Тема 2.3. БІПОЛЯРНІ ТРАНЗИСТОРИ

План

1.Класифікація і маркування транзисторів.

2.Будова та основні види біполярних транзисторів.

3.Принцип роботи біполярних транзисторів.

4.Схеми включення біполярних транзисторів.

5.Підсилювальні властивості транзисторів та їх еквівалентні схеми.

6.Статичні характеристики транзистора.

7.Динамічний режим роботи транзисторів.

8.Транзистор, як активний чотириполюсник. h – параметри транзистора

9.Температурні і частотні властивості транзисторів.

1. Класифікація і маркування транзисторів

Транзистором (від TRANSfer resISTORтакий, що перетворює опір) називається напівпровідниковий перетворювальний прилад, що має декілька p-n переходів, три або більше виводів і здатний підсилювати потужність електричного сигналу.

За принципом дії транзистори розділяються на біполярні (БТ) та польові (уніполярні) (ПТ).

Умовні графічні позначення (УГП) транзисторів та їх класифікацію за принципом дії приведено в таблиці 1.

Класифікація транзисторів здійснюється за наступними ознаками:

· за матеріалом напівпровідника: германієві або кремнієві та сполуки галію. У позначенні транзисторів це фіксується літерами ,КГ, А або відповідно цифрами

1,2,3.

Найчастіше в технічній літературі та довідниках транзистори класифікують за допустимою потужністю розсіювання та граничною частотою. У позначенні БТ транзисторів це відображають класифікаційним номером (одна цифра), який розташовують безпосередньо після літери Т (біполярний транзистор) або П (польовий транзистор). В таблиці 2 приведено класифікацію транзисторів за потужністю і граничною частотою.

Позначення транзисторів складається із чотирьох елементів: перший (цифра або букви) вказує на матеріал напівпровідника; другий (буква) – тип транзистора за принципом дії; третій (цифри) – тип транзистора за електричними параметрами; четвертий (буква) – різновидність даного типу.

Приклад:

I – матеріал напівпровідника: Г-германій, К-кремній

ІІ – тип транзистора за принципом дії. Т-біполярні, П – польові

ІІІ – три або чотири цифри – група транзисторів за електричними параметрами. Перша цифра показує частотні властивості та потужність відповідно до табл.2. IV– модифікація транзисторів в 3-й групі.

Наприклад, КТ201В є кремнієвим БТ широкого вжитку малої потужності, середньої частоти; номер розробки-01, різновид-В.

2. Будова та основні види біполярних транзисторів Біполярний транзистор (БТ) (або просто транзистор) – це напівпровідниковий

прилад, що має три зони провідності, які утворюють два p-n переходи. Термін «біполярний» означає, що носіями заряду є два різні типи: електрони і дірки. Основним елементом транзистора являється кристал германію і частіше кремнію, в якому створені три зони різних провідностей. Дві крайні зони завжди мають провідність однакового типу, протилежну провідності середньої зони.

Залежно від чергування зон різних типів біполярні транзистори поділяються на два типи p-n-p і n-p-n типу, як показано на рис. 1.

Рис. 1. Схематична будова та умовне позначення транзисторів n-p-n (а) та p-n-p (б) типів

Середню зону транзистора називають базою (Б), одна крайня зона називається емітером (Е), друга – колектором (К). В транзисторах є два p-n переходи: емітер ний (між емітером і базою) і колекторний (між базою і колектором). Емітерна зона має високу електричну провідність. ЇЇ призначення є інжекція носіїв заряду в базову зону. Колекторна зона визначається низькою електропровідністю. ЇЇ приз-

Якщо вимикач SA1 розімкнути, а вимикач SA2, SA3 замкнути, то в колекторному колі протікатиме незначний струм, викликаний впорядкованим рухом неосновних носіїв-електронів бази і дірок колектора. Коло струму: + E1, mA3, колектор, база, mA2,SA2, SA3, - E2.

При замиканні всіх трьох ключів SA1, SA2, SA3 потенціальний бар’єр ЕП зменшується, а КП – збільшується.

Струм, що проходить через ЕП, отримав назву емітерного струму (IE). Цей струм рівний сумі електронної і діркової складових:

IE=IEn+IEp (1)

В транзисторах, концентрація носіїв заряду в базі значно менша ніж в емітері. Це приводить до того, що число електронів, інжектованих з емітера в базу в багато разів перевищує число дірок, які рухаються в протилежному напрямку. Відповідно майже весь струм через емітерний p-n перехід обумовлений електронами. Ефективність емітера оцінюється коефіціентом інжекції , який для

( = 0,999).

Внаслідок процесу інжекції з емітора в базу поступає великий потік електронів, а тому біля емітерного переходу накопичується велика кількість електронів, біля колекторного переходу їх майже немає. Так формується великий градієнт концентрації неосновних носіїв у базовій ділянці. В базі створюється дифузійний потік електронів від ЕП , де їх надлишок, до КП і далі в колектор. Електричне поле об’ємного заряду колекторного переходу сприяє переміщенню (екстракції) електронів через цей перехід і вони потрапляють у прискорювальне поле зовнішнього джерела е.р.с. Е2, створюючи струм колектора. Коло колекторного струму: +E2, mA2, колектор, база,mA2, SA2, SA2, SA3, -E2.

Майже всі електрони, що інжектували в базу, досягають колектора. Це стає можливим тільки за умови досить малої товщини бази та невеликої концентрації дірок у ній. Лише незначна частина електронів рекомбінує в базі з дірками, що викликає струм у базі IБ. Цей струм є небажаним і навіть шкідливим.

Приймаючи до уваги степінь рекомбінації електронів з дірками в області бази,

можна приймати струм колектора IК приблизно рівним струму емітера:

≈

Ті електрони, які рекомбінують в області бази з дірками, приймають участь в створенні струму бази IБ, який протікає у колі: + E1, SA1, SA2, mA2, база, емітер, mA1, -E1. Значить струм бази дорівнює різниці струмів емітера і колектора:

IБ=IE - IК (4)