Биполярный транзистор. Схемы включения и режимы работы. Недостатки физических параметров. Полевые транзисторы

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР.

Это полупроводниковый прибор с двумя  PN переходами взаимодействующими в области базы, тремя или более выводами.

БТ предназначены для усиления электрических колебаний или сигналов по мощности, напряжённости или току.

Область с большой концентрацией примеси это эмиттер.

Область с малой концентрацией, куда инжектируются носители зарядов это база.

Область с концентрацией примеси немного меньше, чем в эмиттере, но больше по площади называется коллектором.

В транзисторе различают два перехода. Переход между Э и Б – эмиттерный  переход, всегда включён в прямом направлении.

Переход между К и Б – коллекторный переход, всегда включён в обратном направлении.

Физические процессы, происходящие в транзисторе.

Iэ = Iк + Iб – уравнение или баланс токов в транзисторе.

Iэ = Iэр + Iэn ≈∆ Iэр,   т.к. Iэр » Iэn

Iб = Iэn + Iэрек. +  Iкбо

Iэn – ток эмиттера, обусловлен движением.

Iэрек. - рекомбинация дырок в базе.

Iкбо – ток дрейфа, обусловлен носителями заряда в коллекторном переходе.

Т. к. ЭП находится под прямым напряжением Еn,то потенциальный барьер понижается и происходит интенсивная инжекция, образуя ток Iэр, а электроны из базы переходят в эмиттер, образуя ток Iэn,таким образом

Iэn = Iэр + Iэn

Составляющая Iэn,замыкается через базовый выход, она не учавствует в образовании тока К, т. е. является бесполезной.            Чем меньше, эта составляющая, тем выше эффективность эмиттера, которая отслеживается коэффициентом инжекции эмиттера(ϒ):

ϒ =  Iэр / Iэ = Iэр / Iэрк + Iэn = 0,98 ÷ 0,99

Инжектируемые в Б дырки накапливаются вблизи КП, по мере инжекции дырок в Б концентрация дырок растёт. Дырки в Б являются неосновными носителями зарядов. Б тонкая, порядка 10-20 микрон, концентрация электронов в Б низкая, почти все инжектированные дырки достигают КП. КП находится под Uобр. и дырки свободно под действием ускоряющего поля КП из Б переходят в К, образуя управляющий ток К.

Iк = α Iкр

Часть дырок при движении в Б успевают рекомбинировать с электронами, образуя рекомбинированную составляющую тока Э.

Iэрек, которая замыкается через базовый выход, т. о. через Б вывод протекает три тока

Iб = Iэn +  Iэрек – Iкбо

Желательно, чтобы Iб был намного меньше, т. к. Iк » Iб, то можно считать, что Iэ ≈ Iк. Т.о. БТ – это, управляемый током п/п прибор.

∆Iк / ∆Iэ = α  – статистический коэффициент                                                                                                      передачи данных.Основное назначение усиливать эликтрические сигналы.                               

Схемы включения

В зависимости от того какой электрод транзистора является общим для входного и выходного сигналов, различают три схемы включения тр-ра: с ОБ,ОЭ,ОК.

1)  Iвх = Iэ

Uвх = Uэб

Iвых = Iк

Uвых = Uкб

2)  Iвх = Iб

Uвх = Uбэ

Iвых = Iк

Uвых = Uкэ

3)  Iвх = Iб

Iвых = Iэ

Uвх = Uбк

Uвых = Uэк

Режимы работы.

Существуют три основных режима работы БТ:

- активный;

- отсечки;

- насыщения.

В активном режиме один из переходов БТ смещен в прямом направлении, приложенным к нему внешним напряжением,а другой в обратном направлении.

В режиме отсечки оба перехода транзистора смещены в обратном направлении с помощью внешних напряжений.

В режиме насыщения оба р - n перехода транзистора с помощью приложенных внешних напряжений смещены в прямом направлении. При этом падение напряжения на транзисторе (Uкэ) минимально и оценивается десятками милливольт.

Для того, чтобы транзистор из активного режима перешел в режим насыщения, необходимо увеличить ток эмиттера (при нормальном включении) так, чтобы начало выполняться условие Iк мах ‹ αк Iэ.

А, также существует два режима работы транзисторов: статический и динамический.

Статический режим работы- это такой режим, при котором на электроды транзистора подаётся только постоянное напряжение.

Все ранее рассмотренные схемы работали в статическом режиме.

Динамический режим работы – это такой режим при котором кроме постоянного напряжений на электроде во входную цепь включён источник сигнала Uс, а в выходную цепь Rн , на котором выделяется усиленный сигнал.

Входная характеристика- это зависимость Iэ от Uэб.

Iэ = f ( Uэб ),при Uкб = const

Выходная характеристика- это зависимость Iк от Uкб.

Iк = f ( Uкб ),при Iэ = const.

Эмиттерный переход находится в прямом включении, поэтому эмиттерная характеристика в схеме с ОБ Uкб = 0 представляет собой ВАХ диода при  прямом включении.

Свойства схемы с общей базой:

1.Схема с ОБ имеет min Rвх ( 1 - 10 кОм )

2.max Rвых (0.5 – 1 Мом )

3.Не усиливает электрический сигнал по току, а усиливает только по мощности и напряжению.

К – коэф .усиленя, показывает во сколько раз U, I, P на вых. больше, чем на входе.

Кu =  Uвых / Uвх

Кi = Iвых / Iвх

Кp = Рвых / Рвх

4.Схема обладает хорошими частотными свойствами работает на высоких частотах.

5.Не изменяет фазу усиленного сигнала.

6.Обладает хорошей температурной стабильностью.

Схема с ОЭ.

Первая входная характеристика снимается при Uкэ = 0,это означает, что два перехода и КП и ЭП находятся под прямым напряжением, т. е. идёт инжекция носителей заряда, не только