Біпалярны транзістар

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці

Біпалярны транзістар — трохэлектродны паўправадніковы прыбор, разнавіднасць транзістара. Электроды далучаны да трох паслядоўна змешчаных слаёў паўправадніка з чаргаваным тыпам прымеснай праводнасці. Паводле гэтага спосаба чаргавання распазнаюць n-p-n і p-n-p транзістары (n (negative) — электронный тып прымеснай праводнасці, p (positive) — дзіркавы). Электрод, які далучаны да цэнтральнага слою, называюць базай, электроды, якія падключаны да вонкавых слаёў, называюць калектарам і эмітарам. На простай схеме адрозненні паміж калектарам і эмітэрам ня бачны. На самай справе калектар адрозніваецца ад эмітэра, галоўнае адрозненне калектара — большая плошча p — n-пераходу. Акрамя гэтага, для работы транзістара абавязкова неабходна малая таўшчына базы.

Прынцып деяння транзістара[правіць | правіць зыходнік]

У актыўным рэжыме работы транзістар уключаны так, што яго эмітарны пераход зрушаны ў прамым напрамку (адчынены), а калектарны пераход зрушаны ў адваротным напрамку. Разглядзім n-p-n транзістар [1]. У n-p-n транзістары электроны - асноўныя носьбіты току ў эмітары - праходзяць праз адкрыты пераход эмітар-база ў вобласць базы. Частка гэтых электронаў рэкамбінуюць з асноўнымі носьбітамі зараду ў базе (дзіркамі), частка дыфундуе назад у эмітар[2]. Аднак, з-за таго што базу робяць вельмі тонкай і вельмі слаба легіраванай, большая частка электронаў, інжэктаваная з эмітара, дыфундуе ў вобласць калектара. Магутнае электрычнае поле адваротна зрушанага калектарнага пераходу захоплівае электроны (нагадаем, што яны - неасноўныя носьбіты ў базе, таму для іх пераход адчынены), і прыносіць іх у калектар. Ток калектара, такім чынам, практычна роўны току эмітара, за выключэннем невялікай страты на рэкамбінацыю ў базе, якая і стварае ток базы (Iэ=Iб + Iк). Каэфіцыент α, які звязвае ток эмітара і ток калектара (Iк = α Iэ), называецца каэфіцыентам перадачы тока эмітара. Звычайна ён роўеы α=(0.9 - 0.999) (чым большы каэфіцыент, тем лепш транзістар). Гэты каэфіцыент мала залежыць ад напружання калектар-база і база-эмітар. Таму ў шырокім дыяпазоне рабочых напружанняў ток калектара прапарцыянальны току базы, каэфіцыент прапарцыйнасці роўны β = α / (1 − α) (звычайна β=(10 − 1000). Такім чынам, змяняючы малы ток базы, можна кіраваць значна большым токам калектара.

Характарыстыкі транзістара як чатырохполюсніка.[правіць | правіць зыходнік]

У большасці электрычным схем транзістар выкарыстоўваецца ў якасці чатырохполюсніка (прыстасавання, якое мае два ўваходных і два выходных вывады), з-за таго, што транзістар мае толькі тры вывады, для яго выкарыстоўванне ў якасці чатырохполюсніка патрэбна адзін з вывадаў транзістара зрабіць агульным для ўваходнага і выходнага ланцугоў. Адпаведна адрозніваюць тры схемы ўключэння транзістара: схемы з агульнай базай (АБ), агульным эмітарам (АЭ) і агульным калектарам (АК). Для разліку контураў з біпалярнымі транзістарамі ў наш час выкарыстоўвают h-параметры: транзістар уяўляюць як чатырохполюснік і запісваюць ураўненні чатырохполюсніка ў h-параметрах. Каэфіцыенты чатырохполюсніка (h-параметры) выражаюцца наступным чынам: h11=Uбэ/Iб пры Uкэ=const - уваходнае супраціўленне Rвх, Ом; h12=Uбэ/Uкэ пры Iб=const - безразмерны каэфіцыент зваротнай сувязі па напружанню; h21=Iк/Iб пры Uкэ=const - безразмерны каэфіцыент передачы току (β); h22=Iк/Uкэ пры Iб=const - выходная праводнасць (1/Rвых)

Схемы ўключэння з агульнай базай, агульным эмітарам і агульным калектарам[правіць | правіць зыходнік]

Схема ўключэння з агульнай базай[правіць | правіць зыходнік]

Схема з агульнай базай

Любая схема ўключэння транзістара характарызуецца двума асноўнымі паказчыкамі:

  • каэфіцыент узмацнення па току Iвых/Iув.

Для схемы з агульнай базай Iвых/Iув=Iк/Iэ=α [α<1])

  • уваходнае супраціўленне Rувб=Uув/Iув=Uбэ/Iэ.

Уваходнае супраціўленне для схемы э агульнай базай малое і складае дзясяткі Ом, таму што ўваходны контур транзістара пры гэтым уяўляе сабою адчынены эмітарны пераход транзістара.

Недахопы схемы з агульнай базай:

  • Схема не ўзмацняе ток, таму што α < 1
  • Малое ўваходнае супраціўленне
  • Дзве розныя крыніцы напружання для сілкавання.

Перавагі:

  • Добрыя тэмпературныя і частотныя ўласцівасці.
Схема ўключэння з агульным эмітарам Iвых = Iк

Iвх = Iб

Uвх = Uбэ

Uвых = Uкэ.

Схема ўключэння з агульным эмітарам[правіць | правіць зыходнік]

  • Каэфіцыент узмацнення па току:  Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
  • уваходнае супраціўленне: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб

Перавагі:

  • Вялікі каэфіцыент узмацнення па току
  • Вялікі каэфіцыент узмацнення напружання
  • Найбольшае ўзмацненне магутнасці.
  • Магчыма абыйсціся адной крыніцай сілкавання
  • Выходнае пераменнае напружанне інвертуецца адносна ўваходнага

Недахопы:

  • Меншая тэмпературная стабільнасць. Частотныя ўласцівасці такога ўключэння ў параўнанні з схемай уключэння з агульнай базай значна горшае, што абумоўлена эфектам Міллера
Схема ўключэння з агульным калектарам Iвых = Iэ

Iвх = Iб

Uвх = Uбк

Uвых = Uкэ.

Схема ўключэння з агульным калектарам[правіць | правіць зыходнік]

  • Каэфіцыент узмацнення па току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
  • уваходнае супраціўленне: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Перавагі:

  • Вялікае ўваходнае супраціўленне
  • Малае выходнае супраціўленне

Недахопы:

  • Каэфіцыент узмацнення па напружанню меньшы за 1

Рэжымы работы транзістараў[правіць | правіць зыходнік]

Актыўны рэжым (нармальны актыўны рэжым) - рэжым, якому адпавядае адчынены стан эмітарнага пераходу і зачынены стан калектарнага пераходу:UЭБ>0; UКБ<0 (для транзістара n-p-n тыпа), для транзістара p-n-p тыпа умовы имець від UЭБ<0; UКБ>0.

Інверсны рэжым (інверсны актыўны рэжым) - рэжым, якому адпавядае адчынены стан калектарнага пераходу і зачынены стан эмітарнага пераходу. У сувязі з тым, што ўзмацняльныя ўласцівасці транзістара ў інверсным рэжыме значна горшыя, чым у актыўным рэжыме, транзістар у інверсным рэжыме практычна не выкарыстоўваецца.

Режым насычання - рэжым, у якім абодва пераходы транзістара знаходзяцца ў адчыненым стане. У гэтым рэжыме і эмітар, і калектар інжэктуюць электроны ў базу, у выніку гэтага ў структуры працякаюць два сустрэчных скразных струменя электронаў (нармальны і інверсны). Ад суадносін гэтых струменяў залежыць напрамак токаў, якія цякуць у контурах эмітара і калектара. У выніку двайной інжэкцыі база транзістара вельмі моцна насычаецца залішнімі электронамі, з-за чаго ўзмацняецца іх рэкамбінацыя з дзіркамі, і рэкамбінацыйны ток базы апынаецца значна вышэй, чым у актыўным або інверсным рэжымах. Трэба таксама сказаць, што ў сувязі з насыченнем базы транзістара і яго пераходаў залішнімі носьбітамі зараду, іх супраціўленне становіцца вельмі малым. Таму контуры, якія ўтрымліваюць транзістар ў рэжыме насычэння, можна лічыць каротказамкнутымі. Калі браць да ўвагі тое, што ў рэжыме насычэння напружанне паміж электродамі транзістара складае ўсяго некалькі дзесятых далей вольта, то лічаць, што ў гэтым рэжыме транзістар уяўляе сабою эквіпатэнцыяльны пункт.

Рэжым адсечкі - рэжым, у якім абодва пераходы транзістара знаходзяцца ў зачыненым стане.

Рэжым адсечкі адпавядае ўмове UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0.[3]

Бар'ерны рэжым - рэжім у якім база транзістара злучаны з калектарам, а у калектарны або эмітарны ланцуг транзістара уключаецца рэзістар, які задае ток праз транзістар. У такшм злучынні транзістар ўяўляе сабой своеасаблівы дыёд, уключаны паслядоуна з рэзістарам. Такія схемы каскадаў адрозніваюцца малай колькасцю камплектуючых, вялікім дыяпазонам тэмператур, неадчувальнасцю да параметраў транзістараў.

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

  • Спиридонов Н.С. Основы теории транзисторов. — К.: Техника, 1969. — 300 с
  • Кулешов В.Н., Удалов Н.Н., Богачев В.М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.

Заўвагі[правіць | правіць зыходнік]

  1. усё ніжэй напісанае паўтараецца абсалютна аналагічна ў выпадку з p-n-p транзістарам, толькі словы «электроны» замяняецца на «дзіркі», і наадварот, а таксама с заменай усіх напружанняў на супрацьлеглыя па знаку
  2. Лаврентьев Б. Ф. Схемотехника электронных средств. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — С. 53—68. — 336 с. — ISBN 978-5-7695-5898-6.
  3. Физические основы электроники: метод. указания к лабораторным работам / сост. В. К. Усольцев. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. — 50 с.:ил.