8 . Биполярные транзисторы, их структура и свойства. Принцип работы и т.Д.
Биполярный транзистор – п/п прибор, состоящий из 3-х слоев с чередующейся проводимостью p-n-p или n-p-n. Материалом, из которого изготавливается – кремний, германий, и имеет 3 вывода
для подключения во внешнюю цепь. Ток в биполярном транзисторе вызван движением основных носителей зарядов 2-х типов: электронов и дырок. Отсюда и название – биполярный. Один из 3-х слоев наз-ся эмитерным. Его назначение – иммитирование (эмиссия) носителей зарядов в базу. Второй слой наз-ся коллекторным (коллектор) – собирает носители заряда через базовый слой. Технологически ширина коллекторного слоя больше чем эмитерного. Полярность внешних источников напряжения у базы эмиттера у kэ должна быть такой, чтобы эмитерный переход (переход к базе эмиттер) был под действием обратного. Это нормальный режим работы биполярного транзистора. Существует и инверсный режим, когда полярности этих напряжений меняются на обратную.
Существует 3 способа включения транзистора в схему устройства: Схема с общим эмиттером (ОЭ) Схема с общим коллектором (ОК) Схема с общей базой (ОБ) Различие заключается в том, какой из выводов транзистора является общим для входной и выходной цепи Наиболее часто используют схему ОЭ, т.к. она дает максимально возможное усиление по напряжению. Схема ОК дает максимальное входное сопротивление. Она обладает большим коэффициентом усиления по току и по мощности. Схема ОБ обладает большим коэфф усиления по мощности на высоких и сверхвысоких частотах, там где предыдущие схемы обеспечить такой коэффициент не могут.
Если UБЭ>0 и UКЭ>0, начинается усиленная диффузия дырок из эмиттера в базу, образуя IЭ.
Поскольку технологически база выполняется очень тонкой, то основная часть дырок достигает коллекторного перехода не попадая в центр рекомбинации, находящейся в базе. Дырки, не успевшие рекомбинировать, захватываются электрическим полем коллекторного перехода, образуя ток коллектора. Те дырки, кот рекомбинировали, образуют IБ. Т.о. IЭ= IК+IБ. При увеличении IЭ на IЭ , ток IК увеличивается на IК. IК=IЭ ;- коэфф передачи тока эмиттера. Его численное значение =0,9; …;0,99. IБ= IЭ(1-); IК(/1-)IБ;(/1-)= - коэфф передачи тока базы; >>1; - усиление по току. Т.о. схема ОЭ дает усиление по току значительно больше 1.
9 . Статические вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов в схеме оэ. Основные электрические параметры и частотные свойства.
Входные ВАХ при постоянстве Uкэ и выходные ВАХ при постоянстве Iб показаны на рис 1 и 2. Для рис 1: Iб=f(Uбэ);Uкэ=const; для рис 2: Iк=f(Uкэ);Iб=const; 1 – режим активный, т.е. транзистор изменяет своё состояние, 2 – режим насыщения, 3 – участок электрического пробоя.
С повышением частоты напряжений и токов транзистора коэфф передачи тока эмиттера (для схемы с ОБ) уменьшается по модулю и становится комплексной величиной по причине наличия емкостей эмиттерного и коллекторного перехода Сэ и Ск. О частотных св-вах транзистора судят по т.н. граничной частоте. Ее наз-ют f; fh21б; fтр. f- хар-ет частоту, при кот модуль коэфф передачи тока эмиттера уменьшатся в 2 раз.в схеме с ОЭ эта граничная частота меньше чем в схеме с ОБ примерно в h21э раз. В зав-ти от рабочей частоты различают низкочастотные, у кот частотная граница на уровне 1…3 МГц; среднечастотные 3…30 МГц; высокочастотные 30…300 МГц; сверхвысокочастотные 300 МГц. По мощности различают транзисторы маломощные, у кот рассеиваемая коллектором мощность превышает 0,3 Вт среднемощные 0,3…1,5 Вт и большой мощности > 1,5 Вт. Если транзистор средней или большой мощности эксплуатируется при токах, близких к предельным, то обязательно используют теплоотвод (радиатор) для отвода тепла во внешнюю среду. По технологии изготовления : сплавные, диффузионные, конверсионные, эпитаксиальные, планарные. Максимально допустимые параметры транзистора: Uкэ макс – мах допуст значение напряжения Uкэ, Iк макс – мах допуст ток коллектора, Рк макс – мах допуст мощность, рассеиваемая на коллекторе.