Биполярные транзисторы. Устройство и принцип действия. Схемы включения транзистора .

Транзистор представляет собой устройство, содержащее два ЭДП, образованные слоями n - p - n или p - n - p. Наибольшее распространение получили сплавные транзисторы на основе германия или кремния, чаще – кремния. Принципиальных отличий между транзисторами противоположной проводимости нет. На практике необходимы оба вида. Потому они и производятся. Более того: комплементарные транзисторы (разная проводимость, но полное соответствие друг другу). Средняя область транзистора называется базой, две крайних области— эмиттер (эмитирует, выделяет заряды) и коллектор (собирает заряды).

Выпускается большое количество типов транзисторов, которые можно классифицировать по различным признакам: по типу электропроводности (pnp- npn); точечные и плоскостные; по рассеиваемой мощности –маломощные (p<0,3 Вт), средней мощности (0,3<p<3) Вт; мощные (p>3Вт). По максимальной рабочей частоте: низкочастотные (f<30МГц); высокочастотные (30<f<300МГц); сверхвысокочастотные (f>300МГц). По технологии изготовления (сплавные, диффузионные, эпитаксиальные, планарные, планарно-эпитаксиальные и т.д.).

 Существует три схемы включения транзистора (на рисунке показаны npn транзисторы). Показать обозначение напряжений (U_бэ)_.

 Схема с общей базой а) соответствует левому предыд. рисунку. На рис. показано состояние электродов при отсутствии внешнего смещения. При наличии внешнего смещения эмиттерный переход смещается в прямом, коллекторный –в обратном направлении. Потенциальный барьер эмиттерного перехода снижается, коллекторного повышается. На эмитттерном ЭДП электроны переходят в базу, дырки из базы—в эмиттер (так же, как в прямосмещенном диоде). Так как переход выполняется несимметричным, концентрация электронов в области эмиттера во много раз превышает концентрацию дырок в базе. Основной составляющей I _э являются электроны. В базе электроны движутся к коллектору за счет диффузии. Электрическое поле в области базы действует слабо поскольку в ней много дырок, ослабляющих действие поля. Электроны рекомбинируют с дырками, но часть их доходит до коллекторного перехода (база очень тонкая—не более 20 мкм). Т.к. коллекторный переход представляет собой обратносмещенный диод, то как в диоде, возникает обратный ток, который будет существовать даже при отключении эмиттерного напряжения. Эта составляющая неуправляема, но сильно зависит от температуры. Вторая составляющая коллекторного тока состоит из электронов, инжектированных из эмиттера и дошедших до коллектора. Они за счет поля коллекторного перехода попадают в эмиттер. Эту часть можно регулировать за счет внешнего источника за счет изменения эмиттерного тока.

В схеме с ОБ I_к≈I_э.Входное сопротивление мало, Применяется редко.

Схема с общим эмиттером б) наиболее распространена. Переход эмиттер-база включен с прямым смещением, а коллектор-база –с обратным. Однако есть возможность регулировать ток I_кэ изменением тока базы. Ток коллектора почти равен току эмиттера. Маленькие изменения тока базы могут привести к большим изменениям тока коллектора. Эта способность усиления тока характеризуется статическим коэффициентом усиления тока в схеме с ОЭ β.

β =

       В схеме с ОБ = 20…1000, но может достигать десятков тысяч для специальных транзисторов в ИС. В схеме с ОЭ сильно влияние температуры на свойства транзистора, особенно германиевого. Поэтому их область применения до 65…75⁰С. Для кремниевых—120…150⁰С.

В схеме с общим коллектором входным током является ток базы, а выходным –ток эмиттера. Часто используется в микросхемах.