Устройство, принцип действия и характеристики биполярных транзисторов

ТРАНЗИСТОР. УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ. РАБОЧАЯ СХЕМА. ХАРАКТЕРИСТИКИ. ПРИМЕНЕНИЕ

Маркировка диодов

Система обозначений полупроводниковых диодов установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919-81. В основу системы обозначений положен буквенно-цифровой код:

А₁ А₂ D X₁ X₂ X₃ A₃

A - буква

Х - цифра

D - цифра или буква

А₁ принимает значения {Г, К, А, И} - определяет материал, из которого сделан диод (германий, кремний, соединения на основе галия, индия).

А₂ принимает значения {Д, С, И}- определяет функциональные возможности диода:

Д - выпрямительные и импульсные диоды

С - стабилитроны

И - туннельные диоды

Когда А₂ = Д, то третий символ А₃ принимает следующие численные значения:

1- выпрямительный диод с постоянным или средним значением прямого тока не более 0,3 А;

2- выпрямительный диод с постоянным или средним значением

прямого тока более 0,3 А;

4 - импульсный диод с t_восст. > 50 мс;

5 - импульсный диод с t_восст. = 150 ¸ 500 мс;

6 -импульсный диод с t_восст. = 30 ¸ 150 мс;

7 - импульсный диод с t_восст. = 5 ¸ 30 мс;

8 - импульсный диод с t_восст. = 1 ¸ 5 мс;

9 - импульсный диод с t_восст. < 1 мс.

Если А₂=С, то третий символ принимает следующие численные значения:

1- стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным

напряжением стабилизации менее 10В;

2- стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным

напряжением стабилизации от 10 до 100 В;

3 - стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным

напряжением стабилизации более 100 В;

4 - стабилитроны мощностью от 0,3 Вт до 5 Вт с номинальным

напряжением стабилизации менее 10 В;

5 - стабилитроны мощностью от 0,3 Вт до 5 Вт с номинальным

напряжением стабилизации от 10 до 100 В;

6 - стабилитроны мощностью от 0,3 Вт до 5 Вт с номинальным

напряжением стабилизации более 100 В;

7 - стабилитроны мощностью от 5 до 10 Вт с номинальным

напряжением стабилизации менее 10 В;

8 - стабилитроны мощностью от 5 до 10 Вт с номинальным

напряжением стабилизации менее от 10 до 100 В;

9- стабилитроны мощностью от 5 Вт до 10 Вт с номинальным

напряжением стабилизации более 100 В.

Цифры X_1, X_2, X₃ - обозначает порядковый номер разработки технологического типа прибора. После них может стоять буква А₃ - классификация по параметрам приборов, изготовленных по единой технологии.

Пример обозначения:

2Д204В – кремниевый выпрямительный диод с постоянным и средним значение тока 0.3…10А, номер разработки 04, группа В.

Транзистор это трехэлектродный прибор, принцип действия которого основан на системе двух n-р - переходов, включенных навстречу друг другу.

Внешние выводы (электроды): эмиттер — эмитирует носители, коллектор (collect) — собирает эти носители, база — основание транзистора, в котором делаются две области эмиттера и коллектора. Транзисторы делятся на два типа: n-р-n- транзистор и р-n-р- транзистор:

Рисунок 5.10. Схемотехническое обозначение транзистора

Стрелка в обозначении транзисторов всегда ставится у эмиттера и показывает направление тока основных носителей через переход.

Транзистор можно включить по схеме с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). Схема включения транзистора будет называться с ОЭ, ОБ или ОК в зависимости от того, какой электрод транзистора (эмиттер, база или коллектор) будет общим (обычно заземленным) для входной и выходной цепей транзистора, относительно которого измеряется входное и выходное напряжение.

а)

б)

Рисунок 5.11. Различные схемы соединения транзистора:

а) схема включения биполярного транзистора с общей базой;

б) схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

В дальнейшем будем рассматривать только схему включения транзистора с ОЭ, как наиболее распространенную в усилительных и генераторных устройствах и n-p-n транзистор.

Для нормальной работы в усилительном режиме, независимо от типа проводимости транзистора и его схемы включения (ОБ, ОЭ, ОК), эмиттерный переход включают внешними источниками в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. Источник имеет напряжение на данной схеме порядка 5 В. В цепь коллектора включается сопротивление нагрузки . При изготовлении транзистора добиваются, чтобы электропроводность эмиттера была значительно больше, чем базы (соответственно и концентрация основных носителей в эмиттере выше, чем в базе).

Принцип работы транзистора: электроны из эмиттера через невысокий потенциальный барьер эмиттерного перехода (рис.5.12), смещенного в прямом направлении, поступают на базу, где они являются не основными носителями. Переход носителей заряда через эмиттерный переход на базу транзистора называется инжекцией не основных носителей. Возникающий вследствие инжекции градиент концентрации носителей в базе вызывает диффузию электронов в направлении коллекторного перехода. Кроме того, электроны, движущиеся в базе, частично рекомбинируют с дырками, являющимися основными носителями в базе. Оставшаяся часть электронов проходит на коллектор и определяет ток коллектора . Отсюда уравнение для токов в транзисторе:

(5.7)

Поскольку концентрация дырок в базе значительно меньше, чем на эмиттере и коллекторе, а толщина базы составляет сотые доли

миллиметра, 90-99 % носителей, инжектированных эмиттером, достигают коллектора. Входным током схемы с ОЭ является ток базы: . Ток базы содержит две составляющие: рекомбинационную - , где - коэффициент передачи тока с эмиттера на коллектор, и - обратный тепловой ток коллекторного перехода:

(5.8)

Рисунок 5.12. Рисунок, поясняющий принцип действия транзистора

Величина коэффициента составляет от 0,95 до 0,9999 у современных транзисторов. То есть на коллектор попадает от 95% до 99,99% тока эмиттера и ток коллектора определяется по формуле:

(5.9)

Если вместо тока эмиттера подставить формулу (3.1), то ток коллектора можно записать в виде:

, (5.10)

где - коэффициент передачи по току с базы на коллектор.

определяется через коэффициент , как и принимает численное значение от 10 до 300. Таким образом, ток коллектора значительно больше базового тока . Следовательно, вэтой схеме имеет место усиление по току. Так как сопротивление на входе этой схемы соединения определяется сопротивлением эмиттерного перехода, включенного в прямом направлении и составляющего величину (0,1 10) Ом, а выходное сопротивление - сопротивлением коллекторного перехода составляющим величину до 100 Ком, то в схеме с ОЭ имеется усиление и по напряжению.

Если на вход транзистора подать переменный сигнал, то в соответствии с изменением входного напряжения будет изменяться входной ток и ток не основных носителей на базе. По такому же закону будет изменяться и ток в цепи коллектора.

Характеристики биполярного транзистора зависят от схемы

его включения. Наиболее часто используют два семейства характеристик: входные и выходные.

Входные характеристики:

при Для схемы соединения транзистора с ОЭ при

Выходные характеристики:

при . Для схемы соединения с ОЭ при

Особенностью входных характеристик в схеме ОЭ является зависимость от величины приложенного коллекторного напряжения . Основной составляющей тока базы является ток рекомбинации. Рассмотрим, как влияет на условия рекомбинации напряжение . При на коллекторном переходе действует внутреннее поле контактной разности потенциалов, при этом запорный слой n-р - перехода распространяется на некоторую глубину в сторону базы. Рекомбинация происходит в активной области, не занятой запорным слоем. При увеличении запорный слой расширяется, активная область базы сужается и уменьшается число актов рекомбинации, следовательно, уменьшается и ток базы, что

Рисунок 5.13. Входные характеристики биполярного транзистора в схеме с ОЭ

показано на входной характеристике (рис 5.13). Этот процесс называется модуляцией (изменением) ширины базы.

Так как к коллекторному переходу приложено обратное напряжение, выходная характеристика соответствует обратной ветви вольтамперной характеристики n-р- перехода. C увеличением тока базы концентрация неосновных носителей заряда базы возрастает за счет инжекции их из эмиттера.При этом через коллекторный переход будет проходить больший ток . Выходные характеристики в схеме с ОЭ (рис. 5.14) имеют участок с крутым наклоном при малых напряжениях < 1В. Наличие крутого участка объясняется тем, что при малых значениях в начальной части семейства выходных характеристик коллекторный переход включен в прямом направлении, и через него течет прямой ток основных носителей с коллекторного перехода навстречу току инжектированных из эмиттера носителей.

Рисунок 5.14.Выходные характеристики биполярного транзис-тора для схемы с ОЭ

Для описания свойств транзисторов в рабочем режиме наряду с характеристиками широко применяются параметры — величины, дающие связь между малыми изменениями токов и напряжений. Ввиду того что транзисторы могут использоваться в различных схемах включения (ОБ, ОЭ, ОК), при введении параметров целесообразно рассматривать транзистор как четырехполюсник, на входе которого действуют напряжение и ток а на выходе напряжение и ток (рис.5.15). Если функциональная зависимость между токами и напряжениями транзистора задана в виде: и ,то получим наиболее распространенную в настоящее время систему - параметров.

Рисунок 5.15. Схема четырехполюсника.

Для определения -параметров необходимо обеспечение режимов холостого хода во входной цепи и режима короткого замыкания в выходной цепи, что нетрудно сделать как для плоскостных, так и для точечных транзисторов.

Определение параметров транзистора по характе-ристикам. Для определения параметров необходимо иметь два семейства характеристик. Графический способ определения параметров заключается в построении на каждом из семейств в рабочей области треугольника, вершины которого лежат на пересечении прямых, параллельных осям координат, с характеристиками. Полученный треугольник называется характеристическим, и его катеты дают нужные для вычисления параметров изменения тока и напряжения .

Из характеристического треугольника, построенного на семействе входных характеристик транзистора можно определить входное сопротивление транзистора и коэффициент обратной связи по напряжению (рис.5.16):

и ; (5.11)

Рисунок 5.16. Определение и по входным характеристикам транзистора

По выходному семейству (рис. 5.17) определяют коэффициент усиления по току и выходную проводимость :

и (5.12)

Рисунок 5.17.Определение и по выходным характеристикам транзистора

Дата добавления: 2015-05-06