Глава 2. Транзисторы. Усилители

2.1. Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор – это полупроводни­ковый прибор, структура которого состоит из трёх слоев с чередующейся электропроводимостью: p-n-p или n-p-n. Он имеет два электронно–дырочных перехода. Основными материа­лами для изготовления транзисторов, как и диодов, являются германий и кремний.

Т ри внешних вывода или электрода называются эмиттер, база, коллектор. Структура транзистора и его УГО показаны на рис.2.1.

Рис.2.1. Структура (а); УГО транзистора p-n-p(б) и n-p-n (в)

Назначение эмиттера – инжекция (нагнетание) носителей заряда в базу; Назначение коллектора – экстракция (вытяжка) носителей заряда из базы.

2.1.1. Принцип действия транзистора

При подключении внешнего источника напряжения U_Э в прямом направлении, потенциальный барьер запирающего слоя П1 уменьшится до 0 (т.к. Е₀ и U_ЭБ направлены встречно). От электрода из внешней цепи начинают перемещаться дырки в базу (из p – слоя в n – слоя), запирающий слой компенсируется. Протекает ток эмиттера I_Э.

И сточник внешнего напряжения U_КБ подключается отрицательным полюсом к коллектору, при этом переход П2 становится обратно смещенным. В области перехода возникает сильное электрическое поле (Е₀ и U_К действуют согласно). Это поле “втягивает” из базы в коллектор неосновные носители – дырки, которые инжектированы из эмиттера. Процесс называется экстракцией. Значит в коллекторной цепи будет протекать значительный ток коллектора I_K . В соответствии с 1 законом Кирхгофа можно записать:

I_Э = I_Б –I_К .

2.1.2. Характеристики

На рис.2.2 представлены семейства входных (а) и выходных (б) характеристик транзистора.

Рис.2.2. Статические входные (а) и выходные (б) характеристики транзистора с ОЭ

При увеличении напряжения на коллек­торе U_КЭ входные характеристики смещаются вправо и вниз от­носительно начала координат, т. е. ток I_Б уменьшается. Объясняется это сужением ширины базы, что сопровож­дается ослаблением рекомбинации носителей в единицу времени. Смещение же графиков вниз при малых напря­жениях (U_КБ <1 В) происходит потому, что оба пере­хода оказываются включенными встречно, и базовый ток становится разностным: I_Б = I_Э –I_К.

2.1.3. Параметры

Важнейшими параметрами, характеризующими ка­чество транзистора, являются дифференциальный коэф­фициент передачи тока из эмиттера в коллектор  и диф­ференциальный коэффициент передачи тока базы β. Коэффициентом передачи тока  называется отношение приращения тока коллектора ΔI_К к вызвавшему его при­ращению тока эмиттера ΔI_Э при постоянном напряжении в цепи коллектора:

α=I_K/I_Э при U_БК=const.

Современные транзисторы имеют α = 0,95…0,99. Дифференциальным коэффициентом передачи тока базы β называют отношение приращения тока коллекто­ра к вызвавшему его приращению тока базы:

=I_K/I_Б при U_ЭК=const.

2.1.4. Способы включения транзистора

Транзистор включа­ют в электрическую цепь так, чтобы один его электрод являлся входным, второй – выходным, а третий – об­щим для входа и выхода. В зависимости от этого разли­чают три способа включения транзистора: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). Эти способы показаны на рис. 2.3 на примере транзистора с п-р-п-структурой.

В схеме с ОБ (рис.2.3, а) входной сигнал поступает на эмиттер, а выходной сигнал снимается с коллектора (относитель­но базы).