Bipolare transistorer

Begrepet «bipolar transistor» er knyttet til at det brukes to typer ladningsbærere i disse transistorene: elektroner og hull. For fremstilling av transistorer brukes de samme halvledermaterialene som for dioder.

Bipolare transistorer bruker en tre-lags halvlederstruktur laget av halvledere forskjellig elektrisk ledningsevne to p — n-kryss skapes med vekslende typer elektrisk ledningsevne (p — n — p eller n — p — n).

Bipolare transistorer kan være strukturelt utpakket (fig. 1, a) (for bruk for eksempel som en del av integrerte kretser) og lukket i et typisk tilfelle (fig. 1, b). De tre pinnene til en bipolar transistor kalles base, kollektor og emitter.

Ris. 1. Bipolar transistor: a) p-n-p-strukturer uten en pakke, b) n-p-n-strukturer i en pakke

Avhengig av den generelle konklusjonen kan du få tre tilkoblingsskjemaer for en bipolar transistor: med en felles base (OB), en felles kollektor (OK) og en felles emitter (OE). La oss vurdere driften av en transistor i en fellesbasekrets (fig. 2).

Ris. 2. Skjematisk av den bipolare transistoren

Emitteren injiserer (leverer) inn i basen basebærerne, i vårt n-type halvledereksempel vil disse være elektroner. Kildene er valgt slik at E2 >> E1. Resistor Re begrenser strømmen til det åpne p-n-krysset.

Ved E1 = 0 er strømmen gjennom kollektornoden liten (på grunn av minoritetsbærere), den kalles den initiale kollektorstrømmen Ik0. Hvis E1> 0, overvinner elektronene p-n-krysset til emitteren (E1 slås på i foroverretningen) og går inn i kjerneområdet.

Basen er laget med høy motstand (lav konsentrasjon av urenheter), så konsentrasjonen av hull i basen er lav. Derfor rekombinerer de få elektronene som kommer inn i basen med hullene, og danner basisstrømmen Ib. Samtidig virker et mye sterkere felt i kollektor-p — n-krysset på E2-siden enn i emitter-krysset, som trekker elektroner til kollektoren. Derfor når de fleste elektronene kollektoren.

Emitter- og kollektorstrømmer er relaterte emitterstrømoverføringskoeffisient

ved Ukb = konst.

Er alltid ∆Ik < ∆Ie, og a = 0,9 — 0,999 for moderne transistorer.

I den betraktede ordningen Ik = Ik0 + aIe »Ie. Derfor har kretsen Common base bipolar transistor et lavt strømforhold. Derfor brukes den sjelden, hovedsakelig i høyfrekvente enheter, der den når det gjelder spenningsforsterkning er å foretrekke fremfor andre.

Den grunnleggende svitsjekretsen til en bipolar transistor er en felles emitterkrets (fig. 3).

Ris. 3. Slå på en bipolar transistor i henhold til skjemaet med en felles emitter

For henne på Kirchhoffs første lov vi kan skrive Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Gitt at 1 — a = 0,001 — 0,1, har vi Ib << Dvs. » Ik.

Finn forholdet mellom kollektorstrømmen og basisstrømmen:

Dette forholdet kalles basisstrømoverføringskoeffisienten... Ved a = 0,99 får vi b = 100. Dersom en signalkilde inngår i basiskretsen, vil det samme signalet, men forsterket av strømmen b ganger, strømme inn kollektorkretsen, danner spenning over motstanden Rk mye større enn signalkildespenningen ...

For å evaluere driften av en bipolar transistor over et bredt spekter av pulsede og likestrømmer, krafter og spenninger, og for å beregne forspenningskretsen, stabilisere modus, familier av inngangs- og utgangsvolt-ampere-karakteristikk (VAC).

En familie av inngangs I - V-karakteristikk etablerer avhengigheten av inngangsstrømmen (base eller emitter) på inngangsspenningen Ube ved Uk = const, fig. 4, a. Inngangs I — V-karakteristikkene til transistoren ligner I — V-karakteristikkene til en diode i direkte forbindelse.

Familien av utgang I — V-karakteristikk etablerer avhengigheten av kollektorstrømmen på spenningen over den ved en viss base eller emitterstrøm (avhengig av kretsen med en felles emitter eller felles base), fig. 4, b.

Ris. 4. Strømspenningskarakteristikk til den bipolare transistoren: a — inngang, b — utgang

I tillegg til det elektriske n-p-krysset, er et Schottky-metall-halvleder-barriere-kryss mye brukt i høyhastighetskretser. I slike overganger blir det ikke tildelt tid for akkumulering og resorpsjon av ladninger i basen, og driften av transistoren avhenger bare av ladehastigheten til barrierekapasitansen.

Ris. 5. Bipolare transistorer

Parametre for bipolare transistorer

Hovedparametrene brukes til å evaluere de maksimalt tillatte driftsmodusene til transistorene:

1) maksimal tillatt kollektor-emitterspenning (for forskjellige transistorer Uke max = 10 - 2000 V),

2) maksimalt tillatt kollektoreffekttap Pk max — ifølge ham er transistorer delt inn i laveffekt (opptil 0,3 W), middels effekt (0,3 — 1,5 W) og høyeffekt (mer enn 1, 5 W), middels og høy effekt transistorer er ofte utstyrt med en spesiell kjøleribbe - en kjøleribbe,

3) maksimal tillatt kollektorstrøm Ik max — opptil 100 A og mer,

4) begrense gjeldende overføringsfrekvens fgr (frekvensen der h21 blir lik enhet), bipolare transistorer er delt i henhold til det:

• for lav frekvens - opptil 3 MHz,

• middels frekvens - fra 3 til 30 MHz,

• høy frekvens - fra 30 til 300 MHz,

• ultrahøy frekvens — mer enn 300 MHz.

Doktor i tekniske vitenskaper, professor L.A. Potapov