Обозначения, устройство и работа БПТ

БПТ – это трёхэлектродный полупроводниковый прибор, выводы которого называются эмиттер (Э), коллектор (К) и база (Б).

Рис. 1. Обозначение биполярных транзисторов на схемах.

 

Рис 2. Биполярные транзисторы

 

Существует два варианта конструкции БПТ, отличающиеся порядком чередования областей различного типа проводимости

n-p-n и p-n-p транзисторы. Они практически, кроме полярностей используемого напряжения, ничем не отличаются. А наличие разных типов позволяет строить эффективные схемы, которые объединяют разнополярные транзисторы в т.н. комплементарные пары. Кстати, наличие разнополярных транзисторов легло в основу их названия. Направление стрелки показывает направление тока через эмиттерный переход, и служит для идентификации. Наличие окружности символизирует транзистор в индивидуальном корпусе, отсутствие — транзистор в составе микросхемы.

Биполярный транзистор, подобно сэндвичу, состоит из двух близко расположенных ("спина к спине") переходов, образующих две отдельные области (рисунок 3). Поэтому возможны два типа транзисторов: p-n-p и n-p-n. В транзисторе входная внешняя область называется эмиттером, средняя область - базой, а выходная внешняя область – коллектором.

 

 

Рис. 3. Устройство транзистора типа p-n-p.

 

В основе принципа действия биполярного транзистора лежит т.н. транзисторный эффект. Он возникает благодаря специальной конструкции (соотношению размеров и толщин областей) транзистора и распределению концентраций основных, как правило, примесных. носителей зарядов (дырок в р – областях и электронов в n –области.

Рисунок.4 иллюстрирует действие транзисторного эффекта.

 

 

Рис. 4. К пояснению действия транзисторного эффекта.

 

Схема, при которой общим для входной и выходной цепи является база. Такая схема называется схемой с общей базой (ОБ).

Представленное на схеме распределение токов является следствием т.н. транзисторного эффекта. Его суть заключается в том, что благодаря специально сделанной малой толщине базы электроны, инжектируемые (эмиттируемые) областью эмиттера в базу через открытый рn переход эмиттер – база из-за малой толщины базы и вызванной этим близостью запертого коллекторного перехода не успевают встретиться и провзаимодействовать (этот процесс «аннигиляции» пары электрон – дырка называется рекомбинацией) в базе и втягиваются в коллекторный переход, т.к. он для электронов является не запертым, а открытым (уф, эта сложная фраза обязательно должна быть понята, т.к. без этого суть транзистора понята быть не может!) Как мы видим, ток базы намного меньше тока коллектора. Этому способствует и специально созданное в областях распределение концентраций: в эмиттере и коллекторе концентрации электронов значительно выше концентрации дырок в база. Ниже приведены основные соотношения, иллюстрирующее вышесказанное.

Другой крайне важной для понимания принципа работы транзистора является то обстоятельство, что ток коллектора – это ток запертого перехода, определяется не напряжением коллектор – база, а величиной тока эмиттера. Т. о. транзистор в выходной цепи является источником тока, величина тока через который, как нам уже известно, не зависит от напряжения на нём. Это обстоятельство определяет вид выходных характеристик транзистора, т. е. зависимость тока коллектора от напряжения коллектор – база. Это позволяет включать в выходную цепь высокоомную нагрузку (десятки кОм) и получать большое усиление по напряжению, т.к. входное сопротивление схемы определяется сопротивлением открытого эмиттерного перехода и очень мало (100 -200 Ом).

Схемы включения БПТ

На рисунке 5 транзистор включён таким образом, что входным является ток эмиттера, а бволд базы является общим для взолдного и выходного контуров.Поэтому такая схема включения называется схемой с общей базой (ОБ).

 

 

Рис. 5. Схема включения транзистора с ОБ

 

В этой схеме практически весь ток эмиттера передаётся в коллектор. Коэффициент передачи тока эмиттера в цепь коллектора (обозначается α (альфа) достигает α=0.99-0.999. А это значит ток базы равен 0.01 – 0.001 от тока эмиттера и коллектора.

И если сделать схему, в которой входным будет ток базы, а выходным – ток коллектора, то мы получим усиление тока, равное α/(1-α) = β (бэтта), причем, [β>>1]. Т.е. усиление по мощности схемы будет значительно выше, чем в схеме с ОБ.

 

 

Рис. 6. Схема включения транзистора с ОЭ

 

Схема на рисунке 6 называется схемой с общим эмиттером –(ОЭ) и является основой для построения усилительных схем на БПТ.

Приведём входную и выходную характеристики БПТ в качестве иллюстрации вышесказанного.

 

 

Рис.7. ВАХ маломощного БПТ МП114, включённого по схеме с ОБ.