Bipolárne tranzistory
Pojem «bipolárny tranzistor» súvisí so skutočnosťou, že v týchto tranzistoroch sa používajú dva typy nosičov náboja: elektróny a diery. Na výrobu tranzistorov sa používajú rovnaké polovodičové materiály ako na diódy.
Bipolárne tranzistory využívajú trojvrstvovú polovodičovú štruktúru vyrobenú z polovodičov rozdielna elektrická vodivosť sú vytvorené dva p — n prechody so striedajúcimi sa typmi elektrickej vodivosti (p — n — p alebo n — p — n).
Bipolárne tranzistory môžu byť štrukturálne rozbalené (obr. 1, a) (pre použitie napríklad ako súčasť integrovaných obvodov) a uzavreté v typickom prípade (obr. 1, b). Tri kolíky bipolárneho tranzistora sa nazývajú základňa, kolektor a emitor.
Ryža. 1. Bipolárny tranzistor: a) p-n-p-štruktúry bez obalu, b) n-p-n-štruktúry v obale
V závislosti od všeobecného záveru môžete získať tri schémy pripojenia pre bipolárny tranzistor: so spoločnou základňou (OB), spoločným kolektorom (OK) a spoločným emitorom (OE). Uvažujme činnosť tranzistora v obvode so spoločnou bázou (obr. 2).
Ryža. 2. Schéma bipolárneho tranzistora
Emitor vstrekuje (dodáva) do základne nosiče báz, v našom príklade polovodičového zariadenia typu n to budú elektróny. Zdroje sú zvolené tak, že E2 >> E1. Rezistor Re obmedzuje prúd otvoreného p — n prechodu.
Pri E1 = 0 je prúd cez kolektorový uzol malý (v dôsledku menšinových nosičov), nazýva sa počiatočný kolektorový prúd Ik0. Ak E1> 0, elektróny prekonajú p — n prechod žiariča (E1 sa zapne v doprednom smere) a vstúpia do oblasti jadra.
Základňa je vyrobená s vysokou odolnosťou (nízka koncentrácia nečistôt), takže koncentrácia otvorov v základni je nízka. Preto sa niekoľko elektrónov vstupujúcich do bázy rekombinuje s jej otvormi a vytvára základný prúd Ib. Zároveň pôsobí v kolektorovom p — n prechode na strane E2 oveľa silnejšie pole ako v emitorovom prechode, ktorý priťahuje elektróny ku kolektoru. Preto väčšina elektrónov dosiahne kolektor.
Prúdy emitora a kolektora súvisia s koeficientom prenosu prúdu emitora
pri Ukb = konšt.
Je vždy ∆Ik < ∆Ie a a = 0,9 — 0,999 pre moderné tranzistory.
V uvažovanej schéme Ik = Ik0 + aIe »Ie. Preto má obvod bipolárny tranzistor so spoločnou bázou nízky prúdový pomer. Preto sa používa zriedka, hlavne vo vysokofrekvenčných zariadeniach, kde je z hľadiska napäťového zosilnenia uprednostňovaný pred ostatnými.
Základným spínacím obvodom bipolárneho tranzistora je obvod so spoločným emitorom (obr. 3).
Ryža. 3. Zapnutie bipolárneho tranzistora podľa schémy so spoločným emitorom
Pre ňu Prvý Kirchhoffov zákon môžeme písať Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.
Vzhľadom na to, že 1 — a = 0,001 — 0,1, máme Ib << Ie » Ik.
Nájdite pomer kolektorového prúdu k základnému prúdu:
Tento vzťah sa nazýva základný koeficient prenosu prúdu... Pri a = 0,99 dostaneme b = 100. Ak je v základnom obvode zahrnutý zdroj signálu, potom ten istý signál, ale zosilnený prúdom b-krát, potečie v kolektorový obvod, ktorý vytvára napätie na rezistore Rk oveľa väčšie ako napätie zdroja signálu...
Na vyhodnotenie činnosti bipolárneho tranzistora v širokom rozsahu impulzných a jednosmerných prúdov, výkonov a napätí a na výpočet predpätia, stabilizácie režimu, rodiny vstupných a výstupných voltampérových charakteristík (VAC).
Skupina vstupných I — V charakteristík určuje závislosť vstupného prúdu (báza alebo emitor) od vstupného napätia Ube pri Uk = const, obr. 4, a) Vstupné I — V charakteristiky tranzistora sú podobné I — V charakteristike diódy v priamom zapojení.
Skupina výstupných charakteristík I — V určuje závislosť kolektorového prúdu od napätia na ňom pri určitej báze alebo emitorovom prúde (v závislosti od obvodu so spoločným emitorom alebo spoločnou bázou), obr. 4, b.
Ryža. 4. Prúdovo-napäťové charakteristiky bipolárneho tranzistora: a — vstup, b — výstup
Okrem elektrického n-p prechodu je vo vysokorýchlostných obvodoch široko používaný Schottkyho prechod kov-polovodič-bariéra. Pri takýchto prechodoch nie je pridelený čas na akumuláciu a resorpciu nábojov v báze a činnosť tranzistora závisí iba od rýchlosti nabíjania bariérovej kapacity.
Ryža. 5. Bipolárne tranzistory
Parametre bipolárnych tranzistorov
Hlavné parametre sa používajú na vyhodnotenie maximálnych prípustných prevádzkových režimov tranzistorov:
1) maximálne prípustné napätie kolektor-emitor (pre rôzne tranzistory Uke max = 10 – 2000 V),
2) maximálny prípustný stratový výkon kolektora Pk max — podľa neho sa tranzistory delia na nízkovýkonové (do 0,3 W), stredne výkonné (0,3 — 1,5 W) a vysokovýkonné (viac ako 1,5 W), tranzistory so stredným a vysokým výkonom sú často vybavené špeciálnym chladičom - chladičom,
3) maximálny povolený kolektorový prúd Ik max – do 100 A a viac,
4) limitujúca aktuálna prenosová frekvencia fgr (frekvencia, pri ktorej sa h21 rovná jednotke), bipolárne tranzistory sú rozdelené podľa toho:
- pre nízku frekvenciu – do 3 MHz,
- stredná frekvencia — od 3 do 30 MHz,
- vysoká frekvencia - od 30 do 300 MHz,
- ultravysoká frekvencia — viac ako 300 MHz.
Doktor technických vied, profesor L.A. Potapov