Принцип работы транзистора

Особенности изготовления

Биполярные транзисторы

Транзистор-это трехслойный полупроводниковый прибор, имеющий три электрода (К - коллектор, Э- эмиттер, Б- база).

В транзисторах при отсутствии внешних воздействий потоки основных и не основных зарядов уравновешены, т.е. результирующий поток равен нулю. В зависимости от чередования слоев транзисторы могут быть:

К К

Б Б

Э

Э

П-Р-П Р-П-Р

Рис.. 1.14. Схеми биполярных транзисторов.

При этом необходимо отметить, что принцип работы обеих видов одинаков, особенности только в потоках основных зарядов.

- Толщина базы, т.е. расстояние между эмиттером и коллектором должна быть меньше длины свободного пробега электронов.

- Концентрация примесей в эмиттере должна быть больше, чем в базе.

Токи транзистора связаны законом Кирхгофа.

коэффициент передачи тока по эмиттеру.

Коллекторный ток является выходным в транзисторе, а ток базы входным, таким образом, важно получить связь между входом и выходом.

→

Это выражение не учитывает поток не основных носителей зарядов, этот поток существует и идет из коллектора в базу, формируя обратный или тепловой ток.

Если его учитывать, то получим:

I_k=αIэ +I_кбо

Однако в справочниках дается не коэффициент передачи тока базы, а статический коэффициент усиления h₂₁^*

Таким образом, при выборе транзистора можно пользоваться выражением

I_k=h₂₁^*I_b

При изучении транзисторов необходимо иметь в виду, что схемы использования транзисторов могут быть различны. Это определяется схемами соединения и таких схем может быть три. Различаются они тем, какой электрод транзистора является общим для входа и выхода. По этому признаку схемы могут быть:

-с общим эмиттером (ОЭ).

- с общей базой (ОБ).

-с общим коллектором (ОК).

Анализ показал, что любой транзистор может быть представлен двумя диодами.

При этом эквивалентная схема транзистора будет иметь вид (рис. 1.15), при чем эта схема будет соответствовать любому из видов транзисторов

ƒ(U_э)I I ₂ =ſ(U_k)

Рис..1.15. Эквивалентная схема транзистора.

На этой схеме ток (I₁) – ток эмиттера, однако ток коллектора будет меньше и на схеме он будет представлен . Если будем иметь инверсное включение транзистора, то прямому коллекторному току будет соответствовать ток .

Однако чтобы использовать транзисторы в схемах одного знания соотношения “вход-выход” недостаточно, необходимо знать вольтамперные характеристики транзистора (входные и выходные). Эти характеристики могут быть получены либо аналитически, либо графически. При этом графический способ предпочтителен.

Давайте остановимся на получении и анализе входных и выходных характеристик транзистора.

Выходная (коллекторная) характеристика. Это I_k=ƒ(U_kэ) при I_b=const, рис.1.16.

Рис.1.16. Выходная характеристика биполярного транзистора.

Необходимо обратить внимание на то, что характеристика имеет два участка:

-крутой,

-пологий.

Проведем анализ каждого из участков.

- пологий участок (U_kэ>U_кэн).

На этом участке транзистор представляет собой источник тока. Особенностью этого участка является то, что изменение I_k возможно только при изменении I_b,

Незначительное возрастание тока коллектора на этом участке вызвано тем, что увеличение (значительное) U_kэ приводит к уменьшению толщины базы.

-крутой участок.(U_kэ>U_кэн)

U_kb=U_kэ-U_bэ при снижении U_kэ происходит в определенный момент изменение знака U_kb (U_kэ>U_кэн) Таким образом происходит резкое снижение I_K т.е. транзистор теряет свои усилительные свойства и принимает переключающие свойства. Значение U_кэн =(0,1-1,0)

Входная характеристика. I_b=ƒ (U_bэ) при U _kэ= соnst

На графике рис. 1.17. показаны две характеристики. В характеристике (U_kэ=0) оба перехода (К-Б, Э-Б) работают в базу, там суммируются. Таким образом, характеристика транзистора представляет собой две характеристики диодов, включенных параллельно

В (U_кэ>>U _кэн) на коллекторном переходе произойдет смещение напряжения в обратном направлении, а на эмиттерном переходе вся по-прежнему. В этом случае характеристика транзистора будет представлять собой сумму двух, но сдвинутых на величину I_kbo

Рис.1.17. Входная характеристика биполярного транзистора.

Транзистор – это полупроводник. Таким образом, его свойства зависят от температуры. Поэтому необходимо рассмотреть влияние температуры на параметры транзистора.

Итак , анализ этого выражения показывает, что:

- увеличение температуры приводит к увеличению I_kbo,

- увеличение температуры - к заполнению центров рекомбинации в базе, а значит растет .

Другим важным показателем является влияние частоты.

β₀- значение коэффициента в области средних частот.

ƒ_β – частота, на которой модуль коэффициента | β | = β₀/√2

В справочниках дается значение, ƒ_гр при которой β=1. Если принять ƒ_гр/ƒ_β >>1 то получим ƒ_гр=β₀ƒ_β..

Это дает право судить об области рабочих частот.

Иногда при использовании биполярных транзисторов необходимо иметь значительные значения коэффициента усиления. Такое возможно при уменьшении толщины базы, что технически сложно. Для увеличения коэффициента усиления можно использовать комбинацию из двух или более транзисторов, соединенных вместе. Такая схема называется составным транзитором. Если составной транзистор составлен из двух однотипных транзисторв, то это схема Дарлингтона рис 1.18.

Рис.1.18. Схема Дарлінгтона.

ΔI_b=ΔI_b1, ΔI_k1=βΔI_b1, ΔI_э=(1+β)ΔI_b1, ΔI_k=ΔI_k1+ΔI_k2=β₁ΔI_b+ β₂[(1+ β₁) ΔI_b], разделим обе части на ΔI_b

Получим β =β₁+β₁β₂+β₂.

Мал. 1.19. Схема Шиклая

Схема (рис. 1.19.) составного транзистора, выполненная на транзистораз разного типа проводимости – схема Шиклая

Итак, мы рассмотрели один из вариантов транзисторов – биполярный транзистор. Однако находят применение и другой вид транзистора - это полевой транзистор.

Дата добавления: 2015-05-06