Біполярний транзистор

Біполярний транзистор – напівпровідниковий прилад з двома p-n-переходами, має три виводи (електроди). Структура біполярного транзистора може бути двох типів p-n- p та n-p-n. Принцип дії біполярного транзистора заснований на використанні носіїв заряду обох знаків (електронів та отворів), що пояснює його назву. Схематичне зображення структури біполярного транзистора та його умовне графічне позначення показані на рис. 41.

Рис. 41

В активному режимі роботи (рис. 42) напруга між емітером та базою u _еб являється прямою, а між колектором та базою u _кб – зворотною, тому емітерний перехід відкритий, а колекторний закритий. Під дією прямої напруги u _еб основні носії заряду (в даному випадку – електрони) з емітера переходять в базу, де вони стають неосновними носіями, для яких закритий колекторний перехід не являється перепоною. Тому вони вільно переходять в колектор, створюючи в зовнішньому колі колекторний струм I _к, напрям додатного струму протилежний руху електронів.

Рис. 42

Біполярний транзистор описується сімействами вхідних та вихідних ВАХ. Вхідні ВАХ представлені залежностями вхідного струму від вхідної напруги при постійній вихідній напрузі, вихідні ВАХ – це залежності вихідного струму від вихідної напруги при постійному вхідному струмі. Для схеми із загальною базою, коли вхідний та вихідний джерела наруги мають спільний контакт на базі, сімейства вхідних та вихідних ВАХ представлені відповідно наступними залежностями та показані на рис. 43

Рис. 43

Вхідна характеристика значною мірою визначається характеристикою емітерного переходу, а тому аналогічна характеристиці діода. Зсув характеристики вліво при збільшенні вихідної напруги u _кб пояснюється проявом ефекту Ерлі – ефекту модуляції товщини бази, суть якого наступна. При збільшенні напруги u _кб колекторний перехід (при зворотному зміщенні) розширяється за рахунок бази, товщина якої зменшується. Це призводить до зменшення опору бази, а відповідно при фіксованому значенні струму емітера i _е напруга u _еб зменшується.

Активному режиму роботи транзистора відповідають ділянки вихідних ВАХ, розташовані в першому квадранті, де спостерігається лише незначна залежність струму колектора I _к від колекторної напруги, викликана модуляцією ширини бази. При цьому значення колекторного струму I _к значно залежить від струму емітера I _е.

Змінюючи в невеликих межах напругу u _еб, можна значно змінювати струм емітера I _е, а відповідно і струм колектора I _к, тобто керувати великою потужністю у вихідному колі, витрачаючи порівняно невелику потужність у вхідному колі емітер-база. В цьому і проявляються підсилюючі властивості біполярного транзистора.

Схеми, у яких використовуються транзистори, аналізуються на постійному та змінному струмі окремо. При аналізі на постійному струмі біполярний транзистор представляється у вигляді нелінійної фізичної моделі Еберса-Мола, а при аналізі на змінному струмі, коли транзистор працює в активному режимі, – у вигляді малосигнальної еквівалентної схеми (рис. 44).

Рис. 44

В даній схемі r _е = φ _T / I _е ≈ 0,025/ I _е – диференційний опір відкритого емітерного переходу; r _б – сума опорів активної та пасивної області бази; C _к – бар’єрна ємність колекторного переходу; r _к – диференційний опір закритого колекторного переходу, що моделює вплив U _кб на струм I _к через ефект модуляції ширини бази. Залежне джерело струму моделює процес керування колекторним струмом I _к зі сторони струму емітера I _е. Залежність коефіцієнту передачі за струмом α від частоти p = j ω зумовлена тим, що переміщення носіїв заряду через базу проходить не миттєво:

де ω_α – частота, на якій α зменшується в раз.

Дата добавления: 2014-01-15