Исследование биполярного транзистора. Условные обозначения и типовые напряжения на электродах. Три схемы включения биполярного транзистора

Статическими их называют потому, что значение одной величины застабилизировано, а другие изменяются медленно.

Принцип действия биполярного транзистора любой структуры основан на создании транзисторного (проходящего) потока носителей заряда из эмиттера в коллектор через базу и управления этим потоком посредством тока базы.

Когда транзистор не подключен к внешним источникам электроэнергии, в его электронно-дырочных переходах (ЭДП) создаются потенциальные барьеры высотою U_ЭДП (рис, 4 , б). Через них протекают два небольших тока: ток обусловленный диффузией через ЭДП основных носителей (электронов из области n и дырок из области p), и встречный дрейфовый ток, создаваемый неосновными носителями заряда. Токи эти одинаковы, поэтому суммарный ток через каждый ЭДП равен нулю.

Рассмотрим n-p-n транзистор. Если на n-эмиттер подадим отрицательный, а на n-коллектор положительный потенциал от внешнего источника, то через транзистор будет проходить очень малый ток, поскольку его прохождению мешает закрытый КЭДП.

Рис. 4 Принцип работы транзистора а); смещение потенциалов в эдп б)

Для того, чтобы проходил достаточно большой ток, необходимо, кроме того, включить между базой и эмиттером дополнительный источник, смещающий ЭЭДП в прямом направлении (U_БЭ) – см. рис.     ,а. Таким образом, потенциал в ЭЭДП уменьшается, в в КЭДП – возрастает – см. рис.     ,б.

При подаче напряжения U_БЭ происходит как бы впрыскивание электронов из эмиттера в область базы (инжектирование электронов). Убыль электронов в  эмиттере компенсируется уходом из него во внешнюю цепь такого же количества дырок.

Электронное поле ЭЭДП сосредоточено в узкой области самого перехода. Поэтому бóльшая часть электронов, попав в базу, где нет поля, совершает в ней диффузионное перемещение и достигает КЭДП.

Здесь поток электронов попадает под действие электрического поля обратносмещённого КЭДП. Это вызывает быстрый дрейф электронов через КЭДП в область коллектора (экстракция или вытяжка). В коллекторе электроны становятся основными носителями зарядов. Они легко доходят до границы коллектора, где и рекомбинируют с дырками, поступающими из источника U_КБ, образуя во внешней цепи ток коллектора.

Имеющиеся в коллекторе и в базе неосновные носители заряда создают дополнительную составляющую коллекторного тока, совпадающую с ним по направлению. Эту составляющую называют обратным током коллектора I_КО. По своей природе ток I_КО аналогичен обратному току выпрямительного диода. Этот ток часто называют ещё тепловым током, т.к. он мало зависит от коллекторного напряжения, но сильно увеличивается при повышении температуры транзистора. Если разорвать цепь эмиттера, то I_К = I_КО.

Некоторая часть электронов, поступающих из эмиттера в базу и сталкиваясь с дырками базы, рекомбинирует. В цепи базы появляется небольшой  рекомбинированный ток I_Б, восполняющий исчезнувшие в базе дырки. Ширина базы очень мала, дырок в базе немного из-за низкой концентрации примесей, поэтому и рекомбинирует с дырками лишь 1…5% электронов, все остальные достигают коллектора, образуя коллекторный ток.

С током эмиттера ток коллектора связан соотношением

.

Дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера a, т.е. коэффициент переноса тока из эмиттерной цепи в коллекторную составляет

a = 0,95…0,995

Уравнение I_К = I_K0 +aI_Э показывает, что биполярный транзистор в отличие от обычного полупроводникового диода приобрел новое свойство: при малом изменении входного напряжения U_БЭ эффективно изменяется I_К в выходной цепи, т.е. появилось усилительное свойство.

Во многих устройствах на выходе биполярного транзистора действует пульсирующее напряжение, т.е. сигнал содержит как постоянную, так и переменную составляющую.

Коэффициент передачи aзависит от частоты сигнала. На высоких частотах сказывается скорость движения носителей заряда в кристалле. Фаза переменной составляющей коллекторного тока начинает отставать