Bipolaariset transistorit

Termi "kaksinapainen transistori" liittyy siihen tosiasiaan, että näissä transistoreissa käytetään kahden tyyppisiä varauksenkuljettajia: elektroneja ja reikiä. Transistorien valmistukseen käytetään samoja puolijohdemateriaaleja kuin diodit.

Bipolaaritransistoreissa käytetään puolijohteista valmistettua kolmikerroksista puolijohderakennetta erilainen sähkönjohtavuus kaksi p - n -liitosta luodaan vaihtelevilla sähkönjohtavuustyypeillä (p - n - p tai n - p - n).

Bipolaaritransistorit voivat olla rakenteellisesti pakkaamattomia (kuva 1, a) (käytettäväksi esim. osana integroituja piirejä) ja tyypillisessä tapauksessa suljettuja (Kuva 1, b). Bipolaarisen transistorin kolmea nastaa kutsutaan kannaksi, kollektoriksi ja emitteriksi.

Riisi. 1. Bipolaaritransistori: a) p-n-p-rakenteet ilman pakettia, b) n-p-n-rakenteet paketissa

Yleisestä johtopäätöksestä riippuen voit saada kolme kytkentäkaaviota bipolaariselle transistorille: yhteisellä kannalla (OB), yhteisellä kollektorilla (OK) ja yhteisellä emitterillä (OE). Tarkastellaan transistorin toimintaa yhteiskantaisessa piirissä (kuva 2).

Riisi. 2. Bipolaaritransistorin kaavio

Emitteri ruiskuttaa (toimittaa) kantaan kantajat, n-tyypin puolijohdelaitteen esimerkissämme nämä ovat elektroneja. Lähteet valitaan siten, että E2 >> E1. Vastus Re rajoittaa avoimen p — n -liitoksen virtaa.

Kun E1 = 0, kollektorisolmun läpi kulkeva virta on pieni (vähemmistökantoaaltojen takia), sitä kutsutaan alkukollektorivirraksi Ik0. Jos E1> 0, elektronit ylittävät emitterin p — n-liitoksen (E1 syttyy eteenpäin) ja saapuvat ydinalueelle.

Pohja on valmistettu korkealla vastustuskyvyllä (pieni epäpuhtauksien pitoisuus), joten pohjassa olevien reikien pitoisuus on pieni. Siksi muutamat emäkseen tulevat elektronit yhdistyvät uudelleen sen reikien kanssa muodostaen kantavirran Ib. Samanaikaisesti E2-puolen kollektorin p — n-liitoksessa vaikuttaa paljon voimakkaampi kenttä kuin emitteriliitoksessa, mikä houkuttelee elektroneja kollektoriin. Siksi suurin osa elektroneista saavuttaa kollektorin.

Emitteri- ja kollektorivirrat ovat toisiinsa liittyviä emitterivirran siirtokerrointa

at Ukb = vakio.

On aina ∆Ik < ∆Ie, ja a = 0,9 - 0,999 nykyaikaisilla transistoreilla.

Tarkastetussa kaaviossa Ik = Ik0 + aIe »Ie. Siksi piirin yhteiskantaisella bipolaarisella transistorilla on alhainen virtasuhde. Siksi sitä käytetään harvoin, pääasiassa suurtaajuisissa laitteissa, joissa se on jännitteen vahvistuksen suhteen muita parempi.

Bipolaaritransistorin peruskytkentäpiiri on yhteinen emitteripiiri (kuva 3).

Riisi. 3. Bipolaaritransistorin kytkeminen päälle kaavion mukaisesti yhteisellä emitterillä

Hänelle päällä Kirchhoffin ensimmäinen laki voimme kirjoittaa Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Kun otetaan huomioon, että 1 — a = 0,001 — 0,1, meillä on Ib << Ie » Ik.

Etsi kollektorivirran suhde perusvirtaan:

Tätä suhdetta kutsutaan perusvirransiirtokertoimeksi... Kun a = 0,99, saamme b = 100. Jos signaalilähde sisältyy peruspiiriin, sama signaali, mutta vahvistettuna virralla b kertaa, virtaa sisään kollektoripiiri, joka muodostaa vastuksen Rk jännitteen, joka on paljon suurempi kuin signaalilähteen jännite...

Arvioida kaksinapaisen transistorin toimintaa useilla pulssi- ​​ja tasavirtavirroilla, tehoilla ja jännitteillä ja laskea bias-piiri, stabilointitila, tulo- ja lähtöjännite-ampeeriominaisuudet (VAC).

Tulon I — V ominaisuuksien perhe määrittää tulovirran (kanta- tai emitteri) riippuvuuden tulojännitteestä Ube, kun Uk = const, kuva 11. 4, a. Transistorin tulon I — V ominaisuudet ovat samanlaiset kuin suorassa kytkennässä olevan diodin I — V ominaisuudet.

Ulostulon I — V ominaisuuksien perhe määrittää kollektorivirran riippuvuuden sen ylittävästä jännitteestä tietyllä kanta- tai emitterivirralla (riippuen piiristä, jossa on yhteinen emitteri tai yhteinen kanta), kuva 11. 4, b.

Riisi. 4. Bipolaaritransistorin virta-jännite-ominaisuudet: a — tulo, b — lähtö

Sähköisen n-p-liitoksen lisäksi Schottky-metalli-puolijohde-sulkuliitos on laajalti käytössä suurnopeuspiireissä. Tällaisissa siirtymissä ei varata aikaa varausten kerääntymiseen ja resorptioon kantaan, ja transistorin toiminta riippuu vain estekapasitanssin latausnopeudesta.

Riisi. 5. Bipolaaritransistorit

Bipolaaritransistorien parametrit

Pääparametreja käytetään arvioimaan transistorien suurimmat sallitut toimintatilat:

1) suurin sallittu kollektori-emitterijännite (eri transistoreille Uke max = 10 - 2000 V),

2) suurin sallittu kollektorin tehohäviö Pk max — hänen mukaansa transistorit jaetaan pienitehoisiin (enintään 0,3 W), keskitehoisiin (0,3 - 1,5 W) ja suuritehoisiin (yli 1,5 W), keski- ja suuritehoiset transistorit on usein varustettu erityisellä jäähdytyselementillä - jäähdytyselementillä,

3) suurin sallittu kollektorivirta Ik max — enintään 100 A ja enemmän,

4) rajoittava virran lähetystaajuus fgr (taajuus, jolla h21 tulee yhtä suureksi kuin yksikkö), bipolaaritransistorit jaetaan sen mukaan:

• matalille taajuuksille - jopa 3 MHz,

• keskitaajuus - 3 - 30 MHz,

• korkea taajuus - 30 - 300 MHz,

• erittäin korkea taajuus - yli 300 MHz.

Teknisten tieteiden tohtori, professori L.A. Potapov