Принцип работы биполярного транзистора со структурой pnp: Биполярный транзистор / Хабр

Биполярный транзистор / Хабр

1. Основные сведения

Биполярным транзистором называется трехэлектродный усилительный полупроводниковый прибор, имеющий трехслойную p-n-p, либо n-p-n структуру с двумя взаимодействующими (ключевое слово) p-n переходами.

Свое имя «TRANSferresISTOR» (дословно – «переходное сопротивление») этот полупроводниковый прибор получил в 1948 году от Уильяма Шокли. Термин «биполярный» подчеркивает тот факт, что принцип действия транзистора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц обоих знаков —  как дырок, так и электронов.

Рис. 1. Упрощенный вид внутреннего устройства биполярного транзистора p-n-p структуры.

На рис. 1 показан упрощенный вид внутренней структуры объемного маломощного биполярного p-n-p транзистора. Крайнюю слева р⁺ область называют эмиттером. Промежуточная n область называется базой. Крайняя p область справа – коллектор. Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, а между базой и коллектором – коллекторным.

• Расстояние между металлургическими границами переходов называется физической толщиной базы «L» .

• Расстояние между обедненными зонами называется эффективной толщиной базы «W».

Для того, чтобы уменьшить интенсивность процессов рекомбинации дырок в базе, необходимо выполнить условие , то есть физическая толщина базы должна быть меньше диффузионной длины. Это означает автоматическое выполнение условия , что обуславливает взаимодействие переходов.

Эмиттер предназначен для инжекции дырок в базу. Область эмиттера имеет небольшие размеры, но большую степень легирования –  концентрация акцепторной примеси N_A в эмиттере кремниевого транзистора достигает ~ 10¹⁷ – 10¹⁸ ат/см³ (этот факт обозначен символом р⁺).    Область базы легирована нормально – концентрация донорной примеси N_D в ней составляет ~ 10¹³ – 10¹⁴ ат/cм³.  В этом случае эмиттерный переход получается резко несимметричным, поскольку обедненная зона располагается, в основном, в базе. Диффузия носителей становится односторонней, так как резко уменьшается встречный поток электронов из базы в эмиттер, что также уменьшает интенсивность процессов рекомбинации дырок в базе.

Теперь выделим еще раз особенности структуры, которые обеспечивают хорошие усилительные свойства транзистора, уменьшая интенсивность процессов рекомбинации:

• тонкая база — ;

• односторонняя диффузия (несимметичный эмиттерный переход)

Область коллектора имеет наибольшие размеры, поскольку в его функцию входит экстракция носителей, диффундировавших через базу.  Кроме того, на коллекторе рассеивается большая мощность, что требует эффективного отвода тепла.  

Биполярные транзисторы, как правило, изготавливаются из кремния, германия или арсенида галлия. По технологии изготовления биполярные транзисторы делятся на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные.

Биполярные транзисторы являются усилительными приборами и, поэтому, применяются для построения схем усилителей, генераторов и преобразователей электрических сигналов в широком диапазоне частот (от постоянного тока до десятков гигагерц) и мощности (от десятков милливатт до сотен ватт). В соответствии с этим биполярные транзисторы делятся на группы по частоте:

1. низкочастотные­ не более 3 МГц;

2. средней частоты — от 3 МГц до 30МГц;

3. высокочастотные- от 30 МГц до 300 МГц;

4. сверхвысокочастотные — более 300 МГц

По мощ­ности выделяют следующем образом:

• маломощные — не более 0,3 Вт;

• средней мощности — от 0,3 Вт до1,5 Вт;

• большой мощности — более 1,5 Вт.

В настоящее время парк биполярных транзисторов очень разнообразен. Сюда входят как обычные транзисторы, которые работают в самых различных аналоговых, импульсных и цифровых устройствах, так и специальные, например, лавинные тран­зисторы, предназначенные для формирования мощных импульсов наносе­кундного диапазона. Следует упомянуть многоэмиттерные, а также составные биполярные транзисторы (транзисторы Дарлингтона), обладающие очень высоким коэффициентом передачи тока.

2. Принцип действия

Рассмотрим активный режим работы транзистора, когда эмиттерный переход открыт прямым смещением U_эб, а коллекторный закрыт обратным смещением U_кб. Для этого воспользуемся одномерной моделью транзистора, которая показана на рис. 2. Модель характерна тем, что все физические величины зависят только от продольной координаты, поперечные же размеры бесконечны. Стрелками на рисунке обозначены положительные направления токов (от «+» к «–»), дырки обозначены открытыми, а электроны – закрытыми кружками.   Сокращения: ЭП – эмиттерный переход, КП – коллекторный переход.

Рис. 2. Иллюстрация принципа действия биполярного транзистора p-n-p структуры.

Предположим, что в начальный момент времени ключ «К» разомкнут. Эмиттерный переход закрыт, поскольку потенциальный барьер в обедненной области перехода запрещает диффузию носителей, несмотря на огромный градиент концентраций на переходе – дырок слева 10¹⁷см^-3, а справа 10⁶см^-3. Это режим отсечки. Транзистор закрыт, существует только небольшой обратный тепловой ток обратно смещенного коллекторного перехода.

Теперь замкнем ключ «К». Потенциальный барьер понижается вследствие частичной компенсации внутреннего электрического поля встречно направленным внешним электрическим полем источника U_эб. Начинается процесс диффузии, вследствие огромного градиента концентраций дырок между эмиттером и базой. Дырки диффундируют или инжектируются из эмиттера в базу, где меняют статус – становятся неосновными. Для неосновных носителей нет потенциального барьера, другими словами, диффундируя через базу в направлении коллекторного перехода, они попадают во втягивающее поле коллекторного перехода и экстрагируются в область коллектора. В цепи коллектора эти дырки создают дрейфовый ток, пропорциональный току эмиттера:

(2.1)

где α – доля дырок, достигших коллектора, или коэффициент передачи тока эмиттера.  Поскольку небольшая часть дырок, инжектированных из эмиттера в базу, все же успевает рекомбинировать, то всегда α <1. При достаточно тонкой базе α может доходить до 0,99 и более. Уменьшение концентрации электронов в базе в результате рекомбинации восполняется потоком электронов от внешнего источника U_эб через внешний вывод базы. Таким образом внутренний ток рекомбинации, являющийся дырочным, полностью компенсируется электронным током через электрод базы:

(2. 2)

В цепи коллектора кроме управляемого тока протекает неуправляемый дрейфовый обратный ток I_кб0, обусловленный, в основном, тепловой генерацией электронно-дырочных пар в объеме перехода. Этот ток очень мал, он не зависит от напряжения U_кб, а зависит только от температуры.  Обратный ток коллектора I_кб0 измеряется при разомкнутой цепи эмиттера, о чем говорит индекс «0» (ноль).

Полный ток, протекающий во внешней цепи коллектора, имеет дырочный характер и равен

                                         (2.3)

В нормальных условиях работы поэтому с хорошей точностью полагают, что ток во внешней цепи коллектора равен

                                               (2.4)

а ток во внешней цепи базы имеет электронный характер и равен

                                       (2. 5)

Согласно первому закону Кирхгофа,

                                         (2.6)

Для удобства, формально, вводят коэффициент передачи тока базы

                                            (2.7)

Коэффициент связан с коэффициентом соотношением

                                              (2.8)

3. Режимы работы и способы включения

Рис. 3.1. Условное обозначение на схеме биполярного транзистора p-n-p структуры
и n-p-n структуры .

Условные обозначения биполярного транзистора на схеме, показаны на рис. 3.1, а показано условное графическое обозначение биполярного транзистора по ГОСТ для формата листа А4. Стрелка на выводе эмиттера всегда направлена от «p» к «n», то есть указывает направление прямого тока открытого перехода. Кружок обозначает корпус дискретного транзистора. Для транзисторов в составе интегральных схем он не изображается. На рис. 3.1, б и в показаны структуры p-n-p и n-p-n соответственно. Принцип действия транзисторов обеих структур одинаков, а полярности напряжений между их электродами разные. Поскольку в транзисторе два перехода (эмиттерный и коллекторный) и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают четыре режима работы транзистора.

• Активный режим, когда эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт. Активный режим работы является основным и используется в усилительных схемах.

• Режим насыщения— оба перехода открыты.

• Режим отсечки— оба перехода закрыты.

• Инверсный режим— эмиттерный переход закрыт, коллекторный — открыт.

В большинстве транзисторных схем транзистор рассматривается как четырехполюсник. Поэтому для такого включения один из выводов транзистора должен быть общим для входной и выходной цепей. Соответственно различают три схемы включения транзистора, которые показаны на рис. 3.2: а) с общей базой (ОБ), б) общим эмиттером (ОЭ) и в) общим коллектором (ОК).  На рисунке указаны положительные направления токов, а полярности напряжений соответствуют активному режиму работы.

Рис. 3.2. Схемы включения транзистора слева направо: схема с ОБ, ОЭ и ОК.

В схеме ОБ входную цепь является цепь эмиттера, а выходной – цепь коллектора.  Эта схема наиболее проста для анализа, поскольку напряжение U_эб прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение U_кб – к коллекторному, причем источники имеют разные знаки.

В схеме ОЭ входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь коллектора. Напряжение U_бэ> 0 прикладывается непосредственно к эмиттерному переходу и открывает его. Напряжение U_кэ той же полярности распределяется между обоими переходами: U_кэ = U_кб + U_бэ. Для того чтобы коллекторный переход был закрыт, необходимо выполнить условие U_кб = U_кэ —  U_бэ> 0, что обеспечивается неравенством U_кэ> U_бэ> 0.

В схеме ОК входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь эмиттера.

4. Статические вольт-амперные характеристики

Транзистор, как любой четырехполюсник, можно охарактеризовать четырьмя величинами — входными и выходными напряжениями и токами: U_вх = U₁, U_вых = U₂, I_вх = I₁, I_вых = I₂. Функциональные зависимости между этими постоянными величинами называются статическими характеристиками транзистора. Чтобы установить функциональные связи между указанными величинами, необходимо две из них взять в качестве независимых аргументов, а две оставшиеся выразить в виде функций этих независимых аргументов. Как правило, применительно к биполярному транзистору в качестве независимых аргументов выбирают входной ток и выходное напряжение.   В этом случае

                                              (4.1)

Обычно соотношения (4.1) представляют в виде функций одного аргумента. Для этого второй аргумент, называемый параметром характеристики, фиксируют. В основном, используют два типа характеристик транзистора:

                                       (4.2)

                                     (4.3)

Следует отметить, что общепринято представление вольт-амперной характеристики как функции тока от напряжения, поэтому входная характеристика используется в виде обратной функции

                                    (4.4)

 Статические характеристики транзистора могут задаваться аналитическими выражениями, но в большинстве случаев их представляют графически в виде семейства характеристик, которые и приводятся в справочниках.

4.1. Статические характеристики в схеме с ОБ

В схеме с ОБ (рис. 3.2.а) входным током является ток эмиттера I_э, а выходным – ток коллектора I_к, соответственно, входным напряжением является напряжение U_эб, а выходным – напряжение U_кб.

Входная характеристика в схеме ОБ представлена зависимостью

                                       (4.5)

которая, в свою очередь, является прямой ветвью вольт-амперной характеристики эмиттерного перехода. Семейство входных характеристик кремниевого n-p-n транзистора показано на рис. 4.1, а. Зависимость I_э от U_кб как от параметра связана с эффектом Эрли: увеличение обратного смещения коллекторного перехода U_кб уменьшает эффективную толщину базы W, что приводит к некоторому росту I_э. Это проявляется в смещении входной характеристики в сторону меньших значений . Режиму отсечки формально соответствует обратное напряжение U_эб> 0, хотя реально эмиттерный переход остается закрытым () и при прямых напряжениях .

Выходная характеристика транзистора в схеме ОБ представляет собой зависимость

                                    (4.6)

Семейство выходных характеристик n-p-n транзистора показано на рис. 4.1, б. Форма кривых в активной области соответствует форме обратной ветви вольт-амперной характеристики коллекторного перехода.

Рис. 4.1. Семейства входных (а) и выходных (б) характеристик биполярного транзистора в схеме с ОБ.

Выражение для идеализированной выходной характеристики в активном режиме имеет вид

                                             (4.7)

Отсюда следует, что ток коллектора определяется только током эмиттера и не зависит от напряжения U_кб, т. е. характеристики в активном режиме расположены параллельно оси абсцисс. На практике же при увеличении U_кб имеет место небольшой рост I_к, связанный с эффектом Эрли, характеристики приобретают очень незначительный наклон. Кроме того, в активном режиме характеристики практически эквидистантны (расположены на одинаковом расстоянии друг от друга), и лишь при очень больших токах эмиттера из-за уменьшения α кривые несколько приближаются друг к другу.

При I_э = 0 транзистор находится в режиме отсечки и в цепи коллектора протекает только неуправляемый тепловой ток (I_к = I_кб0).

В режиме насыщения на коллекторном переходе появляется открывающее его прямое напряжение U_кб, большее порогового значения U_{кб пор}, и возникает прямой диффузионный ток навстречу нормальному управляемому току I_к.  Этот ток называют инверсным.  Инверсный ток резко увеличивается с ростом , в результате чего  I_к очень быстро уменьшается и, затем, меняет знак.

 

4.2. Статические характеристики в схеме с ОЭ

В схеме с ОЭ (рис. 3.2, б) входным током является ток базы I_б, а выходным – ток коллектора I_к. Соответственно, входным напряжением является напряжение U_бэ, а выходным – U_кэ. 

Рис. 4.2. Семейства входных (а) и выходных характеристик (б) биполярного транзистора в схеме с ОЭ.

Входная характеристика в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

                                     (4.8)

что, как и в схеме с ОБ, соответствует прямой ветви вольт-амперной характеристики эмиттерного перехода.

Семейство входных характеристик кремниевого n-p-n транзистора показано на рис. 4.2, а. Зависимость тока базы I_б от напряжения на коллекторе U_кэ, как и в предыдущем случае, обусловлена эффектом Эрли. Уменьшение эффективной ширины базы W с ростом U_кэ приводит к уменьшению тока рекомбинации, а, следовательно, тока базы в целом. В результате, характеристики смещаются в сторону больших значений U_бэ. Следует отметить, что I_б = 0 при некотором значении U_пор> 0, когда рекомбинационный ток (1-α)I_э становится равным тепловому току I_кэ0. При U_бэ <U_пор, I_б = — I_кэ0, что соответствует режиму отсечки.

 При U_кэ <U_бэ открывается коллекторный переход, и транзистор переходит в режим насыщения. В этом режиме вследствие двойной инжекции в базе накапливается очень большой избыточный заряд электронов, интенсивность рекомбинации которых с дырками резко возрастает, и ток базы стремительно растет.  

Выходная характеристика в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

                                     (4.9)

Семейство выходных характеристик показано на рис. 7.6б.  Для получения идеализированной выходной характеристики в активном режиме из соотношения (2. 2), учитывая (2.6), исключим ток эмиттера. Тогда

                            (4.10)

Ток I_кэ0 называют сквозным тепловым током транзистора, причем, как видно из (4.11),

                                           (4.11)

Семейство выходных характеристик целиком расположено в первом квадранте. Данный факт обусловлен тем, что в схеме с ОЭ напряжение U_кэ распределено между обоими переходами.  При U_кэ <U_бэ напряжение на коллекторном переходе меняет знак и становится прямым. В результате транзистор переходит в режим насыщения при U_кэ> 0. В режиме насыщения характеристики сливаются в одну линию, т.е. I_к становится неуправляемым и не зависит от тока базы.

Как видно из рис. 4.2 .б, в активном режиме кривые проходят под углом к оси абсцисс, причем этот угол увеличивается с ростом тока базы.   Такое поведение кривых обусловлено эффектом Эрли. Однако рост I_к при увеличении U_кэ выражен значительно ярче, чем в схеме с ОБ, поскольку в активном режиме эмиттерный переход приоткрыт падением напряжения на материале базы в результате протекания коллекторного тока. Это приводит к дополнительному увеличению коллекторного тока I_к с ростом напряжения U_кэ. Этим же объясняется отсутствие эквидистантности и наличие в β раз большего, чем I_кб0, сквозного теплового тока I_кэ0 (4.11). 

7

7.Структура и режимы работы биполярного
транзистора.

 

 

Биполярный транзистор
представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей
полупроводника с чередующимися типами проводимости, разделенными р-п-переходами.
Из-за близкого расположения  р-п-переходов
между ними существует взаимодействие. Каждая область транзистора выполняет
определенную функцию, поэтому концентрации легирующих примесей в них и названия
областей различны.

Средняя область транзистора, расположенная между двумя               р-п-переходами, называется базой (B). Одна из крайних областей с
наивысшей концентрацией легирующей примеси называется эмиттером (E). Основным назначением эмиттера является инжекция неосновных носителей заряда в
область базы. Соответствующий          р-п-переход называют эмиттерным.
Инжектированные в базу носители диффундируют в сторону третьей области,
называемой коллектором (C). Основным
назначением коллектора является собирание
инжектированных эмиттером носителей заряда. Соответствующий   р-п-переход, расположенный между базой и коллектором,
называют коллекторным.

Существуют два типа биполярных транзисторов: п-р-п и р-п-р.  Буквы обозначают тип проводимости эмиттерной, базовой и коллекторной областей соответственно.
Символическое изображение транзисторов разных типов приведено на рис. 3.18.
Стрелка эмиттера показывает условное направление тока.

 

                        

 

Рис. 3.18. Символическое изображение транзисторов:

а — n-p-n-типа;  б —
p-n-p-типа

 

При анализе работы биполярного транзистора ограничим наше
рассмотрение приборами п-р-п-типа,
которые в настоящее время используются гораздо чаще, имеют лучшие
характеристики и большее усиление, особенно в интегральных схемах.
Транзисторы  р-п-р-типа по принципу действия
ничем не отличаются от п-р-п-транзисторов,
однако им свойственны другие полярности рабочих напряжений.

Известны три схемы включения биполярных транзисторов в
электрическую цепь, при которых возможно усиление электрической мощности: схема с общей базой (ОБ),
схема с общим эмиттером (ОЭ) и схема с общим коллектором (ОК), которые
приведены на рис. 3.19 для транзистора п-р-п-типа. Кроме того на рис. 3.19 показаны внешние
источники напряжений и токи, протекающие через транзистор, в нормальном режиме
работы.

Любая из схем включения обладает своими достоинствами и
недостатками, поэтому выбор схемы включения транзистора в каждом конкретном
случае зависит от требуемых условий. На практике чаще всего используется схема
включения с общим эмиттером (ОЭ), которая позволяет получать наибольшее
усиление по мощности.

.

                     а)                                     б)                                     в)

 

Рис. 3.19. Схемы включения транзистора:

а — схема ОБ; б — схема ОЭ; в —
схема ОК

 

Структура дискретного биполярного п-р-п-транзистора
приведена на рис. 3.20.

 

                           

 

Рис. 3.20. Структура дискретного       

биполярного n-p-n-транзистора 

 

Результирующее распределение примесей в
областях транзистора (сплошная линия) распределения примесей при базовой и эмиттерной диффузиях (пунктирные линии) показаны на рис.
3.21.

                             
           

                     

 

Рис. 3.21. Распределение примесей в дискретном
биполярном

 n-p-n-транзисторе

 

 Здесь  и — поверхностные концентрации примесей при эмиттерной и базовой диффузиях, а  — концентрация
примеси в коллекторной области, выполненной методом эпитаксии. Эмиттер
представляет собой сильнолегированную область, о чем  свидетельствует знак «+» при
обозначении типа проводимости эмиттернорного слоя — . У реальных транзисторов площади                    р-п-переходов существенно
различаются. Эмиттерный переход имеет значительно
меньшую площадь, чем коллекторный.

Каждый из р-п-переходов транзистора имеет донную
и боковые части. Рабочей или активной областью транзистора является область,
расположенная под донной частью эмиттерного перехода
(на рис. 3.20 эта область заштрихована). Остальные участки, наличие которых
обусловлено технологическими  причинами,
являются пассивными.

Идеализированная структура биполярного
п-р-п-транзистора
для его активной области приведена на рис. 3.22. Взаимодействие между эмиттерным и коллекторным переходами обеспечивается малой щириной базы , которая у современных транзисторов, как правило не превышает 1 мкм.

 

 

Рис. 3.22. Идеализированная структура биполярного
n-p-n-транзистора

 

Внешние напряжения  и  создают
соответствующие смещения на переходах. В зависимости от полярности напряжений  и  различают
четыре режима работы транзистора (рис. 3.23):

 

           

 

Рис. 3.23. Режимы работы n-p-n-транзистора

 

1) нормальный
(активный) режим, когда на эмиттерном переходе
действует прямое смещение, а на коллекторном — обратное;

2) инверсный
режим, когда на эмиттерном переходе действует
обратное смещение, а на коллекторном — прямое;

3) режим двойной
инжекции (насыщения), когда на
оба перехода поданы прямые смещения;

4) режим отсечки (запирания), когда на оба перехода поданы
обратные смещения.

В режимах двойной инжекции и отсечки управление транзистором
практически отсутствует. В нормальном режиме управление транзистором
осуществляется наиболее эффективно. Только работая в нормальном режиме,
транзистор может выполнять функции активного элемента электрической схемы, т.
е. усиливать, генерировать, переключать электрические сигналы и  т. д.

Основные свойства транзистора определяются процессами,
происходящими в базе. Существенное влияние на работу транзистора оказывает
распределение легирующей примеси в базе. Если примесь в базе распределена
равномерно (однородная база), то в
ней отсутствует внутреннее поле и движение носителей заряда имеет чисто
диффузионный характер. При неравномерном распределении примеси   в области базы (неоднородная база) в ней возникает внутреннее электрическое поле, а
значит, появляется дополнительная дрейфовая составляющая в движении носителей
заряда. При этом необходимо так распределить примесь в базе, чтобы внутреннее
поле способствовало движению носителей заряда от эмиттера к коллектору. Это
возможно в случае уменьшения концентрации некомпенсированной
примеси в базе   в направлении от
эмиттера к коллектору (см. рис. 3.21.).

Принцип работы биполярного транзистора заключается в
управлении током через обратно смещенный коллекторный переход. Известно, что в
обратно смещенном р-п-переходе ток очень мал и
определяется только неосновными носителями заряда, которые генерируются в
области объемного заряда или вблизи нее. Однако при появлении у границ такого
перехода дополнительных источников неосновных носителей  ток через обратносмещенный
переход увеличивается. Такими источниками, например, могут быть частицы высокой
энергии, попадающие при внешнем излучении в диодные фотоприемники или датчики
излучения.

Другой способ увеличения концентрации неосновных носителей
заряда около обратно смещенного p-n-перехода
заключается в размещении в непосредственной близости от него другого                      p-n-перехода, смещенного в прямом направлении. Данный способ
особенно удобен, так как обеспечивает электрическое управление концентрацией
неосновных носителей, т. е. управление ею с помощью напряжения смещения,
приложенного к этому прямо смещенному переходу.

Такая модуляция тока в одном 
p-n-переходе с помощью
изменения напряжения смещения другого перехода, расположенного рядом с ним,
называется механизмом работы биполярного
транзистора. Эта одна из самых важных идей во всей истории развития
электронных приборов.  За исследования, в
результате которых эта идея была разработана и реализована, изобретатели
биполярного плоскостного транзистора Уильям Шокли,
Джон Бардин и Уолтер Браттейн
были удостоены Нобелевской премии по физике в 1956 г.

Какие режимы работы характерны для биполярного транзистора. Что такое биполярный транзистор и как его проверить

В свое время транзисторы пришли на смену электронным лампах. Это произошло благодаря тому, что они имеют меньшие габариты, высокую надежность и менее затратную стоимость производства. Сейчас, биполярные транзисторы
являются основными элементами во всех усилительных схемах.

Представляет собой полупроводниковый элемент, имеющий трехслойную структуру, которая образует два электронно-дырочных перехода . Поэтому транзистор можно представить в виде двух встречно включенных диода . В зависимости от того, что будет являться основными носителями заряда, различают p-n-p
и n-p-n
транзисторы.

База
– слой полупроводника, который является основой конструкции транзистора.

Эмиттером
называется слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.

Коллектором
называется слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.

Как правило, эмиттер содержит намного большее количество основных зарядов, чем база. Это основное условие работы транзистора, потому что в этом случае, при прямом смещении эмиттерного перехода, ток будет обуславливаться основными носителями эмиттера. Эмиттер сможет осуществлять свою главную функцию – впрыск носителей в слой базы. Обратный ток эмиттера обычно стараются сделать как можно меньше. Увеличение основных носителей эмиттера достигается с помощью высокой концентрации примеси .

Базу делают как можно более тонкой
. Это связано с временем жизни зарядов. Носители зарядов должны пересекать базу и как можно меньше рекомбинировать с основными носителями базы, для того чтобы достигнуть коллектора.

Для того чтобы коллектор мог наиболее полнее собирать носители прошедшие через базу его стараются сделать шире.

Принцип работы транзистора

Рассмотрим на примере p-n-p транзистора.

В отсутствие внешних напряжений, между слоями устанавливается разность потенциалов. На переходах устанавливаются потенциальные барьеры. Причем, если количество дырок в эмиттере и коллекторе одинаковое, тогда и потенциальные барьеры будут одинаковой ширины.

Для того чтобы транзистор работал правильно, эмиттерный переход должен быть смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном
. Это будет соответствовать активному режиму работы транзистора. Для того чтобы осуществить такое подключение, необходимы два источника. Источник с напряжением Uэ подключается положительным полюсом к эмиттеру, а отрицательным к базе. Источник с напряжением Uк подключается отрицательным полюсом к коллектору, а положительным к базе. Причем Uэ

Под действием напряжения Uэ, эмиттерный переход смещается в прямом направлении. Как известно, при прямом смещении электронно-дырочного перехода, внешнее поле направлено противоположно полю перехода и поэтому уменьшает его. Через переход начинают проходить основные носители, в эмиттере это дырки 1-5, а в базе электроны 7-8. А так как количество дырок в эмиттере больше, чем электронов в базе, то эмиттерный ток обусловлен в основном ими.

Эмиттерный ток представляет собой сумму дырочной составляющей эмиттерного тока и электронной составляющей базы.

Так как полезной является только дырочная составляющая, то электронную стараются сделать как можно меньше. Качественной характеристикой эмиттерного перехода является коэффициент инжекции
.

Коэффициент инжекции стараются приблизить к 1.

Дырки 1-5 перешедшие в базу скапливаются на границе эмиттерного перехода. Таким образом, создается высокая концентрация дырок возле эмиттерного и низкая концентрация возле коллекторного перехода, в следствии чего начинается диффузионное движение дырок от эмиттерного к коллекторному переходу. Но вблизи коллекторного перехода концентрация дырок остается равной нулю, потому что как только дырки достигают перехода, они ускоряются его внутренним полем и экстрагируются (втягиваются) в коллектор. Электроны же, отталкиваются этим полем.

Пока дырки пересекают базовый слой они рекомбинируют с электронами находящимися там, например, как дырка 5 и электрон 6. А так как дырки поступают постоянно, они создают избыточный положительный заряд, поэтому, должны поступать и электроны, которые втягиваются через вывод базы и образуют базовый ток Iбр. Это важное условие работы транзистора – концентрация дырок в базе должна быть приблизительно равна концентрации электронов.
Другими словами должна обеспечиваться электронейтральность базы.

Количество дырок дошедших до коллектора, меньше количество дырок вышедших из эмиттера на величину рекомбинировавших дырок в базе. То есть, ток коллектора отличается от тока эмиттера на величину тока базы.

Отсюда появляется коэффициент переноса
носителей, который также стараются приблизить к 1.

Коллекторный ток транзистора состоит из дырочной составляющей Iкр и обратного тока коллектора.

Обратный ток коллектора возникает в результате обратного смещения коллекторного перехода, поэтому он состоит из неосновных носителей дырки 9 и электрона 10. Именно потому, что обратный ток образован неосновными носителями, он зависит только от процесса термогенерации, то есть от температуры. Поэтому его часто называют тепловым током
.

От величины теплового тока зависит качество транзистора, чем он меньше, тем транзистор качественнее.

Коллекторный ток связан с эмиттерным коэффициентом передачи тока
.

Токи в транзисторе можно представить следующим образом

Транзисторы являются активными компонентами и используются повсеместно в электронных цепях в качестве усилителей и коммутационных устройств (транзисторных ключей). Как усилительные приборы они применяются в приборах высокой и низкой частоты, генераторах сигналов, модуляторах, детекторах и многих других цепях. В цифровых схемах, в импульсных блоках питания и управляемых электроприводах они служат в качестве ключей.

Биполярные транзисторы

Так называется наиболее распространенный тип транзистора. Они делятся на npn и pnp типы. Материалом для них наиболее часто является кремний или германий. Поначалу транзисторы делались из германия, но они были очень чувствительны к температуре. Кремниевые приборы гораздо более стойки к ее колебаниям и дешевле в производстве.

Различные биполярные транзисторы показаны на фото ниже.

Маломощные приборы расположены в небольших пластиковых прямоугольных или металлический цилиндрических корпусах. Они имеют три вывода: для базы (Б), эмиттер (Э) и коллектор (К). Каждый из них подключен к одному из трех слоев кремния с проводимостью либо n- (ток образуют свободные электроны), либо p-типа (ток образуют так называемые положительно заряженные «дырки»), из которых и состоит структура транзистора.

Как устроен биполярный транзистор?

Принципы работы транзистора нужно изучать, начиная с его устройства. Рассмотрим структуру npn-транзистора, которая изображена на рис.ниже.

Как видим, он содержит три слоя: два с проводимостью n-типа и один — p-типа. Тип проводимости слоев определяется степенью легирования специальными примесями различных частей кремниевого кристалла. Эмиттер n-типа очень сильно легирован, чтобы получить множество свободных электронов как основных носителей тока. Очень тонкая база p-типа слегка легирована примесями и имеет высокое сопротивление, а коллектор n- типа очень сильно легирован, чтобы придать ему низкое сопротивление.

Принципы работы транзистора

Лучшим способом познакомиться с ними является экспериментальный путь. Ниже приведена схема простой цепи.

Она использует силовой транзистор для управления свечением лампочки. Вам также понадобится батарейка, небольшаю лампочка от фонарика примерно 4,5 В/0,3 А, потенциометр в виде переменного резистора (5К) и резистор 470 Ом. Эти компоненты должны быть соединены, как показано на рисунке справа от схемы.

Поверните движок потенциометра в крайнее нижнее положение. Это понизит напряжение на базе (между базой и землёй) до нуля вольт (U BE = 0). Лампа не светится, что означает отсутствие тока через транзистор.

Если теперь поворачивать рукоятку от ее нижней позиции, то U BE постепенно увеличивается. Когда оно достигает 0,6 В, ток начинает втекать в базу транзистора, и лампа начинает светиться. Когда рукоятка сдвигается дальше, напряжение U BE остается на уровне 0,6 В, но ток базы увеличивается и это увеличивает ток через цепь коллектор-эмиттер. Если рукоятка сдвинута в верхнее положение, напряжение на базе будет немного увеличено до 0,75 В, но ток значительно возрастет и лампа будет светиться ярко.

А если измерить токи транзистора?

Если мы включим амперметр между коллектором (C) и лампой (для измерения I C), другой амперметр между базой (B) и потенциометром (для измерения I B), а также вольтметр между общим проводом и базой и повторим весь эксперимент, мы сможем получить некоторые интересные данные. Когда рукоятка потенциометра находится в его низшей позиции, U BE равно 0 В, также как и токи I C и I B . Когда рукоятку сдвигают, эти значения растут до тех пор, пока лампочка не начинает светиться, когда они равны: U BE = 0.6 В, I B = 0,8 мА и I C = 36 мА.

В итоге мы получаем от этого эксперимента следующие принципы работы транзистора: при отсутствии положительного (для npn-типа) напряжения смещения на базе токи через его выводы равны нулю, а при наличии напряжения и тока базы их изменения влияют на ток в цепи коллектор — эмиттер.

Что происходит при включении питания транзистора

Во время нормальной работы, напряжение, приложенное к переходу база-эмиттер, распределяется так, что потенциал базы (p-типа) приблизительно на 0,6 В выше, чем у эмиттера (n-типа). При этом к данному переходу приложено прямое напряжение, он смещен в прямом направлении и открыт для протекания тока из базы в эмиттер.

Гораздо более высокое напряжение приложено к переходу база-коллектор, причем потенциал коллектора (n-типа) оказывается более высоким, чем у базы (p-типа). Так что к переходу приложено обратное напряжение и он смещен в обратном направлении. Это приводит к образованию довольно толстого обедненного электронами слоя в коллекторе вблизи базы, когда к транзистору прикладывается напряжение питания. В результате ток через цепь коллектор-эмиттер не проходит. Распределение зарядов в зонах переходов npn-транзистора показан на рисунке ниже.

Какова роль тока базы?

Как же заставить работать наш электронный прибор? Принцип действия транзистора заключается во влиянии тока базы на состояние закрытого перехода база-коллектор. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, небольшой ток будет поступать в базу. Здесь его носителями являются положительно заряженные дырки. Они комбинируются с электронами, поступающими из эмиттера, обеспечивая ток I BE . Однако вследствие того, что эмиттер очень сильно легирован, гораздо больше электронов поступает из него в базу, чем способно соединиться с дырками. Это означает, что возникает большая концентрация электронов в базе, и большинство из них пересекает ее и попадает в обедненный электронами слой коллектора. Здесь они попадают под влияние сильного электрического поля, приложенного к переходу база-коллектор, проходят через обедненный электронами слой и основной объем коллектора к его выводу.

Изменения тока, втекающего в базу, влияют на количество привлеченных от эмиттера электронов. Таким образом, принципы работы транзистора могут быть дополнены следующим утверждением: очень небольшие изменения в базовом токе вызывают очень большие изменения в токе, протекающем от эмиттера к коллектору, т. е. происходит усиление тока.

Типы полевых транзисторов

По английски они обозначаются FETs — Field Effect Transistors, что можно перевести как «транзисторы с полевым эффектом». Хотя есть много путаницы в названиях для них, но встречаются в основном два основных их типа:

1. С управляющим pn-переходом. В англоязычной литературе они обозначаются JFET или Junction FET, что можно перевести как «переходный полевой транзистор». Иначе они именуются JUGFET или Junction Unipolar Gate FET.

2. С изолированным затвором (иначе МОП- или МДП-транзисторы). По английски они обозначаются IGFET или Insulated Gate FET.

Внешне они очень похожи на биполярные, что подтверждает фото ниже.

Устройство полевого транзистора

Все полевые транзисторы могут быть названы УНИПОЛЯРНЫМИ приборами, потому что носители заряда, которые образуют ток через них, относятся к единственному для данного транзистора типу — либо электроны, либо «дырки», но не оба одновременно. Это отличает принцип работы транзистора полевого от биполярного, в котором ток образуется одновременно обоими этими типами носителей.

Носители тока протекают в полевых транзисторах с управляющим pn-переходом по слою кремния без pn-переходов, называемому каналом, с проводимостью либо n-, либо p-типа между двумя выводами, именуемыми «истоком» и «стоком» — аналогами эмиттера и коллектора или, точнее,катода и анода вакуумного триода. Третий вывод — затвор (аналог сетки триода) — присоединен к слою кремния с другим типом проводимости, чем у канала исток-сток. Структура такого прибора показана на рисунке ниже.

Как же работает полевой транзистор? Принцип работы его заключается в управлении поперечным сечением канала путем приложения напряжения к переходу затвор-канал. Его всегда смещают в обратном направлении, поэтому транзистор практически не потребляет тока по цепи затвора, тогда как биполярному прибору для работы нужен определенный ток базы. При изменении входного напряжения область затвора может расширяться, перекрывая канал исток-сток вплоть до полного его закрытия, управляя таким образом током стока.

Добрый день, друзья!

Сегодня мы продолжим знакомиться с электронными «кирпичиками» компьютерного «железа». Мы уже рассматривали с вами, как устроены полевые транзисторы, которые обязательно присутствуют на каждой материнской плате компьютера.

Усаживайтесь поудобнее – сейчас мы сделаем интеллектуально усилие и попытаемся разобраться, как устроен

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, который широко применяется в электронных изделиях, в том числе и компьютерных блоках питания.

Слово «транзистор» (transistor) образовано от двух английских слов – «translate» и «resistor», что означает «преобразователь сопротивления».

Слово «биполярный» говорит о том, что ток в приборе вызывается заряженными частицами двух полярностей – отрицательной (электронами) и положительной (так называемыми «дырками»).

«Дырка» — это не жаргон, а вполне себе научный термин. «Дырка» — это не скомпенсированный положительный заряд или, иными словами, отсутствие электрона в кристаллической решетке полупроводника.

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру с чередующимися видами полупроводников.

Так как существуют полупроводники двух видов, положительные (positive, p-типа) и отрицательные (negative, n-типа), то может быть два типа такой структуры – p-n-p и n-p-n.

Средняя область такой структуры называется базой, а крайние области – эмиттером и коллектором.

На схемах биполярные транзисторы обозначаются определенным образом (см рисунок). Видим, что транзистор представляет собой, по существу, да p-n перехода, соединенных последовательно.

Вопрос на засыпку – почему нельзя заменить транзистор двумя диодами? Ведь в каждом из них есть p-n переход, не так ли? Включил два диода последовательно – и дело в шляпе!

Нет! Дело в том, что базу в транзисторе во время изготовления делают очень тонкой, чего никак нельзя достичь при соединении двух отдельных диодов.

Принцип работы биполярного транзистора

Основной принцип работы транзистора заключается в том, что небольшой ток базы может управлять гораздо бОльшим током коллектора — в диапазоне практически от нуля до некоей максимально возможной величины.

Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления по току и может составлять величину от нескольких единиц до нескольких сотен.

Интересно отметить, что у маломощных транзисторов он чаще всего больше, чем у мощных (а не наоборот, как можно было бы подумать).

Разница в том, что в отличие от затвора ПТ, при управлении ток базы всегда присутствует, т.е. на управление всегда тратится какая-то мощность.

Чем больше напряжение между эмиттером и базой, тем больше ток базы и, соответственно, больше ток коллектора. Однако любой транзистор имеет максимально допустимые значения напряжений между эмиттером и базой и между эмиттером и коллектором. За превышение этих параметров придется расплачиваться новым транзистором.

В рабочем режиме обычно переход база-эмиттер открыт, а переход база-коллектор закрыт.

Биполярный транзистор, подобно реле, может работать и в ключевом режиме. Если подать некоторый достаточный ток в базу (замкнуть кнопку S1), транзистор будет хорошо открыт. Лампа зажжется.

При этом сопротивление между эмиттером и коллектором будет небольшим.

Падение напряжения на участке эмиттер – коллектор будет составлять величину в несколько десятых долей вольта.

Если затем прекратить подавать ток в базу (разомкнуть S1), транзистор закроется, т.е. сопротивление между эмиттером и коллектором станет очень большим.

Лампа погаснет.

Как проверить биполярный транзистор?

Так как биполярный транзистор представляет собой два p-n перехода, то проверить его цифровым тестером достаточно просто.

Надо установить переключатель работы тестера в положение , присоединив один щуп к базе, а второй – поочередно к эмиттеру и коллектору.

По сути, мы просто последовательно проверяем исправность p-n переходов.

Такой переход может быть или открыт, или закрыт.

Затем надо изменить полярность щупов и повторить измерения.

В одном случае тестер покажет падение напряжение на переходах эмиттер – база и коллектор – база 0,6 – 0,7 В (оба перехода открыты).

Во втором случае оба перехода будут закрыты, и тестер зафиксирует это.

Следует отметить, что в рабочем режиме чаще всего один из переходов транзистора открыт, а второй закрыт.

Измерение коэффициента передачи биполярного транзистора по току

Если в тестере имеется возможность измерения коэффициента передачи по току, то проверить работоспособность транзистора можно, установив выводы транзистора в соответствующие гнезда.

Коэффициент передачи по току – это отношение тока коллектора к току базы.

Чем больше коэффициент передачи, тем большим током коллектора может управлять ток базы при прочих равных условиях.

Цоколевку (наименование выводов) и другие данные можно взять из data sheets (справочных данных) на соответствующий транзистор. Data sheets можно найти в Интернете через поисковые системы.

Тестер покажет на дисплее коэффициент передачи (усиления) тока, который нужно сравнить со справочными данными.

Коэффициент передачи тока маломощных транзисторов может достигать нескольких сотен.

У мощных транзисторов он существенно меньше – несколько единиц или десятков.

Однако существуют мощные транзисторы с коэффициентом передачи в несколько сотен или тысяч. Это так называемые пары Дарлингтона.

Пара Дарлингтона представляет собой два транзистора. Выходной ток первого транзистора является входным током для второго.

Общий коэффициент передачи тока – это произведение коэффициентов первого и второго транзисторов.

Пара Дарлингтона делается в общем корпусе, но ее можно сделать и из двух отдельных транзисторов.

Встроенная диодная защита

Некоторые транзисторы (мощные и высоковольтные) могут быть защищены от обратного напряжения встроенным диодом.

Таким образом, если подключить щупы тестера к эмиттеру и коллектору в режиме проверки диодов, то он покажет те же 0,6 – 0,7 В (если диод смещен в прямом направлении) или «запертый диод» (если диод смещен в обратном направлении).

Если же тестер покажет какое-то небольшое напряжение, да еще в обоих направлениях, то транзистор однозначно пробит и подлежит замене
. Закоротку можно определить и в режиме измерения сопротивления – тестер покажет малое сопротивление.

Встречается (к счастью, достаточно редко) «подлая» неисправность транзисторов. Это когда он поначалу работает, а по истечению некоторого времени (или по прогреву) меняет свои параметры или отказывает вообще.

Если выпаять такой транзистор и проверить тестером, то он успеет остыть до присоединения щупов, и тестер покажет, что он нормальный. Убедиться в этом лучше всего заменой «подозрительного» транзистора в устройстве.

В заключение скажем, что биполярный транзистор – одна из основных «железок» в электронике. Хорошо бы научиться узнавать – «живы» эти «железки» или нет. Конечно, я дал вам, уважаемые читатели, очень упрощенную картину.

В действительности, работа биполярного транзистора описывается многими формулами, существуют многие их разновидности, но это сложная наука. Желающим копнуть глубже могу порекомендовать чудесную книгу Хоровица и Хилла «Искусство схемотехники».

Транзисторы для ваших экспериментов можно купить

До встречи на блоге!

Биполярный
транзистор.

Биполярный
транзистор
—
электронный полупроводниковый прибор,
один из типов транзисторов, предназначенный
для усиления, генерирования и преобразования
электрических сигналов. Транзистор
называется биполярный
,
поскольку в работе прибора одновременно
участвуют два типа носителей заряда
– электроны
и дырки
.
Этим он отличается от униполярного
(полевого)
транзистора, в работе которого участвует
только один тип носителей заряда.

Принцип
работы обоих типов транзисторов похож
на работу водяного крана, который
регулирует водяной поток, только через
транзистор проходит поток электронов.
У биполярных транзисторов через прибор
проходят два тока — основной «большой»
ток, и управляющий «маленький» ток.
Мощность основного тока зависит от
мощности управляющего. У полевых
транзисторов через прибор проходит
только один ток, мощность которого
зависит от электромагнитного поля. В
данной статье рассмотрим подробнее
работу биполярного транзистора.

Устройство
биполярного транзистора.

Биполярный
транзистор состоит из трех слоев
полупроводника и двух PN-переходов.
Различают PNP и NPN транзисторы по типу
чередования дырочной
и электронной проводимостей
.
Это похоже на два диода
,
соединенных лицом к лицу или наоборот.

У
биполярного транзистора три контакта
(электрода). Контакт, выходящий из
центрального слоя, называется база
(base).
Крайние
электроды носят
названия коллектор
и эмиттер
(collector
иemitter
).
Прослойка базы очень тонкая относительно
коллектора и эмиттера. В дополнение к
этому, области полупроводников по краям
транзистора несимметричны. Слой
полупроводника со стороны коллектора
немного толще, чем со стороны эмиттера.
Это необходимо для правильной работы
транзистора.

Работа
биполярного транзистора.

Рассмотрим
физические процессы, происходящие во
время работы биполярного транзистора.
Для примера возьмем модель NPN. Принцип
работы транзистора PNP аналогичен, только
полярность напряжения между коллектором
и эмиттером будет противоположной.

Как
уже говорилось в статье
о типах проводимости в полупроводниках
,
в веществе P-типа находятся положительно
заряженные ионы — дырки. Вещество N-типа
насыщено отрицательно заряженными
электронами. В транзисторе концентрация
электронов в области N значительно
превышает концентрацию дырок в области
P.

Подключим
источник напряжения между коллектором
и эмиттером V КЭ (V CE).
Под его действием, электроны из верхней
N части начнут притягиваться к плюсу и
собираться возле коллектора. Однако
ток не сможет идти, потому что электрическое
поле источника напряжения не достигает
эмиттера. Этому мешает толстая прослойка
полупроводника коллектора плюс прослойка
полупроводника базы.

Теперь
подключим напряжение между базой и
эмиттером V BE ,
но значительно ниже чем V CE (для
кремниевых транзисторов минимальное
необходимое V BE —
0. 6V). Поскольку прослойка P очень тонкая,
плюс источника напряжения подключенного
к базе, сможет «дотянуться» своим
электрическим полем до N области эмиттера.
Под его действием электроны направятся
к базе. Часть из них начнет заполнять
находящиеся там дырки (рекомбинировать).
Другая часть не найдет себе свободную
дырку, потому что концентрация дырок в
базе гораздо ниже концентрации электронов
в эмиттере.

В
результате центральный слой базы
обогащается свободными электронами.
Большинство из них направится в сторону
коллектора, поскольку там напряжение
намного выше. Так же этому способствует
очень маленькая толщина центрального
слоя. Какая-то часть электронов, хоть
гораздо меньшая, все равно потечет в
сторону плюса базы.

В
итоге мы получаем два тока: маленький
— от базы к эмиттеру I BE ,
и большой — от коллектора к эмиттеру
I CE .

Если
увеличить напряжение на базе, то в
прослойке P собереться еще больше
электронов. В результате немного усилится
ток базы, и значительно усилится ток
коллектора. Таким образом,при
небольшом изменении тока базы I
B
,
сильно меняеться ток коллектора I
С
.
Так и происходитусиление
сигнала в биполярном транзисторе
.
Cоотношение тока коллектора I С к
току базы I B называется
коэффициентом усиления по току.
Обозначается β
, hfe
или h31e
,
в зависимости от специфики расчетов,
проводимых с транзистором.

Простейший
усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим
детальнее принцип усиления сигнала в
электрической плоскости на примере
схемы. Заранее оговорюсь, что такая
схема не совсем правильная. Никто не
подключает источник постоянного
напряжения напрямую к источнику
переменного. Но в данном случае, так
будет проще и нагляднее для понимания
самого механизма усиления с помощью
биполярного транзистора. Так же, сама
техника расчетов в приведенном ниже
примере носит несколько упрощенный
характер.

1.Описание
основных элементов цепи

Итак,
допустим в нашем распоряжении транзистор
с коэффициентом усиления 200 (β = 200). Со
стороны коллектора подключим относительно
мощный источник питания в 20V, за счет
энергии которого будет происходить
усиление. Со стороны базы транзистора
подсоединим слабый источник питания в
2V. К нему последовательно подсоединим
источник переменного напряжения в форме
синуса, с амплитудой колебаний в 0.1V. Это
будет сигнал, который нужно усилить.
Резистор Rb возле базы необходим для
того, чтобы ограничить ток, идущий от
источника сигнала, обычно обладающего
слабой мощностью.

2.
Расчет входного тока базы I
b

Теперь
посчитаем ток базы I b .
Поскольку мы имеем дело с переменным
напряжением, нужно посчитать два значения
тока – при максимальном напряжении
(V max)
и минимальном (V min).
Назовем эти значения тока соответственно
— I bmax и
I bmin .

Также,
для того чтобы посчитать ток базы,
необходимо знать напряжение база-эмиттер
V BE .
Между базой и эмиттером располагается
один PN-переход. Получается, что ток базы
«встречает» на своем пути полупроводниковый
диод. Напряжение, при котором
полупроводниковый диод начинает
проводить — около 0.6V. Не будем вдаваться
в подробности вольт-амперных
характеристик диода
,
и для простоты расчетов возьмем
приближенную модель, согласно которой
напряжение на проводящем ток диоде
всегда 0.6V. Значит, напряжение между
базой и эмиттером V BE =
0.6V. А поскольку эмиттер подключен к
земле (V E =
0), то напряжение от базы до земли тоже
0.6V (V B =
0.6V).

Посчитаем
I bmax и
I bmin с
помощью закона Ома:

2.
Расчет выходного тока коллектора I
С

Теперь,
зная коэффициент усиления (β = 200), можно
с легкостью посчитать максимальное и
минимальное значения тока коллектора
(I cmax и
I cmin).

3.
Расчет выходного напряжения V
out

Через
резистор Rc течет ток коллектора, который
мы уже посчитали. Осталось подставить
значения:

4.
Анализ результатов

Как
видно из результатов, V Cmax получился
меньше чем V Cmin .
Это произошло из-за того, что напряжение
на резисторе V Rc отнимается
от напряжения питания VCC. Однако в
большинстве случаев это не имеет
значения, поскольку нас интересует
переменная составляющая сигнала –
амплитуда, которая увеличилась c 0.1V до
1V. Частота и синусоидальная форма сигнала
не изменились. Конечно же, соотношение
V out /V in в
десять раз — далеко на самый лучший
показатель для усилителя, однако для
иллюстрации процесса усиления вполне
подойдет.

Итак,
подытожим принцип работы усилителя на
биполярном транзисторе. Через базу
течет ток I b ,
несущий в себе постоянную и переменную
составляющие. Постоянная составляющая
нужна для того чтобы PN-переход между
базой и эмиттером начал проводить –
«открылся». Переменная составляющая –
это, собственно, сам сигнал (полезная
информация). Сила тока коллектор-эмиттер
внутри транзистора – это результат
умножения тока базы на коэффициент
усиления β. В свою очередь, напряжение
на резисторе Rc над коллектором –
результат умножения усиленного тока
коллектора на значение резистора.

Таким
образом, на вывод V out поступает
сигнал с увеличенной амплитудой
колебаний, но с сохранившейся формой и
частотой. Важно подчеркнуть, что энергию
для усиления транзистор берет у источника
питания VCC. Если напряжения питания
будет недостаточно, транзистор не сможет
полноценно работать, и выходной сигнал
может получится с искажениями.

Режимы
работы биполярного транзистора

В
соответствии уровням напряжения на
электродах транзистора, различают
четыре режима его работы:

Режим
отсечки
(cut off mode).

Активный
режим (active mode).

Режим
насыщения (saturation mode).

Инверсный
ражим (reverse mode).

Режим
отсечки

Когда
напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V —
0.7V, PN-переход между базой и эмиттером
закрыт. В таком состоянии у транзистора
отсутствует ток базы. В результате тока
коллектора тоже не будет, поскольку в
базе нет свободных электронов, готовых
двигаться в сторону напряжения на
коллекторе. Получается, что транзистор
как бы заперт, и говорят, что он находится
в режиме
отсечки
.

Активный
режим

В активном
режиме
напряжение
на базе достаточное, для того чтобы
PN-переход между базой и эмиттером
открылся. В этом состоянии у транзистора
присутствуют токи базы и коллектора.
Ток коллектора равняется току базы,
умноженном на коэффициент усиления.
Т.е активным режимом называют нормальный
рабочий режим транзистора, который
используют для усиления.

Режим
насыщения

Иногда
ток базы может оказаться слишком большим.
В результате мощности питания просто
не хватит для обеспечения такой величины
тока коллектора, которая бы соответствовала
коэффициенту усиления транзистора. В
режиме насыщения ток коллектора будет
максимальным, который может обеспечить
источник питания, и не будет зависеть
от тока базы. В таком состоянии транзистор
не способен усиливать сигнал, поскольку
ток коллектора не реагирует на изменения
тока базы.

В
режиме насыщения проводимость транзистора
максимальна, и он больше подходит для
функции переключателя (ключа) в состоянии
«включен». Аналогично, в режиме отсечки
проводимость транзистора минимальна,
и это соответствует переключателю в
состоянии «выключен».

Инверсный
режим

В
данном режиме коллектор и эмиттер
меняются ролями: коллекторный PN-переход
смещен в прямом направлении, а эмиттерный
– в обратном. В результате ток из базы
течет в коллектор. Область полупроводника
коллектора несимметрична эмиттеру, и
коэффициент усиления в инверсном режиме
получается ниже, чем в нормальном
активном режиме. Конструкция транзистора
выполнена таким образом, чтобы он
максимально эффективно работал в
активном режиме. Поэтому в инверсном
режиме транзистор практически не
используют.

Основные
параметры биполярного транзистора.

Коэффициент
усиления по току
–
соотношение тока коллектора I С к
току базы I B .
Обозначаетсяβ
, hfe
или h31e
,
в зависимости от специфики расчетов,
проводимых с транзисторов.

β
— величина постоянная для одного
транзистора, и зависит от физического
строения прибора. Высокий коэффициент
усиления исчисляется в сотнях единиц,
низкий — в десятках. Для двух отдельных
транзисторов одного типа, даже если во
время производства они были “соседями
по конвейеру”, β может немного отличаться.
Эта характеристика биполярного
транзистора является, пожалуй, самой
важной. Если другими параметрами прибора
довольно часто можно пренебречь в
расчетах, то коэффициентом усиления по
току практически невозможно.

Входное
сопротивление
–
сопротивление в транзисторе, которое
«встречает» ток базы. Обозначается R
in
(R
вх
).
Чем оно больше — тем лучше для усилительных
характеристик прибора, поскольку со
стороны базы обычно находиться источник
слабого сигнала, у которого нужно
потреблять как можно меньше тока.
Идеальный вариант – это когда входное
сопротивление равняется бесконечность.

R вх для
среднестатистического биполярного
транзистора составляет несколько сотен
КΩ (килоом). Здесь биполярный транзистор
очень сильно проигрывает полевому
транзистору, где входное сопротивление
доходит до сотен ГΩ (гигаом).

Выходная
проводимость
—
проводимость транзистора между
коллектором и эмиттером. Чем больше
выходная проводимость, тем больше тока
коллектор-эмиттер сможет проходить
через транзистор при меньшей мощности.

Также
с увеличением выходной проводимости
(или уменьшением выходного сопротивления)
увеличивается максимальная нагрузка,
которую может выдержать усилитель при
незначительных потерях общего коэффициента
усиления. Например, если транзистор с
низкой выходной проводимостью усиливает
сигнал в 100 раз без нагрузки, то при
подсоединении нагрузки в 1 КΩ, он уже
будет усиливать всего в 50 раз. У
транзистора, с таким же коэффициентом
усиления, но с большей выходной
проводимостью, падение усиления будет
меньше. Идеальный вариант – это когда
выходная проводимость равняется
бесконечность (или выходное сопротивление
R out =
0 (R вых =
0)).

Термин «биполярный транзистор» связан с тем, что в этих транзисторах используются носители зарядов двух типов: электроны и дырки. Для изготовления транзисторов применяют те же полупроводниковые материалы, что и для .

В биполярных транзисторах с помощью трехслойной полупроводниковой структуры из полупроводников создаются два p–n-перехода с чередующими типами электропроводности (p–n–p или n–p–n).

Биполярные транзисторы конструктивно могут быть беcкорпусными (рис.1,а) (для применения, например, в составе интегральных микросхем) и заключенными в типовой корпус (рис. 1,б). Три вывода биполярного транзистора называются база
, коллектор
и эмиттер
.

Рис. 1. Биполярный транзистор: а) p–n–p-структуры без корпуса, б) n–p–n-структуры в корпусе

В зависимости от общего вывода можно получить три схемы подключения биполярного транзистора
: с общей базой (ОБ), общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ). Рассмотрим работу транзистора в схеме с общей базой, (рис. 2).

Рис. 2. Схема работы биполярного транзистора

Эмиттер инжектирует (поставляет) в базу основные носители, в нашем примере для полупроводниковых приборов n-типа ими будут электроны. Источники выбирают так, чтобы E2 >> E1. Резистор Rэ ограничивает ток открытого p–n-перехода.

При E1 = 0 ток через коллекторный переход мал (обусловлен неосновными носителями), его называют начальным коллекторным током Iк0. Если E1 > 0, электроны преодолевают эмиттерный p–n-переход (E1 включена в прямом направлении) и попадают в область базы.

Базу выполняют с большим удельным сопротивлением (малой концентрацией примеси), поэтому концентрация дырок в базе низкая. Следовательно, немногие попавшие в базу электроны рекомбинируют с ее дырками, образуя базовый ток Iб. Одновременно в коллекторном p–n-переходе со стороны E2 действует много большее поле, чем в эмиттерном переходе, которое увлекает электроны в коллектор. Поэтому подавляющее большинство электронов достигают коллектора.

Эмиттерный и коллекторный токи связаны коэффициентом передачи тока эмиттера

при Uкб = const.

Всегда ∆
Iк ∆
Iэ, а a = 0,9 — 0,999 для современных транзисторов.

В рассмотренной схеме Iк = Iк0 + aIэ » Iэ. Следовательно, схема биполярного транзистора с общей базой обладает низким коэффициентом передачи тока. Из-за этого ее применяют редко, в основном в высокочастотных устройствах, где по усилению напряжения она предпочтительнее других.

Основной схемой включения биполярного транзистора является схема с общим эмиттером, (рис. 3).

Рис. 3. Включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером

Для нее по можно записать Iб = Iэ – Iк = (1 – a)Iэ – Iк0 .

Учитывая, что 1 – a = 0,001 — 0,1, имеем Iб

Найдем отношение тока коллектора к току базы:

Это отношение называют коэффициентом передачи тока базы
. При a = 0,99 получаем b = 100. Если в цепь базы включить источник сигнала, то такой же сигнал, но усиленный по току в b раз, будет протекать в цепи коллектора, образуя на резисторе Rк напряжение много большее, чем напряжение источника сигнала.

Для оценки работы биполярного транзистора в широком диапазоне импульсных и постоянных токов, мощностей и напряжений, а также для расчета цепи смещения, стабилизации режима используются семейства входных и выходных вольтамперных характеристик (ВАХ)
.

Семейство входных ВАХ
устанавливают зависимость входного тока (базы или эмиттера) от входного напряжения Uбэ при Uк = const, рис. 4,а. Входные ВАХ транзистора аналогичны ВАХ диода в прямом включении.

Семейство выходных ВАХ устанавливает зависимость тока коллектора от напряжения на нем при определенном токе базы или эмиттера (в зависимости от схемы с общим эмиттером или общей базой), рис. 4, б.

Рис. 4. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора: а – входные, б – выходные

Кроме электрического перехода n–p, в быстродействующих цепях широко используется переход на основе контакта металл–полупроводник – барьер Шоттки (Schottky). В таких переходах не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе, и быстродействие транзистора зависит только от скорости перезарядки барьерной емкости.

Рис. 5. Биполярные транзисторы

Параметры биполярных транзисторов

Для оценки максимально допустимых режимов работы транзисторов используют основные параметры:

1) максимально допустимое напряжение коллектор–эмиттер
(для различных транзисторов Uкэ макс = 10 — 2000 В),

2) максимально допустимая мощность рассеяния коллектора Pк макс
– по ней транзисторы делят на транзисторы малой мощности (до 0,3 Вт), средней мощности (0,3 — 1,5 Вт) и большой мощности (более 1,5 Вт), транзисторы средней и большой мощности часто снабжаются специальным теплоотводящим устройством – радиатором,

3) максимально допустимый ток коллектора
Iк макс – до 100 А и более,

4) граничная частота передачи тока fгр
(частота, на которой h31 становится равным единице), по ней биполярные транзисторы делят:

• на низкочастотные – до 3 МГц,

• среднечастотные – от 3 до 30 МГц,

• высокочастотные – от 30 до 300 МГц,

• сверхвысокочастотные – более 300 МГц.

д.т.н., профессор Л. А. Потапов

Устройство и принцип действия биполярного транзистора

Условное графическое изображение транзисторов в электронных схемах показано на рис. 3.1. В схемах транзисторы обозначаются буквами VT с последующей порядковой нумерацией

(VT1, VT2…).

p-n-p    n-p-n

Рис. 3.1. Условное обозначение биполярных транзисторов

Биполярный транзистор состоит из двух противоположно направленных p-n-переходов П1 и П2 (рис. 3.2). В монокристалле транзистора   выделяют   три   области:   эмиттер   (Э),   базу   (Б), коллектор (К), имеющие соответствующие выводы. В схемах эмиттер изображается в виде стрелки, указывающей направление тока эмиттера.

Переход П1 между эмиттером и базой называется эмиттерным, а переход П2 – коллекторным (рис.3.2).

Биполярные  транзисторы должны  удовлетворять следующим основным конструктивным требованиям:

база должна быть настолько тонкой, чтобы инжектированные в неѐ носители могли без значительных потерь из-за рекомбинации достигать коллектора;

концентрация примесей в эмиттере должна быть больше, чем в базе, а толщина базы малой;

площадь коллекторного перехода должна быть в несколько раз больше площади эмиттерного перехода.

p          П1       n          П2       p

Э         К

Б

Рис. 3.2. Структура биполярного p-n-p транзистора

Различают две структуры биполярных транзисторов p-n-p и n-p-n. Принцип действия обоих структур одинаков, различие лишь в том, что в транзисторах p-n-p от эмиттера к коллектору через базу двигаются дырки, а в транзисторах n-p-n – электроны.

При работе транзистора в качестве усилителя эмиттерный переход  включают  в   прямом,  а   коллекторный    в   обратном

направлениях (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Электродные токи в биполярном транзисторе

В p-n-p транзисторе базе сообщается отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру, а коллектору ещѐ более отрицательное. В n-p-n транзисторе наоборот: база имеет более высокий потенциал по отношению к эмиттеру, а величина этого потенциала у коллектора ещѐ выше.

Если задать Uэб=0, а к переходу П2 приложить обратное напряжение Uкб, тогда Iэ=0 и в коллекторной цепи возникает слабый обратный коллекторный ток Iко. Это ток неосновных носителей базы

– дырок, притягиваемых отрицательным полюсом коллектора.

Если  при      этом  приложить  прямое  напряжение  Uэб    к переходу П1, то дырки эмиттера, отталкиваясь от его положительного полюса, устремляются через П1 в базу. Благодаря незначительной ширине базы большинство дырок преодолевает еѐ и переход П2, притягиваясь отрицательным полюсом коллектора и образуя при этом ток коллектора Iк.

Оставшаяся    в          базе     незначительная         часть   дырок,

притягиваясь отрицательным полюсом базы, образует незначительный ток базы Iб. Следовательно, между токами транзистора устанавливается соотношение Iэ=Iб+Iк.

Транзистор  –  обратимый  прибор,  в  котором  коллектор  и

эмиттер можно менять местами. Обычное включение называют нормальным, а обратное – инверсным. Из-за различия площадей переходов П1 и П2 параметры транзистора при нормальном и инверсном включения различны.

Материал взят из книги Полупроводниковые приборы в системах транспортной телематики (Асмолов, Г.И.)

8 Биполярные транзисторы — СтудИзба

3 биполярные транзисторы

3.1 Принцип действия биполярного транзистора. Режимы работы.

3.1.1 Общие сведения

Биполярным транзистором (БТ) называется трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами, предназначенный для усиления электрических колеба­ний по току, напряжению или мощности. Слово “биполярный” оз­начает, что физические процессы в БТ определяются движением носителей заряда обоих знаков (электронов и дырок). Взаимодей­ствие переходов обеспечивается тем, что они располагаются дос­таточно близко — на расстоянии, меньшем диффузионной длины. Два p-n-перехода образуются в результате чередования областей с разным типом электропроводности. В зависимости от порядка че­редования различают БТ типа

n-p-n (или со структурой n-p-n) и типа p-n-p (или со структурой p-n-p), условные изображения которых по­казаны на рисунке 3.1.

Структура реального транзистора типа n-p-n изображена на рисунке 3.2. В этой структуре существуют два перехода с неодинаковой площадью: площадь левого перехода n₁⁺-p меньше, чем у перехода n₂-p. Кроме того, у большинства БТ одна из крайних областей (n₁ с меньшей площадью) сечения легирована гораздо сильнее, чем другая крайняя область (n₂).

Рисунок 3.2 Структура реального БТ типа n-p-n.

Сильнолегированная об­ласть обозначена верхним индексом “+” (n⁺). Поэтому БТ является асимметрич­ным прибором. Асимметрия отражается и в названиях крайних об­ластей: сильнолегированная область с меньшей площадью (n₁⁺) называется эмиттером, а область n₂ — коллектором. Соответст­венно область (p) называется базовой (или базой). Правая область n⁺ служит для переход n₁⁺-р называют эмиттерным, а n₂-p коллектор­ным. Средняя снижения сопротивления коллектора. Конта­кты с областями БТ обозначены на рисунках 3.1 и 3.2 буквами: Э — эмиттер; Б — база; К- коллектор.

Основные свойства БТ определяются процессами в базовой об­ласти, которая обеспечивает взаимодействие эмиттерного и коллек­торного переходов. Поэтому ширина базовой области должна быть малой (обычно меньше 1 мкм). Если распределение примеси в базе от эмиттера к коллектору однородное (равномерное), то в ней отсут­ствует электрическое поле и носители совершают в базе только диффузионное движение. В случае неравномерного распределения примеси (неоднородная база) в базе существует “внутреннее” электрическое поле, вызывающее появление дрейфового движения носителей: результирующее движение определяется как диффузи­ей, так и дрейфом. БТ с однородной базой называют бездрейфовы­ми, а с неоднородной базой — дрейфовыми.

Биполярный транзистор, являющийся трехполюсным прибором, можно использовать в трех схемах включения: с общей базой (ОБ) (рисунок 3.3,а), общим эмиттером (ОЭ) (рисунок 3.3,б), и общим коллектором (ОК) (рисунок 3.3,в). Стрелки на ус­ловных изображениях БТ указывают (как и на рисунке 3.1) направление прямого тока эмиттерного перехода. В обозначениях напряжений вторая буква индекса обозначает общий электрод для двух источни­ков питания.

 В общем случае возможно четыре варианта полярностей напря­жения переходов, определяющих четыре режима работы транзисто­ра. Они получили названия: нормальный активный режим, инверс­ный активный режим, режим насыщения (или режим двухсторонней инжекции) и режим отсечки.

а)	б)	в)
Рисунок 3.3 Схемы включения БТ.

В нормальном активном режиме (НАР) на эмиттерном переходе действует прямое напряжение (напряжение эмиттер — база U_ЭБ), а на коллекторном переходе — обратное (напряжение коллектор — ба­за U_КБ). Этому режиму соответствуют полярности источников пита­ния на рисунке 3.4 и направления токов для p-n-p транзистора. В случае n-p-n транзистора полярности напряжения и направления токов из­меняются на противоположные.

Этот режим работы (НАР) является основным и определяет на­значение и название элементов транзистора. Эмиттерный переход осуществляет инжекцию носителей в узкую базовую область, кото­рая обеспечивает практически без потерь перемещение инжектиро­ванных носителей до коллекторного перехода. Коллекторный пере­ход не создает потенциального барьера для подошедших носите­лей, ставших неосновными носителями заряда в базовой области, а, наоборот, ускоряет их и поэтому переводит эти носители в коллекторную область. “Собира­тельная” способность этого перехода и обусловила название “кол­лектор”. Коллектор и эмиттер могут поменяться ролями, если на коллекторный переход подать прямое напряжение U_КБ, а на эмиттерный -обратное U_ЭБ. Такой режим работы называется инверсным активным режимом (ИАР). В этом случае транзистор “работает” в обратном направлении: из коллектора идет инжекция дырок, кото­рые проходят через базу и собираются эмиттерным переходом, но при этом его параметры отличаются от первоначальных.

Рисунок 3.4 Физические процессы в БТ.

Режим работы, когда напряжения на эмиттерном и коллектор­ном переходах являются прямыми одновременно, называют режи­мом двухсторонней инжекции (РДИ) или менее удачно режимом насыщения (РН). В этом случае и эмит­тер, и коллектор инжектируют носители заряда в базу навстречу друг другу и одновременно каждый из переходов собирает носители, приходящие к нему от другого перехода.

Наконец, режим, когда на обоих переходах одновременно действуют обратные напряжения, называют ре­жимом отсечки (РО), так как в этом случае через переходы протекают ма­лые обратные токи.

Следует подчеркнуть, что классификация режимов производится по комбинации напряжений переходов, В схеме включения с общей базой (ОБ) они равны напряжениям источни­ков питания U_ЭБ и U_КБ. В схеме включения с общим эмиттером (ОЭ) напряжение на эмиттерном переходе определяется напря­жением первого источника (U_ЭБ = -U_БЭ), а напряжение коллектор­ного перехода зависит от напряжений обоих источников и по обще­му правилу определения разности потенциалов U_КБ = U_КЭ + U_ЭБ. Так как U_ЭБ = -U_БЭ, тo U_КБ = U_КЭ — U_БЭ; при этом напряжение источ­ников питания надо брать со своим знаком: положительным, если к электроду присоединен положительный полюс источника, и от­рицательным — в другом случае. В схеме включения с общим кол­лектором (ОК) напряжение на коллекторном переходе определя­ется одним источником: U_КБ = -U_БК. Напряжение на эмиттерном переходе зависит от обоих источников: U_ЭБ = U_ЭК + U_КБ = U_ЭК — U_БК, при этом правило знаков прежнее.

3.1.2 Физические процессы в бездрейфовом биполярном транзисторе при работе в активном режиме.

Основные физические процессы в идеализированном БТ удобно рассматривать на примере схемы с общей базой (рисунок 3.4), так как напряжения на переходах совпадают с напряжениями источников питания. Выбор p-n-p транзистора связан с тем, что направление движения инжектируемых из эмиттера носителей (дырок) совпадает с направлением тока.

В нормальном активном режиме (НАР) на эмиттерном переходе действует прямое напряжение U_ЭБ. Поэтому прямой ток перехода

 , (3.1)

где I_{э р}, I_{э n} — инжекционные токи дырок (из эмиттера в базу) и электронов (из базы в эмиттер), а I_эрек — составляющая тока, вы­званная рекомбинацией в переходе тех дырок и электронов, энергия которых недостаточна для преодоления потенциального барьера. Относительный вклад этой составляющей в ток перехода I_э в (3.1) тем заметнее, чем меньше инжекционные составляющие I_эр и I_эn, определяющие прямой ток в случае идеа­лизированного р-n перехода. Если вклад I_{э рек} незначителен, то вместо (3.1) можно записать

. (3.2)

Полезным в сумме токов выражения (3.1) является только ток I_{э р}, так как он будет участвовать в создании тока коллекторного перехода. “Вредные” составляющие тока эмиттера I_{э n} и I_{э рек} протекают через вывод базы и являются составляющими тока ба­зы, а не коллектора. Поэтому вредные компоненты I_{э n}, I_{э рек} долж­ны быть уменьшены.

Эффективность работы эмиттерного перехода учитывается ко­эффициентом инжекции эмиттера

, (3.3)

который показывает, какую долю в полном токе эмиттера составля­ет полезный компонент. В случае пренебрежения током I_{э рек}

. (3.4)

Коэффициент инжекции g_Э «тем выше (ближе к единице), чем меньше отношение I_{э n}/ I_{э р}. Величина I_{э n}/ I_{э р} << 1, если концентрация акцепторов в эмиттерной области p-n-p транзистора N_АЭ на несколь­ко порядков выше концентрации доноров N_ДБ в базе (N_АЭ >> N_ДБ). Это условие обычно и выполняется в транзисторах.

Какова же судьба дырок, инжектированных в базу из эмиттера, определяющих полезный ток I_Эр? Очевидно, что инжектированные дырки повышают концентрацию дырок в базе около границы с эмиттерным переходом, т.е. вызывают появление градиента концентра­ции дырок — неосновных носителей базы. Этот градиент обусловливает диффузионное движение дырок через базу к коллекторному переходу. Очевидно, что это движение должно сопровождаться ре­комбинацией части потока дырок. Потерю дырок в базе можно учесть введением тока рекомбинации дырок I_{Б рек}, так что ток подхо­дящих к коллекторному переходу дырок

. (3.5)

Относительные потери на рекомбинацию в базе учитывают коэф­фициентом переноса:

. (3.6)

Коэффициент переноса показывает, какая часть потока дырок, ин­жектированных из эмиттера в базу, подходит к коллекторному пере­ходу. Значение c_Б тем ближе к единице, чем меньшее число инжек­тированных дырок рекомбинирует с электронами — основными носи­телями базовой области. Ток I_Брек одновременно характеризует одинаковую потерю количества дырок и электронов. Так как убыль электронов в базе вследствие рекомбинации в конце концов покры­вается за счет прихода электронов через вывод базы из внешней це­пи, то ток I_Брек следует рассматривать как составляющую тока базы наряду с инжекционной составляющей I_{Э n}.

Чтобы уменьшить потери на рекомбинацию, т.е. увеличить c_Б, необходимо уменьшить концентрацию электронов в базе и ширину базовой области. Первое достигается снижением концентрации до­норов N_{д Б}. Это совпадает с требованием N_АЭ/N_ДБ, необходимым для увеличения коэффициента инжекции. Потери на рекомбинацию будут тем меньше, чем меньше отношение ширины базы W_Б и диф­фузионной длины дырок в базовой области L_{p Б}. Доказано, что име­ется приближенное соотношение

. (3.7)

Например, при W_Б/L_{p Б} = 0,1 c_Б = 0,995, что очень мало отличается от предельного значения, равного единице.

Если при обратном напряжении в коллекторном переходе нет ла­винного размножения проходящих через него носителей, то ток за коллекторным переходом с учетом (3.5)

 (3.8)

С учетом (3.6) и (3.3) получим

, (3.9)

где

   . (3.10)

Это отношение дырочной составляющей коллекторного тока к пол­ному току эмиттера называет статическим коэффициентом пере­дачи тока эмиттера.

Ток коллектора имеет еще составляющую I_КБО, которая протекает в цепи коллектор — база при I_Э = 0 (холостой ход, “обрыв” цепи эмиттера), и не зависит от тока эмиттера. Это обратный ток перехо­да, создаваемый неосновными носителями областей базы и коллек­тора, как в обычном p-n переходе (диоде).

Таким образом, полный ток коллектора с учетом (3.8) и (3.10)

. (3.11)

Из (3.11) получим обычно используемое выражение для стати­ческого коэффициента передачи тока:

, (3.12)

числитель которого (I_К — I_КБО) представляет собой управляемую (за­висимую от тока эмиттера) часть тока коллектора, I_Кр. Обычно ра­бочие токи коллектора I_К значительно больше I_КБО, поэтому

. (3.13)

С помощью рисунка 3.4 можно представить ток базы через компоненты:

. (3.14)

По первому закону Кирхгофа для общей точки

. (3.15)

Как следует из предыдущего рассмотрения, I_К и I_Б принципиально меньше тока I_Э; при этом наименьшим является ток базы

. (3.16)

Используя (3.16) и (3.11), получаем связь тока базы с током эмитте­ра

. (3.17)

Если в цепи эмиттера нет тока (I_Э = 0, холостой ход), то I_Б = -I_КБО, т. е. ток базы отрицателен и по величине равен обратному току коллектор­ного перехода. При значении I^*_Э = I_КБО /(1-a) ток I_Б = 0, а при дальней­шем увеличении I_Э (I_Э>I^*_Э) ток базы оказывается положительным.

Подобно (3.11) можно установить связь I_К с I_Б. Используя (3.11) и (3.15), получаем

, (3.18)

где

 (3.19)

— статический коэффициент передачи тока базы. Так как значение a обычно близко к единице, то b может быть очень большим (b>>1). Например, при a = 0,99 b = 99. Из (3.18) можно получить соотношение

. (3.20)

Очевидно, что коэффициент b есть отношение управляемой (изме­няемой) части коллекторного тока (I_К — I_КБО) к управляемой части ба­зового тока (I_Б + I_КБО).

Все составляющие последнего выражения зависят от I_Э и обраща­ются в нуль при I_Э = 0. Введя обозначение

, (3.21)

можно вместо (3.18) записать

. (3.22)

Отсюда очевиден смысл введенного обозначения I_КЭО: это зна­чение тока коллектора при нулевом токе базы (I_Б = 0) или при “обры­ве” базы. При I_Б = 0

I_К = I_Э, поэтому ток I_КЭО проходит через все обла­сти транзистора и является “сквозным” током, что и отражается ин­дексами “К” и “Э” (индекс “О” указывает на условие I_Б = 0).

3.2 Статические характеристики биполярных транзисторов

Обычно анализируют входные и выходные характеристики БТ в схемах с общей базой и общим эмиттером. Для определен­ности и преемственности изложения будем рассматривать p-n-p-транзистор.

3.2.1 Схема с общей базой

Семейство входных характеристик схемы с ОБ представляет собой зависимость I_Э = f(U_ЭБ) при фиксированных значениях пара­метра U_КБ — напряжения на коллекторном переходе (рисунок 3.5,а).

а)	б)
Рисунок 3.5 Входные (а) и выходные (б) характеристики БТ в схеме включения с ОБ

При U_КБ = 0 характеристика подобна ВАХ p-n-перехода. С рос­том обратного напряжения U_КБ (U_КБ < 0 для p-n-p-транзистора) вследствие уменьшения ширины базовой области (эффект Эрли) происходит смещение характеристики вверх: I_Э растет при вы­бранном значении U_ЭБ. Если поддерживается постоянным ток эмиттера (I_Э = const), т.е. градиент концентрации дырок в базовой области остается прежним, то необходимо понизить напряжение U_ЭБ, (характеристика сдвигается влево). Следует заметить, что при U_КБ < 0 и U_ЭБ = 0 существует неболь­шой ток эмиттера I_Э0, который становится равным нулю только при некотором обратном напряжении U_ЭБ0.

Семейство выходных характеристик схемы с ОБ представ­ляет собой зависимости I_К = f(U_КБ) при заданных значениях парамет­ра I_Э (рисунок 3.5,б).

Выходная характеристика p-n-p-транзистора при I_Э = 0 и обрат­ном напряжении |U_КБ < 0| подобна обратной ветви p-n-перехода (диода). При этом в соответствии с (3.11) I_К = I_КБО, т. е. характеристика представляет собой обратный ток коллекторного перехода, протека­ющий в цепи коллектор — база.

При I_Э > 0 основная часть инжектированных в базу носителей (дырок в p-n-p транзисторе) доходит до границы коллекторного перехода и создает коллекторный ток при U_КБ = 0 в результате ус­коряющего действия контактной разности потенциалов. Ток мож­но уменьшить до нуля путем подачи на коллекторный переход прямого напряжения определенной величины. Этот случай соот­ветствует режиму насыщения, когда существуют встречные пото­ки инжектированных дырок из эмиттера в базу и из коллектора в базу. Результирующий ток станет равен нулю, когда оба тока оди­наковы по величине (например, точка А’ на рисунок 3.5,б). Чем больше заданный ток I_Э, тем большее прямое напряжение U_КБ требу­ется для получения I_К = 0.

Область в первом квадранте на рис. 3.5,б, где U_КБ < 0 (об­ратное) и параметр I_Э > 0 (что означает прямое напряжение U_ЭБ) соответствует нормальному активному режиму (НАР). Значение коллекторного тока в НАР определяется формулой (3.11) I_К = aI_Э + I_КБО. Выходные характеристики смещаются вверх при увеличе­нии параметра I_Э. В идеализированном транзисторе не учитыва­ется эффект Эрли, поэтому интегральный коэффициент переда­чи тока a можно считать постоянным, не зависящим от значения |U_КБ|. Следовательно, в идеализированном БТ выходные характе­ристики оказываются горизонтальными (I_К = const). Реально же эффект Эрли при росте |U_КБ| приводит к уменьшению потерь на рекомбинацию и росту a. Так как значение a близко к единице, то относительное увеличение а очень мало и может быть обнару­жено только измерениями. Поэтому отклонение выходных харак­теристик от горизонтальных линий вверх “на глаз” не заметно (на рисунке 3.5,б не соблюден масштаб).

3.2.2 Схема с общим эмиттером

Семейство входных характеристик схемы с ОЭ представля­ет собой зависимости I_Б = f(U_БЭ), причем параметром является на­пряжение U_КЭ (рисунок 3.6,а). Для p-n-p транзистора отрицательное напряжение U_БЭ (U_БЭ < 0) означает

а)	б)
Рисунок 3.6 Рисунок 3.5 Входные (а) и выходные (б) характеристики БТ в схеме включения с ОЭ

прямое включение эмиттерного перехода, так как U_ЭБ = -U_БЭ > 0. Если при этом U_КЭ = 0 (потенциалы коллектора и эмиттера одинаковы), то и коллекторный переход бу­дет включен в прямом направлении: U_КБ = U_КЭ + U_ЭБ = U_ЭБ > 0. Поэто­му входная характеристика при U_КЭ = 0 будет соответствовать ре­жиму насыщения (РН), а ток базы равным сумме базовых токов из-за одновременной инжекции дырок из эмиттера и коллектора. Этот ток, естественно, увеличивается с ростом прямого напряже­ния U_ЭБ, так как оно приводит к усилению инжекции в обоих перехо­дах (U_КБ = U_ЭБ) и соответствующему возрастанию потерь на реком­бинацию, определяющих базовый ток.

Вторая характеристика на рисунке 3.6,а (U_КЭ á0) относится к нормальному активному режиму, для получения которого напряжение U_КЭ долж­но быть в p-n-p транзисторе отрицательным и по модулю превы­шать напряжение U_ЭБ. В этом случае (U_КБ = U_КЭ + U_ЭБ = U_КЭ — U_БЭ < 0. Формально ход входной характеристики в НАР можно объяснить с помощью выражения (3.14) или (3.17): I_Б =(1 — a)I_Э — I_КБО. При малом напряжении U_БЭ инжекция носителей практически от­сутствует (I_Э = 0) и ток I_Б = -I_КБО, т.е. отрицателен. Увеличение пря­мого напряжения на эмиттерном переходе U_ЭБ = -U_БЭ вызывает рост I_Э и величины (1 — a) I_Э. Когда (1 — a) I_Э = I_КБО, ток I_Б = 0. При дальнейшем роете U_БЭ (1 — a) I_Э > I_КБО^{и I_Б меняет направление и становится положительным (I_Б > 0) и сильно зависящим от напря­жения перехода.}

Влияние U_КЭ на I_Б в НАР можно объяснить тем, что рост |U_КЭ| означает рост |U_КБ| и, следовательно, уменьшение ширины базо­вой области (эффект Эрли). Последнее будет сопровождаться снижением потерь на рекомбинацию, т. е. уменьшением тока базы (смещение характеристики незначительно вниз).

Семейство выходных характеристик схемы с ОЭ предста­вляет собой зависимости I_К = f(U_КЭ) при заданном параметре I_Б (рисунок 3.6,б).

Крутые начальные участки характеристик относятся к режиму насыщения, а участки с малым наклоном — к нормальному актив­ному режиму. Переход от первого режима ко второму, как уже от­мечалось, происходит при значениях |U_КЭ|, превышающих |U_БЭ|. На характеристиках в качестве параметра берется не напряжение U_БЭ, а входной ток I_Б. Поэтому о включении эмиттерного перехода приходится судить по значению тока I_Б, который связан с входной характеристикой на рисунке 3.6,а. Для увеличения I_Б необходимо увеличивать |U_БЭ|, следовательно, и граница между режимом на­сыщения и нормальным активным режимом должна сдвигаться в сторону больших значений.

Если параметр I_Б = 0 (“обрыв” базы), то в соответствии с (3. 22) I_К = I_КЭО = (b + 1 ) I_КБО. В схеме с ОЭ можно получить (как и в схеме с ОБ) I = I_КБО, если задать отрицательный ток I_Б = -I_КБО. Выходная ха­рактеристика с параметром I_Б = -I_КБО может быть принята за грани­цу между НАР и режимом отсечки (РО). Однако часто за эту грани­цу условно принимают характеристику с параметром I_Б = 0.

Наклон выходных характеристик в нормальном активном режи­ме в схеме с общим эмиттером во много раз больше, чем в схеме с общей базой (h_22Э » bh_22Б) Объясняется это различным проявлени­ем эффекта Эрли. В схеме с общим эмиттером увеличение U_КЭ, а следовательно и U_КБ сопровождается уменьшением тока ба­зы, а он по определению выходной характеристики должен быть неизменным. Для восстановления тока базы приходится регули­ровкой напряжения U_БЭ увеличивать ток эмиттера, а это вызывает прирост тока коллектора DI_К, т. е. увеличение выходной проводимо­сти (в схеме с ОБ ток I_Э при снятии выходной характеристики поддерживается неизменным).

3.2.3 Влияние температуры на статические характеристики БТ

Влияние температуры на положение входной характеристики схемы с ОБ при поддержании неизменным ее параметра анало­гично ее влиянию на ВАХ полупроводникового диода. В нормаль­ном активном режиме ток эмиттерного перехода можно предста­вить формулой

.

С ростом температуры тепловой ток I_ЭО растет быстрее, чем убывает экспонента из-за увеличения j_Т = kT/q. В резуль­тате противоположного влияния двух факторов входные характери­стики схемы с ОБ смещаются влево при выбранном токе I_Э на вели­чину DU » (1…2) мВ/°С (рисунок 3.7,а).

Начало входной характеристики в схеме с ОЭ определяется теп­ловым током коллекторного перехода I_КБО который сильно зависит от температуры, так что начало характеристики при увеличении тем­пературы опускается (рисунок 3. 7, б).

Влияние температуры на выходные характеристики схем с ОБ и ОЭ в НАР удобно анализировать по формулам (3.11) и (3.22):

 и .

Снятие выходных характеристик при различных температурах должно проводиться при поддержании постоянства параметров (I_Э = const в схеме с ОБ и I_Б = const в схеме с ОЭ). Поэтому в схеме с ОБ при I_Э = const рост I_К будет определяться только увеличением I_КБО (рисунок 3.8, а).

Однако обычно I_КБО значительно меньше aI_Э, изменение I_К составляет доли процента и его можно не учитывать.

а)	б)
Рисунок 3.7 Зависимость входных характеристик от температуры для схем ОБ (а) и ОЭ (б).

а)	б)
Рисунок 3.8 Зависимость выходных характеристик БТ от температуры для схем включения с ОБ (а) и ОЭ (б).

В схеме с ОЭ положение иное. Здесь парамет­ром является I_Б и его надо поддерживать неизменным при измене­нии температуры. Будем считать в первом приближении, что коэф­фициент передачи b не зависит от температуры. Постоянство bI_Б оз­начает, что температурная зависимость I_К будет определяться сла­гаемым (b + 1)I_КБО. Ток I_КБО (как тепловой ток перехода) примерно удваивается при увеличении температуры на 10°С, и при b >> 1 при­рост тока (b + 1)I_КБО может оказаться сравнимым с исходным значе­нием коллекторного тока и даже превысить его.

На рисунке 3.8,б показано большое смещение выходных характе­ристик вверх. Сильное влияние температуры на выходные характе­ристики в схеме с ОЭ может привести к потере работоспособности конкретных устройств, если не принять схемотехнические меры для стабилизации тока или термостатирование.

3.3 Дифференциальные параметры биполярного транзистора

Статические характеристики и их семейства наглядно связывают постоянные то­ки электродов с постоянными напряжениями на них. Однако часто возникает задача установить количественные связи между небольшими изменениями (дифференциа­лами) этих величин от их исходных значений. Эти связи характеризуют коэффициен­тами пропорциональности -дифференциальными параметрами.

Рассмотрим процедуру введения дифференциальных параметров БТ на приме­ре наиболее распространенных h-параметров, приводимых в справочниках по тран­зисторам. Для введения этой системы параметров в качестве независимых перемен­ных при описании статического режима берут входной ток I_ВХ (I_Э или I_Б) и выходное на­пряжение U_ВЫХ (U_KБ или (U_КЭ):

 U₁= f (I₁,U₂) (3.23)

I₂= f (I₁,U₂)

В этом случае полные дифференциалы

 (3.24)

Частные производные в выражениях (3.24) и являются дифференциальными h-napaметрами, т.е.

dU₁=h₁₁ d I₁ +h₁₂ dU₂ (3. 25)

dI₂=h₂₁ dI₁ + h₂₂ dU₂

(h₁₁ -входное сопротивление, h₁₂ -коэффициент обратной передачи, h₂₁ -коэффициент передачи входного тока и h₂₂ -выходная проводимость). Названия и обозначе­ния этих параметров взяты из теории четырехполюсников для переменного тока.

Приращения статических величин в нашем случае имитируют переменные токи и напряжения.

Для схемы с общей базой

dU_ЭБ=h_11Б d I_Э +h_12Б dU_КБ (3.26)

dI_К=h_21Б dI_Э + h_22Б dU_КБ

Эти уравнения устанавливают и способ нахождения по статическим характери­стикам, и метод измерения h-параметров. Полагая dU_КБ = 0, т.е. U_КБ = const, можно найти h_11Б и h_21Б, а считая dI_Э = 0, т. е. I_Э = const. определить h_12Б и h_22Б.

Аналогично для схемы с общим эмиттером можно переписать (3.26) в виде

dU_БЭ=h_11Э d I_Б +h_12Э dU_КЭ (3.27)

dI_К=h_21Э dI_Б + h_22Э dU_КЭ

Связь h-параметров со статическими характеристиками схем с ОБ и ОЭ и их определение по ним рассмотрены в [4].

3.4 Линейная (малосигнальная) модель биполярного транзистора

В качестве малосигнальных моделей могут быть использованы эквивалентные схемы с дифференциальными h-, у- и z-параметрами, которые имеют формальный харак­тер и в которых отсутствуют непосредственная свя­зь с физической структурой транзистора. Например, эквивалентная схема для системы Н-параметров приведена на рисунке 3.9.

Широкое распространение нашли эквивалентные схемы с так называемыми физи­ческими параметрами, которые опираются на нелинейную дина­мическую модель Эберса — Молла, т.е. тесно связаны с физичес­кой структурой биполярного транзистора.

Малосигнальную схему БТ легко получить из нелинейной ди­намической модели заменой эмиттерного и коллекторного диодов их дифференциальными сопротивлениями, устанавливающими связь между малыми приращениями напряжения и тока. Кроме то­го, в усилительных схемах используется либо нормальный актив­ный, либо инверсный активный режим, а режим насыщения недо­пустим. Поэтому при переходе к малосигнальной схеме можно ог­раничиться рассмотрением наиболее распространенного нор­мального активного режима, так как результаты легко перенести и на инверсный активный режим. В этом случае можно исключить генератор тока и малосигнальную модель БТ для схемы включе­ния с ОБ можно изобразить, как на рисунке 3.10.

 

Рисунок 3.9 Эквивалентна схема БТ в системе Н-параметров.

Рисунок 3.10 Эквивалентная схема БТ при включении его с ОБ.

Поясним смысл элементов модели. Резистор R_Э представляет дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода. В пер­вом приближении его можно определить по формуле для идеализи­рованного р-n перехода:

R_Э=dU/dI»j_T/I_Э, (3. 28)

где I_Э— постоянная составляющая тока эмиттера. Так как при ком­натной температуре j_т = 0,026 В, то при I_Э = 1 мА R_Э = 26 Ом.

Величина R_К называется дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода. Оно обусловлено эффектом Эрли и мо­жет быть определено по наклону выходной характеристики:

 . (3.29)

Величина R_К обратно пропорциональна значению парамет­ра h_22Б. Дифференциальное сопротивление коллектора может составлять сотни килоом и мегаомы, тем не менее его следует учитывать.

Реактивные элементы модели (Сэ, Ск) оказались теперь присое­диненными параллельно резисторам R_Э и R_К. Сопротивление базы r^½_ББ, которое может превышать сотни ом, все­гда остается в модели.

 r^½_ББ=h₁₂/h₂₂ . (3.30)

Приведенная эквивалентная малосигнальная модель БТ формально относится к схеме включения с ОБ. Однако она при­менима и для схемы с ОЭ. Для этого достаточно поменять мес­тами плечи этой схемы, называемой Т-образной схемой с фи­зическими параметрами. Электрод “Б” следует изобразить входным, а “Э” — общим, как показано на рисунке 3.11.

Значения всех элементов остаются прежними. Однако при таком изобра­жении появляется некоторое неудобство, связанное с тем, что зависимый генератор тока в коллекторной цепи выражается не через входной ток (ток базы). Этот недостаток легко устранить преобразованием схемы к виду, изображенному на рисунке 3.11. Чтобы обе схемы были равноценными четырехполюсниками, они должны иметь одинаковые параметры в режимах холо­стого хода и короткого замыкания. Это требует перехода от тока H_21БI_Э к току Н_21ЭI_Б и замены R_К и C_К на R_К^* и C_К^* соответственно. Связи этих величин определяются формулами

R_К^*=Н_21БR_К/ Н_21Э=R_К /( Н_21Э+1) , ( 3. 31 )

С_К*= С_К( Н_21Э+1) . ( 3.32 )

Рисунок 3.11 Эквивалентная схема БТ при включении его с ОЭ.

Легко убедиться, что R_К^* характеризует наклон выходной характери­стики (эффект Эрли) в схеме с ОЭ и связан с выходной проводимо­стью в этой схеме соотношением (5.43). Во сколько раз уменьшает­ся R_К^* по сравнению с R_К, во столько же раз возрастает емкость С_K^* по сравнению с С_K, т.е. R_KC_{K=RK^*CK^*. ]}

3.5 Частотные свойства биполярного транзистора

Частотные свойства определяют диапазон частот синусоидаль­ного сигнала, в пределах которого прибор может выполнять харак­терную для него функцию преобразования сигнала. Принято частот­ные свойства приборов характеризовать зависимостью величин его параметров от частоты. Для биполярных транзисторов использует­ся зависимость от частоты коэффициента передачи входного тока в схе­мах ОБ и ОЭ Н_21Б и Н_21Э. Обычно рассматривается нормальный активный режим при малых амплитудах сигнала в схемах включения с ОБ и ОЭ.

В динамическом режиме вместо приращения токов необходимо брать комплексные амплитуды, поэтому и коэффициенты передачи заменяются комплексными (частотно зависимыми) величинами: Н_21Б и Н_21Э.

Величины Н_21Б и Н_21Э могут быть найдены двумя способами:

-решением дифференциальных уравнений физических про­цессов и определением из них токов;

-анализом Т-образной эквивалентной схемы по законам теории электрических цепей.

Во втором случае Н_21Б и Н_21Э будут выражены через величины элек­трических элементов схемы. Мы проведем анализ частотных свойств коэффициентов передачи, используя Т-образную линейную модель (эквивалентную схему) n-р-n транзистора (рисунки 3.10 и 3.11).

На частотные свойства БТ влияют С_Э, С_К и r^½_ББ, а также время пролета носителей через базу t_Б.

Нет надобности рассматривать влияние на частотные свойства транзистора каждого элемента в отдельности. Совместно все эти факторы влияют на коэффициент передачи тока эмиттера Н_21Б, который становится комплексным, следующим образом:

 _, (3.33 )

где Н_21Б0— коэффициент передачи тока эмиттера на низкой частоте, f — текущая частота, f_Н21Б— предельная частота.

Модуль коэффициента передачи тока эмиттера равен:

 ( 3.34 ).

Не трудно заметить, что модуль коэффициента передачи ½Н_21Б½на предельной частоте f_Н21Б снижается в  раз.

            Сдвиг по фазе между входным и выходным токами определяется формулой

. ( 3.35 )

            Для схемы с ОЭ известно соотношение

( 3.36 ).

Подставляя (3.33) в (3.36) получим

 (3.37),

где .

Модуль коэффициента передачи тока базы будет равен

 (3.38).

            Как видно, частотные свойства БТ в схеме ОЭ значительно уступают транзистору, включенному по схеме с ОБ.

Граничная частота f_ГР — это такая частота, на которой модуль коэффициента передачи ½Н_21Э½=1. Из (3.38) получим, что f_ГР»f_Н21Э×Н_21Э0.

Транзистор можно использовать в качестве генератора или усилителя только в том случае, если его коэффициент усиления по мощности К_P>1. Поэтому обобщающим частотным параметром является максимальная частота генерирования или максимальная частота усиления по мощности, на которой коэффициент усиления по мощности равен единице. Связь этой частоты с высокочастотными параметрами определяется выражением

 , ( 3.39 ).

где f_Н21Б-предельная частота в мегагерцах; r¹_ББ-объемное сопротивление в омах; C_К-емкость коллекторного перехода в пикофарадах; f_МАКС-в мегагерцах.

3.6 Способы улучшения частотных свойств биполярных транзисторов

Рассмотренное выше позволяет сделать следующие выводы. Для улучшения частотных свойств (повышение предельной частоты) рекомендуется следующее.

1. Уменьшать время пролета инжектированных носителей в ба­зовой области, т.е.

а) уменьшать ширину базовой области W_Б;

б) создавать n-р-n транзисторы, так как подвижность электронов выше, чем у дырок, примерно в 2 раза;

в) использовать германиевые БТ, так как в германии подвиж­ность носителей выше. Еще большие возможности открывает ис­пользование арсенида галлия.

2. Создавать ускоряющее поле в базовой области для инжекти­рованных из эмиттера носителей. Последнее возникает при нерав­номерном распределении примесей в базе по направлению от эмит­тера к коллектору (рисунок 3.12). Концентрацию около эмиттера дела­ют примерно в 100 раз больше, чем около коллектора.

Рисунок 3.12 К образованию электрического поля в базе дрейфого БТ.

Появление поля объясняется просто. Так как концентрация основных носителей в любой точке базы (дырок n-р-n транзистора) приблизительно равна концентрации примесей в этой точке, то распределение примесей N_a(х)_{одновременно будет и распре­делением дырок p(х). Под влиянием градиента концентрации ды­рок будет происходить их диффузионное движение к коллектору, приводящее к нарушению условия электрической нейтрально­сти: около эмиттера будет избыток отрицательного заряда ионов акцепторов, а около коллектора — избыток положительного заря­да дырок, которые приходят к коллекторному переходу, но не проходят через него.}

Нарушение электрической нейтральности приводит к появле­нию внутреннего электрического поля в базовой области (минус у эмиттера, плюс у коллектора). Появляющееся поле, в свою оче­редь, вызовет встречное дрейфовое движение дырок. Нарастание поля и дрейфового потока будет происходить до того момента, ког­да дрейфовый и диффузионный токи дырок уравняются. Легко ви­деть, что установившееся (равновесное) значение поля будет уско­ряющим для электронов, которые входят в рабочем режиме из эмиттера в базу и будут уменьшать их время пролета, т.е. повы­шать предельную частоту БТ.

Биполярные транзисторы с неравномерным распределением примесей в базе, приводящим к появлению ускоряющего поля, называются дрейфовыми, а обычные — бездрейфовыми. Практи­чески все современные высокочастотные и сверхвысокочастот­ные БТ являются дрейфовыми.

Уменьшение времени пролета в базовой области n-р-n транзистора при экспоненциальном законе убывания концентрации акцепторов от N_а(0) до N_а(W_Б) учитывается коэффициентом не­однородности базы:

h=0,5ln[N_А(0)/N_А(W_Б)]

 Поэтому [см. (5.93)] можно написать

Для бездрейфовых транзисторовh=0 , а типичные значения для дрейфовых транзисторов .

3. Уменьшать барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов путем уменьшения сечения областей транзистора и уве­личения ширины переходов (выбором концентрации примесей и ра­бочего напряжения).

4. Уменьшать омическое сопротивление областей базы r^½_ББ.

5. Уменьшать время пролета носителей в области коллекторно­го перехода.

Следует отметить, что ряд требований несовместимы и не­обходимо при создании транзисторов применять компромисс­ные решения.

3.7 Работа транзистора в усилительном режиме

При работе транзистора в различных радиотехнических устройствах в его входную цепь поступают сигналы, например переменные напряжения. Под действием входного переменного напряжения изменяются входной и выходной токи транзистора.

Для выделения полезного сигнала в выходную цепь транзистора включают элементы нагрузки. В простейшем случае нагрузкой может служить резистор R_к. На резисторе нагрузки за счет прохождения выходного тока выделяется, кроме постоянного, переменное напряжение. Амплитуда этого напряжения зависит от амплитуды переменной составляющей выходного тока и сопротивления резистора R_к и может быть больше входного напряжения. Процесс усиления сигнала удобно рассмотреть на примере простейших усилителей.

Простейшая схема усилителя на транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, показана на рисунке 3.13.

Коллекторная цепь состоит из резистора R_к и источника Е_к, а цепь базы — из источников тока I_Б0 и I_Бm Источник I_Б0 обеспечивает положение исходной рабочей точке на участке характеристик с наименьшей нелинейностью. Источник I_Бm— источник сигнала. В качестве выходного используется переменное напряжение, выделяемое на резисторе нагрузки R_к (на коллекторе транзистора).

В лекции «Элементарные функции комплексной переменной» также много полезной информации.

Рисунок 3.13 Схема усилителя на БТ.

Работа такого усилителя поясняется временными диаграммами токов и напряжений, изображенными на рис. 3..

При I_Бm =0 токи базы и коллектора будут определяться токами в рабочей точке (I_{Б 0,} I_{К 0})и напряжением на коллекторе U_К0= Е_К-I_{К 0} × R_к

Рисунок 3.14 Временные диаграммы усилителя.

Во время положительного полупериода входного тока (рис. 3.14, а) прямое напряжение эмиттерного перехода увеличивается, что вызывает рост тока коллектора (рис. 3.14, б) и уменьшение напряжения U_КЭ за счет увеличения падения напряжения на сопротивлении коллектора (рисунок 3. 14, в). Если работа происходит на линейных участках характеристик транзистора, то формы переменных составляющих токов базы и коллектора совпадают с формой входного напряжения, а переменное напряжение на коллекторе, обусловленной переменной составляющей коллекторного тока, оказывается сдвинутым относительно входного напряжения на 180⁰. При соответствующем выборе сопротивления нагрузки R_к амплитуда переменного напряжения на выходе такого усилителя U_mвых=I_КmR_к может значительно превышать амплитуду входного напряжения. В этом случае происходит усиление сигнала. Расчет параметров усиления дан в [4].

Режимы работы и схемы включения биполярных транзисторов

 

Анализируя возможность использования биполярных транзисторов для усиления электрических сигналов, мы ограничивались только одним частным случаем подачи на электроды транзистора определенных напряжений и не рассматривали некоторые достаточно важные физические процессы в полупроводнике. Но помимо уже описанной ситуации возможны и другие, приводящие, например, к протеканию в \(n\)-\(p\)-\(n\)-структуре тока не от коллектора к эмиттеру, а, наоборот, от эмиттера к коллектору и т.п. В общем случае для биполярного транзистора возможны четыре устойчивых состояния (режима). Они отличаются друг от друга тем, в каком состоянии (прямое или обратное смещение) находятся эмиттерный и коллекторный переходы транзистора. Приведем их полное описание.

Активный режим — соответствует случаю, рассмотренному при анализе усилительных свойств транзистора. В этом режиме прямосмещенным оказывается эмиттерный переход, а на коллекторном присутствует обратное напряжение. Именно в активном режиме транзистор наилучшим образом проявляет свои усилительные свойства. Поэтому часто такой режим называют основным или нормальным.

Инверсный режим — полностью противоположен активному режиму, т.е. обратносмещенным является эмиттерный переход, а прямосмещенным — коллекторный. В таком режиме транзистор также может использоваться для усиления. Однако из-за конструктивных различий между областями коллектора и эмиттера усилительные свойства транзистора в инверсном режиме проявляются гораздо хуже, чем в режиме активном. Поэтому на практике инверсный режим практически не используется.

Режим насыщения (режим двойной инжекции) — оба перехода транзистора находятся под прямым смещением. В этом случае выходной ток транзистора не может управляться его входным током, т.е. усиление сигналов невозможно. Режим насыщения используется в ключевых схемах, где в задачу транзисторов входит не усиление сигналов, а замыкание/размыкание разнообразных электрических цепей.

Режим отсечки — к обоим переходам подведены обратные напряжения. Такой режим также используется в ключевых схемах. Поскольку в нем выходной ток транзистора практически равен нулю, то он соответвует размыканию транзисторного ключа.

Заметим, что кроме названных основных рабочих режимов в транзисторе возможен режим пробоя на различных переходах. Обычно он возникает только в случае аварии и не используется в работе, однако существуют специальные лавинные биполярные транзисторы, в которых режим пробоя является как раз основным рабочим режимом.

Помимо режима работы для эксплуатации биполярных транзисторов имеет значение то, каким образом транзистор включен в каскад усиления (как поданы питающие напряжения на его электроды, в какие цепи включены нагрузка и источник сигнала). Различают три основных способа (рис. 1.3): схема с общим эмиттером (ОЭ), схема с общим коллектором (ОК) и схема с общей базой (ОБ).

 

Рис. 1.3. Схемы включения биполярных транзисторов (направления токов соответствуют активному режиму работы)

 

 

< Предыдущая		Следующая >

Транзистор

PNP: как это работает? (Символ и принцип работы)

Что такое PNP-транзистор

PNP-транзистор представляет собой транзистор с биполярным переходом, состоящий из полупроводника N-типа, помещенного между двумя полупроводниками P-типа. Транзистор PNP имеет три вывода — коллектор (C), эмиттер (E) и базу (B). Транзистор PNP ведет себя как два диода с PN-переходами, соединенными встречно-параллельно.

Эти диоды со встречно-параллельным PN-переходом известны как переход коллектор-база и переход база-эмиттер.

Что касается трех выводов PNP-транзистора, эмиттер — это область, используемая для подачи носителей заряда к коллектору через базовую область. Область Коллектора собирает большую часть всех носителей заряда, испускаемых Излучателем. Базовая область запускает и контролирует количество тока, протекающего через эмиттер к коллектору.

Эквивалентная схема транзистора PNP показана на рисунке ниже.

Эквивалентная схема PNP-транзистора

PNP-транзистор Символ и конструкция

Конструкция PNP-транзистора очень похожа на конструкцию NPN-транзистора.В транзисторе NPN один полупроводник P-типа заключен между двумя полупроводниками P-типа. А в транзисторе PNP один полупроводник N-типа зажат двумя полупроводниками P-типа.

Конструкция транзистора PNP показана на рисунке ниже.

PNP-транзистор Основная схемаКонструкция PNP-транзистора

В полупроводниках P-типа большинство носителей заряда представляют собой дырки. Следовательно, в PNP-транзисторе формирование тока происходит за счет движения дырок.

Средний уровень (уровень N-типа) называется базовым терминалом (B).Левый слой P-типа работает как терминал эмиттера (E), а правый слой P-типа работает как терминал коллектора (C).

Слои эмиттера и коллектора (P-тип) сильно легированы по сравнению с базовым слоем (N-типа). Следовательно, область истощения на обоих стыках больше проникает в сторону базового слоя. Площадь слоя Emitter and Collector больше по сравнению с базовым слоем.

В полупроводниках N-типа доступно большое количество свободных электронов. Но ширина среднего слоя очень мала и он слабо легирован.Таким образом, в базовой области присутствует значительно меньше свободных электронов.

Символ PNP-транзистора показан на рисунке ниже. Стрелка показывает, что ток будет течь через эмиттер к коллектору.

Обозначение PNP-транзистора

Как работает PNP-транзистор

Положительная клемма источника напряжения (V _EB ) соединена с эмиттером (P-тип), а отрицательная клемма соединена с базовой клеммой (N-тип ). Поэтому переход эмиттер-база включен в прямом смещении.

Положительная клемма источника напряжения (V _CB ) соединяется с базовой клеммой (N-тип), а отрицательная клемма соединяется с коллекторной клеммой (P-тип). Следовательно, переход коллектор-база подключен в обратном смещении.

Работа PNP-транзистора

Из-за этого типа смещения область обеднения на переходе эмиттер-база узкая, потому что она подключена в прямом смещении. В то время как соединение коллектор-основание находится в обратном смещении, и, следовательно, область истощения на соединении коллектор-основание широкая.

Переход эмиттер-база находится в прямом смещении. Поэтому очень большое количество дырок от эмиттера пересекают обедненную область и входят в Базу. В то же время очень мало электронов попадает в эмиттер из базы и рекомбинирует с дырками.

Потеря дырок в эмиттере равна количеству электронов, присутствующих в базовом слое. Но количество электронов в базе очень мало, потому что это очень слабо легированная и тонкая область. Следовательно, почти все дырки Излучателя пересекут область обеднения и войдут в Базовый слой.

Из-за движения дырок ток будет протекать через соединение Эмиттер-База. Этот ток известен как ток эмиттера (I _E ). Дырки являются основными носителями заряда, по которым течет ток эмиттера.

Оставшиеся дырки, которые не рекомбинируют с электронами в Базе, эти дырки дальше отправятся в Коллектор. Ток коллектора (I _C ) протекает через область коллектор-база из-за отверстий.

Схема транзистора PNP

Схема транзистора PNP показана на рисунке ниже.

Схема транзистора PNP

Если сравнить схему транзистора PNP с NPN
транзистор, то здесь полярность и направление тока меняются местами.

Если PNP-транзистор подключен к источникам напряжения, как показано на рисунке выше, ток базы будет протекать через транзистор. Небольшое количество тока базы контролирует прохождение большого количества тока через эмиттер к коллектору при условии, что напряжение базы более отрицательное, чем напряжение эмиттера.

Если базовое напряжение не более отрицательное, чем напряжение эмиттера, ток не может протекать через устройство.Итак, необходимо дать источнику напряжения в обратном смещении более 0,7 В.

Два резистора R _L и R _B , включенные в цепь для ограничения максимальной величины тока через транзистор.

Если применить закон тока Кирхгофа (KCL), ток эмиттера представляет собой сумму тока базы и тока коллектора.

   

   

Транзисторный переключатель PNP

Обычно, когда переключатель находится в положении OFF, ток не может течь и он ведет себя как разомкнутая цепь.аналогично, когда переключатель включен, ток будет течь по цепи и действовать как замкнутая цепь.

Транзистор — это не что иное, как переключатель силовой электроники, который может работать как обычный переключатель. Теперь вопрос в том, как мы можем использовать транзистор PNP в качестве переключателя?

Как мы видели в работе транзистора PNP, если напряжение базы не более отрицательное, чем напряжение эмиттера, ток не может протекать через устройство. Таким образом, базовое напряжение составляет минимум 0,7 В при обратном смещении для проведения транзистора.

Это означает, что если базовое напряжение равно нулю или меньше 0,7 В, ток не может протекать и действует как разомкнутая цепь.

PNP-транзистор в качестве открытого переключателя

Для включения транзистора базовое напряжение должно быть больше 0,7 В. В этом состоянии транзистор действует как замыкающий переключатель.

PNP транзистор как закрытый выключатель

PNP VS NPN транзистор

Основные отличия При сравнении PNP транзисторов против транзисторов PNP в таблице ниже:

2

2

2

	PNP транзистор	NPN транзистор
Структура	Имеет один полупроводник N-типа и два P-типа.	Имеет два полупроводника N-типа и один P-тип.
Направление тока	Ток будет течь через эмиттер к коллектору.	Ток будет течь через коллектор к эмиттеру.
40097	CHARICE CARDER	ELECTOR	Electron
	Electround	отверстия		Время коммутации	медленнее	REASE		Двухместный стерлингов	находится в обратном смещении, а переход коллектор-база в прямом смещении.	Переход эмиттер-база находится в прямом смещении, а переход коллектор-база в обратном смещении.
Сборщик-эмиттер напряжение	отрицательный	положительный		Emitter Arrow
Указал на	Указал	Указанные

Биполярного переноса транзистора (BJT): что это и как это работает?

Что такое BJT?

Транзистор с биполярным переходом (также известный как BJT или BJT Transistor) представляет собой полупроводниковое устройство с тремя выводами, состоящее из двух p-n переходов, способных усиливать или усиливать сигнал. Это токоуправляемое устройство. Три вывода биполярного транзистора — это база, коллектор и эмиттер. BJT — это тип транзистора, в котором в качестве носителей заряда используются как электроны, так и дырки.

Сигнал малой амплитуды при подаче на базу имеется в усиленном виде на коллекторе транзистора. Это усиление, обеспечиваемое BJT. Обратите внимание, что для выполнения процесса усиления требуется внешний источник питания постоянного тока.

Существует два типа транзисторов с биполярным переходом – транзисторы NPN и транзисторы PNP.Схема этих двух типов биполярных переходных транзисторов приведена ниже.
Из приведенного выше рисунка видно, что каждый биполярный транзистор состоит из трех частей: эмиттера, базы и коллектора. J _E и J _C представляют собой переход эмиттера и коллектора соответственно. Теперь для начала нам достаточно знать, что эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении. В следующей теме будут описаны два типа этих транзисторов.

Биполярный транзистор NPN

В биполярном транзисторе npn (или npn-транзисторе) один полупроводник p-типа находится между двумя полупроводниками n-типа. На схеме ниже показан npn-транзистор

Теперь I _E , I _C — ток эмиттера и ток сбора соответственно, а V _EB и V _CB — напряжение эмиттер-база и коллектор-база соответственно. По соглашению, если для токов эмиттера, базы и коллектора I _E , I _B и I _C ток поступает в транзистор, то знак тока принимается положительным, а если ток выходит из транзистора, то знак принимается отрицательным.Мы можем свести в таблицу различные токи и напряжения внутри транзистора n-p-n.

90 091

9002

2

PNP Bipolar Dunction Transistory

Точно так же для PNP биполярного соединения транзистор (или PNP транзистор), полупроводник N-типа зажатый между двумя полупроводники р-типа. Схема p-n-p транзистора приведена ниже

Для p-n-p транзисторов ток поступает в транзистор через эмиттерный вывод. Как и в любом биполярном транзисторе, переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении. Мы можем занести в таблицу ток эмиттера, базы и коллектора, а также напряжение эмиттер-база, коллектор-база и коллектор-эмиттер для транзисторов p-n-p.

тип транзистора

Я Е

Я B

Я С

V EB

V СВ

V CE

NPN

—

+

+

+

—

+

+

+

+

+

+

+

90 091

—

Принцип работы BJT

На рисунке показан прилив на основе NPN в активном регионе (см. переход смещен в прямом направлении, тогда как переход CB смещен в обратном направлении.Ширина обедненной области BE-перехода мала по сравнению с CB-переходом.

Прямое смещение на BE-переходе снижает барьерный потенциал и заставляет электроны течь от эмиттера к базе. Поскольку база тонкая и слегка легированная, она состоит из очень небольшого количества дырок, поэтому часть электронов из эмиттера (около 2%) рекомбинирует с дырками, присутствующими в области базы, и вытекает из вывода базы.

Это составляет базовый ток, он течет из-за рекомбинации электронов и дырок (Обратите внимание, что направление обычного тока противоположно направлению потока электронов).Оставшееся большое количество электронов будет пересекать коллекторный переход с обратным смещением, образуя коллекторный ток. Таким образом, KCL,

Ток базы очень мал по сравнению с током эмиттера и коллектора.

Здесь большинство носителей заряда — электроны. Работа p-n-p транзистора такая же, как у n-p-n, с той лишь разницей, что основными носителями заряда являются дырки, а не электроны. Только небольшая часть тока течет из-за основных носителей, а большая часть тока течет из-за неосновных носителей заряда в BJT.Следовательно, они называются устройствами с неосновными носителями.

Эквивалентная схема BJT

P-n переход представлен диодом. Поскольку транзистор имеет два p-n перехода, он эквивалентен двум диодам, включенным встречно-параллельно. Это называется двухдиодной аналогией BJT.

Транзисторы с биполярным переходом Характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех частей: коллектора, эмиттера и базы. Прежде чем узнать о характеристиках биполярного переходного транзистора , мы должны узнать о режимах работы транзисторов этого типа.Режимы:

1. Режим с общей базой (CB)
2. Режим с общим эмиттером (CE)
3. Режим с общим коллектором (CC)

Все три типа режимов показаны ниже

Теперь перейдем к характеристикам BJT. разные характеристики для разных режимов работы. Характеристики — это не что иное, как графические формы отношений между различными переменными тока и напряжения транзистора. Характеристики p-n-p транзисторов даны для разных режимов и разных параметров.

Общие базовые характеристики

Входные характеристики

Для p-n-p транзистора входной ток представляет собой ток эмиттера (I _E ), а входное напряжение представляет собой напряжение коллекторной базы (V _CB ).

Поскольку переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, график I _E Vs V _EB подобен прямой характеристике p-n-диода. I _E увеличивается для фиксированного V _EB , когда V _CB увеличивается.

Выходные характеристики

Выходные характеристики показывают соотношение между выходным напряжением и выходным током. I _C — выходной ток, напряжение коллектор-база и ток эмиттера. I _E — входной ток и работают как параметры. На рисунке ниже показаны выходные характеристики p-n-p транзистора в режиме CB.

Как известно для p-n-p транзисторов I _E и V _EB положительные, а I _C , I _B , V _CB отрицательные.Это три области на кривой, область насыщения активной области и область отсечки. Активная область — это область, в которой транзистор работает нормально.

Здесь эмиттерный переход смещен в обратном направлении. Теперь область насыщения — это область, в которой оба перехода эмиттер-коллектор смещены в прямом направлении. И, наконец, область отсечки — это область, где и эмиттерный, и коллекторный переходы смещены в обратном направлении.

Характеристики общего эмиттера

Характеристики входа

I _B (Ток базы) — входной ток, В _BE (Напряжение базы — эмиттера) — входное напряжение для режима CE (Общий эмиттер).Таким образом, входными характеристиками для режима CE будет отношение между I _B и V _BE с V _CE в качестве параметра. Характеристики показаны ниже.

Типичные входные характеристики CE аналогичны входным характеристикам p-n-диода с прямым смещением. Но по мере увеличения V _CB ширина основания уменьшается.

Выходные характеристики

Выходные характеристики для режима CE представляют собой кривую или график между током коллектора (I _C ) и напряжением коллектор-эмиттер (V _CE ), когда базовый ток I _B является параметром.Характеристики показаны ниже на рисунке.

Подобно выходным характеристикам транзистора с общей базой, режим CE также имеет три области: (i) активная область, (ii) области отсечки, (iii) область насыщения. Активная область имеет область коллектора, смещенную в обратном направлении, и эмиттерный переход, смещенный в прямом направлении.

В области отсечки эмиттерный переход немного смещен в обратном направлении, и ток коллектора не полностью отсечен. И, наконец, для области насыщения и коллекторный, и эмиттерный переход смещены в прямом направлении.

История биполярных транзисторов

В 1947 году Дж. Барден, У. Браттерин и У. Шокли изобрели транзистор. Термин «транзистор» был дан Джоном Р. Пирсом. Хотя первоначально он назывался твердотельной версией вакуумного триода, термин «транзистор» сохранился. В этой статье нас интересует транзистор Bipolar Junction Transistor (BJT) .

Слово «транзистор» происходит от слов «передача» и «резистор». Оно описывает работу биполярного транзистора i.е. передача входного сигнала из цепи низкого сопротивления в цепь высокого сопротивления. Этот тип транзистора состоит из полупроводников.

Транзисторы используются в конструкции интегральных схем (ИС). Количество транзисторов, которые мы смогли поместить в ИС, быстро увеличивалось с момента их создания, удваиваясь примерно каждые 2 года (известный как закон Мура).

Теперь, почему это называется переходным транзистором? Ответ лежит за конструкцией.Мы уже знаем, что такое полупроводники p-типа и n-типа.

Теперь в этом типе транзистора любой тип полупроводника зажат между другим типом полупроводника. Например, n-тип может быть помещен между двумя полупроводниками p-типа, или аналогичным образом один p-тип может быть помещен между двумя полупроводниками n-типа.

Они называются pnp-транзисторами и npn-транзисторами соответственно, как обсуждалось выше. Теперь, когда есть два соединения разных типов полупроводников, это называется переходным транзистором.Он называется биполярным, потому что проводимость происходит как за счет электронов, так и за счет дырок.

Применение BJT

BJT используются в дискретных схемах, разработанных из-за наличия многих типов и, очевидно, из-за его высокой крутизны и выходного сопротивления, которое лучше, чем у MOSFET. BJT также подходят для высокочастотного применения.

Вот почему они используются в радиочастотах для беспроводных систем. Другое применение BJT может быть заявлено как усилитель слабого сигнала, металлический бесконтактный фотоэлемент и т. Д.

Усилитель на биполярном транзисторе

Чтобы понять концепцию усилителя на биполярном транзисторе , мы должны сначала просмотреть схему p-n-p транзистора.

Теперь при небольшом изменении входного напряжения, скажем, ΔV _i напряжения эмиттер-база изменяет высоту барьера и ток эмиттера на ΔI _E . Это изменение тока эмиттера вызывает падение напряжения ΔV _O на сопротивлении нагрузки R _L , где

ΔV _O дает выходное напряжение усилителя.Знак отрицательный, так как ток коллектора дает падение напряжения на R _L с полярностью, противоположной опорной полярности. Коэффициент усиления по напряжению A _V для усилителя определяется отношением выходных напряжений ΔV _O к входному напряжению ΔV _i , поэтому

называется коэффициентом усиления по току транзистора. Из приведенной выше диаграммы рисунка видно, что увеличение напряжения на эмиттере уменьшает прямое смещение на эмиттерном переходе, тем самым уменьшая ток коллектора.

Указывает, что выходное напряжение и входное напряжение совпадают по фазе. Теперь, наконец, усиление мощности транзистора Ap представляет собой отношение между выходной мощностью и входной мощностью. Клеммы базы, эмиттера и коллектора. Расположение трех выводов влияет на ток и усиление транзистора.Поведение транзисторов с биполярным переходом также сильно различается для каждой конфигурации схемы. Три разные конфигурации схемы дают разные характеристики схемы в отношении входного импеданса, выходного импеданса и коэффициента усиления. Эти характеристики влияют на то, имеет ли транзистор усиление по напряжению, току или мощности. Одной из основных операций биполярного переходного транзистора является усиление сигнала тока. Транзисторы с биполярным переходом способны регулировать ток таким образом, что величина тока пропорциональна смещенному напряжению, приложенному к базовому выводу транзистора.Применение транзисторов с биполярным переходом можно найти в устройствах, использующих аналоговые схемы, таких как компьютеры, мобильные телефоны и радиопередатчики.

ВВЕДЕНИЕ

Биполярные транзисторы

имеют три полупроводниковых участка. Три области — это область эмиттера (E), область базы (B) и область коллектора (c), и эти области по-разному легированы в зависимости от типа биполярного транзистора. Два типа биполярных транзисторов — это PNP-транзистор, три области которого относятся к p-типу, n-типу и p-типу соответственно, и NPN-транзистор, чьи области относятся к n-типу, p-типу и n-типу соответственно.Оба типа транзисторов имеют один P-N переход между областью коллектора и областью базы и другой переход P-N между областью базы и областью эмиттера. Базовая область всегда является центральным соединением структуры с областями эмиттера и коллектора, соединенными с обеих сторон. Оба типа транзисторов также имеют одинаковый принцип работы, с единственной разницей в полярности питания и смещении для каждого типа.

Биполярные переходные транзисторы Способность усиливать сигнал посредством регулирования тока позволяет передавать входной сигнал из одной цепи в другую, независимо от различного уровня сопротивления в каждой цепи.Величина тока, протекающего через транзистор, пропорциональна величине напряжения смещения, приложенного к выводу базы. Это позволяет транзистору действовать как переключатель, управляемый током. В зависимости от того, является ли биполярный транзистор PNP или NPN, управляемый ток будет течь от коллектора к эмиттеру или от эмиттера к коллектору, в то время как меньший управляющий ток будет течь от базы к эмиттеру или от эмиттера к базе соответственно.

Транзистор имеет максимально допустимый ток, который может ограничивать величину тока при его прохождении от клеммы к клемме.В зависимости от порядка выводов в транзисторе транзистор будет действовать либо как проводник, либо как изолятор при наличии контролируемого тока. Эта способность переключаться между этими двумя состояниями, изолятором или проводником, позволяет транзистору действовать как переключатель или как усилитель сигналов малой амплитуды, подаваемых на базу, в зависимости от структуры и порядка трех полупроводниковых областей.

СТРУКТУРА

Транзисторы с биполярным соединением

содержат три области легированного внешнего полупроводника, каждая из которых подключена к цепи.Транзистор не симметричен из-за разного коэффициента легирования эмиттерной, коллекторной и базовой областей. Базовая область состоит из слаболегированных материалов, обладающих высоким удельным сопротивлением. База расположена между сильнолегированной областью эмиттера и слаболегированной областью коллектора. Коллектор охватывает эмиттерную область, что исключает возможность для электронов, инжектированных в базовую область, покинуть базовую область, не собираясь. Эмиттерная область сильно легирована для увеличения коэффициента усиления транзистора по току.

Для высокого коэффициента усиления по току необходимо высокое отношение носителей, инжектируемых эмиттером, к носителям, инжектируемым базой. Увеличение эффективности инжекции эмиттера приводит к тому, что большинство носителей, инжектируемых в переход эмиттер-база, поступает из эмиттерной области. Высокий коэффициент легирования областей эмиттера и коллектора также означает, что переход коллектор-база смещен в обратном направлении. Таким образом, к переходу коллектор-база может быть приложено высокое обратное напряжение смещения до того, как переход выйдет из строя.Для транзистора в целом принципиальное различие между транзистором NPN и транзистором PNP заключается в направлении тока и полярности напряжения переходов транзистора. Убедитесь, что эти два элемента всегда расположены друг напротив друга, что гарантирует правильное смещение транзисторов.

NPN Биполярный переходной транзистор

Транзистор с биполярным переходом NPN имеет легированную P полупроводниковую базу между областью эмиттера, легированной N, и областью коллектора, легированной N. Биполярные транзисторы NPN являются наиболее часто используемыми биполярными транзисторами из-за большей подвижности электронов по сравнению с подвижностью электронов и дырок.

Для транзисторов этого типа большие токи коллектора и эмиттера создаются за счет усиления малого тока, проходящего через базу. Этот небольшой ток усиливается только тогда, когда транзистор становится активным. В этом активном состоянии положительная разность потенциалов обнаруживается как между областью основания и областью коллектора, так и между областью эмиттера и областью базы, что приводит к току, переносимому электронами, между областями коллектора и эмиттера.Конструкция и напряжения на клеммах транзистора NPN показаны на рисунке 1 ниже.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Схема транзистора NPN.

Для биполярного транзистора NPN проводимость коллектора всегда более положительная по отношению как к базе, так и к эмиттеру. Напряжение между базой и эмиттером (V _BE ) положительное на базе и отрицательное на эмиттере. Клемма Базы всегда положительна по отношению к Излучателю. Другой способ отображения транзистора NPN показан на рисунке 2 ниже.

Рисунок 2 Схема биполярного транзистора NPN.

Ток, вытекающий из транзистора, должен быть равен току, втекающему в транзистор, поскольку ток эмиттера определяется как

.

То есть = Iс + Iб. (1)

Примечание: «Ic» — это ток, протекающий через вывод коллектора, «Ib» — это ток, протекающий через вывод базы, а «Ie» — это ток, протекающий через вывод эмиттера.

Поскольку физическая конструкция транзистора определяет электрическое соотношение между этими тремя токами (Ib), (Ic) и (Ie), любое небольшое изменение тока базы (Ib) приведет к гораздо большему изменению тока коллектора. ток (IC).Отношение тока коллектора к току эмиттера называется альфа (α).

Альфа (α) = Ic/Ie (2)

Коэффициент усиления по току транзистора от вывода коллектора до вывода эмиттера, Ic/Ie, является функцией электронов, диффундирующих через переход. Усиление тока транзистора от клеммы коллектора до клеммы базы обозначается бета (β).

Бета (β) = Ic/Ib (3)

Транзисторы

NPN являются хорошими усилительными устройствами, когда значение бета велико.Значения бета обычно находятся в диапазоне от 20 до 200 для большинства транзисторов общего назначения. Следовательно, если транзистор имеет значение бета, равное 50, то на каждые 50 электронов, протекающих между клеммами эмиттер-коллектор, один электрон будет течь от базовой клеммы.

Комбинируя выражения для Alpha, α и Beta, β, коэффициент усиления по току транзистора можно определить как:

Бета= (α)/(1-α) (4)

Как видно из приведенных выше уравнений, подвижность электронов между цепями коллектора и эмиттера является единственным связующим звеном между этими двумя цепями.Эта связь является основной особенностью действия транзистора. Поскольку действие транзистора определяется начальным движением электронов через область базы, усиливающие свойства транзистора возникают из-за последующего контроля базы над током между коллектором и эмиттером. До тех пор, пока поток тока смещения в базовую клемму является устойчивым, базовая область может рассматриваться как вход управления током.

PNP Биполярный переходной транзистор

Транзистор с биполярным переходом PNP имеет полупроводниковую базу, легированную азотом, между областью эмиттера, легированной фосфором, и областью коллектора, легированной фосфором.Транзистор PNP имеет очень похожие характеристики с транзистором NPN, с той разницей, что направление смещения тока и напряжения меняются местами. Для транзисторов PNP ток поступает в транзистор через клемму эмиттера. Небольшой ток, выходящий из базы, усиливается на выходе коллектора. Область эмиттер-база смещена в прямом направлении, поэтому будут генерироваться электрическое поле и носители. Источники напряжения подключены к транзистору PNP, как показано на Рисунке 3 и Рисунке 4 ниже.

Рис. 4 Схема транзистора PNP

Напряжение между базой и эмиттером (V _BE ) теперь отрицательное на базе и положительное на эмиттере. Клемма базы всегда смещена отрицательно по отношению к эмиттеру. Излучатель положителен по отношению к коллектору (V _CE ). В базовой части коллектора с обратным смещением образовались отверстия. Из-за электрического поля носители или электроны притягиваются дырками. Для проводимости PNP-транзистора эмиттер всегда более положителен по отношению как к базе, так и к коллектору.

РЕГИОНЫ ПРИСУТСТВИЯ

Биполярные транзисторы имеют четыре различных области работы. Эти области определяются смещениями, размещенными на переходе транзистора с биполярным переходом.

1. Отсечка : Область отсечки — это когда транзистор неактивен из-за минимального тока, проходящего через транзистор, из-за чего транзистор выглядит как разомкнутая цепь. И VBE, и VBC смещены в обратном направлении, поэтому все края обедненной области имеют небольшую плотность неосновных носителей.Эта область имеет условия смещения, противоположные насыщению.

2. Активный в прямом направлении : Активный в прямом направлении участок возникает, когда транзистор находится в активном состоянии, что позволяет транзистору усиливать колебания напряжения на базе. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении, транзистор может усиливать напряжение, поскольку напряжение коллектор-эмиттер больше, чем напряжение база-эмиттер, а также находится между состояниями отсечки и насыщения.Выходной ток пропорционален базовому току и может быть извлечен на коллекторе.

3. Обратно-активный : Обратно-активная область возникает, когда транзистор находится в активном состоянии, но максимальное усиление тока в обратном активном режиме намного меньше, чем в прямом активном режиме. Условия смещения меняются местами, так что переход база-коллектор смещен в прямом направлении, а переход база-эмиттер смещен в обратном направлении, что меняет роли областей коллектора и эмиттера.База содержит гораздо более низкое напряжение обратного смещения, чем в прямодействующей области.

4. Насыщение : Область насыщения позволяет транзистору проводить ток от эмиттера к коллектору. Когда и переход база-коллектор, и переход база-эмиттер смещены в прямом направлении, ток базы настолько силен, что превышает величину, при которой он может увеличить ток коллектора. В результате цепь между клеммами коллектора и эмиттера оказалась короткозамкнутой из-за перенасыщения тока.

КОНФИГУРАЦИИ

Существует три способа подключения биполярного переходного транзистора к электронной схеме. Конфигурация с общей базой, конфигурация с общим эмиттером и конфигурация с общим коллектором по-разному реагируют на входной сигнал схемы, тем самым варьируя характеристики каждой конфигурации.

Общая базовая конфигурация

Конфигурация с общей базой имеет сильную высокочастотную характеристику, что хорошо для схем однокаскадных усилителей.Однако он не очень распространен из-за его низких характеристик усиления по току и низкого входного сопротивления. Входной сигнал подается между клеммами базы и эмиттера, а выходной сигнал берется между клеммами базы и коллектора. Чтобы это произошло, клемма базы должна быть заземлена, чтобы опорное напряжение было фиксированным. Общая базовая конфигурация показана ниже.

Рис. 5 Схема транзистора с общей базой

Этот тип конфигурации усилителя представляет собой неинвертирующую схему усилителя напряжения.Конфигурация имеет усиление сопротивления из-за соотношения между сопротивлением нагрузки (Rload) последовательно с коллектором и резистором Rin. Входной ток, протекающий в эмиттер, представляет собой сумму тока базы и тока коллектора соответственно, поэтому выходной ток коллектора меньше, чем входной ток эмиттера, что приводит к усилению тока. Его входные характеристики соответствуют характеристикам диода с прямым смещением

.

Конфигурация с общим эмиттером

Конфигурация усилителя с общим эмиттером обеспечивает самый высокий коэффициент усиления по току и мощности из всех трех конфигураций биполярных транзисторов, поэтому этот тип конфигурации является наиболее часто используемой схемой для транзисторных усилителей.Входной сигнал между базой и эмиттером мал из-за прямого смещения PN-перехода, а выходной сигнал между коллектором и эмиттером велик из-за обратного смещения PN-перехода.

Это в основном связано с тем, что входной импеданс мал, поскольку он подключен к PN-переходу, смещенному в прямом направлении, а выходной импеданс велик, поскольку он берется от PN-перехода, смещенного в обратном направлении. Однако его коэффициент усиления по напряжению намного ниже. Конфигурация с общим эмиттером показана ниже.

Рис. 6 Схема усилителя с общим эмиттером

Конфигурация с общим эмиттером представляет собой инвертирующую схему усилителя. Поэтому выходной сигнал не совпадает по фазе с сигналом входного напряжения.

Конфигурация общего коллектора

Конфигурация с общим коллектором очень удобна для приложений согласования импеданса из-за очень большого отношения входного импеданса к выходному импедансу. В конфигурации входной сигнал напрямую подключен к базе. Когда область эмиттера последовательно подключена к нагрузочному резистору, ток, протекающий через сопротивление нагрузки, равен току эмиттера.Вот почему выход берется с эмиттерной нагрузки, а коэффициент усиления по току в конфигурации примерно равен значению β транзистора.

Рис. 7 Схема транзистора с общим коллектором

Этот тип конфигурации биполярного транзистора является неинвертирующей схемой, в которой напряжения сигналов Vin и Vout находятся «в фазе». Сопротивление нагрузки получает как ток базы, так и ток коллектора, что приводит к большому усилению тока, а также обеспечивает хорошее усиление тока при очень небольшом усилении напряжения.

Вопросы

1. Если ток коллектора (Ic) равен 50 А, а ток базы (Ib) равен 2 А, то каково значение бета?

2. В чем разница между биполярным транзистором PNP и биполярным транзистором NPN?

3. Чему равен коэффициент усиления по току транзистора при данном альфа (α) равном 0,5?

Ответы

1. Бета-отношение ( β ) = Ic/Ib. Значение бета равно 50 ампер, деленное на 2 ампера, что равно 25.

2. Транзистор PNP и транзистор NPN имеют очень похожие характеристики, разница между ними заключается в смещении направлений тока и напряжения.

3. Коэффициент усиления транзистора по току равен бета-коэффициенту ( β ), который равен (α)/(1-α). Значение бета равно 0,5/(1-0,5), что равно 0,5

.

Ссылки

1. Касап, С. (2006). Принципы электронных материалов и устройств (3-е изд.). Бостон: Макгроу-Хилл.

2. «Учебное пособие по NPN-транзистору — биполярный NPN-транзистор». Учебники по основам электроники . 1 сентября 2013 г. Интернет. 8 декабря 2015 г.

3. «Соединительный транзистор». Соединительный транзистор . Веб. 8 декабря 2015 г.

4. Все изображения были созданы с помощью программного обеспечения на сайте digikey.com

Авторы

1. К. Битти, MSE (Калифорнийский университет, Дэвис).

Транзисторы с биполярным переходом | Теория твердотельных устройств

Биполярный переходной транзистор (BJT) был назван потому, что его работа включает проводимость двумя носителями: электронами и дырками в одном кристалле.Первый биполярный транзистор был изобретен в Bell Labs Уильямом Шокли, Уолтером Браттейном и Джоном Бардином так поздно в 1947 году, что он не был опубликован до 1948 года. Таким образом, многие тексты различаются по дате изобретения. Браттейн изготовил транзистор с точечным контактом из германия , имеющий некоторое сходство с диодом с точечным контактом. В течение месяца у Shockley был более практичный переходной транзистор , который мы опишем в следующих параграфах. Они были удостоены Нобелевской премии по физике в 1956 году за транзистор.

Транзистор с биполярным переходом, показанный на рисунке ниже (a), представляет собой трехслойный полупроводниковый сэндвич NPN с эмиттером и коллектором на концах и базой между ними. Это как если бы к двухслойному диоду был добавлен третий слой. Если бы это было единственным требованием, у нас была бы не более пары встречно-параллельных диодов. На самом деле, гораздо проще построить пару встречно-параллельных диодов. Ключ к изготовлению транзистора с биполярным переходом состоит в том, чтобы сделать средний слой, базу, как можно тоньше, не закорачивая внешние слои, эмиттер и коллектор.Мы не можем переоценить важность тонкой базовой области.

Соединения BJT

Устройство на рисунке ниже (а) имеет пару переходов, эмиттер-база и база-коллектор, и две области обеднения.

(a) Биполярный транзистор с NPN-переходом. (b) Подайте обратное смещение на переход базы коллектора.

Обычно переход база-коллектор биполярного транзистора смещается в обратном направлении, как показано на (рисунок выше (b). Обратите внимание, что это увеличивает ширину обедненной области.Напряжение обратного смещения для большинства транзисторов может составлять от нескольких вольт до десятков вольт. В коллекторной цепи нет протекания тока, кроме тока утечки.

На рисунке ниже (a) к цепи эмиттерной базы добавлен источник напряжения. Обычно мы смещаем прямое смещение перехода эмиттер-база, преодолевая потенциальный барьер 0,6 В. Это похоже на прямое смещение переходного диода. Этот источник напряжения должен превышать 0,6 В, чтобы основные носители (электроны для NPN) перетекали из эмиттера в базу, становясь неосновными носителями в полупроводнике P-типа.

Если бы область базы была толстой, как в паре встречно-параллельных диодов, весь ток, поступающий на базу, вытекал бы из вывода базы. В нашем примере с транзистором NPN электроны, покидающие эмиттер и направляющиеся в базу, будут объединяться с дырками в базе, освобождая место для создания дополнительных дырок на (+) клемме батареи на базе по мере выхода электронов.

Однако основание изготовлено тонким. Несколько основных носителей в эмиттере, инжектированных в базу в качестве неосновных носителей, фактически рекомбинируют.См. рисунок ниже (б). Несколько электронов, инжектированных эмиттером в базу NPN-транзистора, попадают в дырки. Кроме того, небольшое количество электронов, попадающих в базу, течет непосредственно через базу к положительному выводу батареи. Большая часть эмиттерного тока электронов диффундирует через тонкую базу в коллектор. Более того, модуляция малого тока базы приводит к большему изменению тока коллектора. Если базовое напряжение падает ниже примерно 0,6 В для кремниевого транзистора, большой ток эмиттер-коллектор перестает протекать.

Биполярный транзистор с переходом NPN с обратным смещением коллектор-база: (a) Добавление прямого смещения к переходу база-эмиттер приводит к (b) малому току базы и большим токам эмиттера и коллектора.

Усиление тока BJT

На рисунке ниже мы более подробно рассмотрим текущий механизм усиления. У нас есть увеличенный вид транзистора с переходом NPN с акцентом на тонкую базовую область. Хотя это не показано, мы предполагаем, что внешние источники напряжения 1) смещают в прямом направлении переход эмиттер-база, 2) смещают в обратном направлении переход база-коллектор.Ток уходит от эмиттера к (-) клемме аккумулятора. Базовый ток соответствует токам, поступающим на базовую клемму от (+) клеммы аккумулятора.

Расположение электронов, попадающих в базу: (а) Потерянные из-за рекомбинации с базовыми дырками. (b) Вытекает основной свинец. (c) Большая часть диффундирует из эмиттера через тонкую базу в обедненную область база-коллектор, и (d) быстро сметается сильным электрическим полем обедненной области в коллектор.

Основными носителями в эмиттере N-типа являются электроны, которые становятся неосновными носителями при входе в базу P-типа.Эти электроны сталкиваются с четырьмя возможными судьбами при входе в тонкую базу P-типа. Некоторые из них на рисунке выше (а) попадают в отверстия в основании, которые способствуют протеканию тока базы к клемме (+) батареи. Не показано, дырки в базе могут диффундировать в эмиттер и соединяться с электронами, внося свой вклад в ток на клеммах базы. Немногие в (b) текут через базу к (+) клемме аккумулятора, как если бы база была резистором. И (а), и (б) вносят вклад в очень малый базовый ток. Ток базы обычно составляет 1% от тока эмиттера или коллектора для маломощных транзисторов.Большинство эмиттерных электронов диффундирует прямо через тонкую базу (с) в обедненную область база-коллектор. Обратите внимание на полярность обедненной области, окружающей электрон в точке (d). Сильное электрическое поле быстро уносит электрон в коллектор. Сила поля пропорциональна напряжению коллекторной батареи. Таким образом, 99% тока эмиттера протекает в коллектор. Он управляется током базы, который составляет 1% от тока эмиттера. Это потенциальное усиление тока 99, отношение I _C / I _B , также известное как бета, β.

Эта магия, диффузия 99% носителей эмиттера через базу, возможна только при очень тонкой базе. Как сложилась бы судьба базовых миноритариев в базе в 100 раз толще? Можно было бы ожидать, что скорость рекомбинации электронов, попадающих в дырки, будет намного выше. Возможно, 99% вместо 1% провалились бы в ямы, так и не добравшись до коллектора. Во-вторых, ток базы может контролировать 99% тока эмиттера, только если 99% тока эмиттера диффундирует в коллектор.Если все это вытекает из базы, никакой контроль невозможен.

Еще одна особенность, объясняющая переход 99% электронов от эмиттера к коллектору, заключается в том, что в реальных транзисторах с биполярным переходом используется небольшой сильно легированный эмиттер. Высокая концентрация эмиттерных электронов заставляет многие электроны диффундировать в базу. Меньшая концентрация легирования в базе означает, что в эмиттер диффундирует меньше дырок, что увеличивает ток базы. Сильно благоприятствует диффузия носителей от эмиттера к базе.

Тонкое основание и сильно легированный эмиттер помогают поддерживать высокую эффективность эмиттера , например 99%. Это соответствует 100% распределению тока эмиттера между базой (1%) и коллектором (99%). Эффективность эмиттера известна как α = I _C / I _E .

Типы BJT

Биполярные транзисторы доступны как PNP, так и NPN устройства. Мы представляем сравнение этих двух на рисунке ниже. Разница заключается в полярности диодных переходов базы-эмиттера, что обозначено направлением стрелки эмиттера схематического символа.Он указывает в том же направлении, что и стрелка анода для переходного диода, по ходу тока. См. диодный переход, рисунок предыдущий. Точка стрелки и полоса соответствуют полупроводникам P-типа и N-типа соответственно. Для эмиттеров NPN и PNP стрелка указывает соответственно в направлении от основания и от него. Схематической стрелки на коллекторе нет. Однако переход база-коллектор имеет ту же полярность, что и переход база-эмиттер по сравнению с диодом. Обратите внимание, мы говорим о диоде, а не о источнике питания, полярности.

Сравните NPN-транзистор (a) с PNP-транзистором (b). Обратите внимание на направление стрелки эмиттера и полярность питания.

Источники напряжения для транзисторов PNP меняются местами по сравнению с транзисторами NPN, как показано на рисунке выше. В обоих случаях переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении. База PNP-транзистора имеет отрицательное смещение (b) по сравнению с положительным (a) для NPN. В обоих случаях переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Источник питания коллектора PNP является отрицательным по сравнению с положительным для транзистора NPN.

Биполярный переходной транзистор: (а) поперечное сечение дискретного устройства, (б) условное обозначение, (в) поперечное сечение интегральной схемы.

Обратите внимание, что биполярный транзистор на рисунке выше (а) имеет сильное легирование в эмиттере, на что указывает обозначение N+. База имеет нормальный уровень примеси фосфора. Основание намного тоньше, чем показано на поперечном сечении не в масштабе. Коллектор слегка легирован, на что указывает обозначение N. Коллектор должен быть слегка легирован, чтобы переход коллектор-база имел высокое напряжение пробоя.Это приводит к высокому допустимому напряжению питания коллектора. Кремниевые транзисторы с малым сигналом имеют напряжение пробоя 60-80 В. Хотя для высоковольтных транзисторов оно может достигать сотен вольт. Коллектор также должен быть сильно легирован, чтобы свести к минимуму омические потери, если транзистор должен работать с большим током. Эти противоречивые требования удовлетворяются за счет более сильного легирования коллектора в области металлического контакта. Коллектор у базы слабо легирован по сравнению с эмиттером.Сильное легирование эмиттера дает низкое напряжение пробоя эмиттер-база примерно 7 В в транзисторах с малым сигналом. Из-за сильно легированного эмиттера переход эмиттер-база имеет характеристики, подобные стабилитрону при обратном смещении.

Кристалл BJT , представляющий собой часть нарезанной и нарезанной кубиками полупроводниковой пластины, монтируется коллектором вниз к металлическому корпусу силовых транзисторов. То есть металлический корпус электрически соединен с коллектором. Небольшой сигнальный кристалл может быть залит эпоксидной смолой.В мощных транзисторах алюминиевые соединительные провода соединяют базу и эмиттер с выводами корпуса. Кристаллы транзисторов с малым сигналом могут быть установлены непосредственно на подводящие провода. Несколько транзисторов могут быть изготовлены на одном кристалле, называемом интегральной схемой . Даже коллектор может быть приклеен к проводу вместо корпуса. Интегральная схема может содержать внутреннюю разводку транзисторов и других интегральных компонентов. Встроенный BJT, показанный на (рис. (c) выше), намного тоньше, чем на чертеже «не в масштабе».Область P+ изолирует несколько транзисторов на одном кристалле. Слой алюминиевой металлизации (не показан) соединяет множество транзисторов и других компонентов. Область эмиттера сильно легирована N+ по сравнению с базой и коллектором для повышения эффективности эмиттера.

Дискретные PNP-транзисторы почти такого же качества, как и NPN-аналог. Тем не менее, интегрированные PNP-транзисторы далеко не так хороши, как разновидность NPN в одном и том же кристалле интегральной схемы. Таким образом, интегральные схемы максимально используют разнообразие NPN.

ОБЗОР:

• Биполярные транзисторы проводят ток, используя как электроны, так и дырки в одном устройстве.
• Работа биполярного транзистора в качестве усилителя тока требует, чтобы переход коллектор-база был смещен в обратном направлении, а переход эмиттер-база был смещен в прямом направлении.
• Транзистор отличается от пары встречных диодов тем, что база, центральный слой, очень тонкая. Это позволяет основным носителям из эмиттера диффундировать в качестве неосновных носителей через базу в обедненную область перехода база-коллектор, где их собирает сильное электрическое поле.
• Эффективность эмиттера повышается за счет более сильного легирования по сравнению с коллектором. Эффективность излучателя: α = I _C /I _E , 0,99 для маломощных сигнальных устройств
• Коэффициент усиления по току равен β=I _C /I _B , от 100 до 300 для маломощных транзисторов.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Введение в транзисторы с биполярным переходом (BJT) | Биполярные переходные транзисторы

Изобретение биполярного транзистора в 1948 году произвело революцию в электронике.Технические подвиги, ранее требовавшие относительно больших, механически хрупких и энергоемких электронных ламп, внезапно стали достижимы с крошечными, механически прочными и энергосберегающими частицами кристаллического кремния. Эта революция сделала возможным разработку и производство легких и недорогих электронных устройств, которые мы теперь воспринимаем как должное. Понимание того, как работают транзисторы, имеет первостепенное значение для всех, кто интересуется современной электроникой.

Функция и применение транзисторов с биполярным переходом

Моя цель состоит в том, чтобы максимально сосредоточиться исключительно на практической функции и применении биполярных транзисторов, а не на исследовании квантового мира теории полупроводников.На мой взгляд, обсуждение дырок и электронов лучше оставить в другой главе. Здесь я хочу исследовать, как использовать эти компоненты, а не анализировать их интимные внутренние детали. Я не хочу преуменьшать важность понимания физики полупроводников, но иногда интенсивное внимание к физике твердого тела отвлекает от понимания функций этих устройств на уровне компонентов. При таком подходе, однако, я предполагаю, что читатель обладает определенными минимальными знаниями о полупроводниках: разница между полупроводниками, легированными «P» и «N», функциональными характеристиками PN (диодного) перехода и значениями терминов «обратное смещение» и «прямое смещение».Если эти концепции вам непонятны, лучше обратиться к предыдущим главам этой книги, прежде чем переходить к этой.

Слои BJT

Биполярный транзистор состоит из трехслойного «сэндвича» из легированных (примесных) полупроводниковых материалов (а и в) либо P-N-P, либо N-P-N (b и c). Каждый слой, образующий транзистор, имеет определенное название, и каждый слой снабжен проволочным контактом для подключения к цепи. Схематические обозначения показаны на рисунках (а) и (в).

 

Транзистор BJT: (a) условное обозначение PNP, (b) расположение (c) условное обозначение NPN, (d) расположение.

Функциональная разница между транзистором PNP и транзистором NPN заключается в правильном смещении (полярности) переходов при работе.

Биполярные транзисторы работают как управляемые током регуляторы тока . Другими словами, транзисторы ограничивают количество проходящего тока в соответствии с меньшим управляющим током.Основной ток, которым управляет , идет от коллектора к эмиттеру, или от эмиттера к коллектору, в зависимости от типа транзистора (NPN или PNP соответственно). Небольшой ток, которым управляет , основной ток идет от базы к эмиттеру или от эмиттера к базе, опять же в зависимости от типа транзистора (NPN или PNP соответственно). Согласно стандартам полупроводниковой символики, стрелка всегда указывает в направлении протекания тока.

Направление малого управляющего тока и большого управляющего тока для (a) транзистора PNP и (b) транзистора NPN.

Биполярные транзисторы

содержат два типа полупроводниковых материалов

Биполярные транзисторы

называются полярными би потому, что основное протекание тока через них происходит в двух типах полупроводникового материала : P и N, так как основной ток идет от эмиттера к коллектору (или наоборот). Другими словами, два типа носителей заряда — электроны и дырки — составляют этот основной ток через транзистор.

Как видите, , управляющий током , и , управляемый током , всегда пересекаются через эмиттерный провод, и их токи текут в направлении стрелки транзистора.Это первое и главное правило использования транзисторов: все токи должны идти в правильном направлении, чтобы устройство работало как регулятор тока. Небольшой управляющий ток обычно называют просто базовым током , потому что это единственный ток, проходящий через базовый провод транзистора. И наоборот, большой контролируемый ток называется током коллектора , потому что это единственный ток, проходящий через провод коллектора.Ток эмиттера представляет собой сумму токов базы и коллектора в соответствии с законом тока Кирхгофа.

Отсутствие тока через базу транзистора отключает транзистор как разомкнутый переключатель и предотвращает протекание тока через коллектор. Ток базы включает транзистор, как замкнутый переключатель, и позволяет пропорциональному току проходить через коллектор. Ток коллектора в первую очередь ограничен базовым током, независимо от величины напряжения, доступного для его проталкивания.В следующем разделе более подробно будет рассмотрено использование биполярных транзисторов в качестве переключающих элементов.

ОБЗОР:

• Биполярные транзисторы названы так потому, что контролируемый ток должен проходить через два типа полупроводниковых материалов : P и N. Ток состоит из потоков электронов и дырок в разных частях транзистора.
• Биполярные транзисторы состоят из полупроводниковых «сэндвичей» P-N-P или N-P-N.
• Три вывода биполярного транзистора называются Эмиттер , База и Коллектор .

Транзисторы

• функционируют как регуляторы тока, позволяя небольшому току управлять большим током. Величина тока, допустимого между коллектором и эмиттером, в первую очередь определяется величиной тока, протекающего между базой и эмиттером.
• Чтобы транзистор правильно функционировал как регулятор тока, управляющий (базовый) и управляемый (коллекторный) токи должны протекать в правильном направлении: аддитивно зацепляться на эмиттере и двигаться в направлении символа стрелки эмиттера. .

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Биполярный переходной транзистор (BJT) — работа, типы и применение

BJT — транзистор с биполярным переходом — конструкция, работа, типы и применение

История

Биполярный переходной транзистор (BJT) был изобретен Уильямом Шокли и Джоном Бардином. Хотя первый транзистор был изобретен 70 лет назад, но до сих пор он изменил мир от загадочных больших компьютеров до маленьких смартфонов.Изобретение транзистора изменило концепцию электрических схем на интегральных схем (ИС). В настоящее время использование BJT сокращается, поскольку при разработке цифровых ИС используется технология CMOS.

Полезно знать:  Название транзистора происходит от комбинации двух слов, например, Передача и Сопротивление = Транзистор . Другими словами, транзистор передает сопротивление с одного конца на другой.Короче говоря, транзистор имеет высокое сопротивление на входе и низкое сопротивление на выходе.

Что такое BJT — биполярный транзистор ?

Биполярный переходной транзистор (BJT) представляет собой двунаправленное устройство, в котором в качестве носителей заряда используются как электронов , так и отверстий . В то время как однополярный транзистор т.е. полевой транзистор использует только один тип носителей заряда. BJT — это устройство, управляемое током. Ток течет от эмиттера к коллектору или от коллектора к эмиттеру в зависимости от типа соединения.Этот основной ток контролируется очень малым током на базовой клемме.

Строительство    

Биполярный переходной транзистор образован комбинацией двух встречных легированных полупроводниковых материалов. Другими словами, BJT образован «сэндвичем» из внешних полупроводниковых материалов. Эти внешние полупроводники представляют собой диоды с PN-переходом. Два диода PN-перехода соединены вместе, образуя трехконтактное устройство, известное как BJT-транзистор .BJT представляет собой трехконтактное устройство с двумя переходами.

После легирования собственного полупроводника трехвалентными или пятивалентными примесями получается полупроводник P-типа или полупроводник N-типа соответственно. Если количество электронов больше, чем количество дырок (положительных носителей), то это известно как полупроводниковый материал N-типа. В то время как в полупроводнике P-типа количество дырок больше, чем количество электронов. Когда материалы P-типа и N-типа соединяются вместе, получается диод с PN-переходом .Транзисторы BJT формируются после соединения двух PN-переходов встречно-параллельно. Эти транзисторы известны как транзисторы с биполярным переходом PNP или NPN в зависимости от того, какой тип P или N зажат.

В основном транзисторы имеют три части и два перехода. Эти три части называются Излучатель , Коллектор, и База . Между эмиттером и коллектором находится база. Средняя часть (база) образует два перехода с эмиттером и коллектором.Соединение базы с эмиттером известно как соединение эмиттер-база , а соединение базы с коллектором известно как соединение коллектор-база .

Клеммы BJT

Есть три клеммы BJT. Эти клеммы известны как коллектор , эмиттер и база . Эти терминалы кратко обсуждаются здесь.

Излучатель

Эмиттер — это часть на одной стороне транзистора, которая испускает электроны или дырки на две другие части.База всегда имеет обратное смещение по отношению к эмиттеру, так что он может излучать большое количество основных несущих . Это наиболее сильно легированная область BJT. Переход эмиттер-база всегда должен иметь прямое смещение как в транзисторах PNP, так и в транзисторах NPN. Эмиттер поставляет электроны к переходу эмиттер-база в NPN, в то время как он поставляет дырки в тот же переход в PNP-транзисторе.

Коллектор

Часть на противоположной стороне эмиттера, собирающая испускаемые носители заряда (т.е. электроны или дырки) известен как коллектор . Коллектор сильно легирован, но уровень легирования коллектора находится между уровнем легкого легирования базы и уровнем сильного легирования эмиттера. Переход коллектор-база всегда должен иметь обратное смещение как в транзисторах PNP, так и в транзисторах NPN. Причиной обратного смещения является удаление носителей заряда (электронов или дырок) из перехода коллектор-база. Коллектор транзистора NPN собирает электроны, испускаемые эмиттером. В то время как в транзисторе PNP он собирает дырки, испускаемые эмиттером.

Основание

Основание представляет собой среднюю часть между коллектором и эмиттером и образует между ними два PN перехода. База является наиболее слабо легированной частью биполярного транзистора. Будучи средней частью BJT, он позволяет контролировать поток носителей заряда между эмиттером и коллектором. Переход база-коллектор показывает высокое сопротивление, потому что этот переход имеет обратное смещение.

Тип BJT

Это трехслойное устройство, образованное встречным соединением, имеет определенные названия.Это может быть погода PNP или NPN . Оба соединения здесь кратко не используются.

Строительство ПНП

В биполярном транзисторе PNP полупроводник N-типа зажат между двумя полупроводниками P-типа. Транзисторы PNP могут быть образованы путем соединения катодов двух диодов. Катоды диодов соединены вместе в общей точке, известной как база . В то время как аноды диодов, которые находятся на противоположных сторонах, известны как коллектор и эмиттер .

Переход эмиттер-база имеет прямое смещение, а переход коллектор-база — обратное смещение. Итак, в типе PNP ток течет от эмиттера к коллектору. Эмиттер в этом случае находится под высоким потенциалом как к коллектору, так и к базе.

Строительство NPN

Тип

NPN полностью противоположен типу PNP. В биполярном транзисторе NPN полупроводник P-типа зажат между двумя полупроводниками N-типа. Когда аноды двух диодов соединены вместе, получается NPN-транзистор.Ток будет течь от коллектора к эмиттеру, потому что клемма коллектора более положительна, чем эмиттер в соединении NPN.

Разница между символами PNP и NPN заключается в стрелке на эмиттере, которая показывает направление протекания тока. Ток будет течь либо от эмиттера к коллектору, либо от коллектора к эмиттеру. Стрелка на транзисторе PNP направлена ​​внутрь, что показывает протекание тока от эмиттера к коллектору. В случае коллектора NPN стрелка направлена ​​наружу, что показывает протекание тока от коллектора к эмиттеру.

Запись по теме: Что такое NPN-транзистор? BJT Строительство, работа и применение

Рабочий BJT

Слово «транзистор» состоит из двух слов: «транс» (преобразование) и «истор» (варистор). Таким образом, это означает, что транзистор может изменять свое сопротивление. Сопротивление изменяется таким образом, что оно может действовать как изолятор или проводник, прикладывая небольшое сигнальное напряжение. Эта изменяющаяся способность позволяет ему работать как «Усилитель » или как «Переключатель ».Его можно использовать как переключатель или как усилитель одновременно. Следовательно, BJT может работать в трех разных регионах для выполнения указанной операции.

Активная область:

В активной области одно из соединений находится в прямом смещении, а другое — в обратном. Здесь ток базы I _b может использоваться для управления величиной тока коллектора I _c . Следовательно, активная область используется для целей усиления, где BJT действует как усилитель с коэффициентом усиления β с использованием уравнения;

i _c  = β x I _b

Он также известен как линейная область .Эта область находится между областью отсечки и областью насыщения . В этой области происходит нормальная работа BJT.

Область насыщения:

В области насыщения оба перехода BJT находятся в прямом смещении. Эта область используется для включения переключателя, где;

i _c = i _сб

I _sat — ток насыщения и максимальный ток, протекающий между эмиттером и коллектором, когда BJT находится в области насыщения.Поскольку оба перехода находятся в прямом смещении, BJT действует как короткое замыкание.

Зона отсечки:

В области отсечки оба перехода BJT находятся в обратном смещении. Здесь BJT работает как выключенное состояние переключателя, где

я _с = 0

Работа в этой области полностью противоположна области насыщения. Внешние источники питания не подключены. Нет тока коллектора и, следовательно, нет тока эмиттера. В этом режиме транзистор действует как выключенное состояние переключателя. Этот режим достигается за счет снижения напряжения базы меньше, чем напряжение эмиттера и коллектора.

В _быть < 0,7

Принцип работы BJT

BJT имеют два перехода, образованных комбинацией двух обратных PN-переходов. Переход база-эмиттер (BE) имеет прямое смещение, а переход коллектор-эмиттер (CE) — обратное смещение. На BE-переходе потенциальный барьер уменьшается при прямом смещении. Итак, электрон начинает течь от терминала эмиттера к терминалу базы.Поскольку база представляет собой слегка легированный вывод, поэтому очень небольшое количество электронов от вывода эмиттера объединяется с дырками в выводе базы. Из-за комбинации электронов и дырок от базовой клеммы начнет течь ток, известный как Базовый ток (i _b ) . Базовый ток составляет всего 2% от тока эмиттера I _e , в то время как остальные электроны будут течь из коллекторного перехода обратного смещения, известного как Ток коллектора ( i _c ).Общий ток эмиттера будет представлять собой комбинацию тока базы и тока коллектора, определяемую формулой;

i _e = i _b +i _c

Где i _e примерно равно i _c , потому что I _b составляет почти 2% от I _C .

     

Конфигурация BJT

BJT является трехконтактным устройством, поэтому существует три возможных способа подключения BJT в цепи, причем одна клемма является общей среди других.Другими словами, одна клемма является общей между входом и выходом. Каждое соединение по-разному реагирует на входной сигнал, как показано в таблице ниже.

тип транзистора

Я Е

Я B

Я С

V EB

V СВ

V CE

р — н — P

+

—

—

—

+

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

Конфигурации	Усиление напряжения	Коэффициент усиления по току	Увеличение мощности	Входное сопротивление	Выходное сопротивление	Фазовый сдвиг
Общая базовая конфигурация	Высокий	Низкий	Низкий	Низкий	Очень высокая	0 градусов
Конфигурация с общим эмиттером	Средний	Средний	Высокий	Средний	Высокий	180 градусов
Конфигурация с общим коллектором	Низкий	Высокий	Средний	Высокий	Низкий	0 градусов

Общая базовая конфигурация:

В конфигурации с общей базой клемма базы является общей для входных и выходных сигналов.Входной сигнал подается между базой и эмиттерной клеммой, а выходной — между базой и коллекторной клеммой.

Выходной сигнал на стороне коллектора меньше входного сигнала на стороне эмиттера. Таким образом, его усиление меньше 1. Другими словами, он «ослабляет» сигнал.

Он имеет неинвертирующий выход, что означает, что и входной, и выходной сигналы совпадают по фазе . Этот тип конфигурации обычно не используется из-за высокого коэффициента усиления по напряжению.

Благодаря очень высокой частотной характеристике эта конфигурация используется для однокаскадного усилителя. Эти однокаскадные усилители можно использовать в качестве радиочастотного усилителя, микрофонного предусилителя.

Усиления общей базовой конфигурации

Коэффициент усиления по напряжению
Коэффициент усиления по току	I с /i e
Усиление сопротивления	R L /R в

Конфигурация с общим эмиттером

Как следует из названия, в общем эмиттере эмиттер является общим между входом и выходом.Вход подается между базой и эмиттером, а выход — между коллектором и эмиттером. Это можно просто распознать, взглянув на схему. Если эмиттер заземлен, а вход и выход взяты соответственно с базы и коллектора.

Эта конфигурация имеет самый высокий ток и прирост мощности среди всех трех конфигураций. Причина в том, что вход находится на переходе прямого смещения, поэтому его входное сопротивление очень низкое .В то время как выход берется из перехода обратного смещения, поэтому его выходное сопротивление очень велико.

Ток эмиттера в этой конфигурации равен сумме токов базы и коллектора. Дан в уравнении как;

I _e = i _c + i _b

Где i _e — ток эмиттера

Эта конфигурация имеет высокий коэффициент усиления по току, который составляет i _c /i _b . Причиной такого огромного прироста тока является то, что сопротивление нагрузки включено последовательно с коллектором. Из уравнения видно, что незначительное увеличение тока базы приведет к чрезвычайно высокому току на выходе.

Эта конфигурация действует как инвертирующий усилитель, где выходной сигнал полностью противоположен по полярности входному сигналу. Следовательно, он сдвигает выходной сигнал на 180° по отношению к входному сигналу.

Конфигурация с общим коллектором

Конфигурация с общим коллектором, известная как повторитель напряжения или эмиттерный повторитель , имеет заземленный коллектор.В конфигурации с общим коллектором клемма коллектора заземляется на источник питания. Таким образом, клемма коллектора является общей как для входа, так и для выхода. Выход берется с клеммы эмиттера с последовательно подключенной нагрузкой, а вход подается напрямую на базовую клемму.

Имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Это позволяет ему работать в качестве согласователя импеданса. Таким образом, эта конфигурация очень полезна для метода согласования импеданса.

Смещение BJT

Процесс установки уровней постоянного напряжения или тока транзистора таким образом, чтобы обеспечить надлежащее усиление приложенного входного сигнала переменного тока.В дальнейшем смещение — это метод, используемый для предотвращения работы транзистора в режиме отсечки или в режиме насыщения.

Чтобы сохранить выходной сигнал без каких-либо потерь после усиления, необходимо правильное смещение. Работа в установившемся режиме в основном зависит от тока коллектора ( i _c ), тока базы ( i _b ) и напряжения коллектор-эмиттер ( V _ce ). Если транзистор предназначен для правильной работы в качестве усилителя.Затем эти параметры должны быть выбраны правильно, что известно как смещение транзистора . Целью смещения транзистора является достижение известной рабочей точки покоя или точки добротности для BJT для получения неискаженного выходного сигнала. Q2 , приведенный на приведенном выше графике, не является правильной точкой q и приводит к клиппированию верхней части выходного сигнала.

 

Типы смещения

Без смещения транзистор будет работать как изолятор или проводник.Таким образом, для правильного усиления BJT смещается с помощью различных методов. Несмотря на то, что существует множество различных методов, мы кратко обсудим несколько наиболее распространенных методов.

Фиксированное смещение

Для коллектора и базы используется один блок питания. В конфигурации с фиксированным смещением базовый ток биполярного транзистора остается постоянным независимо от входного постоянного напряжения (V _cc ). Это зависит от выбора резистора таким образом, чтобы точка Q оставалась фиксированной и, следовательно, известна как конфигурация с фиксированным смещением .Значение резистора смещения можно узнать по номеру

.

(V _cc -V _be ) / I _b .

, где В _будет = 0,7 В для стандартных транзисторов и

I _b = I _c / β .

Преимущества фиксированного смещения

Обсуждаются некоторые преимущества этой схемы.

• Нет эффекта загрузки: Нет эффекта загрузки.Где эффект нагрузки можно определить как воздействие нагрузки на источник. Используя эту схему для смещения, мы можем избавиться от снижения уровня напряжения источника напряжения.
• Простая схема: Схема очень проста, поскольку требует только одного постоянного резистора RB.
• Простой расчет: Метод расчета очень прост.

Фиксированное смещение с сопротивлением эмиттера

Это модифицированная форма схемы с фиксированным смещением, в которой внешнее сопротивление подключено к клемме эмиттера.Эта схема требует дополнительного резистора для эмиттера, который обеспечивает отрицательную обратную связь.

смещение напряжение V _{BB -V BU = I R R} R R + I _R R _{R E} RE установить I _E ≈I _c .

Цепь постоянного смещения с эмиттерным сопротивлением

Преимущества фиксированного смещения с конфигурацией эмиттера

• Без теплового разгона: Недостаток теплового разгона при фиксированном смещении можно преодолеть с помощью фиксированного смещения с конфигурацией сопротивления эмиттера.Тепловой разгон можно определить как увеличение тока коллектора при повышении температуры. Это приводит к саморазрушению, поскольку перегрузка по току вызывает перегрев.
• Проблема с этой конфигурацией заключается в том, что она уменьшает коэффициент усиления BJT-усилителя. Эту проблему можно очень легко решить, обойдя сопротивление эмиттера.

Коллектор к базовому смещению

Резистор базы подключается к клемме коллектора в этом типе смещения. Эта конфигурация стабилизирует рабочую точку и предотвращает тепловой разгон за счет использования отрицательной обратной связи.Эта конфигурация также является улучшенной версией конфигурации с фиксированным смещением. Резистор смещения подключен между коллектором и базой, которые обеспечивают цепь обратной связи. Смещение коллектора к базе — это улучшенный метод по сравнению с методом фиксированного смещения.

Эта конфигурация также известна как цепь обратной связи со смещением по напряжению . Потому что Rb напрямую появляется на выходе и входе. Другими словами, часть вывода передается на вход. Таким образом, в цепи существует отрицательная обратная связь.

Если имеется изменение бета из-за вариации между частями или повышения температуры бета и I _co , то ток коллектора пытается увеличиться, из-за чего увеличивается падение напряжения на R _c .В результате V _ce и I _b уменьшаются. Следовательно, конечное значение значения коллектора I _c поддерживается стабильным схемой, которая удерживает фиксированную точку Q.

Эта схема также известна как Схема смещения обратной связи по напряжению , потому что R _b появляется непосредственно на входе и выходе в этой схеме. увеличение тока коллектора уменьшает ток базы.

Делитель напряжения смещения или делитель потенциала

Для этого типа используются два внешних резистора R ₁ и R ₂ .Напряжение на R ₂ смещает эмиттерный переход в прямом направлении. При правильном подборе R ₁ и R ₂ рабочую точку транзистора можно сделать независимой от Бета. Смещение делителя потенциала является наиболее популярным и используемым методом смещения транзистора. Эмиттерный диод смещен в прямом направлении за счет контроля падения напряжения на R ₂ .

Ч _б = Р ₁ || Р ₂

В цепи смещения делителя напряжения значение R _b равно параллельной комбинации R ₁ и R ₂ .

Цепь смещения делителя напряжения:

Преимущество смещения делителя напряжения

Независимо от бета: Основное преимущество схемы смещения делителя напряжения заключается в том, что транзистор больше не будет зависеть от бета. Причина в том, что напряжения на клеммах транзистора, то есть напряжения коллектора, эмиттера и базы, будут зависеть от внешней цепи. Сопротивление эмиттера R _e обеспечивает стабильность коэффициента усиления, несмотря на колебания бета.

Ограничения BJT

Вот некоторые ограничения биполярного транзистора;

• Громоздкий: BJT являются громоздкими, требуют больше места и, следовательно, очень редко используются в производстве интегральных схем (ИС).
• Низкая частота переключения: время переключения очень низкое, что является еще одной причиной редкого использования в микросхемах По сравнению с полевыми МОП-транзисторами частота очень низкая
• Ток утечки: токов утечки с биполярными транзисторами достаточно, поэтому их нельзя использовать для высоких частот.
• Термическая стабильность BJT:  по сравнению с другими транзисторами термостойкость BJT очень низкая, и это шумное устройство.
• Тепловой разгон: BJT страдает от теплового разгона, что приводит к избыточному выделению тепла. Другими словами, это приводит к саморазрушению. Поскольку выделяемое тепло равно I ² Таким образом, избыточный ток вызовет чрезмерное тепло, которое сожжет BJT.
• Ранний эффект: Ток между эмиттером и коллектором регулируется током базы.Если ширина основания сдвинута к нулю, известному как сквозной проход, , то место соединения коллектора и эмиттера касается друг друга. После этого от эмиттера к коллектору начинает течь огромный ток, который не может контролироваться базовым током. Этот выход из-под контроля известен как ранний эффект и является одним из основных ограничений среди ограничений BJT.

Уязвимость

Радиационное повреждение транзистора при воздействии на него ионизирующего излучения.Время жизни неосновных носителей уменьшается после облучения, что приводит к постепенной потере коэффициента усиления транзистора.

Транзистор имеет номинальную мощность и обратное напряжение пробоя , выше которого BJT может не работать. Когда BJT работают за пределами их номинальной мощности или обратного напряжения пробоя, BJT не будет работать должным образом или может быть необратимо поврежден.

В случае обратного смещения переход эмиттер-база вызовет лавинный пробой , который необратимо повредит коэффициент усиления по току биполярного переходного транзистора.

Преимущества BJT

• Широкая полоса усиления: Полоса усиления — это разница между максимальной и минимальной частотой среза. Коэффициент усиления на частоте среза составляет 0,7. При дальнейшем увеличении или уменьшении частоты от максимальной и минимальной частоты среза соответственно коэффициент усиления уменьшается, что невозможно использовать. Таким образом, BJT предлагает широкий диапазон частот, предлагая большее усиление, чем 0,7. Таким образом, BJT имеет огромную полосу усиления .  
• Низкое прямое падение напряжения: BJT имеют 0,6 В прямое падение напряжения, что является очень низким и весьма важным моментом. Этот момент имеет большое значение, поскольку большее прямое напряжение вызовет ненужные потери мощности в соответствии с P=VI . Это означает, что для одного и того же типа нагрузки устройство с большим падением напряжения в прямом направлении приведет к ненужным потерям мощности.
• Пара Дарлингтона: Благодаря низкому выходному импедансу и высокому входному импедансу биполярный транзистор может обеспечить положительное усиление по току.  
• Долгий срок службы: BJT имеют относительно длительный срок службы. Устройство гноится, потому что ток насыщения увеличивается с течением времени. Хотя для преодоления этой проблемы и дальнейшего увеличения срока службы устройства могут использоваться различные методы смещения.

Похожие сообщения: В чем разница между транзистором и тиристором (SCR)?

Применение BJT

Вот некоторые из применений биполярного переходного транзистора;

• Преобразователи: BJT могут использоваться в подавляющем большинстве преобразователей.Эти преобразователи могут быть различных типов, таких как инверторы, понижающие преобразователи, повышающие преобразователи или любые DC-DC , DC-AC , AC-DC или AC-AC

.

• Датчики температуры: Определение температуры — одно из других применений BJT. Где это можно найти, вычитая два напряжения на двух разных уровнях в известном отношении 90 344
• Высокая способность к вождению : Высокая способность к вождению. Для работы с высоким напряжением или током устройства подключаются последовательно и параллельно соответственно.Но всегда учитываются возможности управления отдельными устройствами.
• Работа на высокой частоте: BJT могут работать на очень высокой частоте. Частота BJT для слабого сигнала намного выше, чем его частота переключения, в основном из-за задержки хранения. Время хранения 2N2222 составляет 310 нс, поэтому максимальная частота переключения составляет около 3 МГц.
• Цифровой переключатель : Семейство цифровых логических устройств имеет логику с эмиттерной связью, используемую в BJT в качестве цифрового переключателя.
• Колебательный контур : Предпочтительны в колебательных контурах.
• Clippers: BJT могут использоваться в схемах клиппинга для изменения формы волн. Его можно использовать как простой диод для отсечки, но проблема с диодом в том, что диод неуправляем.
• Демодулятор и модулятор: BJT могут использоваться в схемах демодуляции и модуляции. BJT до сих пор используют очень старую известную технику модуляции, известную как «амплитудная модуляция ».
• Цепи обнаружения : BJT могут использоваться в цепях обнаружения. BJT может быть новым типом полупроводникового датчика для измерения дозы ионизирующего излучения.
• Усилители: Одним из наиболее важных применений биполярных транзисторов является усиление, когда они используются в схеме усилителя для усиления слабых сигналов. например, в аудиоусилителях, эти крошечные компоненты усиливают очень низкий аудиосигнал до слышимого диапазона.
• Электронные переключатели: Может использоваться как электронный переключатель.BJTS используются в инверторе для изменения направления постоянного тока и перехода в переменный ток.
• Автоматический выключатель: Может использоваться вместо ручного выключателя в электрической цепи. выходной сигнал датчиков иногда бесполезен в электрических цепях, потому что эти сигналы очень слабы. Однако эти сигналы станут полезными, если они будут управлять биполярными транзисторами. Поскольку BJT работает на низких сигналах. Затем эти переключатели BJT могут работать с большими нагрузками, включая двигатели.

Похожие сообщения:

Scr против транзистора.1). Объяснение разницы между тиристором и усилителем Mosfet

Scr против транзистора. 1). Различие между тиристором и усилителем на МОП-транзисторах объясняется здесь v Транзисторы имеют два перехода, тогда как тиристоры имеют три перехода. BJT и FET (транзисторы) В этой статье мы сравниваем биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). вишай. • Полная форма SCR — выпрямитель, управляемый кремнием. 7 вольт указывает на … Контроллеры SCR — Могучий GE EV-1.TO-3, 3-контактный, сквозное отверстие, металлический корпус [крепление корпуса]. Он доступен в меньших рейтингах. Это можно заставить работать как цепь типа SCR. У вас есть доступ к большому количеству форматов САПР, чтобы они соответствовали вашей цепочке инструментов проектирования. Если повторно применяемое значение dV/dT слишком велико, то через емкость перехода устройства протекает ток. Режим работы SCR имеет только два рабочих состояния i. На втором изображении слева есть Re: Сопротивление MOSFET против IGBT/SCR? « Ответ № 11 от: 28 марта 2020 г., 16:05:49 » То, что спрашивал Зеро, и, конечно же, я также хотел бы увидеть, имеет размер 1 фарад, номинальное напряжение 2000 вольт.Основное отличие — транзистор против светодиода, активируемого светом, с использованием SCR. ток коллектора транзистора 1. Большинство других широко используемых транзисторов выдерживают только нагрузки постоянного тока (хотя они могут вмещать переменную составляющую в большем сигнале постоянного тока). Транзистор số la gì. 6 базовых вольт минус 1. Транзистор усилителя, техническое описание BC337, схема BC337, техническое описание BC337: MOTOROLA, alldatasheet, техническое описание, сайт поиска технических описаний электронных компонентов и просмотр диода_2. СУБ. Поскольку симисторы являются двунаправленными коммутационными устройствами, они обычно используются для коммутации приложений переменного тока.4. Как правило, транзисторы в электронных схемах снижают стоимость системы, а тиристоры увеличивают стоимость системы, поэтому они дороги. Существует много других комбинаций источник-датчик, таких как светодиод-фотодиод, светодиод-лазер, пары лампа-фоторезистор, отражающие и щелевые оптопары. На самом деле, SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​— это торговое название тиристора, данное General Electric Company. 4-контактный TO-3, сквозное отверстие, металлический корпус [крепление к корпусу]. • Автоматическое обнаружение NPN- и PNP-транзисторов, N-канальных и P-канальных МОП-транзисторов, диодов (включая двойной высокоточный тестер транзисторов Aideepen T7 TC-T7-H Многофункциональный графический 128 TFT ЖК-дисплей Диодная триодная емкость LCR ESR Meter.Структура транзистора стала привычной, потому что она позволяет нам использовать источники переменного тока для управления нагрузками переменного тока. Любая деталь, которую можно поместить на схему, называется компонентом. Тип: СКР. Обратите внимание, что, поскольку входная волна затвора получается из переменного тока, протекающего через SCR, она будет состоять только из выпрямленной половины… Тиристор, его также называют кремниевым управляемым выпрямителем (SCR), представляет собой четырехслойное полупроводниковое переключающее устройство с тремя выводами. , причем каждый слой состоит из материала попеременно N- или P-типа, например NPNP.Cuando está polarizado en inversa se comporta como un diodo común (ver la corriente de … Существует еще одно существенное различие между транзистором и твердотельным реле. КОНСТРУКЦИЯ Тиристор используется только как переключающее устройство, тогда как силовой транзистор требуется для работы в активном область во многих приложениях. Хотя оба являются транзисторами и имеют 3 вывода и выполняют аналогичные функции, они принципиально различаются по составу. Основные клеммы, помеченные как анод и катод, расположены на всех четырех слоях, а управляющий симистор представляет собой двунаправленный , трехполюсный двойной встречно-параллельный тиристорный (SCR) переключатель.Стоит отметить, что многие тиристоры … Тиристор (SCR) • Тиристор представляет собой полууправляемое устройство с тремя выводами и четырьмя слоями полупроводникового материала. При проектировании схемы тиристора, тринистора особое внимание необходимо уделить схеме триггера. Таким образом, можно сказать, что тиристоры блокируют ток в обоих направлениях сети переменного тока в выключенном состоянии и могут быть включены приложением … Купить ВС-ВСХ205/06 с увеличенными сроками доставки в тот же день. Ключевые различия между диодом и тиристором.Это просто контролировать. Тиристор управляет питанием постоянного тока, тогда как симистор управляет постоянным током, а также питанием переменного тока. (b) Основная цель SCR состоит в том, чтобы функционировать как переключатель, который может включать или выключать малые или большие количества энергии. Я не был уверен насчет тиристорного ломика, так как было очевидно, что без радиатора замена не имеет достаточной пропускной способности по току в случае короткого замыкания проходного транзистора. SCR-193: Радиостанции SCR-193-A, SCR-193-B, SCR-193-C, SCR-193-D и SCR-193-E были разработаны для установки на американские военные машины с целью обеспечения SCR- 300: SCR-300 был портативным радиопередатчиком, использовавшимся Корпусом связи США во время Второй мировой войны.Модули SCR серии PbF. Объяснение: Двухтранзисторные модели SCR получаются путем деления двух верхних и нижних слоев SCR пополам. 1 Структура и работа модуля IGBT 2. И тиристоры являются однонаправленными устройствами. SCR похожи на транзисторы, но имеют возможность защелки, т.е. IC 4N35, IC PC817 и другие ИС серии 4NXX являются примерами ИС оптронов. Обычно диод имеет низкое сопротивление в прямом ТРАНЗИСТОРАХ — это устройство типа 2N с переходами NPN и PNP. … Объясняется разница в работе MOSFET-транзистора и тиристора SCR в качестве переключателя.TRIAC управляет постоянным током, а также мощностью переменного тока. OMNi — это модульный всенаправленный робот для музеев. В наши дни эти механические контакты были заменены транзисторами или тиристорами для передачи мощности на нагреватель. Название «кремниевый управляемый выпрямитель» является торговой маркой General Electric для типа тиристора. Как и у транзисторов, контакты SCR можно идентифицировать, держа их лицевой стороной к себе. г. Напряжение и ток нагрузки будут иметь форму волны, подобную напряжению питания, как у тиристорного высоковольтного тринистора с фазовым управлением, 25 А Серия высоковольтных кремниевых выпрямителей VS-25TTS специально разработана для коммутации средней мощности и приложений с фазовым управлением.КОЛ-ВО (10) VS-40TPS08PBF VISHAY TO-247 SCR ФАЗОВЫЕ ТИРИСТОРЫ 40TPS08 ROHS. Он может быть заблокирован напряжением пробоя или превышением критической скорости нарастания напряжения между анодом и катодом, как и в случае с диодом Шокли. Это питание обеспечивается специальными схемами стабилитрона в сочетании с понижающим трансформатором и выпрямителем, как показано на рис. Эмиттер к коллектору… (транзистор, диод и т.д.Использование SPICE-моделей — это стандартный отраслевой способ моделирования производительности схемы до стадии прототипа в качестве дополнительного шага тестирования, чтобы убедиться, что ваша схема работает правильно, прежде чем инвестировать в разработку прототипа. Однопереходный транзистор: хотя однопереходный транзистор не является. Два транзистора соединены в регенеративный контур, и это заставляет транзистор проводить до насыщения. Ниже приведен график, объясняющий характеристику ВАХ тиристора: Характеристики ВАХ МОП-транзистора.(en существительное) (транзистор из Википедии) твердотельный полупроводниковый прибор с тремя выводами, который можно использовать для усиления, переключения, стабилизации напряжения, модуляции сигнала и многих других функций. Три вывода BJT известны как эмиттер, коллектор и база, тогда как SCR имеет выводы, известные как анод, катод и затвор. Это 4-слойное и 3-переходное устройство, образованное комбинацией чередующихся полупроводниковых материалов р- и n-типа. Схема, показанная на рисунке 3, представляет собой наиболее простую комбинацию фотодиода и усилительного транзистора.Итак, для этой схемы первый транзистор — это BC547, а второй — BC557. ток базы транзистора 1. Михал — 5 октября 2021 г. При нажатии SW1 небольшой ток протекает через резистор затвора, открывая Q2. В 1958 году компания General Electric представила первый коммерческий тиристор, положивший начало… Рис. 2: Схема запуска SCR с использованием UJT-генератора Работа схемы, показанной на рис. 2(b), аналогична. Và nhiều hơn hế nữa. Удовлетворение и хорошее доверие к каждому покупателю — это наша … NPN PNP Диоды Триод Конденсатор ESR SCR MOSFET Резистор Индуктивность ЖК-дисплей Устройство для проверки с футляром и отверткой K77 Характеристики продукта • Графический многофункциональный тестер Kuman: резистор + конденсатор + диод + SCR + индуктивность + транзистор + mos-трубка .• Sus características lo hacen muy útil en muchos Circuitos Industriales, incluyendo temporizadores, osciladores, generadores de onda, y màs importante aùn, en Circuitos de control de puerta para SCR Thyristor vs Transistor. Mouser предлагает перечень, цены и спецификации для модулей SCR Vishay серии VS-P100. У тиристора возможен только один режим работы, в то время как симистор имеет четыре различных режима работы. Купите VS-T50RIA40 с увеличенным временем доставки в тот же день. Его представил исполнительный директор в лучшей области.Название «кремниевый управляемый выпрямитель» является торговой маркой General Electric для типа тиристора. Проверьте цену на Amazon. Как и SCR, симистор имеет три вывода и действует как переключатель тока, но он сложнее, чем SCR, поскольку проводит электричество в двух направлениях. Эта схема работает аналогично SCR. Номинальная мощность транзистора всегда указывается в ваттах, а мощность тиристора — в кВт. Симистор изготовлен путем интеграции двух тиристоров в … Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) — это полупроводниковый выпрямитель, обладающий дополнительным свойством управляемости.2. Он используется в приложениях переключения переменного тока. Просмотрите спецификации, ассортимент и цены или найдите другие модули SCR. Полупроводниковый прибор, работающий как переключатель с электрическим управлением. (a) SCR относится к семейству полупроводников, в которое входят транзисторы и диоды. Равен C. Доступен в больших рейтингах. Модуль SCR Диод 1600 В 190 А (RMS) 2250 А 7-контактный BG-SB20-1 Лоток. Транзистор с биполярным переходом (BJT) представляет собой трехслойное устройство, построенное из двух полупроводниковых диодных переходов, соединенных вместе, один с прямым смещением, а другой с обратным смещением.2 Работа устройства IGBT 2. Таким образом, между двумя транзисторами есть несколько ключевых различий. Тиристор — слово, образованное слиянием тиратрона и транзистора. Источник переменного тока позволяет электронам проходить через сопротивление нагрузки; однако это невозможно сделать без ограничений. Описание ВС-25ТЦ. Схема тестера транзисторов работает от источника постоянного тока. Цель состоит в том, чтобы предотвратить повреждение логики или микропроцессоров (μP). Его можно рассматривать как два ОПЗ, соединенных антипараллельно. Они также известны как тиристоры с фазовым управлением.SCR — это однонаправленное устройство, работающее как диод. SCR управляет питанием постоянного тока. выпрямитель и сопротивление B. Контакт 1 является основным терминалом 1, контакт 2 является основным обзором TRIAC BT136. Рисунок 1. Вероятно, самые сложные в использовании, или, по крайней мере, их использование имеет больше всего ограничений. СТТ1400Н16П55СПСА1. SCR в основном представляет собой 2 транзистора, расположенных таким образом, что они защелкиваются до тех пор, пока ток не прервется. нет Есть много различий, зависит от того, однако основное отличие заключается в том, что SCR является метастабильным устройством, то есть, когда он находится в определенном состоянии, он остается в этом раскаянии, даже если триггер отсутствует, он сбрасывается, только если он потеряет питание, т.е. Транзистор не является метастабильным устройством, он управляется управляющим входом в непрерывном режиме.Коллектор каждого транзистора соединен с базой другого транзистора. MOSFET против JFET: По сравнению с JFET, MOSFET легче изготовить. Тип транзистора может быть любым, будь то PNP или NPN. Это полупроводниковое устройство, которое бывает двух основных типов: транзистор с биполярным переходом (BJT) … 738. BT 136, BT 138 и ST44B — это симисторы. Электроника может быть даже довольно компактной, за исключением ошеломляющего огромного дросселя, который вам нужен после нее. Используемая технология пассивации стекла надежно работает вплоть до модели SCR SPICE TCR22-x.TxB пишет: черный (горячее 110 В) и белый (горячее 110 В) в 2-полюсный переключатель — земля на землю на переключателе. Базовая конструкция однопереходного транзистора. КРЕМНИЕВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ (SCR) Затвор Катод J3 J2 J1 Анод 10 см 17 -3 10 -5 x 10 см 13 14 -3 10 см 17 -3 10 см 19 -3 10 см 19 -3 10 см 19 -3 n + n + p — n – pp + 10 м 30 Тиристоры, статические VI Характеристики SCR, TRIAC, GTO и IGBT, механизм включения и выключения SCR, тиристор отключения затвора (GTO) . 99. Черный (горячее 110 В) и белый (горячее 110 В) от SCR к элементу — заземлены от питания «вход».Ни один из вышеперечисленных ответов Ans-B. Существует два основных типа транзисторов с биполярным переходом: транзисторы NPN и PNP. Вы начали с простых резистивных цепей, затем динамических систем (схем с конденсаторами и катушками индуктивности), а затем с операционных усилителей. Легко включить. SCR — это сокращение от Silicon Controlled Rectifier. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор. 06A = 60 мА, поэтому транзистор должен иметь Ic(max) > 60 мА. Но на этом сходство между этими важнейшими устройствами в области электроники заканчивается.Мы видим, что … Кривая V-I тиристора находится между напряжением анод-катод V и анодным током I при постоянном токе затвора. нет VS-30TPS12 SCR ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ VS-30TPS12 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ . SCR имеет четыре уровня (уровень PN, уровень PN) и три перехода (j1, j2, j3). Пожалуйста, прочитайте «Необходимые условия для включения SCR» для лучшего понимания. Добавлен налог с продаж 6%. Вместо того, чтобы просто реагировать на управляющий сигнал, что происходит… И транзистор, и тиристор являются типами полупроводниковых устройств.Это четырехслойные и трехполюсные полупроводниковые приборы. Меньше, чем D. Общеизвестен как тиристор. 20. Цепь защелки транзистора. Они остаются в проводимости до тех пор, пока ток анод-катод не упадет ниже определенного значения, называемого током удержания. Методы защиты, охлаждения и монтажа. Серия FP-M3 www. Как для положительных, так и для отрицательных токов затвора, traic проводит, но только с направлением тока затвора включает SCR. В одном варианте осуществления участок N+ помещается между участком n+ и участком p+, обычно связанным с обычными устройствами SCR, чтобы сформулировать… ТРАНЗИСТОР СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ PNP, техническое описание B772, схема B772, техническое описание B772: STMICROELECTRONICS, alldatasheet, datasheet, Datasheet поисковый сайт для электронных транзисторов.Что подразумевается под «симметричным транзисторным соединителем»? Кремниевый управляемый выпрямитель представляет собой четырехслойное полупроводниковое устройство. Кремниевый управляемый выпрямитель или полупроводниковый выпрямитель представляет собой четырехслойное твердотельное устройство управления током. Оно может. Принципиальное различие между транзистором и тиристором заключается в том, что транзистор представляет собой трехслойное устройство, которому для обеспечения проводимости требуется регулярный импульс тока. 2 на 0. Сторона с напечатанным кодом является лицевой стороной. SCR может запускаться только положительным напряжением затвора.хтм. SCR, как показано на рисунке 1(b), можно представить разделенным на два транзистора. Почта. En la región de polarización en directo, se comporta también 1. c. У них также есть известный и фиксированный физический размер, который важно учитывать… Поскольку мы являемся бизнесом, все продажи покупателям в штате Висконсин будут иметь размер 5. Это устройство является твердотельным эквивалентом тиратрона, и поэтому его также называют в качестве тиристора или тиреоидного транзистора. 7. Слово тиристор образовано от тиратрона и транзистора.Поскольку PN-переход ближе к В 2 , значение RB2 будет меньше переменного сопротивления RB1. Это гораздо более точный контроль по сравнению со старым стилем, но не такой хороший, как у SCR. Соединения между двумя транзисторами запускают регенеративное действие, когда на базу NPN-транзистора подается соответствующий сигнал затвора. Название производителя устройства. Больше, чем E. Описание цепи транзистора, симистора и цепи тестера SCR. д. Он состоит из полупроводникового материала.Следовательно, SCR включится и начнет проводить. Обратите внимание, что слой P2 образует эмиттер … SCR с тремя выводами: анодом, катодом и затвором. Имя существительное. Он был изобретен в 1957 году в Bell Labs. Сеть делителя напряжения образована последовательностью … Четырехслойный диод, также известный как диод Шокли, представляет собой кристалл, состоящий из чередующихся слоев полупроводников N- и P-типа. е. Это обсуждение распространяется на SCR, который представляет собой не что иное, как два биполярных транзистора, управляющих друг другом.MOSFET — это устройство с основным носителем, в котором проводимость осуществляется за счет потока электронов, тогда как IGBT — это поток тока, включающий как электроны, так и дырки. SCR: выпрямитель с кремниевым управлением. Описание: Приложение для поиска тиристоров для Android и iOS. В основном используется в устройствах для управления большой мощностью. 3 В . Но SCR является наиболее широко используемым устройством, поэтому слово «тиристор» стало синонимом слова «Тиристор». Приемник SCR-106 имеет рабочий диапазон частот от 2025 МГц до 2110 МГц и программируется в полете.SSR — это двухпозиционное устройство, ток либо течет, либо нет. . 2 Силовые транзисторы и МОП-технология 2. Кремниевый переключатель (SCS) Эта дополнительная клемма позволяет лучше контролировать устройство, особенно в режиме принудительного TRIAC или SCR, является полезным компонентом, даже если он используется не во всех электронные устройства или схемы, но они выполняют очень важные задачи в некоторых схемах. Несмотря на использование этой схемы, мы также можем обеспечить питание для этой схемы, используя два … Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) — это полупроводниковое переключающее устройство, которое может обеспечить быстрое, бесконечное питание. Почти все полупроводники, включая транзисторы, IC/s и тиристоры (тиристоры и симисторы) разрушатся при температуре внутреннего перехода 125ºC.Я имею в виду, что если вам нужно что-то простое и готовое, SCR, вероятно, все еще неплохая идея. Поэтому SCR в качестве переключателя используется в огромном разнообразии … Curva característica del SCR. Купить сейчас. Переключатель с кремниевым управлением (SCS) Этот дополнительный вывод позволяет осуществлять больший контроль над устройством, особенно в режиме принудительного SCR означает выпрямитель с кремниевым управлением. Диоды могут иметь более высокое внутреннее соединение. SCR — это аббревиатура от Silicon Controlled Rectifier, поскольку название предполагает, что это своего рода диод или выпрямляющий агент, проводимость или работу которого можно контролировать с помощью внешнего триггера.ТО-1, 3-х свинцовая круглая банка [0. Он автоматически определяет тип устройств и выводов, измеряет текущий коэффициент усиления HFE, порог затвора и основы однопереходного транзистора (UJT). Мы знаем, что тиристор включается подачей стробирующего сигнала на тиристор, смещенный в прямом направлении. Он действует как два встречно-параллельных транзистора, как показано слева на рис. Re: 3-фазный стабилизатор постоянного тока SCR против моста с понижающим каскадом. SCR, как и диод, всегда будет блокировать ток в отрицательном или обратном направлении. СКР. ) (IC/IB=1A/50mA) lВнутренняя схема lПрименение УСИЛИТЕЛЬ НИЗКИХ ЧАСТОТ, ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ Многофункциональный тестер транзисторов IC с цифровым ЖК-дисплеем; Встроено более 1300 типов моделей данных микросхем и 420 моделей данных транзисторов.Схема защелки, которую мы построим на транзисторах, показана ниже. SSR НЕ БУДУТ РАБОТАТЬ для DC части приложения lordratner. SCR — это настоящий переключатель включения / выключения, без линейной области, такой как транзисторы. 11.08.2014. Можно защитить с помощью предохранителя. Ворота служат своего рода «стартером» для их активации. «Наша продукция широко известна и пользуется доверием пользователей и может удовлетворить постоянно меняющиеся экономические и социальные потребности в транзисторах Npn и Pnp, транзисторах npn и pnp, транзисторах PNP. Теперь у нас есть отличная команда, предоставляющая специализированные услуги, оперативный ответ, своевременная доставка, отличное качество и лучшее цена для наших клиентов.Германиевые транзисторы будут иметь прямое напряжение смещения база/эмиттер, равное 0. Ток срабатывания затвора (I GT): 0. Это устройство может переключать ток в любом направлении, подавая небольшой ток любой полярности между затвором и основной клеммой два. тиристоры, обладающие большей пропускной способностью. Транзистор hoạt động như thế nào. Но существуют некоторые факторы, которые отличают их друг от друга. JFET работают только в режиме истощения. Определение: IGBT: IGBT был разработан путем объединения лучших качеств как BJT, называемого биполярным переходным транзистором, так и PMOSFET, называемого мощным полевым транзистором на основе оксида металла.8-контактный TO-3, сквозное отверстие, металлический корпус [крепление к корпусу]. SCR-модули. 5% для штата. 05 мА. Он также используется для регулирования мощности. by skow69 » Сб, 21 января 2017 г., 22:04. • Видно, что один SCR представляет собой комбинацию одного pnp-транзистора (Q 1) и одного pnp-транзистора (Q 2). 5 В), чем насыщенный транзистор (0. Как обсуждалось выше, инжекция неосновных носителей (дырок) в область дрейфа значительно Aideepen High Precision Transistor Tester T7 TC-T7-H Многофункциональный графический 128 TFT ЖК-дисплей Диодная триодная емкость LCR Измеритель ESR.Эмиттер, коллектор и база — это три клеммы батареи. Серия ФППбФ, ВС-25ТЦ. Основные законы и понятия в электронике — Часть 1. Мы нашли это из уважаемого источника. 3. Когда SCR находится в проводящем состоянии, его нельзя выключить, даже если снять напряжение затвора. Благодаря этой особенности эти транзисторы используются либо в качестве переключателя, либо в качестве усилителя. Сравнение между тремя устройствами проводится по символам, характеристикам, преимуществам, недостаткам и … Цепь запуска является одной из ключевых областей конструкции тиристорной или тринисторной схемы, гарантируя, что управляемый кремнием выпрямитель срабатывает, когда это необходимо, и не срабатывает ложно. является ключевым.7 В, транзистор кремниевый. СКР – кто победит? Поскольку электронные подсистемы играют важную роль в надежной и безопасной работе изделия в целом, может быть целесообразным добавление схемы защиты от перенапряжения (OVP) вокруг понижающего регулятора постоянного/постоянного тока. PUT не изготавливается с такими же высокими значениями тока и напряжения, как SCR. Схема защиты от обратного напряжения, защита от перенапряжения, плавный пуск, смещение нагрузки и регулятор уровня являются распространенными дискретными схемами, построенными с использованием биполярных транзисторов, полевых МОП-транзисторов и диодов.Анод и катод тиристора аналогичны аноду и катоду обычного диода. CO 1 9 Классифицировать различные типы цепей запуска тринисторного затвора и объяснить работу цепей запуска R-C и UJT. Диод работает хорошо… Если мы возьмем эквивалентную схему SCR и добавим еще один внешний вывод, подключенный к базе верхнего транзистора и коллектору нижнего транзистора, мы получим устройство, известное как кремниевый управляемый переключатель или СКС: (рисунок ниже). рабочая температура перехода • Материал … Разница между BJT и SCR.1PACK Транзисторный тестер, Mosfet Transistor Capacitor Tester, Mega328 NPN PNP Транзисторный диод Резистор Индуктивность Емкость MOS SCR Измеритель ESR Автоматический детектор проверки (не входит батарея DC9V) 32 $21. Имя детали в библиотеке PSpice. Кроме того, номинальный ток и напряжение транзисторов также довольно низкие. Если мы возьмем эквивалентную схему SCR и добавим еще один внешний вывод, подключенный к базе верхнего транзистора и коллектору нижнего транзистора, мы получим устройство, известное как переключатель, управляемый кремнием, или SCS: (рисунок ниже ).Когда транзистор работает как переключатель, он находится в ? регион или? область. ИСТИННЫЙ. 5 мыслей о «Вакуумная лампа против. SCR сочетает в себе функции выпрямителя и транзистора. 1 Фарад — это суперкап, при очень низком напряжении. Биполярные транзисторы имеют относительно медленное выключение … First Multi Ever Corporation Sdn Bhd — EUPEC INFINEON POWERBLOCK IGBT SCR GTO THYRISTOR DIODE TRANSISTOR IPM RECTIFIER MODULE МАЛАЙЗИЯ СИНГАПУР ИНДОНЕЗИЯ БРУНЕЙ — 01 февраля 2015 г., Джохор-Бару (JB), Малайзия, Сингапур , Batam Repair, Maintenance, Specialist, базирующаяся в Малайзии, мы специализируемся на ремонте преобразователей частоты … SCR обеспечивает повышенное удерживающее напряжение за счет развязки pnp и npn паразитных биполярных транзисторов SCR.Мы видим, что коллектор каждого транзистора соединен с базой другого, образуя петлю положительной обратной связи. (IC/IB=800мА/80мА) 3)Высокий … Vishay VS-VSK. Как только SCR смещен в прямом направлении и срабатывает, он становится включенным. 2. Аналогия с двумя транзисторами или двухтранзисторная модель SCR выражает самый простой способ понять работу SCR, визуализируя его как комбинацию двух транзисторов, как показано на рисунке. 3 – Упрощенная эквивалентная схема однопереходного транзистора (UJT) Переменное сопротивление RB1 предусмотрено между выводами эмиттер (E) и база 1 (B 1), RB2 между выводами эмиттер (E) и база 2 (B 2).Transistor Tester Руководство пользователя I Введение Этот измеритель представляет собой интеллектуальный анализатор полупроводниковых устройств, он может измерять большинство диодов, биполярных транзисторов, полевых МОП-транзисторов и маломощных тиристоров. Cuando está polarizado en inversa se comporta como un diodo común (ver la corriente de fuga característica que se muestra en el grafico). 1 Кремниевая структура IGBT 2. TRIAC является двунаправленным устройством. Ток нагрузки = Vs/R L = 6/100 = 0. Биполярные транзисторы (BJT) Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) Тиристоры (SCR, GTO, MCT)реальный компонент привязан к детали, которую можно купить, и у них есть свойства, которые нельзя изменить, т.е. Существуют как реальные, так и виртуальные компоненты:. напряжение пробоя по сравнению с. Как следует из названия, оно используется в приложениях преобразования энергии, таких как выпрямитель. Эти и другие конструкции Triac Vs SCR. И IGBT может способствовать достижению более высокой эффективности и энергосбережения для широкого спектра приложений высокого напряжения и сильного тока. Транзисторы: Транзисторы с биполярным переходом (BJT) Общая конфигурация и определения Транзистор является основным «элементом» электроники.Имя библиотеки PSpice, в которой хранится деталь. 5kA 2-Pin Tray. SCR способен проводить ток блокировки ИЛИ в прямом направлении, в зависимости от сигнала затвора. Диод имеет два слоя (слой Player и N) и один переход (j1). Отличный контент когда-либо. STMicroelectronics — BTA06. 4 (б). Разница между IGBT и MOSFET Биполярные транзисторы были единственными реальными силовыми транзисторами, которые использовались до тех пор, пока в начале 1970-х годов не появились очень эффективные MOSFET. Поверьте, «тиризор» — это просто причудливое название для сильноточного SCR.Он предназначен для того, чтобы дать читателю исчерпывающую информацию о технологии устройств, лежащих в основе IXYS IGBT. Затем Q2 включает Q1, который держит Q2 включенным. $. Применение стробирующего сигнала также называется запуском SCR. Если этот ток превышает определенный порог, то внутреннее регенеративное действие через транзисторы приводит к нежелательному включению SCR. Обзор BT151 SCR. Итак, давайте посчитаем устройства. Диод и транзистор считаются основой электронных устройств и цепей.преобразовывать переменный ток в постоянный ток и в то же время может контролировать количество мощности, подаваемой на нагрузку. SCR 106 разработан для повышения производительности и надежности в существенно миниатюрном корпусе. Кремниевый управляемый выпрямитель представляет собой полупроводниковое устройство, которое действует как настоящий электронный переключатель. Предлагаются различные методы модуляции приема, включая GMSK/FSK, PCM/FM, FSK/AM и BPSK с возможностью добавления других модуляций. Купить сейчас. 6. Измерение анод-катод или затвор-катод должно показывать короткое замыкание (сопротивление 0) в обоих направлениях (прямая и обратная полярность), чтобы устройство считалось «закороченным», и бесконечное сопротивление для «обрыва».• Здесь эмиттер Q 1 действует как анодный вывод тиристора, а эмиттер Q 2 является его катодом. missel говорит: 2 ноября 2018 г. Тиристор с быстрым переключением является основным компонентом источника питания индукционной печи и тиристорного преобразователя частоты. Самый простой способ достижения этого показан на рис. Свяжитесь сейчас Двухтранзисторная модель SCR имеет взаимосвязанные транзисторы pnp и npn. Triac — это двунаправленное устройство, тогда как SCR — однонаправленное устройство. Характеристическая кривая SCR.162. Эквивалентная схема SCR состоит из транзистора PNP и транзистора NPN, соединенных между собой, как показано на рисунке 1©. • Если напряжение питания VS увеличить до большого значения, обратносмещенный переход J2 выйдет из строя из-за лавинного эффекта, что приведет к протеканию через устройство большого тока. ТИПИЧНАЯ ТРАНЗИСТОРНАЯ ЦЕПЬ. Это схема на кремниевом транзисторе, показывающая типичные значения напряжения. Основная функция тиристора — SCR-модули серии Vishay VS-P100, которые можно приобрести в Mouser Electronics.Инфинеон Технологии АГ. Когда прямое напряжение базы/эмиттера равно 0. Диодные матрицы TVS Модели SPICE. Автоматическое отключение при отсутствии работы после 60 с; Автоматическое обнаружение транзисторов NPN и PNP, автоматическая идентификация распиновки транзистора. 1 Ответ1. pdf из TELECOM TEKNIK 22 в Национальном университете наук и технологий, Исламабад. Из-за того, что в диоде два слоя, в случае диода существует один переход. Символы EDA, следы и 3D-модели. обе «выходные» ноги от переключателя до SCR на 10 000 Вт.pdf/заметки о транзисторах Все о транзисторах Примечания в формате PDF и редакция – Основы транзисторов. Акт контроля Re: SCR 10 000 Вт против SSR. Затем говорят, что SCR находится в состоянии прямой блокировки. Существуют различные типы оптронов: фототранзистор, фотодарлингтон, фототиристор, фотодиак, фототриак. 6. Эквивалентная схема SCR состоит из PNP-транзистора и NPN-транзистора, соединенных между собой, как показано на рис. 1c. 2) Низкое значение VCE (нас) VCE (нас) = 200 мВ (макс. Введение До сих пор в EE100 вы видели аналоговые схемы.Оптопара, использующая Photo SCR. Пытаясь решить, какой транзистор вам нужен, примите во внимание следующее: Вот несколько изображений символа полевого транзистора с самым высоким рейтингом в Интернете. Для исправления требуется перезагрузка … Модули SCR доступны в Mouser Electronics. Основное применение оптопары — развязка двух разных цепей. 5 11-2: Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR) При низком уровне VAK, когда IG = 0…тиристор выключен и прямой ток не проходит.Принцип работы транзистора UJT и эквивалентные схемы Может ли UJT заменить BJT? доставить Теорию транзисторов Университет Вандербильта 1. На верхнем изображении показана внутренняя конструкция фототранзисторной оптопары. Эмиттерный переход имеет прямое смещение и имеет небольшое сопротивление, в то время как коллекторный переход имеет обратное смещение и предлагает биполярный транзистор с высоким потенциалом изолированного затвора (IGBT). Основы Абдус Саттар, IXYS Corporation 1 IXAN0063 БТИЗ.При таком упрощении мы видим, что температурный анализ биполярного транзистора логически распространяется на структуру SCR. промышленность Номер детали СГС-Томсон прямой замены СГС-Томсон похоже замена ,,,, l2004f71 z0409de l2004f91 z0410de l2004l3 bta04-400t l2004l5 bta04-400t l2004l7 bta04-400s l2004l9 bta04-400a l2006l6 bta06-400tw l2006l7 bta06-400sw l2006l9 bta06-400a l2008l6 bta08 -400tw Описание. Тиристорный модуль SCR 1. S6004VS1TP Описание: SCR SENS GATE 600V 4A TO-251 Hamlin / Littelfuse- Littelfuse (NASDAQ: LFUS) — Littelfuse, мировой лидер в области защиты цепей, предлагает POWR-GARD®, Teccor®, Wickmann®, Pudenz® , Hamlin®, PulseGuard®, SIDACtor®, PolySwitch, 2Pro и продукты под брендами PolyZen с широким спектром технологий, таких как… На приведенной выше схеме показана простая схема переключения питания симистора, запускаемая постоянным током.Структура, обеспечивающая поток электронов, представляет собой диод. Выпрямители, управляемые кремнием, представляют собой полупроводниковые устройства, обычно используемые для … SCR расшифровывается как выпрямитель, управляемый кремнием. Основное различие между транзистором и тиристором заключается в том, что транзистор имеет три слоя полупроводников, тогда как тиристор имеет четыре слоя полупроводников. Страница 2. Стандартная серия SCR на 12 А подходит для всех режимов управления, используемых в таких приложениях, как защита от перенапряжения, схемы управления двигателем в электроинструментах и ​​кухонных принадлежностях, схемы ограничения пускового тока, зажигание с емкостным разрядом… Двухтранзисторная аналогия SCR.Нагрузка никогда не превысит 1 А, скорее всего, даже не превысит . SCR (кремниевый управляемый выпрямитель) SCR представляет собой полуволновое устройство. Принцип четырехслойного переключения p–n–p–n был разработан Моллом, Таненбаумом, Голди и Холоньяком из Bell Laboratories в 1956 г. Тиристорный преобразователь частоты состоит из моста выпрямителя и моста инвертора. Поэтому вам необходимо охарактеризовать приложенную нагрузку и выбрать соответствующий транзистор. выпрямитель и транзистор C. TRIAC/SCR можно проверить с помощью мультиметра.См. рис. 1. Тестер транзисторов Aideepen, Atmega328 Mosfet Автоматическая проверка Детектор Тестер конденсаторов для NPN PNP Транзистор Диод Резистор Индуктивность Емкость MOS SCR LCR ESR. BJT имеет только три слоя полупроводника, тогда как SCR имеет четыре слоя. Таким образом, допустимая мощность отличает оба этих устройства. Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому мы продаем транзисторы scr в больших количествах на складе, которые могут быть отправлены в тот же день. 9. Характеристики силовых полупроводниковых приборов (сравнение с IGBT) Рис.• Este эс un dispositivo де conmutación дель типо ruptura. Таким образом, процесс IGBT имеет очень высокий входной импеданс, такой как PMOSFET, и имеет низкий уровень … Однопереходный транзистор используется для запуска в SCR, но в TRIAC для запуска используется DIAC. Итак… SCR представляет собой просто структуру -npn с затвором (Рис. … Диоды и транзисторы 1. Это не просто тестер IC. Бесплатная доставка. Поэтому внутренние потери мощности в силовых транзисторах находятся в диапазоне нескольких сотен ватт, а рейтинг SCR находится в диапазоне киловатт.Их сложнее протестировать… Ниже приведены некоторые преимущества выпрямителя, управляемого кремнием (SCR). Кремниевый выпрямитель (SCR) может работать с большим напряжением, током и мощностью. ТРИАК. 3 Схема управления ИБП – технология DDC и PWM 3. На рис. 1 показана структура и символ SCR. Это быстродействующие полупроводниковые переключающие устройства, похожие на диоды Шокли, но с дополнительной клеммой. Тиристор представляет собой четырехслойное полупроводниковое устройство с тремя p-n-p-n переходами, состоящее как минимум из трех p-n переходов, функционирующее как электрический переключатель для операций с большой мощностью.Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) • SCR можно рассматривать как два соединенных между собой транзистора. Мы можем разбить структуру на встречно-параллельные транзисторы, один p-n-p, другой -p-nn. Мы обычно используем транзисторы в схемах такого типа, но в этом проекте мы используем SCR вместо транзистора. SCR или выпрямители с кремниевым управлением представляют собой транзистор с биполярным переходом (семейство тиристоров), SCR состоят из двух транзисторов, поэтому они являются устройствами PNPN или NPNP. Это … VS-ST1280C04K0 Листы данных | Тиристоры — тиристоры SCR 400V 4150A A24 By apogeeweb, VS-ST1280C04K0, VS-ST1280C04K0 Лист данных, VS-ST1280C04K0 … RE: Инверторный тиристор по сравнению с тиристоромТиристор включает в себя множество типов переключателей, некоторые из них — SCR (выпрямитель с кремниевым управлением), GTO (выключение затвора) и IGBT (биполярный транзистор с изолированным управлением затвором) и т. Д. 2 В), и будут рассеивать больше энергии при переключении определенного тока. Нет «активной» области работы, как у транзистора. 25А. Когда переключатель SW1 разомкнут, через затвор симистора ток не течет, и поэтому лампа «ВЫКЛЮЧЕНА». Mouser предлагает перечень, цены и спецификации для Vishay VS-VSK. Состояние: Новое — открытая коробка.«Ответ №1 от: 17 июля 2021 г., 20:19:07». Nếu bạn đang tìm hiểu về Transistor thì mình mong rằng các kiến ​​thức trong bài viết này sẽ giup ich cho Биполярные транзисторы) имеют диапазон v от 250 В до 6500 В и диапазон c от 35 А до 2500 А. • Кроме того, основой Q 1 является кремниевый управляемый выпрямитель, представляющий собой 3-контактное и 4-слойное полупроводниковое устройство управления током.Небольшой ток или потенциал на базе или затворе вызывает большой ток через транзистор. Это процесс, посредством которого SCR или тиристор переводятся в состояние OFF из состояния ON. Однако есть несколько вещей, которые следует учитывать. UJT представляет собой полупроводниковое устройство с тремя выводами, имеющее простую конструкцию, как показано на рисунке выше. SCR является однонаправленным устройством. Читать далее. Он классифицируется как силовой полупроводниковый прибор в области транзисторов. Aideepen Высокоточный тестер транзисторов T7 TC-T7-H Многофункциональный графический 128 TFT ЖК-дисплей Диод Триод Емкость LCR Измеритель ESR.Показать активность в этом посте. 9 вольт эмиттера равны 0 прямому смещению. Обучение. Транзистор средней мощности 5A, 80 В, техническое описание lОбзор Параметр Значение TSMT3 VCEO 80 В IC 2. Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) представляет собой однонаправленное полупроводниковое устройство, изготовленное из кремния. Ширину и время нарастания импульса можно улучшить, используя выходной резистор R для управления транзистором Q, включенным последовательно с первичной обмоткой трансформатора. Phân biệt Transistor cong suất la gì. «Введите пароль 6 Gate Turn Off Тиристор (GTO) SCR … Высокоточный тестер транзисторов Aideepen T7 TC-T7-H Многофункциональный графический 128 TFT ЖК-дисплей Диодная триодная емкость LCR Измеритель ESR.Транзистор mosfet la gì. Пороговое напряжение затвора BT136 также очень мало, поэтому им можно управлять с помощью цифровых схем. При подаче положительного импульса тока (триггер) на затвор открываются оба транзистора (должно быть VA > VK) ÆIB2 включает Q2, обеспечивая путь для IB1 в коллектор Q2, тем самым открывая Q1. Тиристор против • Тиристоры имеют три состояния: – Режим блокировки в обратном направлении — напряжение подается в направлении, которое было бы заблокировано диодом – Режим блокировки в прямом направлении — напряжение подается в направлении, которое вызвало бы перегорание диода. Элементарная проверка работы тиристора. или, по крайней мере, идентификацию клемм можно выполнить с помощью омметра.(датированный, неофициальный) транзисторный радиоприемник. Двухтранзисторная аналогия SCR. . Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) — первый из когда-либо разработанных тиристоров (конец 1957 г.). Выпрямитель с кремниевым управлением или выпрямитель с полупроводниковым управлением представляет собой четырехслойное твердотельное устройство управления током. Затем вы узнали, что элементы схемы не работают одинаково на всех частотах. Это хорошо известный эмпирический факт, что ток утечки На самом деле, транзистор можно включить, просто подав достаточно высокую температуру — ток утечки может вызвать срабатывание транзистора.1 Тиристор (SCR) 2. В этой конструкции блок из слегка легированного кремниевого материала n-типа (имеющего повышенную характеристику сопротивления) представляет собой пару базовых контактов, соединенных с двумя концами. Из двухтранзисторной (T1 и T2) аналогии SCR, ток базы транзистора Т2 равен _____ а. Кремниевый управляемый выпрямитель представляет собой полупроводниковое *устройство, которое действует как настоящий электронный переключатель. Характеристики и приблизительные характеристики дискретных транзисторов серии 2N, как правило, одинаковы у разных производителей.Когда SW1 замкнут, ток затвора подается на симистор от источника питания VG через резистор R, и симистор приводится в полную проводимость, действуя как замкнутый переключатель, и полная мощность потребляется … NPN 2. Когда вход триггера высокий , Оба транзистора Q2 (транзисторы PNP) и Q1 (транзисторы PNP) будут работать. Тем не менее, твердотельные реле по-прежнему обеспечивают то же жесткое требование с интервалом в 2-5 секунд. 5. Когда стробирующий импульс удаляется из тиристора, тиристор перестает проводить ток. 5A HUML2020L3 l Особенности l Внутренняя схема 1) Подходит для драйвера средней мощности.Пиковое падение напряжения в открытом состоянии (V TM): 1. 6 кВ 10. бета транзистора. Рис. Описанный тиристор включает в себя проволочные или ребристые наноструктуры, простирающиеся от отвода p-типа к катоду, от катода к аноду и от анода к отводу n-типа для обеспечения параллельного триггера… Единственное допустимое значение сопротивления тиристора или диода на ВОМ бывают «открытые» и «короткие». Фототранзистор может быть еще двух типов в зависимости от наличия выходного контакта. Секция инвертора и преобразователя ИБП Применение силового устройства 3-1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРА ФОТОДИОДА На рисунках 3 и 4 показаны усилители фототока, использующие транзисторы.Сравнение SCR, Power BJT, Power MOSFET, IGBT. • Транзистор También llamado monounión, uniunión. Так что, если вы ищете переключатель управления (диммирование, управление скоростью) нагрузки переменного тока. На этой странице сравниваются GTO, IGCT и IGBT и упоминается разница между GTO, IGCT и IGBT. Активный. базовый ток транзистора 2. Поймите, как учащийся свяжет конфигурацию транзистора с SCR, затем объясните его работу и выведите выражение для анодного тока из уравнений напряжения и тока транзистора. Центральный называется базой в биполярном транзисторе или транзисторе со смещением по току и называется затвором в полевом транзисторе.Сравнение тиристора и транзистора Как уже упоминалось, транзисторы и тиристоры являются полупроводниковыми устройствами. Для обеспечения необходимой изоляции требуется оптопара, которая обычно состоит из 2 устройств, но обычно выход представляет собой 2 транзистора в конфигурации Дарлингтона. Чтобы понять работу SCR, четыре слоя SCR теоретически можно рассматривать как небольшую схему, состоящую из двух транзисторов (один PNP и один NPN), как показано на рис. 10/3 цветовой код: Диод (D) Кремний Управляемый выпрямитель (SCR) Биполярный силовой транзистор (BPT) Тиристор выключения затвора (GTO) Низковольтный биполярный транзистор с изолированным затвором (LV IGBT) Коммутируемый тиристор со встроенным затвором (IGCT) Биполярный транзистор среднего напряжения с изолированным затвором (MV IGBT) Симметричный коммутируемый тиристор ( SGCT) Injection Enhanced SCR предназначен для переключения тока нагрузки в одном направлении, в то время как симистор предназначен для передачи тока нагрузки любым другим способом, в том числе непосредственно от транзисторов или логических семейств, интегральных схем управления мощностью, с помощью оптоизолированных симисторных драйверов, программируемого однопереходного соединения. транзисторы (PUT) и SIDAC.Следовательно, ток течет к базовому контакту … Силовые транзисторы, SCR и IGBT, используются в силовых приложениях с высоким током, таких как инвертор и частотный преобразователь для управления двигателем. 1, где тиристор включается путем подачи синусоидального сигнала низкого напряжения (полученного от входа переменного тока простой сетью резисторов, содержащей регулируемый потенциометр) на клемму затвора SCR. Тогда как из-за 4 слоев тиристор имеет 3 перехода. 6 на 0. Быстродействующий тиристор, обычно используемый в качестве схемы инвертора, фазы… Транзисторные схемы идентифицируются клеммой, которая является общей для входа и выхода.SCR в основном используются в электронных устройствах, которые требуют контроля высокого напряжения и мощности. Основное различие между диодом и транзистором заключается в том, что диод представляет собой устройство с двумя выводами, которое пропускает ток только в одном направлении от анода к катоду. Наоборот, транзистор представляет собой трехвыводной … Полупроводниковый корпус транзистора. ). Интересный новый силовой полупроводник появился в 1970-х годах — SCR (Silicon Controlled Rectifier). Первый транзистор был выпущен в 1950 году, и его можно рассматривать как один из самых важных. Тиристор представляет собой четырехслойное устройство с чередующимися полупроводниками P-типа и N-типа (P-N-P-N).По сути, тринисторы и тиристоры предназначены для коммутации постоянного тока, а симисторы — для коммутации переменного тока. Силовые БДТ. pnpnтранзистор. Это привело к огромному прогрессу в области силовых полупроводниковых устройств. Это достигается за счет использования полевого транзистора с изолированным затвором в качестве управляющего входа и биполярного силового транзистора в качестве переключателя. В частности, это непреднамеренное создание пути с низким импедансом между шинами питания схемы MOSFET, запускающего паразитную структуру, которая нарушает правильное функционирование детали и, возможно, даже приводит к ее разрушению из-за перегрузки по току.Обычно он доступен только в меньших корпусах, подобных тем самым. Устройства с фототранзистором и фотодарлингтоном в основном предназначены для использования в цепях постоянного тока, в то время как фототиристор и фототриак позволяют управлять цепями с питанием от переменного тока. Таким образом, транзистор действует как переключатель для включения и выключения тока, а IGBT является аббревиатурой от биполярного транзистора с изолированным затвором. Транзистор (Преимущества и недостатки) »Утсав говорит: 12 сентября 2018 г. в 13:59. Он преобразует переменный ток в постоянный с управляемым переключением, как следует из его названия.что из A. Напротив, транзистор не может работать с большой мощностью, эквивалентной мощности тиристора. он может быть либо полностью включен, либо полностью выключен, следовательно, SCR может работать как переключатель. IGBT с термоциклированием, называемый биполярным транзистором с изолированным затвором, в то время как тиристор, также называемый SCR, известен как кремниевый управляемый выпрямитель. SCR сделан из кремния, а не из германия, потому что SCR модули. тиристоры и симисторы 89. Кремниевый выпрямитель (SCR) Если затвор SCR остается плавающим (отключенным), он ведет себя точно так же, как диод Шокли.Общее или стандартное отраслевое название устройства. Щелкните поле префикса и в поле редактирования выше поставьте X перед текущей записью, если это уже не X. TO-5, Сквозное отверстие, Металлический корпус [3 отведения]. Максимальный средний ток в открытом состоянии (I T(AVR)): 20 А. Одним из моментов, как указал Дэвид Твид, является необходимость установки резисторов разрядки через переходы BE обоих транзисторов, чтобы предотвратить утечку от мгновенного включения связанной пары PNP-NPN. Единственный способ выключить или разомкнуть тринистор — это уменьшить напряжение питания почти до нуля, после чего внутренний транзистор выходит из состояния насыщения и открывает тринистор.Это означает, что это устройство будет включаться или выключаться в ответ на внешний слабый сигнал или напряжение, очень похожее на транзистор, но сильно отличающееся от EL TRANSISTOR UJT SCR 2. Ни один из вышеперечисленных ответов-C. SPICE_Littelfuse_SCR-TCR22-x_A_lib. TO 252 Encapsulation Scr Transistor Scr транзисторный регулятор мощности в пластиковом корпусе, его также называют транзисторным Scr-регулятором и Scr-регулятором мощности. управление фазой scr jraef (Электротехника) 23 июл 13 20:13 «Управление фазой» — это метод запуска, используемый для управления напряжением с помощью тиристоров, он не имеет ничего общего с «категорией» устройств.Михал — 16 октября 2017 г. Транзистор – Общая стоимость системы. Бьюсь об заклад, что он НЕ будет рад такому развитию событий. SCR (усилитель с кремниевым управлением) представляет собой твердотельное устройство, подобное транзистору, и имеет характеристики, аналогичные тиратронной лампе. Хэмлин / Литтельфьюз. б. SCr имеет четыре слоя и… Транзистор работает как триггер триггера. SCR — выпрямитель с кремниевым управлением. Разница между транзисторами NPN и PNP; SCR (тиристор) SCR или кремниевый управляемый выпрямитель относится к семейству тиристоров.Транзистор x 1 шт. (на ваш выбор). 99 Aideepen Высокоточный тестер транзисторов T7 TC-T7-H Многофункциональный графический 128 TFT ЖК-дисплей Диодная триодная емкость LCR Измеритель ESR. 4. Тип технологии устройства (TTL, ECL и т. д.). Мы допускаем, что этот тип графического символа полевого транзистора может быть самым популярным предметом, который мы разделяем в Google Plus или Facebook. BT136 — это TRIAC с максимальным выводом 4A. тиристор сочетает в себе свойства А. Диод представляет собой двухслойное устройство, имеющее р- и n-области.Используемая технология пассивации стекла обеспечивает надежную работу вплоть до использования строгального метода, анод выполнен в виде кольца из p-диффузного материала, окружающего npn-транзистор. • Это трехконтактное устройство. Тиристор — это полупроводниковый прибор, обладающий высокими значениями напряжения и тока, а также способный работать с большой мощностью. ), где 2SCR567F3 NPN 2. En la figura inferior de muestra la dependencia entre el voltaje de conmutación y la corriente de compuerta. Упаковка: TO-247AC VS-25TTS Страница №1.1. Работа всей площади тиристора или тиристора подобна двум транзисторам. С момента своего создания в конце 1947 года BJT претерпели существенные улучшения своих электрических характеристик и до сих пор широко используются в электронных схемах. Транзистор МОЖЕТ использоваться в качестве переключателя, но во многих случаях он работает как усилитель, т. е. чрезвычайно малый ток через базу позволяет гораздо большему току через коллектор (при условии биполярного транзистора). Модули SCR серии PbF можно приобрести в Mouser Electronics.Фототранзисторная оптопара. Эту схему очень легко построить, она включит светодиод, когда почувствует свет на LDR, а SCR используется здесь для целей переключения. напряжение отключения B. TRIAC – Работа, символ, схемы и приложения. Я думаю, что люди рассмотрели важные детали, но одна деталь заключается в том, что SCR имеют более высокий «Von» (~ 1. Методы OVP: MOSFET и SCR. Коммутация SCR определяется как процесс отключения SCR / тиристора. Максимальный повторяющийся пик и напряжение в закрытом состоянии (В DRM): 1200 В.Транзистор средней мощности 5A, 120 В, техническое описание llOutline Параметр Значение DFN2020-3S VCEO 120 В IC 2. Клеммы симистора — MT2, MT1 и затвор, в то время как SCR имеет клеммы анода, катода и затвора. 3 Потери при переключении и проводимости 2. 5A SOT-346T SC-96 lОсобенности 1) Подходит для драйвера средней мощности 2) Дополнительные типы PNP: 2SAR544R 3) Низкое значение VCE (насыщенное) VCE (насыщенное) = 300 мВ (макс. мощность МОП-транзисторов — изолированный затвор Биполярные транзисторы (IGBT) — базовая структура и характеристики VI Три важные части ни одной На этой странице сравниваются SCR, диак, симистор, UJT и транзистор, а также упоминаются сходства и различия между SCR, диаком, симистором, UJT (однопереходным транзистором) и нормальным соединением. транзистор.• Напряжение, при котором происходит это явление, называется напряжением прямого пробоя VBO. Затвор SCR (кремниевый управляемый выпрямитель). На странице сравниваются SCR, Diac, Triac, UJT и транзистор, а также упоминаются сходства и различия между SCR, Diac, Triac, UJT, однопереходным транзистором и транзистором с нормальным переходом. by JFET 6 BJT as Спецификации и параметры различных SCR / тиристоров довольно сильно отличаются от более привычных спецификаций транзисторов и FET, но даже в этом случае они относительно просты.Кремниевый управляемый выпрямитель. 8. Транзистор Cách mắc. Предложите силовой транзистор против транзистора из Китая, производитель силового транзистора против транзистора высокого качества. Максимальный ток от IC составляет 5 мА, поэтому транзистор … Программируемая конструкция UJT (PUT). Это делает симистор более полезным в цепях переменного тока, чем SCR, потому что направление тока для переменного тока изменяется 120 раз в секунду. 41 дюйм в высоту]. Если вам вообще что-то нужно — компактный [общий] размер Astron VS-35M в открытом виде с отвинченной платой.TRIAC означает триод для переменного тока. При анализе SCR рассматривается как тесно связанная пара транзисторов. Руководство и учебник по транзисторам серии 2N. TO-6, 3-выводной и резьбовой штырь… Транзисторы BJT и MOSFET представляют собой электронные полупроводниковые устройства, которые дают сильно изменяющийся электрический сигнал o/p для небольших вариаций малых сигналов i/p. PUT представляет собой трехконтактное четырехслойное устройство, подобное SCR, с той разницей, что вывод затвора подключен к слою n-типа рядом с анодом.Это однонаправленный переключатель с полупроводниковым управлением, который имеет 3 клеммы и состоит из 4 слоев. SCR или тиристор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из P-n-p-n структуры. Это учебник по светодиоду, активируемому светом, с использованием SCR. 3 В. Это кремниевый транзистор, т.к. 2. Положив в четыре слоя вместо трех используемых в транзисторах директорию C:\Program Files\LTC\SWCadIII\lib\sub\ с названием SCR. SCR CO THể XEM NHư TươNG đươNG HAI TRANSSSISOR BJT GồM MộT BJT LOạI NPN Và Một BJT Loại PNP GHEP LạI NHư HìNH SAU: Mạch Tương đương Hai Transistor Cho Thấy Dòng IC CủA Transistor NPN TR 2 Nối Vào Cực B Của … в 1956 году в той же лаборатории изобрели триггерный транзистор PNPN, который позже стал известен как тиристор или кремниевый выпрямитель (SCR).Что менее очевидно, так это то, что четыре слоя работают как два транзистора (n-p-n и p-n-p), которые соединены вместе, поэтому выход одного формирует вход для другого. Насчет триака. Хорошее Хорошее качество. Один симистор состоит из 4 транзисторов, еще 2 транзистора для тиристорного высокого напряжения, тиристорного управления фазой, 16 А Серия кремниевых управляемых выпрямителей высокого напряжения VS-16TTS специально разработана для коммутации ГТ средней мощности и приложений управления фазой. Реальные и виртуальные компоненты¶.Ворота служат контрольной точкой для SCR. BT-151 представляет собой SCR средней мощности, используемый для переключения мощности. В цепи SCR напряжение питания обычно равно . После изобретения SCR к семейству тиристоров добавилось много устройств. Из-за различий в изготовлении и работе можно использовать тиристоры с более высокими значениями напряжения и тока. В выключенном состоянии это разомкнутая цепь; это … Aideepen Высокоточный тестер транзисторов T7 TC-T7-H Многофункциональный графический 128 TFT ЖК-дисплей Диод Триод Емкость LCR Измеритель ESR.В настоящее время они широко используются в коммутационных операциях из-за их многочисленных преимуществ… В некоторых симисторах, таких как 2N6071A/B, имеющих плоскую поверхность по направлению к вашей стороне, контакты пронумерованы от 1 до 3. MOSFET расшифровывается как … Характеристики тиристора или характеристики SCR. IGBT специально разработан для быстрого включения и выключения. 8-контактный TO-5, сквозное отверстие, металлический корпус [8-выводов]. Основные законы и понятия в электронике. Часть 2. Я использую твердотельное реле для пропускания нагрузки переменного тока с включением и выключением постоянного тока, но я… -SCR — это биполярные транзисторы, которые поддерживают себя во включенном состоянии с помощью другого биполярного транзистора.Поскольку внутреннее соединение между затвором и катодом представляет собой одиночный PN-переход, измеритель должен показывать непрерывность между этими клеммами с помощью красного щупа на затворе и черного щупа на катоде, как показано ниже: (Рисунок ниже) Коммерческая продажа кремния Управляемый выпрямитель был запущен в 1957 году. Таким образом, SCR сочетает в себе функции выпрямителя и транзистора. Ускорьте проектирование, загрузив все символы EDA, посадочные места и 3D-модели для своего приложения. В то время как тиристор представляет собой четырехслойный полупроводниковый прибор, образованный чередующимся расположением материалов p- и n-типа.он может изменять переменный ток и в то же время может контролировать количество энергии, подаваемой на нагрузку. 0. LCR-T4 Mega328 Цифровой тестер транзисторов Сопротивление Емкость Диод Триод Емкость Сопротивление Измеритель ESR MOS PNP NPN LCR с футляром. Результирующий ток через резистор R 1 создает импульс выходного напряжения, необходимый для срабатывания тиристора или симистора. Это носимое в рюкзаке устройство было первым радиоприемником, получившим прозвище Определение: Тиристор (SCR) представляет собой полупроводниковое устройство, которое выполняет как коммутацию, так и выпрямление.Михал — 9 октября 2017 г. В этой статье мы обсудим сжатие различных переключателей силовой электроники, таких как; SCR (кремниевый выпрямитель), Power BJT (транзистор с биполярным переходом), Power MOSFET (полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника) и IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором). да. Благодарность!!! Отвечать. Поскольку время разряда конденсатора очень короткое, ток будет иметь относительно высокое пиковое значение и быстрое время нарастания. оставаться включенным после срабатывания, даже если стробирующий сигнал удален.Он включится, но ему придется выдернуть предохранитель или иным образом отключить питание коробки, чтобы выключить его. Затвор управляет потоком тока между анодом и катодом. Макет вышеуказанной схемы показан ниже. Выпрямитель с кремниевым управлением также иногда называют SCR-диодом, 4-слойным диодом, 4-слойным устройством или тиристором. Любой эффект, ощущаемый биполярным транзистором, только усиливается при обсуждении SCR. Истинный. TRIAC или TRI ode для переменного тока представляет собой двунаправленный тиристор с тремя выводами, что означает, что он может проводить ток в обоих направлениях при правильной активации.выпрямитель и конденсатор D. Начните новый документ LTSpice, F2, Misc, SCR, OK, чтобы вставить символ SCR. Щелкните правой кнопкой мыши на теле SCR, удерживая клавишу CONTROL, чтобы открыть окно редактора атрибутов. 1/2% для окружного налога и 1/10% для налога на стадион. Как правило, SCR и тиристор используются взаимозаменяемо, но SCR является разновидностью тиристора. SSR на основе SCR по-прежнему требуют нагрузки переменного тока, но позволяют подавать только 50% мощности. com Vishay Semiconductors Тиристор высокого напряжения, тиристорный контроль фаз, 25 А ХАРАКТЕРИСТИКИ • Разработан и сертифицирован для промышленного уровня 2 • Полностью изолированный корпус (VINS = 2500 ВСКЗ) (A) • Ожидается получение сертификата UL E78996 • Макс.#233 Как найти эквивалент или замену MOSFET или транзистору / SCR / IGBTкак найти замену #эквивалент #заменитель #MOSFET, #BJT #транзистор #I Симметричная транзисторная муфта. В своей самой простой форме тиристор имеет три вывода: анод (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор (управляющий вывод). Разница между биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT) и высоковольтным силовым МОП-транзистором. GTO означает тиристор с отключением затвора, IGCT означает коммутируемый тиристор с изолированным затвором, а IGBT означает биполярный транзистор с изолированным затвором.Три электрода — это анод, катод и затвор. IGBT сочетает в себе простые характеристики управления затвором, характерные для MOSFET, с большими токами и низким напряжением насыщения биполярного транзистора. В схеме, показанной на фиг. 3 (A), фототок, создаваемый фотодиодом, вызывает уменьшение транзистора (Tr 1). Настоящее изобретение относится к кремниевому управляемому выпрямителю (SCR) в непланарной технологии для обеспечения надежной защиты от электростатического разряда в системе. на чипе с использованием непланарных технологий.Mouser предлагает перечень, цены и спецификации для модулей SCR. Транзисторы и тиристоры являются полупроводниковыми устройствами, которые имеют множество применений в электрических цепях. Руководство по транзисторам серии 2N. Приблизительные характеристики. Статические, динамические и тепловые характеристики. Другие названия для MOSFET: полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET), металлооксидно-кремниевый транзистор (MOST).Таким образом, симистор и тиристор — это не одно и то же, а тиристор и… Транзистор — это трехвыводное устройство, которое используется для усиления электрических сигналов. Поскольку он демонстрирует выпрямляющее действие тиратрона, а также управляемость, как у … Кремниевый выпрямитель (SCR) представляет собой четырехслойное (PNPN) полупроводниковое устройство, в котором для нормальной работы используются три электрода. Схема запуска для кремниевого управляемого выпрямителя (SCR) проста. 1. Привет, ребята, я обычно использую для этого реле, но мне нужно, чтобы оно было бесшумным: 8 В постоянного тока для включения и выключения нагрузки 12 В постоянного тока.Нормальный ток утечки настолько низок, что комбинированный h FE специально соединенного двухтранзисторного усилителя обратной связи меньше единицы, таким образом удерживая схему в закрытом состоянии. Ответ (1 из 4): Тиристоры также известны как кремниевые управляемые выпрямители. или SCR. Тиристор. Коллекторный ток Q1 обеспечивает дополнительный ток базы IB2 для 2. Тиристор представляет собой четырехслойное устройство, а транзистор — трехслойное устройство. 99 $ 21 . Этот угол, под которым сигнал затвора подается на затвор и катод тиристора, называется углом возбуждения.Требуется NPN-транзистор, потому что катушка реле должна быть включена, когда на выходе IC высокий уровень. Работа кремниевого управляемого переключателя (SCS) Работа SCS может быть изучена при рассмотрении SCS как … Защелка — это тип короткого замыкания, которое может произойти в интегральной схеме (IC).