1.2. Біполярні транзистори

٭ Біполярні транзистори — це напівпровідникові елементи, що мають три зони провідності (рис. 6), які утворюють два р-п-переходи. Ці зони називають: емітерна (виділяє носії заря­ду), база (має властивість керувати цими зарядами) і колек­торна (збирає носії заряду). Відповідно, кожна з зон має свій вивід, який маркується: К - колектор; Б - база; Е - емітер. Залежно від типу вільних носіїв заряду в цих зонах, транзисто­ри поділяються за типом на р-n-р чи n-р-n.

Рис. 6. Біполярний транзистор: р-n-р - тилу - структура (а), схемне зображення (б); п-р-n - типу - структура (в), схемне зображення (г)

Наявність p-n-переходів визначає два стани транзистора: відкри­тий і закритий. У відкритому транзисторі струм проходить від емітера до колектора. Для цього в транзисторі типу р-п-р (рис. 6, а) до кожно­го p-n-переходу потрібно прикласти напругу певної полярності, а саме: між емітером і базою - в прямому напрямку, тобто до емітера «+», а до бази «-»; між колектором і базою - в зворотному напрямку - до колектора «-», до бази «+». Для транзисторів п-р-п-типу полярність прикладених напруг протилежна (рис. 6, в).

За наявності прикладених напруг вільні заряди із зони емітера пе­реходять у зону бази, де частина з них рекомбінує. За рахунок того, що зона бази є невеликою (декілька мікронів), то більшість цих заря­дів потрапляють під дію напруги U_БК і переходять в зону колектора. Таким чином, утворюються струми емітера І_Е, бази І_Б та колектора І_К (рис. 7), які підпорядковані першому закону Кірхгофа І_Е = І_К+І_Б, а зв'язок між вихідним і вхідним струмами визначається коефіцієнтом пересилання за струмом

Рис. 7. Проходження струмів транзистора у відкритому стані

Таке увімкнення транзистора називають із спільною базою (рис. 8, а). Але враховуючи, що I_Б є незначним, практично приймають I_Е = I_К, то в такій схемі К_і 1, тому транзистор доцільно вмикати за схемою зі спільним емітером (рис. 8, б). Оскільки струм І_Б є вхідним струмом і незначним за величиною, то така схема забезпечує значне підсилення приросту струму в порівнянні зі схемою зі спільною базою

Рис.8. Схеми вмикання транзистора: із спільною базою (а); із спільним емітером (б)

Для транзисторів, увімкнених за схемою із спільним емітером, цей коефіцієнт позначають β. Але в паспортних даних подається величина одного із h-параметрів, який для схеми із спільним емітером дорів­нює коефіцієнту β

Для такої схеми ввімкнення цей коефіцієнт складає β≈50, а врахову­ючи, що К_U 100, отримуємо значний коефіцієнт підсилення за потуж­ністю К_P=К_UК_I. Завдяки цій підсилювальній властивості транзистори знайшли широке застосування в схемах підсилення електричних сигналів.

а) б)

Рис.9. Вхідні (а) та вихідні (б) характеристики р-п-р транзистора, увімкненого за схемою зі спільним емітером

Залежність між струмом і напругою входу чи виходу для певної схеми ввімкнення транзистора називають вхідною чи вихідною харак­теристиками транзистора відповідно. Зазвичай, це сімейство характе­ристик для фіксованих значень вихідної чи вхідної величини. На рис. 9 подано вхідні I_Б = ƒ(U_БЕ)|U_ЕК=const і вихідні I_K = ƒ(U_ЕК)|I_Б=const ха­рактеристики для транзистора типу р-п-р, увімкненого за схемою зі спільним емітером. Характеристики транзистора використовуються для вибору робочої точки в схемах підсилювачів сигналів.

До основних параметрів біполярних транзисторів відносять: U_ЕК - напругу між емітером і колектором, величина якої може при­звести до пробою колекторного p-n-переходу; I_K - величину стру­му колектора, яка визначає нагрівання емітерного p-n-переходу; Р_к - потужність розсіювання колекторного p-n-переходу, що впли­ває на його нагрівання.

Тому, під час вибору транзисторів, ці розрахункові величини по­рівнюють з допустимими значеннями, поданими в паспортних даних для кожного з типів транзисторів:

; ;

До параметрів транзисторів відносять також граничну частоту ƒ_гр, на якій передатний коефіцієнт за струмом h_21E дорівнює одиниці.

Сучасні біполярні транзистори, що випускаються промисловістю, поділяють за потужністю, основні параметри яких подано в табл. 2.

Таблиця 2