Биполярные транзисторы. Типы, схемы включения, режимы работы. Характеристики, параметры.

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности и предназначеный для усиления сигнала. Биполярные транзисторы являются полупроводниковыми приборами универсального назначения и широко применяются в различных усилителях, генераторах, в импульсных и ключевых устройствах. Биполярные транзисторы можно классифицировать по материалу: германиевые и кремниевые; по виду проводимости: типа р-n-р и n-p-n; по мощности: малая (Рмах < 0,3Вт), средняя (Рмах = 1,5Вт) и большая (Рмах > 1,5Вт); по частоте: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и СВЧ. В таких транзисторах ток определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок. Отсюда пошло их название: биополярные.

Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область – эмиттером, вторая – коллектором. Таким образом в транзисторе имеются два р-n- перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором. Эмиттером - это область транзистора для инжекции носителей заряда в базу. Коллектором - область, назначением которой является извлечение носителей заряда из базы. Базой называется область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда. Концентрация основных носителей заряда в эмиттере во много раз больше концентрации основных носителей заряда в базе, а в коллекторе несколько меньше концентрации в эмиттере. Поэтому проводимость эмиттера гораздо выше проводимости базы, а проводимость коллектора меньше проводимости эмиттера.

В зависимости от того, какой из выводов является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК). Входная, или управляющая, цепь служит для управления работой транзистора. В выходной, или управляемой, цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка.

Режимы работы биполярного транзистора

1. активный (усилительный) используется в усилителях и генераторах: КП смещен в обратном направлении; ЭП смещен в прямом направлении;

2. режим отсечки (транзистор заперт) используется в ключевых схемах (ключ разомкнут); КП, ЭП смещены в обратном направлении;

3. режим насыщения (транзистор открыт) используется в ключевых схемах (ключ замкнут); КП, ЭП смещены в прямом направлении;

4. инверсный режим (К и Э меняют местами) используется редко, т.к. все параметры падают: КП смещен в прямом направлении; ЭП смещен в обратном направлении.

В схемах с транзисторами, как правило, образуется две цепи: входная цепь – служит для управления транзисторами выходная цепь – служит для подключения нагрузки.

Схемы включения биполярного транзистора

На практике применяют три основных схемы включения транзисторов: - с общим эмиттером (ОЭ); - с общей базой (ОБ); - с общим коллектором.

Правило! Тип схемы включения определяется по выводу (электроду) транзистора, который является общим для входной и выходной цепей по переменному току

В схеме ОК коллектор соединен с общей точкой схемы, входом и выходом через источник Eк по переменной составляющей, для которой Cф является закороткой. Отсюда, требование к источнику Eк: для переменного тока его внутреннее сопротивление должно быть равно нулю!

Основные параметры биполярных транзисторов

Основные параметры биполярных транзисторов

Эксплуатационные параметры

1. Коэффициенты передачи эмиттерного α или базового β токов.

2. Обратный ток коллекторного перехода при заданном обратном напряжении на КП: I кбо = I к0 (доли мкА десятки мА) 3. rб – объемное сопротивление базы (сотни Ом);

4. rк – дифференциальное сопротивление обратно смещенного КП (сотни кОм единицы МОм) или h22 – выходная проводимость;

5. Uкн – напряжение насыщения коллектор-эмиттер (десятые доли В единицы В);

6. Cк – емкость обратно смещенного коллекторного перехода (единицы десятки пФ);

7. RT - тепловое сопротивление между КП и корпусом RT = ΔT/Pк max, где ΔT = Tп – Tк – перепад температур между переходом и корпусом транзистора;

8. fβ, fα – предельная частота передачи тока в схеме ОЭ и ОБ, соответственно.

Максимально допустимые параметры

9. I к мах – максимально допустимый ток коллектора (сотни мА десятки А);

10. Uкэ max – максимально допустимое напряжение К-Э;

11. Pк max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором (до десятков Вт);

12. Uбэ обр max – максимально допустимое обратное напряжение ЭП;

13. Iб max – максимально допустимый прямой ток базы.