (физическая сущность) входных и выходных токов и стрессов такого четырехполюсника зависят от схемы включения транзистора.

а б
Рисунок 1.31 – Представление биполярного транзистора линейным четырехполюсником
Для схемы включения транзистора с общим эмиттером токи и напряжения четырехполюсника (рисунок 1.31, б) соответствуют следующим токам и напряжениям транзистора:
i1 – переменная составная часть тока базы;
u1 – переменная составная часть напряжения между базой и эмиттером;
i2 – переменная составная часть тока коллектора;
u2 – переменная составная часть напряжения между коллектором и эмиттером.
Транзистор комфортно описывать, применяя говоря иначе h-параметры. При этом система уравнений четырехполюсника в матричном виде примет вид

. (1.20)
Коэффициенты hij (другими словами h-параметры) формируют эксперементальным путем, применяя по очереди режимы короткого замыкания и хода в холостую при входе и выходе четырехполюсника.
Сущность h-параметров для схемы включения транзистора с ОЭ следующая:

– входное сопротивление транзистора для переменного сигнала при коротком замыкании на выходе;

– выходная проводимость транзистора при холостом ходе при входе;

– показатель обратной связи по напряжению при холостом ходе при входе;

– показатель передачи тока транзистора при коротком замыкании на выходе.
Применяя схему замещения транзистора, можно отыскать зависимость h-параметров от показателей транзистора.
Вчастности, можно показать, что для схемы включения транзистора с ОЭ имеют место следующие соотношения:

, (1.21)

, (1.22)

, (1.23)

. (1.24)
В приведенных формулах применены следующие параметры транзисторов:
rб – омическое сопротивление тела базы. У настоящих транзисторов может достигать значений 100 … 200 Ом;
rэ – сопротивление рп-перехода, значение которого зависит от рабочего режима транзистора и меняется в активном режиме в границах долей – десятков Ом;
– b – дифференциальный показатель передачи тока базы, определяемый из выражения

; (1.25)

– сопротивление коллекторной области, определяемое из выражения

, (1.26)
где rк – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода (в большинстве случаев находится в границах доли – десятки МОм), определяемое из выражения

(1.27)
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Для студента очень важное не сдать экзамен, а своевременно припомнить о нем. 10506 –

| 7743 –

или читать все.

Как выбрать электролобзик
Вопросы о ремонте
0 0
Как заменить батарею в квартире
Вопросы о ремонте
0 0
Как лучше остеклить балкон
Вопросы о ремонте
0 0
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

19 − тринадцать =