Bipolære transistorer

Udtrykket «bipolær transistor» er relateret til det faktum, at der bruges to typer ladningsbærere i disse transistorer: elektroner og huller. Til fremstilling af transistorer anvendes de samme halvledermaterialer som til dioder.

Bipolære transistorer bruger en tre-lags halvlederstruktur lavet af halvledere forskellig elektrisk ledningsevne to p — n-kryds skabes med vekslende typer elektrisk ledningsevne (p — n — p eller n — p — n).

Bipolære transistorer kan være strukturelt uemballerede (fig. 1, a) (til brug for eksempel som en del af integrerede kredsløb) og lukket i et typisk tilfælde (fig. 1, b). De tre ben på en bipolær transistor kaldes base, kollektor og emitter.

Ris. 1. Bipolær transistor: a) p-n-p-strukturer uden en pakke, b) n-p-n-strukturer i en pakke

Afhængigt af den generelle konklusion kan du få tre forbindelsesskemaer for en bipolær transistor: med en fælles base (OB), en fælles kollektor (OK) og en fælles emitter (OE). Lad os overveje driften af ​​en transistor i et common-base kredsløb (fig. 2).

Ris. 2. Skematisk af den bipolære transistor

Emitteren injicerer (leverer) basisbærerne ind i basen, i vores n-type halvlederenhedseksempel vil disse være elektroner. Kilderne er valgt således, at E2 >> E1. Modstand Re begrænser strømmen af ​​det åbne p - n kryds.

Ved E1 = 0 er strømmen gennem kollektornoden lille (på grund af minoritetsbærere), det kaldes den initiale kollektorstrøm Ik0. Hvis E1> 0, overvinder elektronerne emitterens p - n-kryds (E1 tænder i fremadgående retning) og går ind i kerneområdet.

Basen er lavet med høj modstand (lav koncentration af urenheder), så koncentrationen af ​​huller i basen er lav. Derfor rekombinerer de få elektroner, der kommer ind i basen, med dens huller og danner basisstrømmen Ib. Samtidig virker et meget stærkere felt i kollektoren p — n krydset på E2 siden end i emitter krydset, hvilket tiltrækker elektroner til kollektoren. Derfor når de fleste elektroner frem til opsamleren.

Emitter- og kollektorstrømme er relaterede emitterstrømoverførselskoefficient

ved Ukb = konst.

Er altid ∆Ik < ∆Ie, og a = 0,9 — 0,999 for moderne transistorer.

I den betragtede ordning Ik = Ik0 + aIe »Ie. Derfor har kredsløbet Common base bipolar transistor et lavt strømforhold. Derfor bruges den sjældent, primært i højfrekvente enheder, hvor den med hensyn til spændingsforstærkning er at foretrække frem for andre.

Det grundlæggende koblingskredsløb for en bipolær transistor er et fælles emitterkredsløb (fig. 3).

Ris. 3. Tænd for en bipolær transistor i henhold til skemaet med en fælles emitter

For hende på Kirchhoffs første lov vi kan skrive Ib = Ie — Ik = (1 — a) Dvs. — Ik0.

Givet at 1 — a = 0,001 — 0,1, har vi Ib << Dvs. » Ik.

Find forholdet mellem kollektorstrømmen og basisstrømmen:

Dette forhold kaldes basisstrømoverførselskoefficienten... Ved a = 0,99 får vi b = 100. Indgår en signalkilde i basiskredsløbet, så vil det samme signal, men forstærket af strømmen b gange, strømme ind kollektorkredsløbet, der danner spænding over modstanden Rk meget større end signalkildespændingen...

At evaluere driften af ​​en bipolær transistor over en bred vifte af pulserede og jævnstrømsstrømme, kræfter og spændinger, og at beregne bias-kredsløbet, stabiliseringstilstand, familier af input og output volt-ampere karakteristika (VAC).

En familie af input I - V karakteristika etablerer afhængigheden af ​​indgangsstrømmen (base eller emitter) af indgangsspændingen Ube ved Uk = const, fig. 4, a. Transistorens input I — V-karakteristika svarer til I — V-karakteristikaene for en diode i direkte forbindelse.

Familien af ​​output I - V-karakteristika etablerer kollektorstrømmens afhængighed af spændingen over den ved en bestemt base eller emitterstrøm (afhængigt af kredsløbet med en fælles emitter eller fælles base), fig. 4, b.

Ris. 4. Strømspændingskarakteristika for den bipolære transistor: a — input, b — output

Ud over det elektriske n-p-kryds, er en Schottky-metal-halvleder-barriere-forbindelse i vid udstrækning brugt i højhastighedskredsløb. I sådanne overgange er der ikke allokeret tid til akkumulering og resorption af ladninger i basen, og transistorens drift afhænger kun af genopladningshastigheden af ​​barrierekapaciteten.

Ris. 5. Bipolære transistorer

Parametre for bipolære transistorer

Hovedparametrene bruges til at evaluere de maksimalt tilladte driftstilstande for transistorerne:

1) maksimal tilladt kollektor-emitterspænding (for forskellige transistorer Uke max = 10 - 2000 V),

2) maksimal tilladelig kollektoreffektdissipation Pk max — ifølge ham er transistorer opdelt i laveffekt (op til 0,3 W), mellemeffekt (0,3 — 1,5 W) og højeffekt (mere end 1, 5 W), mellem- og højeffekttransistorer er ofte udstyret med en speciel heatsink - en heatsink,

3) maksimalt tilladt kollektorstrøm Ik max — op til 100 A og mere,

4) begrænsning af den aktuelle transmissionsfrekvens fgr (frekvensen, hvor h21 bliver lig med enhed), bipolære transistorer er opdelt i overensstemmelse hermed:

• for lav frekvens — op til 3 MHz,

• mellemfrekvens - fra 3 til 30 MHz,

• høj frekvens - fra 30 til 300 MHz,

• ultrahøj frekvens — mere end 300 MHz.

Doktor i tekniske videnskaber, professor L.A. Potapov