6.3. Полупроводниковые триоды (транзисторы)

Транзисторы служат для усиления мощности электрических сигналов. Они бывают биполярными и полевыми; имеют три вывода.

Биполярные – основаны на явлениях взаимодействия двух близко расположенных р-n переходов, физические процессы в них связаны с движением носителей зарядов обоих знаков.

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа p-n-p (рис. 53, а) и n-p-n (рис. 53, б). Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей обоих знаков (свободных дырок и электронов).

Средний слой биполярного транзистора называется базой – Б, один крайний слой – коллектором К, а другой крайний слой – эмиттером Э (на электрических схемах эмиттер обозначается со стрелочкой). Каждый слой имеет вывод, при помощи которого транзистор включается в цепь.

Полевые – основаны на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током в полевых транзисторах осуществляется изменением проводимости канала, через который протекает ток транзистора под воздействием электрического поля. По способу создания канала различают полевые транзисторы с p-n переходом и на основе конструкции металл-диэлектрик – полупроводник (МДП-транзисторы) с индуцированным каналом и со встроенным каналом.

Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом бывают или с каналом n-типа (рис. 53, в), или с каналом p-типа (рис. 53, г).

Биполярные транзисторы Полевые транзисторы

Электрод, от которого начинают движение носители заряда (в данном случае электроны), называется истоком И, а электрод, к которому они движутся, – стоком С. Оба p-слоя электрически связаны между собой и имеют общий внешний электрод, называемый затвором З.

Полевые транзисторы обладают высокой технологичностью, хорошей воспроизводимостью требуемых параметров и сравнительно небольшой стоимостью. Из электрических параметров полевые транзисторы отличает их высокое входное сопротивление.

Основное достоинство биполярных транзисторов – высокое быстродействие при достаточно больших токах коллектора. Наличие внешних теплоотводов позволяет работать биполярным транзисторам при мощности рассеяния до 50 Вт и токах до 10 А.

Основной недостаток – относительно небольшое сопротивление входной цепи биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (1–10 кОм).

Рассмотрим подробнее биполярные транзисторы. Различают четыре режима работы этих приборов:

– активный режим, в котором переход эмиттер – база включен в прямом направлении, а переход коллектор – база – в обратном;

– инверсный режим, в котором переход эмиттер – база включен в обратном направлении, а переход коллектор – база – в прямом;

– режим отсечки, в котором оба перехода включены в обратном направлении;

– режим насыщения, в котором оба перехода включены в прямом направлении.

В схемах усилителей основным является активный режим работы биполярных транзисторов.

Для усиления сигналов применяются три схемы включения биполярных транзисторов:

– с общей базой (ОБ) – рис. 54, а;

– с общим эмиттером (ОЭ) – рис. 54, б;

– с общим коллектором (ОК) – рис. 54, в.

Название схемы включения транзистора совпадает с названием вывода, общего для входной и выходной цепей. Наиболее часто используются схемы с общим эмиттером.

Вольтамперные характеристики (ВАХ) биполярных транзисторов

Рассмотрим ВАХ для схемы с общим эмиттером.

Входная ВАХ – это зависимость между током и напряжением во входной цепи при постоянном напряжении коллектора U_КЭ = const/

_.

Входная ВАХ практиче-ски не зависит от напряжения U_КЭ (рис. 55).

Выходная ВАХ – это зависимость тока коллектора от напряжения U_КЭ при постоянном входном сигнале (I_Б = const)

Выходные характеристи-ки приблизительно равноудалены друг от друга и почти пря-молинейны в широком диапазоне напряжения U_КЭ (рис. 56).

Характеристики биполярных транзисторов, а также диодов сильно зависят от температуры окружающей среды. Транзисторы являются полупроводниковыми усилительными приборами универсального назначения и широко применяются в различных типах усилителей, генераторов, в логических и измерительных устройствах.