Транзисторы биполярные. Основные характеристики и схемы соединений. N p n схема

Биполярный транзистор - Gpedia, Your Encyclopedia

Обозначение биполярных транзисторов на схемах. Направление стрелки показывает направление тока через эмиттерный переход, и служит для идентификации n-p-n и p-n-p транзисторов. Наличие окружности символизирует транзистор в индивидуальном корпусе, отсутствие — транзистор в составе микросхемы.

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Биполя́рный транзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента (например, в схемах ТТЛ).

Устройство

Упрощенная схема поперечного разреза планарного биполярного n-p-n транзистора.

Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E), базы («Б», англ. B) и коллектора («К», англ. C). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер — n-полупроводник, база — p-полупроводник, коллектор — n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты[1].

С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора. Коллекторный слой легируется слабо, что повышает допустимое коллекторное напряжение. Эмиттерный слой — сильно легированный: величина пробойного обратного напряжения эмиттерного перехода не критична, так как обычно в электронных схемах транзисторы работают с прямосмещённым эмиттерным переходом. Кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Слой базы легируется слабо, так как располагается между эмиттерным и коллекторным слоями и должен иметь большое электрическое сопротивление.

Общая площадь перехода база-эмиттер выполняется значительно меньше площади перехода коллектор-база, что увеличивает вероятность захвата неосновных носителей из базового слоя и улучшает коэффициент передачи. Так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включён с обратным смещением, в нём выделяется основная доля тепла, рассеиваемого прибором, и повышение его площади способствует лучшему охлаждению кристалла. Поэтому на практике биполярный транзистор общего применения является несимметричным устройством (то есть инверсное включение, когда меняют местами эмиттер и коллектор, нецелесообразно).

Для повышения частотных параметров (быстродействия) толщину базового слоя делают меньше, так как этим, в том числе, определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей. Но при снижении толщины базы снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса.

В первых транзисторах в качестве полупроводникового материала использовался металлический германий. Полупроводниковые приборы на его основе имеют ряд недостатков, и в настоящее время (2015 г.) биполярные транзисторы изготавливают в основном из монокристаллического кремния и монокристаллического арсенида галлия. Благодаря очень высокой подвижности носителей в арсениде галлия приборы на его основе обладают высоким быстродействием и используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах СВЧ-усилителей.

Принцип работы

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении[2] (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт).

В транзисторе типа n-p-n[3] основные носители заряда в эмиттере (электроны) проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того, что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико[4]. Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны) и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно бо́льшим током коллектора.

Режимы работы

Напряженияна эмиттере,базе,коллекторе(UE,UB,UC{\displaystyle U_{E},U_{B},U_{C}}) Смещениепереходабаза-эмиттердля типа n-p-n Смещениепереходабаза-коллектордля типа n-p-n Режим для типа n-p-n Напряженияна эмиттере,базе,коллекторе(UE,UB,UC{\displaystyle U_{E},U_{B},U_{C}}) Смещениепереходабаза-эмиттердля типа p-n-p Смещениепереходабаза-коллектордля типа p-n-p Режимдля типа p-n-p

UE<UB<UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}<U_{C}}	прямое	обратное	нормальныйактивный режим
UE<UB>UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}>U_{C}}	прямое	прямое	режим насыщения
UE>UB<UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}<U_{C}}	обратное	обратное	режим отсечки
UE>UB>UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}>U_{C}}	обратное	прямое	инверсныйактивный режим
UE<UB<UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}<U_{C}}	обратное	прямое	инверсныйактивный режим
UE<UB>UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}>U_{C}}	обратное	обратное	режим отсечки
UE>UB<UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}<U_{C}}	прямое	прямое	режим насыщения
UE>UB>UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}>U_{C}}	прямое	обратное	нормальныйактивный режим

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0.

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ>0; UЭБ<0 (для транзистора n-p-n типа).

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ. нас) и коллектора (IК. нас).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ. нас) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ. нас) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.

Схема включения с общей базой

Схема включения с общей базой.

Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ.

Входное сопротивление (входной импеданс) усилительного каскада с общей базой мало зависит от тока эмиттера, при увеличении тока — снижается и не превышает единиц — сотен Ом для маломощных каскадов, так как входная цепь каскада при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1
Малое входное сопротивление

Схема включения с общим эмиттером

Схема включения с общим эмиттером.Iвых = IкIвх = IбUвх = UбэUвых = Uкэ.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.
Большой коэффициент усиления по напряжению.
Наибольшее усиление мощности.
Можно обойтись одним источником питания.
Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором

Схема включения с общим коллектором.Iвых = IэIвх = IбUвх = UбкUвых = Uкэ.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

Большое входное сопротивление.
Малое выходное сопротивление.

Недостатки

Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры

Коэффициент передачи по току.
Входное сопротивление.
Выходная проводимость.
Обратный ток коллектор-эмиттер.
Время включения.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
Обратный ток коллектора.
Максимально допустимый ток.
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

коэффициент усиления по току α;
сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:
- rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
- rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
- rб — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h21 = Um1/Im1, при Um2 = 0.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h22 = Um1/Um2, при Im1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h31 = Im2/Im1, при Um2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h32 = Im2/Um2, при Im1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

Um1 = h21Im1 + h22Um2; Im2 = h31Im1 + h32Um2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: Im1 = Imб, Im2 = Imк, Um1 = Umб-э, Um2 = Umк-э. Например, для данной схемы:

h31э = Imк/Imб = β.

Для схемы ОБ: Im1 = Imэ, Im2 = Imк, Um1 = Umэ-б, Um2 = Umк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

h21∍=rδ+r∍1−α{\displaystyle h_{11\backepsilon }=r_{\delta }+{\frac {r_{\backepsilon }}{1-\alpha }}};

h22∍≈r∍rκ(1−α){\displaystyle h_{12\backepsilon }\approx {\frac {r_{\backepsilon }}{r_{\kappa }(1-\alpha )}}};

h31∍=β=α1−α{\displaystyle h_{21\backepsilon }=\beta ={\frac {\alpha }{1-\alpha }}};

h32∍≈1rκ(1−α){\displaystyle h_{22\backepsilon }\approx {\frac {1}{r_{\kappa }(1-\alpha )}}}.

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода Cк. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода Cэ также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода rэ и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τз относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τф. Временем включения транзистора называется τвкл = τз + τф.

Биполярный СВЧ-транзистор

Биполярные СВЧ-транзисторы (БТ СВЧ) служат для усиления колебаний с частотой свыше 0,3 ГГЦ[7]. Верхняя граница частот БТ СВЧ с выходной мощностью более 1 Вт составляет около 10 ГГц. Большинство мощных БТ СВЧ по структуре относится к n-p-n типу[8]. По методу формирования переходов БТ СВЧ являются эпитакcиально-планарными. Все БТ СВЧ, кроме самых маломощных, имеют многоэмиттерную структуру (гребёнчатую, сетчатую)[9]. По мощности БТ СВЧ разделяются на маломощные (рассеиваемая мощность до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 1,5 Вт) и мощные (свыше 1,5 Вт)[10]. Выпускается большое число узкоспециализированных типов БТ СВЧ[10].

Технологии изготовления транзисторов

Применение транзисторов

См. также

Примечания

↑ Невыпрямляющий, или омический контакт — контакт двух разнородных материалов, вольтамперная характеристика которого симметрична при смене полярности и практически линейна.
↑ 1 2 Прямое смещение p-n-перехода означает, что область p-типа имеет положительный потенциал относительно облаcти n-типа.
↑ Для случая p-n-p все рассуждения аналогичны с заменой слова «электроны» на «дырки» и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположное по знаку.
↑ Лаврентьев Б. Ф. Схемотехника электронных средств. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — С. 53—68. — 336 с. — ISBN 978-5-7695-5898-6.
↑ Лекция № 7 — Биполярный транзистор как активный четырёхполюсник, h-параметры
↑ Физические основы электроники: метод. указания к лабораторным работам / сост. В. К. Усольцев. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. — 50 с.:ил.
↑ Кулешов, 2008, с. 284.
↑ Кулешов, 2008, с. 285.
↑ Кулешов, 2008, с. 286.
↑ 1 2 Кулешов, 2008, с. 292.

Ссылки

Литература

Спиридонов Н.С. Основы теории транзисторов. — К.: Техника, 1969. — 300 с.
Кулешов В.Н., Удалов Н.Н., Богачев В.М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.

www.gpedia.com

Биполярные транзисторы. Характеристики и схемы соединений

Открытие полупроводников позволило создать не только диоды и тиристоры, но и тоже не менее популярные усилительные устройства – транзисторы. Они активно применяются в электронике и схемотехнике, а также современный прогресс позволил применять их и в силовой электронике. Более подробно мы рассмотрим биполярные транзисторы в этой статье.

Содержание:

Структура и принцип работы транзистора

В отличии от тиристоров и диодов, транзистор имеет двух переходную структуру. Она может быть двух видов – p-n-p проводимость, в которой по средине расположен полупроводник с электронной проводимостью, а по бокам с дырочной. Схема ниже:

Или же n-p-n:

Каждый из этих переходов имеет особенности обычных диодов. Если к левому переходу приложить напряжение в прямом направлении (положительный потенциал к р-полупроводнику, а негативный к n-полупроводнику), то в левом переходе появится прямой ток. Основные носители начнут переходить с левого полупроводника в средний, где они станут уже не основными. Если же к правому переходу приложить напряжение обратной полярности, то основные носители не будут создавать ток. При этом будет существовать только ток, который создается неосновными носителями. Но если в средней зоне появится значительное количество неосновных носителей за счет диффузии через левый переход, то и в правом переходе ток возрастет. Таким образом можно регулировать ток правого перехода, изменением его в левом переходе. Средний полупроводник зовут базой (на схеме Б), тот, к которому напряжение приложено в прямом направлении – эмиттером (на схеме Е), а в обратном – коллектором (К). На рисунках выше показаны обозначение транзисторов на принципиальных схемах. Вывод эмиттера показан стрелкой. Поскольку в работе транзистора принимают участия носители обеих знаков – его называют биполярным.

Основные носители эмиттера, что проникают в базу, создают ток коллектора Iк, но некоторая их часть (примерно 1-2%) отправляется в базу. Все три тока подчиняются первому закону Кирхгофа IE =Iб+Iк. если такое выражение справедливо для токов, то оно будет справедливо и для его приращений ∆IE =∆Iб+∆Iк.

Схемы соединения транзисторов

Существует три схемы соединения транзистора: с общей базой, с общим эмиттером и коллектором соответственно. Рассмотрим детальней каждую из них.

Общая база

Схема будет выглядеть так:

В данном случае входным током будет IЕ, а выходным IК. Коэффициентом усиления называют зависимость приращения тока коллектора от тока эмиттера и он имеет вид h31б= ∆Iк/∆IE. Поскольку ∆IE =∆Iб+∆Iк, то h31б<1. Обычно h31б= 0,98÷0,99, поскольку Iб составляет 1-2% от IE.

Вольт-амперная характеристика транзистора при отсутствии тока эмиттера представляет собой обратную характеристику диода (между коллектором и базой напряжение обратной полярности). Если создать ток между эмиттером и базой, возрастет ток (будем обозначать далее как I) коллектора. При различных значениях IЕ будут различные значения вольт-амперных характеристик транзистора, которые создают, так называемое семейство характеристик транзистора, которые приведены ниже:

Зависимость I от приложенного между ним и базой напряжения (входная характеристика транзистора) представляет собой ничто иное как прямую ветку характеристику диода. Также на I эмиттера оказывает влияние и напряжение между коллектором и базой и чем оно выше, тем сильнее характеристика смещается влево, как показано на рисунке ниже:

Но данное смещение наблюдается только в промежутке от 0 до 10 В, при увеличении напряжений характеристики смещаться не будут. Поскольку большинство транзисторов работают при UК>10 В, то входную характеристику считают независимой от входного напряжения.

Схема с общим эмиттером

Такая схема включения дает реальное усиление выходного тока I. Схема ниже:

Коэффициент усиления это как и раньше отношение выходного I к входному, но теперь входным будет IБ, так что получим:

Если учесть что h31б= 0,98÷0,99; имеем h31Е= 50÷98, что значительно выше единицы. Это главное преимущество этой схемы.

Вольтамперные характеристики схемы с общим эмиттером ОЭ напоминают те, что соответствуют схеме с общей базой ОБ, но расположены в первом квадранте и показаны ниже:

Здесь имеем два p-n перехода с потенциальным барьером, электрические поля в которых направлены встречно и взаимно компенсируются, поэтому при UК=0, коллекторный I не возникает. Характеристики будут смещаться относительно IБ, который в данном случае будет входным.

Входная характеристика практически такая же, как и для схемы с ОБ, так как соответствует одному и тому же переходу, но из-за того, что полярность входного напряжения относительно коллекторного в этой схеме противоположная, характеристика при росте UК смещается вправо и показана ниже:

И здесь она при UК>10 В от дальнейшего возрастания UК не зависит.

Для расчета и анализа усилителей необходимо использовать эквивалентную схему транзистора. Ее можно создать исходя из эквивалентной схемы диода. Поскольку транзистор являет собой два диода, совмещенных в одном корпусе, то эмиттерный переход будет находится под прямым напряжением. Чтоб учесть смещение входной характеристики в зависимости от входного напряжения коллектора, источник Е выразим как h22БUК, пропорциональным UK. Сопротивление эмиттерного перехода обозначим как h21Б. схема будет иметь следующий вид:

Схема с общим коллектором

Эта схема практически ничем не отличается от эмиттерной и ее эквивалентная схема может быть такой же. Но тому, что выходные (вольтамперные) характеристики практически горизонтальные, их пересечения с горизонтальной осью найти практически невозможно. Как известно из курса электротехники последовательное включение резистора с источником напряжения можно заменить на параллельное соединение резистора с источником тока, величина которого найдется как ордината точки пересечения характеристики с осью токов. Поскольку выходная характеристика будет смещаться относительно IЕ, учтем это путем введения источника тока h31БIЕ, пропорционально входному IЕ. Наклон выходной характеристики определит нам проводимость коллекторного перехода, которая имеет обозначение h32Б. Построенная таким образом схема будет полностью соответствовать эквивалентной схеме транзистора:

Буква Б в данном случае указывает на то, что данная схема соответствует соединению с общей базой ОБ.

Применив к левой части второй закон Кирхгофа, а к правой первый, получим:

Оба эти уравнения создают так называемую систему гибридных параметров, чем и обосновывается буква h. Если выписать все коэффициенты уравнений (параметры) в таблицу (определитель), то первый цифровой индекс будет указывать на номер строки, а второй на номер столбца. При этом двое из этих параметров – коэффициент усиления тока h31Б и коэффициент обратной связи по напряжению h31Б размерности не имеют. Входное сопротивление h21Б, измеряется в омах, а выходная проводимость h32Б в сименсах.

Также для схемы с ОЭ существует такая же система параметров и подобная эквивалентная схема:

Различие между схемами состоит в том, что вместо буквы Б использована буква Е. Уравнения для этой системы будут иметь вид:

На практике считается что h22Б= h22Э=0, поскольку при UК>10 В смена коллекторного напряжения на выходную характеристику не влияет. Между параметрами различных схем соединений существуют следующие зависимости:

Мощность транзисторов

Все изготовляемые транзисторы разделяют на три основных группы по мощности, которая может быть выделена на коллекторе и равна произведению тока на напряжение, что приложено к коллектору:

Транзисторы малой мощности, их мощность лежит в пределах 0<PK<0,3 Вт;
Транзисторы средней мощности – их пределы 0,3 Вт< PK< 1,5 Вт;
Мощные транзисторы РК больше 1,5 В.

Мощность ограничивается граничной температурой, при превышении которой может произойти тепловой пробой.

Конструктивные особенности биполярных транзисторов

На самом деле конструктивное оформление биполярных транзисторов довольно разнообразно. Давайте рассмотрим конструкцию этих элементов на примере транзистора, показанного ниже:

На массивном металлическом основании 4 размещают кристалл полупроводника 1, который имеет, к примеру, электронную проводимость. На противоположной стороне кристалла относительно грани сделаны две напайки 2 и 3 например с индию, под которым будут создаваться зоны с дырочной проводимостью. Один из этих элементов будет коллектором, а второй эмиттером – сам кристалл базой. Для всех элементов реализованы выводы, а вся конструкция накрыта корпусом во избежание механических повреждений и попадания влажности. Металлическая основа 4 отводит тепло от устройства. В более мощных устройствах могут применять радиаторы, для более высокой теплоотдачи.

elenergi.ru

n-p-n Википедия

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Устройство

Упрощенная схема поперечного разреза планарного биполярного n-p-n транзистора.

Принцип работы

Режимы работы

UE<UB<UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}<U_{C}}	прямое	обратное	нормальныйактивный режим
UE<UB>UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}>U_{C}}	прямое	прямое	режим насыщения
UE>UB<UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}<U_{C}}	обратное	обратное	режим отсечки
UE>UB>UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}>U_{C}}	обратное	прямое	инверсныйактивный режим
UE<UB<UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}<U_{C}}	обратное	прямое	инверсныйактивный режим
UE<UB>UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}>U_{C}}	обратное	обратное	режим отсечки
UE>UB<UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}<U_{C}}	прямое	прямое	режим насыщения
UE>UB>UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}>U_{C}}	прямое	обратное	нормальныйактивный режим

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0.

Инверсный активный режим

Режим насыщения

Режим отсечки

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].

Барьерный режим

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.

Схема включения с общей базой

Схема включения с общей базой.

Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ.

Достоинства

Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1
Малое входное сопротивление

Схема включения с общим эмиттером

Схема включения с общим эмиттером.Iвых = IкIвх = IбUвх = UбэUвых = Uкэ.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.
Большой коэффициент усиления по напряжению.
Наибольшее усиление мощности.
Можно обойтись одним источником питания.
Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором

Схема включения с общим коллектором.Iвых = IэIвх = IбUвх = UбкUвых = Uкэ.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

Большое входное сопротивление.
Малое выходное сопротивление.

Недостатки

Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры

Коэффициент передачи по току.
Входное сопротивление.
Выходная проводимость.
Обратный ток коллектор-эмиттер.
Время включения.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
Обратный ток коллектора.
Максимально допустимый ток.
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

коэффициент усиления по току α;
сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:
- rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
- rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
- rб — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров.

h21 = Um1/Im1, при Um2 = 0.

h22 = Um1/Um2, при Im1 = 0.

h31 = Im2/Im1, при Um2 = 0.

h32 = Im2/Um2, при Im1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

Um1 = h21Im1 + h22Um2; Im2 = h31Im1 + h32Um2.

Для схемы ОЭ: Im1 = Imб, Im2 = Imк, Um1 = Umб-э, Um2 = Umк-э. Например, для данной схемы:

h31э = Imк/Imб = β.

Для схемы ОБ: Im1 = Imэ, Im2 = Imк, Um1 = Umэ-б, Um2 = Umк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

h21∍=rδ+r∍1−α{\displaystyle h_{11\backepsilon }=r_{\delta }+{\frac {r_{\backepsilon }}{1-\alpha }}};

h22∍≈r∍rκ(1−α){\displaystyle h_{12\backepsilon }\approx {\frac {r_{\backepsilon }}{r_{\kappa }(1-\alpha )}}};

h31∍=β=α1−α{\displaystyle h_{21\backepsilon }=\beta ={\frac {\alpha }{1-\alpha }}};

h32∍≈1rκ(1−α){\displaystyle h_{22\backepsilon }\approx {\frac {1}{r_{\kappa }(1-\alpha )}}}.

Биполярный СВЧ-транзистор

Технологии изготовления транзисторов

Применение транзисторов

См. также

Примечания

↑ Невыпрямляющий, или омический контакт — контакт двух разнородных материалов, вольтамперная характеристика которого симметрична при смене полярности и практически линейна.
↑ 1 2 Прямое смещение p-n-перехода означает, что область p-типа имеет положительный потенциал относительно облаcти n-типа.
↑ Для случая p-n-p все рассуждения аналогичны с заменой слова «электроны» на «дырки» и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположное по знаку.
↑ Лаврентьев Б. Ф. Схемотехника электронных средств. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — С. 53—68. — 336 с. — ISBN 978-5-7695-5898-6.
↑ Лекция № 7 — Биполярный транзистор как активный четырёхполюсник, h-параметры
↑ Физические основы электроники: метод. указания к лабораторным работам / сост. В. К. Усольцев. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. — 50 с.:ил.
↑ Кулешов, 2008, с. 284.
↑ Кулешов, 2008, с. 285.
↑ Кулешов, 2008, с. 286.
↑ 1 2 Кулешов, 2008, с. 292.

Ссылки

Литература

Спиридонов Н.С. Основы теории транзисторов. — К.: Техника, 1969. — 300 с.
Кулешов В.Н., Удалов Н.Н., Богачев В.М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.

wikiredia.ru

Общая характеристика схем включения транзисторов p-n-p типа.

Схемы	Iвх	Iвых	Ki	Rвх и Rвых	Uвх	Uвых	Ku	Kp	Инв
ОБ	Iэ	Iк	<1	Rвх < Rвых	Uэб	Uкб	>1	>1	Нет
ОЭ	Iб	Iк	>1	Rвх < Rвых	Uбэ	Uкэ	>1	>1	Да
ОК	Iб	Iэ	>1	Rвх > Rвых	Uбк	Uэк	<1	>1	Нет

Влияние температуры на работу полупроводниковых транзисторов. На работу транзисторов значительно влияет повышение температуры. При этом возрастает начальный ток коллектора, а, следовательно, это приводит к изменению характеристик транзистора. Например, для германиевого транзистора включённого по схеме ОБ при диапазоне нагрева от 200С до 700С Iко (начальный ток коллектора) увеличится в 25 раз.

Известно, что Iк=Iко+Iэ, (12.33)

где - не зависит от температуры,Iэ=const и поэтому незначительное увеличение Iк при повышении температуры практически не изменяет режим работы транзистора. В том случае, если транзистор включён по схеме ОЭ, то начальным током является сквозной ток и он возрастает при изменении температуры от 200С до 700С примерно в 2 раза. Очевидно, что такое возрастание тока приводит к резкому изменению выходных характеристик (зависимости Iк от Uкэ) транзистора, перемещается рабочая точка и режим усиления нарушается.

Полевые транзисторы.

Полевые транзисторы – это полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования и усиления электрических сигналов с помощью полевых транзисторов обусловлены потоком основных носителей, которые протекают через проводящий канал и управляются электрическим полем. В образовании выходного тока в полевых транзисторах участвуют только электроны или дырки, а поэтому эти полупроводниковые приборы ещё называются униполярными транзисторами.

Полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим p-n переходом и изолированным затвором, или МДП-транзисторы (металл-диэлектрик-полупроводник). Также к полевым транзисторам с изолированным затвором относятся МОП-транзисторы (металл-диоксид кремния-полупроводник)

В этих группах полевых транзисторов электроды обозначают истоком И (эмиттер-биполярного транзистора), затвором З (база биполярного транзистора) и стоком С (коллектор биполярного транзистора). На рис. 12-21 изображена упрощённая структура полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Рис. 12-21. Структурная схема полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Условное графическое изображение полевых транзисторов с управляющим p-n переходом с каналом n-типа и p-типа приведены на рис. 12-22 а, б

Рис. 12-22. Условное графическое обозначение полевого транзистора с управляющим p-n переходом с каналом n-типа (а), p-типа (б).

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом выполнен в виде пластины из полупроводника n-или p-типа (рис.1-21в данном случае рассматривается полупроводник n-типа). На гранях этой пластины созданы области p-типа электропроводности (3) и в результате образуются p-n переходы, а контакты областей «3» соеденены между собой. Объём пластины, расположенный между p-n переходом является каналом полевого транзистора. Если приложить к затвору отрицательное напряжение, то происходит обеднение электронами (основные носители) участков канала, примыкающих к затвору, ширина p-n перехода возрастает и увеличивается его сопротивление. Таким образом происходит управление сопротивлением канала. В том случае, если канал полевого транзистора p-типа, то при подаче положительного напряжения между затвором и истоком p-n переход расширяется и уменьшается толщина канала и, следовательно, увеличивает его сопротивление.

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом (канал n-типа) оказывается запертым (Iс=0) при обратном напряжении, которое называется напряжением отсечки Uзиотс. В этом случае p-n переходы сливаются и ток через канал не проходит. Напряжение насыщения: Uси(нас) = /Uзи(отс)/-/Uзи/…………………………………………………………..(12.34).

Режим, когда Uси>=Uсиназ называется режимом насыщения и рост тока Iс прекращается при увеличении Uси.

Полевые транзисторы имеют три схемы включения с общим истоком (ОИ) (а), общим стоком (ОС) (б) и с общим затвором (ОЗ) с каналом n-типа. Наиболее часто используемой схемой включения применяется схема с ОИ (рис. 12-23).

Рис. 12-23. Схема включения полевого транзистора с общим истоком.

Так же как у биполярных транзисторов полевые транзисторы имеют статические характеристики. Основной статической характеристикой полевого транзистора с управляющим p-n переходом - выходная (стоковая), которая показывает зависимость Iс от Uси при Uзи=const. Вольтамперная стоковая характеристика полевого транзистора с управляющим p-n переходом показана на рис. 12-24.

Рис. 12-24. Стоковая вольтамперная характеристика полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Из рис. 12-24 видно, что с повышением Uси электрический ток Iс увеличивается линейно, но при Uси=Uси(нас) ток стока не увеличивается. Для полевых транзисторов с управляющим p-n переходом зависимость Iс от отрицательного значения Uзи при Uси=const называют характеристиками прямой передачи или стокозатворной. Вольтамперная характеристика прямой передачи показана на рис. 12-25.

Рис. 12-25. Вольт-амперная характеристика прямой передачи (стокозатворной) полевых транзисторов.

Параметрами полевых транзисторов с управляющим p-n переходом являются крутизна стокозатворной характеристики, входное и выходное дифференциальное сопротивление, напряжение отсечки, междуэлектродные электрические ёмкости, коэффициент усиления.

Крутизна стокозатворной характеристики характеризует управляющее действие затвора и её измеряют при Uзн= данное и Uси=const.

S=dIс/dUзи ………………….(12.35)

Входное дифференциальное сопротивление очень большое (108-1010 Ом) и связано это с тем, что концентрация неосновных носителей в канале небольшая и поэтому обратный ток невелик и практически не зависит от /Uзи/. Выходное дифференциальное сопротивление электрической цепи стока определяют по формуле: приUзи=const. Напряжение отсечки – это напряжение на затворе при Ic=0 и Uси=0.

Междуэлектродные электрические ёмкости – это электроёмкости между затвором и истоком, между затвором и стоком, между стоком и истоком.

Коэффициент усиления К=dUис/dUзи , ……………….(12.36)

где Uзи – заданное при Iс=const.

Можно также рассчитать коэффициент усиления по следующей формуле:

К=S . Rисдиф (12.37)

Для расчёта схем на полевых транзисторах используют схемы замещения (рис. 12-26)

Рис. 12-26. Схема замещения полевого транзистора:

Сзс – электроёмкость между затвором и истоком; Rси – дифференциальное выходное сопротивление; Uзи – источник тока, управляемого напряжением на затворе Uзи, Сзи – электроёмкость между затвором и истоком.

studfiles.net

53. Интегральные транзисторы n-p-n и p-n-p. Способ увеличения коэффициента передачи тока h31э транзистора типа p-n-p. Многоколлекторный транзистор.

Иногда в одном кристалле требуется создавать БТ типа n-p-n и p-n-p. В этом случае транзистор p-n-p изготовляют как горизонтальный (рис.6.4, а). Его недостатком является малое значение коэффициента передачи тока h31Э. Для увеличения h31Э горизонтальный транзистор p-n-p используют совместно с вертикальным транзистором n-p-n, как показано на рис.6.4, б. Полученная таким образом структура называется составным транзистором. Он имеет коэффициент передачи тока h31Э=h31Э1h31Э2, где h31Э1и h31Э2 соответственно коэффициенты передачи тока транзисторов VT1 и VT2 (n-p-n). Если кольцевой коллектор горизонтального транзистора p-n-p разделить на несколько самостоятельных участков, получится многоколлекторный транзистор (рис.6.4, в).

Рис. 1

54. Интегральные многоэмиттерые транзисторы. Структура. Схема включения мэт в цифровых устройствах.

В цифровых ИМС широко применяются многоэмиттерные транзисторы (МЭТ), не имеющие аналогов в дискретном исполнении. Они имеют несколько эмиттеров, объединенных базовой областью (рис.6.5, a). Эти эмиттеры располагаются так, что прямое их взаимодействие через базу практически исключено. Условное обозначение 3-х эммитерного транзистора показано на рис.6.5, б. Включение МЭТ в цифровых схемах осуществляется по схеме, показанной на рис.6.6. На эмиттерных входах МЭТ могут действовать напряжения только 2-х уровней: высокого U^1EП либо низкого U^00,2В.

Если на всех эмиттерных входах действуют напряжения высокого уровня U^1 (рис.6.6, а), то эмиттерный ЭДП закрыты, а коллекторный - открыт. МЭТ работает в активном инверсном режиме и через него протекает коллекторный ток IK, являющийся током базы транзистора VT2. Под действием этого тока транзистор VT2 открывается и переходит в режим насыщения.

Если хотя бы на одном из эмиттерных входов действует напряжение низкого уровня U^0(рис.6.6, б), этот эмиттерный переход откроется и через него потечет весь ток базы IK МЭТ. МЭТ окажется в режиме насыщения, при котором UКЭ10,2 В. Следовательно, к базе транзистора VT2 будет приложено напряжение UБ2=UКЭ1+U^00,2+0,2=0,4 В. Этого напряжения недостаточно для отпирания эмиттерного перехода транзистора VT2 и он будет находиться в закрытом состоянии, при котором его эмиттерный IЭ2 и коллекторный IК2 токи близки к нулю.

Рис. 1

Рис. 2

55. Интегральные транзисторы с инжекционным питанием. Структурная и эквивалентная схемы. Принципа работы.

Другой разновидностью биполярных интегральных транзисторов являются транзисторы с инжекционным питанием (рис.6.7, а). Области р1, n1 и р2 образуют горизонтальный p-n-p транзистор VT1, а области n1, р2 и n2 - вертикальный n-p-n двухколлекторный транзистор (число коллекторов может быть значительно больше) VT2. Эквивалентная схема такой структуры показана на рис.6.7, б. Область р1, называется инжектором. На инжектор, служащий эмиттером горизонтального транзистора VT1, падают напряжение +ЕП, а на базу n1 этого транзистора - напряжение -ЕП. Поэтому эмиттерный ЭДП транзистора VT1 смещен в прямом направлении и через VT1 протекает эмиттерный и коллекторный ток IO. Транзистор VT0 выполняет роль ключа. Если этот транзистор закрыт, это соответствует разомкнутому состоянию ключа. В таком случае ток I0 вытекает в базу транзистора VT2 и вводит его в режим насыщения. На коллекторах VT2, образующих выходные цепи, создаются напряжения низкого уровня U0=0,05 В. Если транзистор VT0 открыт, то он находится в режиме насыщение и сопротивление участка коллектор-эмиттер этого транзистора мало, что соответствует замкнутому состоянию ключа. В этом случае ток I0 будет протекать через VT0, а транзистор VT2 будет закрыт и на его коллекторах будут создаваться напряжения уровня U1=0,6…0,75 В. Упрощенная эквивалентная схема транзистора с инжекционным питанием показана на рис.6.7, в.

Рис. 1

studfiles.net

Биполярный транзистор — Википедия РУ

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Устройство

Упрощенная схема поперечного разреза планарного биполярного n-p-n транзистора.

Принцип работы

Режимы работы

Напряженияна эмиттере,базе,коллекторе(UE,UB,UC{\displaystyle U_{E},U_{B},U_{C}} ) Смещениепереходабаза-эмиттердля типа n-p-n Смещениепереходабаза-коллектордля типа n-p-n Режим для типа n-p-n Напряженияна эмиттере,базе,коллекторе(UE,UB,UC{\displaystyle U_{E},U_{B},U_{C}} ) Смещениепереходабаза-эмиттердля типа p-n-p Смещениепереходабаза-коллектордля типа p-n-p Режимдля типа p-n-p

UE<UB<UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}<U_{C}}	прямое	обратное	нормальныйактивный режим
UE<UB>UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}>U_{C}}	прямое	прямое	режим насыщения
UE>UB<UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}<U_{C}}	обратное	обратное	режим отсечки
UE>UB>UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}>U_{C}}	обратное	прямое	инверсныйактивный режим
UE<UB<UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}<U_{C}}	обратное	прямое	инверсныйактивный режим
UE<UB>UC{\displaystyle U_{E}<U_{B}>U_{C}}	обратное	обратное	режим отсечки
UE>UB<UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}<U_{C}}	прямое	прямое	режим насыщения
UE>UB>UC{\displaystyle U_{E}>U_{B}>U_{C}}	прямое	обратное	нормальныйактивный режим

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0.

Инверсный активный режим

Режим насыщения

Режим отсечки

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].

Барьерный режим

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.

Схема включения с общей базой

Схема включения с общей базой.

Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ.

Достоинства

Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1
Малое входное сопротивление

Схема включения с общим эмиттером

Схема включения с общим эмиттером.Iвых = IкIвх = IбUвх = UбэUвых = Uкэ.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.
Большой коэффициент усиления по напряжению.
Наибольшее усиление мощности.
Можно обойтись одним источником питания.
Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором

Схема включения с общим коллектором.Iвых = IэIвх = IбUвх = UбкUвых = Uкэ.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

Большое входное сопротивление.
Малое выходное сопротивление.

Недостатки

Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры

Коэффициент передачи по току.
Входное сопротивление.
Выходная проводимость.
Обратный ток коллектор-эмиттер.
Время включения.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
Обратный ток коллектора.
Максимально допустимый ток.
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

коэффициент усиления по току α;
сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:
- rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
- rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
- rб — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров.

h21 = Um1/Im1, при Um2 = 0.

h22 = Um1/Um2, при Im1 = 0.

h31 = Im2/Im1, при Um2 = 0.

h32 = Im2/Um2, при Im1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

Um1 = h21Im1 + h22Um2; Im2 = h31Im1 + h32Um2.

Для схемы ОЭ: Im1 = Imб, Im2 = Imк, Um1 = Umб-э, Um2 = Umк-э. Например, для данной схемы:

h31э = Imк/Imб = β.

Для схемы ОБ: Im1 = Imэ, Im2 = Imк, Um1 = Umэ-б, Um2 = Umк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

h21∍=rδ+r∍1−α{\displaystyle h_{11\backepsilon }=r_{\delta }+{\frac {r_{\backepsilon }}{1-\alpha }}} ;

h22∍≈r∍rκ(1−α){\displaystyle h_{12\backepsilon }\approx {\frac {r_{\backepsilon }}{r_{\kappa }(1-\alpha )}}} ;

h31∍=β=α1−α{\displaystyle h_{21\backepsilon }=\beta ={\frac {\alpha }{1-\alpha }}} ;

h32∍≈1rκ(1−α){\displaystyle h_{22\backepsilon }\approx {\frac {1}{r_{\kappa }(1-\alpha )}}} .

Биполярный СВЧ-транзистор

Технологии изготовления транзисторов

Применение транзисторов

См. также

Примечания

↑ Невыпрямляющий, или омический контакт — контакт двух разнородных материалов, вольтамперная характеристика которого симметрична при смене полярности и практически линейна.
↑ 1 2 Прямое смещение p-n-перехода означает, что область p-типа имеет положительный потенциал относительно облаcти n-типа.
↑ Для случая p-n-p все рассуждения аналогичны с заменой слова «электроны» на «дырки» и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположное по знаку.
↑ Лаврентьев Б. Ф. Схемотехника электронных средств. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — С. 53—68. — 336 с. — ISBN 978-5-7695-5898-6.
↑ Лекция № 7 — Биполярный транзистор как активный четырёхполюсник, h-параметры
↑ Физические основы электроники: метод. указания к лабораторным работам / сост. В. К. Усольцев. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. — 50 с.:ил.
↑ Кулешов, 2008, с. 284.
↑ Кулешов, 2008, с. 285.
↑ Кулешов, 2008, с. 286.
↑ 1 2 Кулешов, 2008, с. 292.

Ссылки

Литература

Спиридонов Н.С. Основы теории транзисторов. — К.: Техника, 1969. — 300 с.
Кулешов В.Н., Удалов Н.Н., Богачев В.М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.

http-wikipediya.ru

Эквивалентная схема биполярного транзистора | Практическая электроника

Прочитали прошлую статью? Ну если да, то поехали дальше.

Итак, как же нам распознать биполярный транзистор среди кучи радиоэлементов, имеющих схожий корпус? Давайте рассмотрим еще раз его внутреннюю структуру. Для транзистора прямой проводимости она будет выглядеть так:

а для транзистора обратной проводимости вот так:

А знаете что? Давайте-ка резанём серединный слой пополам… Предположим, мы взяли тонкий-тонкий ножик и разделили полупроводник базы на две части.

Итак, рисуночки у нас стают такими:

для транзистора прямой проводимости

для транзистора обратной проводимости

Вот этот или вот этот участок транзистора вам ничего не напоминает?

Едрить-колотить! Так ведь это же диод!

Так что тогда получается? Что транзистор тупо состоит из двух диодов??? Грубо говоря, дорогие читатели, так оно и есть ;-).

Значит, схемотехнически мы можем транзистор нарисовать как два диода. Итак, что у нас тогда получиться? Для транзистора прямой проводимости:

схема будет выглядеть вот так:

а для транзистора обратной проводимости

вот так:

Все элементарно и просто, господа! Итак, мы с вами узнали, что схемотехнически транзистор можно заменить как два диода, которые соединены катодами или анодами. А проверять диоды мы с вами умеем без проблем, не так ли? Кто подзабыл, читаем статью Как проверить диод мультиметром.

Приступаем к «практической электронике» 😉

У нас имеются два транзистора. Стоп! А с чего мы взяли что это вообще транзисторы?

Внимательно смотрим на них и видим какие то буквы и цифры. КТ815Б и КТ814Б. Блин, снизу еще какие-то цифры. Во дела! Ладно, ничего страшного. Для этого открываем яндекс или гугл и вбиваем первую строчку названия транзистора. Получается вбиваем «КТ815Б» и рядышком пишем незамысловатое слово «даташит» или на буржуйский манер «datasheet». Качаем документацию на этот радиоэлемент и узнаем что это такое и что он из себя представляет. А вот я и даташит на него нашел ——> вот он. Теперь я знаю, что это транзистор N-P-N структуры, а также знаю расположение его выводов 😉 И еще знаю, что вам лень его качать, поэтому вот вам скрины:

Вон сколько сразу можно узнать!

А вот и вторая страничка даташита:

Здесь мы видим уже тот же самый транзистор, но в другом корпусе. У нас же на фото транзистор в корпусе КТ-27. Видите цифры на выводах транзистора? Смотрим в табличку и узнаем где какой вывод ;-). Значит на фото у нас выводы идут таким образом:

Теперь рассмотрим другой транзистор:

Из даташита транзистора КТ815Б мы узнали, что у него есть комплиментарная пара: транзистор КТ814

Комплиментарная пара для кого-либо транзистора – это транзистор точно с такими же характеристиками и параметрами, НО у него просто-напросто другая проводимость. Это значит, что транзистор КТ815 у нас обратной проводимости, то есть N-P-N, а КТ814 прямой проводимости, то есть P-N-P 😉 Справедливо также и обратное: для транзистора КТ814 комплиментарной парой является транзистор КТ815 ! Короче говоря, зеркальные братья-близнецы. Также самой популярной комплиментарной парой транзисторов в Советском Союзе были транзисторы КТ315 и КТ361.

Обратите внимание на даташит транзистора КТ814:

Берем наш знаменитый мультиметр, цепляем щупы-крокодилы и ставим на значок «прозвонка»

Будем проверять транзистор КТ815. Так как он структуры N-P-N, следовательно, его можно схемотехнически заменить вот на такую диодную схему:

Вспоминаем распиновку нашего транзистора:

Как мы помним, диод пропускает постоянный ток только в одном направлении. Проверяем первый диод транзистора. Для этого ставим на базу плюс, на эмиттер минус:

Видим падение напряжения при прямом включении на P-N переходе в миллиВольтах.

Меняем щупы местами. То есть на базу подаем минус, а на эмиттер – плюс:

Единичка, значит первый диод транзистора исправен.

Проверяем второй диод транзистора. Ставим на базу плюс, а на коллектор – минус:

Видим падение напряжения на P-N переходе. Все гуд.

Меняем щупы местами:

Мультик показывает единичку. Все ОК. Второй диод тоже в полном здравии. Значит транзистор в полной боевой готовности!

Ну что, теперь проверим комплиментарный транзистор – КТ814 ;-).Его диодная схема будет выглядеть уже по другому, так как он у нас прямой проводимости:

Здесь так же проверяем два диода. Для этого ставим минус на базу, а на эммитер – плюс:

Ишь ты какое число). Падение напряжения на P-N переходе. Все ОК.

Меняем так же местами щупы:

Единичка – все ОК.

Проверяем второй диод транзистора точно так же. Для этого на базу также ставим минус, а на коллектор – плюс:

Опять видим падение напряжения при прямом включении на P-N переходе.

Меняем щупы местами:

Единичка – гуд!

КТ814 у нас тоже полностью жив и здоров! Все те же самые операции я ещё описал в статье Как проверить биполярный транзистор мультиметром.

Но постойте-ка… Так что же это получается? Соединив простые диоды, как на рисунках выше, мы можем получить транзистор? А вот кукиш! 🙂 Весь прикол заключается в том, что в транзисторах оба P-N перехода расположены очень близко к друг другу, поэтому между ними возникает взаимодействие. Взаимодействие эти двух P-N переходов называют транзисторным эффектом. Именно поэтому биполярный транзистор обладает усилительными свойствами.

Итак, сделаем глубокомысленные выводы.

Транзистор схемотически можно заменить двумя диодами, но если спаять два диода и «сделать» из них транзистора, то ничего не получится. Почему? Читаем здесь. Для того, чтобы узнать, живой ли у нас транзистор и можно ли его паять в схему, достаточно проверить целостность этих двух диодов. Ну и для определения эммитера, базы и коллектора надо скачать даташит на исследуемый транзистор или копаться в бумажных справочниках (с появлением интернета, не помню, когда в последний раз открывал справочник).

P.S. Во я удод! Слово «эмиттер» пишется не с двумя «мм» , а с двумя «тт». Косяк за мной… Рисунки переправлять лень).

Продолжение——->

<——-Предыдущая статья

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30

Транзисторы биполярные. Основные характеристики и схемы соединений. N p n схема

Биполярный транзистор - Gpedia, Your Encyclopedia

Устройство

Принцип работы

Режимы работы

Нормальный активный режим

Инверсный активный режим

Режим насыщения

Режим отсечки

Барьерный режим

Схемы включения

Схема включения с общей базой

Схема включения с общим эмиттером

Схема с общим коллектором

Основные параметры

Биполярный СВЧ-транзистор

Технологии изготовления транзисторов

Применение транзисторов

См. также

Примечания

Ссылки

Литература

Биполярные транзисторы. Характеристики и схемы соединений

Структура и принцип работы транзистора

Схемы соединения транзисторов

Общая база

Схема с общим эмиттером

Схема с общим коллектором

Мощность транзисторов

Конструктивные особенности биполярных транзисторов

n-p-n Википедия

Устройство

Принцип работы

Режимы работы

Нормальный активный режим

Инверсный активный режим

Режим насыщения

Режим отсечки

Барьерный режим

Схемы включения

Схема включения с общей базой

Схема включения с общим эмиттером

Схема с общим коллектором

Основные параметры

Биполярный СВЧ-транзистор

Технологии изготовления транзисторов

Применение транзисторов

См. также

Примечания

Ссылки

Литература

Общая характеристика схем включения транзисторов p-n-p типа.

Полевые транзисторы.

53. Интегральные транзисторы n-p-n и p-n-p. Способ увеличения коэффициента передачи тока h31э транзистора типа p-n-p. Многоколлекторный транзистор.

54. Интегральные многоэмиттерые транзисторы. Структура. Схема включения мэт в цифровых устройствах.

55. Интегральные транзисторы с инжекционным питанием. Структурная и эквивалентная схемы. Принципа работы.

Биполярный транзистор — Википедия РУ

Устройство

Принцип работы

Режимы работы

Нормальный активный режим

Инверсный активный режим

Режим насыщения

Режим отсечки

Барьерный режим

Схемы включения

Схема включения с общей базой

Схема включения с общим эмиттером

Схема с общим коллектором

Основные параметры

Биполярный СВЧ-транзистор

Технологии изготовления транзисторов

Применение транзисторов

См. также

Примечания

Ссылки

Литература

Эквивалентная схема биполярного транзистора | Практическая электроника

Видеоматериалы

Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше