Transistors bipolars

El terme «transistor bipolar» està relacionat amb el fet que en aquests transistors s'utilitzen dos tipus de portadors de càrrega: electrons i forats. Per a la fabricació de transistors s'utilitzen els mateixos materials semiconductors que per díodes.

Els transistors bipolars utilitzen una estructura semiconductora de tres capes feta de semiconductors conductivitat elèctrica diferent es creen dues unions p — n amb tipus alternatius de conductivitat elèctrica (p — n — p o n — p — n).

Els transistors bipolars es poden desempaquetar estructuralment (Fig. 1, a) (per utilitzar-los, per exemple, com a part de circuits integrats) i tancar-se en un cas típic (Fig. 1, b). Els tres pins d'un transistor bipolar s'anomenen base, col·lector i emissor.

Arròs. 1. Transistor bipolar: a) p-n-p-estructures sense paquet, b) n-p-n-estructures en un paquet

Depenent de la conclusió general, podeu obtenir tres esquemes de connexió per a un transistor bipolar: amb una base comuna (OB), un col·lector comú (OK) i un emissor comú (OE). Considerem el funcionament d'un transistor en un circuit de base comuna (Fig. 2).

Arròs. 2. Esquema del transistor bipolar

L'emissor injecta (entrega) a la base els portadors de base, en el nostre exemple de dispositiu semiconductor de tipus n, aquests seran electrons. Les fonts s'escullen de manera que E2 >> E1. La resistència Re limita el corrent de la unió p — n oberta.

A E1 = 0, el corrent a través del node col·lector és petit (a causa dels portadors minoritaris), s'anomena corrent de col·lector inicial Ik0. Si E1> 0, els electrons superen la unió p — n de l'emissor (E1 s'encén en la direcció cap endavant) i entren a la regió central.

La base està feta amb alta resistència (baixa concentració d'impureses), de manera que la concentració de forats a la base és baixa. Per tant, els pocs electrons que entren a la base es recombinen amb els seus forats, formant el corrent de base Ib. Al mateix temps, un camp molt més fort actua a la unió p — n del col·lector del costat E2 que a la unió emissor, que atrau electrons al col·lector. Per tant, la majoria dels electrons arriben al col·lector.

Els corrents emissors i col·lectors estan relacionats amb el coeficient de transferència del corrent emissor

a Ukb = const.

És sempre ∆Ik < ∆Ie, i a = 0,9 — 0,999 per als transistors moderns.

En l'esquema considerat Ik = Ik0 + aIe »Ie. Per tant, el transistor bipolar de base comuna del circuit té una relació de corrent baixa. Per tant, s'utilitza poc, principalment en dispositius d'alta freqüència, on pel que fa a guany de tensió és preferible a altres.

El circuit de commutació bàsic d'un transistor bipolar és un circuit emissor comú (Fig. 3).

Arròs. 3. Encendre un transistor bipolar segons l'esquema amb un emissor comú

Per a ella Primera llei de Kirchhoff podem escriure Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Tenint en compte que 1 — a = 0,001 — 0,1, tenim Ib << Ie » Ik.

Trobeu la relació entre el corrent del col·lector i el corrent base:

Aquesta relació s'anomena coeficient de transferència de corrent base... A a = 0,99, obtenim b = 100. Si s'inclou una font de senyal al circuit base, aleshores el mateix senyal, però amplificat per la intensitat b vegades, passarà. el circuit del col·lector, formant una tensió a través de la resistència Rk molt més gran que la tensió de la font del senyal...

Avaluar el funcionament d'un transistor bipolar en una àmplia gamma de corrents polsades i DC, potències i tensions, i calcular el circuit de polarització, el mode d'estabilització, les famílies de característiques volt-ampere (VAC) d'entrada i sortida.

Una família de característiques d'entrada I — V estableix la dependència del corrent d'entrada (base o emissor) de la tensió d'entrada Ube a Uk = const, fig. 4, a. Les característiques d'entrada I — V del transistor són similars a les característiques I — V d'un díode en connexió directa.

La família de característiques de sortida I — V estableix la dependència del corrent del col·lector de la tensió a través d'ell a una determinada base o corrent emissor (segons el circuit amb un emissor comú o base comuna), fig. 4, b.

Arròs. 4. Característiques corrent-tensió del transistor bipolar: a — entrada, b — sortida

A més de la unió elèctrica n-p, una unió Schottky metall-semiconductor-barrera s'utilitza àmpliament en circuits d'alta velocitat. En aquestes transicions, no s'assigna temps per a l'acumulació i reabsorció de càrregues a la base, i el funcionament del transistor depèn només de la velocitat de recàrrega de la capacitat de barrera.

Arròs. 5. Transistors bipolars

Paràmetres dels transistors bipolars

Els paràmetres principals s'utilitzen per avaluar els modes de funcionament màxims admissibles dels transistors:

1) tensió col·lector-emissor màxima admissible (per a diferents transistors Uke max = 10 — 2000 V),

2) dissipació de potència màxima admissible del col·lector Pk max - segons ell, els transistors es divideixen en de baixa potència (fins a 0,3 W), de potència mitjana (0,3 - 1,5 W) i d'alta potència (més d'1, 5 W), Els transistors de potència mitjana i alta solen estar equipats amb un dissipador de calor especial: un dissipador de calor,

3) corrent màxim admissible del col·lector Ik max — fins a 100 A i més,

4) limitant la freqüència de transmissió actual fgr (la freqüència a la qual h21 s'igual a la unitat), els transistors bipolars es divideixen segons aquesta:

• per a baixa freqüència: fins a 3 MHz,

• freqüència mitjana: de 3 a 30 MHz,

• alta freqüència: de 30 a 300 MHz,

• ultra-alta freqüència: més de 300 MHz.

Doctor en ciències tècniques, professor L.A. Potapov