Tranzistoare bipolare

Termenul „tranzistor bipolar” este legat de faptul că în aceste tranzistoare sunt utilizate două tipuri de purtători de sarcină: electroni și găuri. Pentru fabricarea tranzistoarelor se folosesc aceleași materiale semiconductoare ca și pentru diode.

Tranzistoarele bipolare folosesc o structură semiconductoare cu trei straturi, formată din semiconductori conductivitate electrică diferită sunt create două joncțiuni p — n cu tipuri alternative de conductivitate electrică (p — n — p sau n — p — n).

Tranzistoarele bipolare pot fi dezambalate structural (Fig. 1, a) (pentru a fi utilizate, de exemplu, ca parte a circuitelor integrate) și închise într-un caz tipic (Fig. 1, b). Cei trei pini ai unui tranzistor bipolar se numesc bază, colector și emițător.

Orez. 1. Tranzistor bipolar: a) p-n-p-structuri fără pachet, b) n-p-n-structuri într-un pachet

În funcție de concluzia generală, puteți obține trei scheme de conectare pentru un tranzistor bipolar: cu o bază comună (OB), un colector comun (OK) și un emițător comun (OE). Să luăm în considerare funcționarea unui tranzistor într-un circuit de bază comună (Fig. 2).

Orez. 2. Schema tranzistorului bipolar

Emițătorul injectează (livrează) în bază purtătorii de bază, în exemplul nostru de dispozitiv semiconductor de tip n, aceștia vor fi electroni. Sursele sunt alese astfel încât E2 >> E1. Rezistorul Re limitează curentul joncțiunii p — n deschise.

La E1 = 0, curentul prin nodul colector este mic (din cauza purtătorilor minoritari), se numește curent colector inițial Ik0. Dacă E1> 0, electronii depășesc joncțiunea p — n a emițătorului (E1 se aprinde în direcția înainte) și intră în regiunea centrală.

Baza este realizată cu rezistență ridicată (concentrație scăzută de impurități), astfel încât concentrația de găuri în bază este scăzută. Prin urmare, câțiva electroni care intră în bază se recombină cu găurile sale, formând curentul de bază Ib. În același timp, un câmp mult mai puternic acționează în joncțiunea p — n colector pe partea E2 decât în ​​joncțiunea emițător, care atrage electroni la colector. Prin urmare, majoritatea electronilor ajung la colector.

Curenții emițătorului și colectorului sunt corelați cu coeficientul de transfer al curentului emițătorului

la Ukb = const.

Este întotdeauna ∆Ik < ∆Ie și a = 0,9 — 0,999 pentru tranzistoarele moderne.

În schema considerată Ik = Ik0 + aIe »Ie. Prin urmare, tranzistorul bipolar de bază comună a circuitului are un raport de curent scăzut. Prin urmare, este rar folosit, în principal în dispozitivele de înaltă frecvență, unde din punct de vedere al câștigului de tensiune este de preferat altora.

Circuitul de comutare de bază al unui tranzistor bipolar este un circuit emițător comun (Fig. 3).

Orez. 3. Pornirea unui tranzistor bipolar conform schemei cu un emițător comun

Pentru ea pe Prima lege a lui Kirchhoff putem scrie Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Având în vedere că 1 — a = 0,001 — 0,1, avem Ib << Ie » Ik.

Aflați raportul dintre curentul colectorului și curentul de bază:

Această relație se numește coeficient de transfer al curentului de bază... La a = 0,99, obținem b = 100. Dacă o sursă de semnal este inclusă în circuitul de bază, atunci același semnal, dar amplificat de curentul de b ori, va curge în circuitul colector, formând o tensiune pe rezistorul Rk mult mai mare decât tensiunea sursei de semnal...

Pentru a evalua funcționarea unui tranzistor bipolar pe o gamă largă de curenți, puteri și tensiuni în impulsuri și DC și pentru a calcula circuitul de polarizare, modul de stabilizare, familiile de caracteristici volt-amperi de intrare și ieșire (VAC).

O familie de caracteristici de intrare I — V stabilește dependența curentului de intrare (bază sau emițător) de tensiunea de intrare Ube la Uk = const, fig. 4, a. Caracteristicile I — V de intrare ale tranzistorului sunt similare cu caracteristicile I — V ale unei diode în conexiune directă.

Familia de caracteristici de ieșire I — V stabilește dependența curentului colectorului de tensiunea pe el la o anumită bază sau curent de emițător (în funcție de circuitul cu emițător comun sau bază comună), fig. 4, b.

Orez. 4. Caracteristicile curent-tensiune ale tranzistorului bipolar: a — intrare, b — ieșire

Pe lângă joncțiunea electrică n-p, o joncțiune metal-semiconductor-barieră Schottky este utilizată pe scară largă în circuitele de mare viteză. În astfel de tranziții, nu este alocat timp pentru acumularea și resorbția sarcinilor în bază, iar funcționarea tranzistorului depinde numai de rata de reîncărcare a capacității barierei.

Orez. 5. Tranzistoare bipolare

Parametrii tranzistoarelor bipolare

Parametrii principali sunt utilizați pentru a evalua modurile de funcționare maxime admise ale tranzistoarelor:

1) tensiune maximă admisă colector-emițător (pentru diferite tranzistoare Uke max = 10 — 2000 V),

2) disiparea maximă admisă a puterii colectorului Pk max - potrivit lui, tranzistoarele sunt împărțite în putere mică (până la 0,3 W), putere medie (0,3 - 1,5 W) și putere mare (mai mult de 1, 5 W), tranzistoarele de putere medie și mare sunt adesea echipate cu un radiator special - un radiator,

3) curent maxim admisibil de colector Ik max — până la 100 A și mai mult,

4) limitând frecvența de transmisie a curentului fgr (frecvența la care h21 devine egală cu unitatea), tranzistoarele bipolare sunt împărțite în funcție de aceasta:

• pentru frecvență joasă - până la 3 MHz,

• frecvență medie - de la 3 la 30 MHz,

• frecvență înaltă - de la 30 la 300 MHz,

• frecvență ultra-înaltă - mai mult de 300 MHz.

Doctor în științe tehnice, profesor L.A. Potapov