Биполярный транзистор с общим коллектором. Транзистор с открытым коллектором

Включение транзистора с общим коллектором

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

159

Рис. 7.5. Исправленная схема включения транзистора с общей базой Надеюсь, что с включением транзистора с общим коллектором у меня получится удачней.

Основным достоинством схемы с общим коллектором является большое входное сопротивление каскада и маленькое выходное. Именно эти свойства используются, например, в усилителе мощности звуковой частоты, когда транзистор работает на низкоомную нагрузку, громкоговоритель с сопротивлением звуковой катушки в несколько ом. Первоначально усилители на транзисторах, подобно ламповым усилителям, строили с выходным трансформатором. В этом есть свои преимущества, но и свои недостатки, к которым можно сразу отнести стоимость трансформатора и его габариты, соответственно, и вес. Бестрансформаторный выходной каскад усилителя мощности, кроме того, позволяет ввести очень глубокую отрицательную обратную связь, улучшающую параметры усилителя пропорционально глубине обратной связи. Правда, при глубокой отрицательной обратной связи транзисторных усилителей разработчики столкнулись с другими проблемами качества звука, но это отдельная история.

Итак, включение транзистора в схему с общим коллектором. То есть, общим для входного и выходного сигналов становится коллектор транзистора. Как это выглядит на схеме?

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

160

Рис. 7.6. Включение транзистора с общим коллектором

Гораздо лучше, чем в прошлый раз. Напомню, что для сигнала, переменного напряжения с частотой 1 кГц, сопротивление источника питания, практически нулевое, его можно «замкнуть накоротко», и тогда и вход усилителя, и его выход будут иметь общую точку, соединенную с коллектором транзистора, то есть, коллектор будет общим для входного и выходного сигналов. Вольтметр Pr1 показывает (таблица в верхней части), что резистор R1 выбран так, чтобы на постоянном токе напряжение на резисторе нагрузки каскада R2 было равно половине напряжения питания.

Что еще можно сказать, глядя на рисунок? Резистор R2, как и в предыдущей схеме, будет резистором обратной связи. Напряжение генератора (источника переменного напряжения V2) распределится между напряжением на этом резисторе и напряжением база-эмиттертранзистора, которое и будет, меняя базовый ток, управлять усилением сигнала. Обратная связь отрицательная, а напряжения, как видно из диаграммы, где амплитуда сигнала на резисторе R2 почти равна 1 В, скорее всего будут вычитаться. При включении транзистора с общим коллектором его сопротивление нагрузки, одновременно являясь сопротивлением отрицательной обратной связи, вводит глубокую обратную связь, вследствие чего усиление по напряжению такого каскада будет меньше единицы. А как же с усилением? Усиление по току будет существенным. Это и позволяет использовать, например, низкоомную нагрузку. И входное сопротивление, которое в предыдущей схеме было не больше 500 Ом, в этой может иметь порядок сравнимый с сопротивлением R1 = 400 кОм. Значит, такое включение особенно полезно, когда нужно получить большое входное сопротивление каскада усиления.

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

161

Включение транзистора с общим эмиттером

Этот способ включения транзистора наиболее распространен. В схеме с общим эмиттером транзистор имеет коэффициенты усиления по току и по напряжению значительно больше единицы. Что и позволяет говорить о схеме, как схеме усилителя, без каких-либооговорок.

Я даже начну эту часть рассказа не со схемы, а с рассказа о способах задания рабочего режима по постоянному току.

Рис. 7.7. Способы задания рабочего режима транзистора

Самый простой способ показан на рисунке 7.7.a. В зависимости от назначения каскада усиления напряжение на коллекторе транзистора может выбираться в пределах от долей напряжения источника питания до полного его значения. Однако часто это напряжение выбирается равным половине напряжения источника питания. В этом случае сигнал может менять это напряжение от близкого к нулю до почти равного напряжению питания, что очень важно при усилении симметричных сигналов, таких как синусоидальные. Реально сигнал не может достигать на выходе значения равного нулю. Некоторое напряжение, от долей вольта до 1-2вольт, всегда остается на коллекторе транзистора сколько бы мы ни увеличивали ток базы. Это напряжение еще называют напряжением насыщения транзистора.

Резистор R2 является нагрузкой каскада на транзисторе. Его величину определяют, исходя из разных соображений. Часто величину нагрузки определяет каскад, следующий за данным каскадом усиления. Точнее его входное сопротивление. Если выходное сопротивление данного каскада будет больше, чем входное сопротивление следующего каскада, то можно ожидать искажений сигнала, связанных с перегрузкой. Для сигнала резистор R2,

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

162

динамическое сопротивление транзистора и входное сопротивление следующего каскада образуют параллельно включенные сопротивления. Если входное сопротивление следующего каскада значительно больше, чем первые два компонента общего сопротивления, то мы можем рассматривать параметры данного каскада независимо от следующего, тот не внесет больших изменений в работу.

Для определенности положим, что входное сопротивление следующего каскада 10 кОм. Тогда сопротивление нагрузки каскада на транзисторе T1 равное 2 кОм вполне можно считать подходящим. А если мы определили, что будем работать с синусоидальным сигналом, то нам нужно получить напряжение на этом резисторе равное половине напряжения питания, которое для определенности положи равным 10 В. При падении напряжения на резисторе R2 5 В и его сопротивлении 2 кОм мы получим (по закону Ома) ток через этот резистор 2.5 мА. Это ни что иное, как ток коллектора транзистора T1. Если транзистор имеет статический коэффициент усиления по току равный 100, то базовый ток однозначно должен быть равен 25 мкА. Именно этот ток определит величину резистора R1. Падение напряжения на этом резисторе практически равно (за вычетом напряжения 0.5-0.7В на переходебаза-эмиттер)напряжению питания. Разделив 10 В на 25 мкА мы получим значение сопротивления R1 = 400 кОм (если я правильно посчитал). Вот мы и определили все элементы нашего простейшего каскада с общим эмиттером. Осталось проверить их.

Рис. 7.8. Проверка расчетов простейшего усилителя

Расчеты были простейшие, но как видно на графике выходной сигнал искажен не очень сильно, а его амплитуда близка к половине напряжения питания. В таблице в верхней части рисунка можно увидеть ток коллектора (амперметр Pr1) равный 2.3 мА и напряжение на

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

163

коллекторе (вольтметр Pr2) равное 5.4 В. Расчетные данные близки к результату полученному в программе Qucs, хотя я уверен, что формулы, использованные для моделирования работы транзистора в программе, были значительно более точными. И еще одно. Я в первых главах говорил об источнике тока. Если мы рассмотрим источник напряжения V1 в сочетании с резистором R1 как источник тока, а сопротивление постоянному току база-эмиттертранзистора значительно меньше, чем 400 кОм, то базовый ток не должен зависеть от замены одного транзистора другим. Проверим это предположение. Перенесем амперметр Pr1 в цепь базы, измерим ток базы –2.3e-05.После замены транзистора ток базы и напряжение на коллекторе будут:

Рис. 7.9. Ток базы и напряжение на коллекторе 2N2222A

Рис. 7.10. Ток базы и напряжение на коллекторе 2N4401

Как можно заметить, напряжения на коллекторе разных транзисторов различны, а токи базы схожи. А это может означать, что либо предположение было верно, либо величина сопротивления постоянному току цепи базы у разных транзисторов почти одинакова. Как бы это проверить?

На рисунке 7.7.b сопротивление база-эмиттершунтируется резистором R4. Если исследуемое нами сопротивление значительно ниже 400 кОм, то ток после добавления резистора R4 через резистор R1 не должен сильно отличаться от полученных ранее значений... и не отличается.

Однако изменился ток базы. Часть тока, ранее уходившего в базу транзистора, ответвляется в добавленное нами сопротивление. Изменилось и напряжение на базе транзистора. Делитель напряжения, прежде образованный резистором R1 и сопротивлением перехода база-эмиттертранзистора, теперь формируется в нижнем плече параллельно включенными переходом и добавленным резистором. А от напряжениябаза-эмиттерзависит ток базы.

После замены резистора R1 на сопротивление 90 кОм ток базы можно вернуть к исходному значению, как на рисунке ниже.

Теперь рабочий режим транзистора задается делителем напряжения в его базовой цепи. Если выбрать резистор R3 (на рисунке 7.11) сопротивлением заведомо ниже сопротивления перехода база-эмиттерна постоянном токе, то именно напряжение делителя будет полностью определять режим работы.

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

164

Рис. 7.11. Токи и напряжения в схеме с делителем напряжения на входе

Расчет такой схемы несколько сложнее. Для его проведения необходимо знать зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер.Такие данные можно получить из документации к полупроводниковому прибору или снять зависимость самостоятельно. Резисторы R1 и R3 образуют делитель напряжения, а падение напряжения на R3 определит ток базы, а соответственно и ток коллектора. В остальном порядок расчета одинаков. При замене транзистора на другой, похожего, но другого типа, параметры схемы следует подбирать заново, то же происходит при изменении напряжения питания. И возникает вопрос – а зачем усложнять схему, если это не дает заметного выигрыша?

Первую схему я бы назвал схемой с фиксированным током базы. Вторую с фиксированным напряжением база-эмиттер.Мы говорили выше, что при изменении температуры величина сопротивления меняется. В первой схеме ток базы, определяющий все параметры схемы, зависит от величины сопротивления одного резистора, который будет менять базовый ток под действием температуры. Во второй схеме при таком же действии температуры на резисторы оба изменят сопротивление, но напряжение на резисторе R3 останется неизменным. Программа Qucs позволяет вам проверить мои рассуждения, возможно, ошибочные. Вы можете построить зависимость тока базы от напряжения, можете изменить значения резисторов. Вот таблицы, которые иллюстрируют сказанное.

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

165

Рис. 7.12. Таблицы испытаний схемы рисунка 7.8 при изменении R1

Сопротивление нагрузки оставалось неизменным. В качестве нагрузки мог оказаться колебательный контур или наушники, которые при изменении температуры ведут себя иначе. Таблицы, представленные выше, я собрал по результатам экспериментов с помощью графического редактора GIMP. Но Qucs предоставляет возможность провести этот эксперимент иначе, с помощью развертки параметра.

Для этого необходимый мне параметр, в данном случае сопротивление R1, я обозначаю как Rvar. После выбора вида моделирования в свойствах Развертки параметра достаточно выбрать в качестве моделирования DC1 (моделирование на постоянном токе предварительно добавлено), в качестве параметра для развертки Rvar, начало задать как 320 кОм, конечное значение параметра 480 кОм, и шаг 40 кОм. Пять точек измерения должны соответствовать прежде проделанным измерениям.

Запуск моделирования и выбор вида диаграммы в виде таблицы не отличается от обычных завершающих операций, они производятся после выполнения моделирования, когда появляется рабочее поле для сохранения результатов измерений в файле с расширением dpl. В диалоговом окне выбора переменных для отображения на диаграмме соответственно выбраны Pr1 и Pr2 — показания амперметра в цепи базы и показания вольтметра, подключенного к коллектору транзистора.

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

166

Рис. 7.13. Применение моделирования в виде развертки параметра Согласитесь, удобно.

А теперь я хотел бы повторить изменения в тех же пределах резисторов R1 и R3 схемы на рисунке 7.11, но с начальными значениями 11.3 кОм и 1 кОм. Повторить развертку параметра я не могу, поскольку параметров два, а я не знаю, как в этом случае поступить, придется проделать несколько повторных запусков моделирования и собрать результаты в графическом редакторе.

Рис. 7.14. Результаты измерений параметров схемы рисунка 7.11 при вариации R1 и R3

Как видно из таблиц, результаты лучше, чем предыдущие. И эксперимент не столь сложен. Изменить величину двух резисторов, запустить моделирование, получить результат... Но я

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

167

подумал, может быть, лучше было так:

Рис. 7.15. Развертка двух параметров в программе Qucs

Схема установки рабочей точки транзистора с помощью делителя напряжения решает некоторые проблемы, но не все. Посмотрим, что нам даст схема на рисунке 7.7.c. Она похожа на схему 7.7.a, но резистор включен в цепь отрицательной обратной связи. Расчет, думаю, такой же, только напряжение для вычисления величины резистора следует взять равным половине напряжения питания. Я попробую просто уменьшить это значение вдвое.

И, конечно, я воспользуюсь разверткой параметра в качестве вида моделирования. А чтобы легче было сравнить результаты, вставлю таблицу результатов первого эксперимента с помощью графического редактора.

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

168

Рис. 7.16. Испытания схемы рисунка 7.7.c

И эти результаты явно лучше, чем результаты первого эксперимента. Остается проверить только схему на рисунке 7.7.d. Резистор, добавляемый в цепь эмиттера транзистора, вы уже знаете это, тоже добавляет обратную связь по постоянному току в схему каскада усиления. Ниже я приведу схему эксперимента, но хочу добавить, что никто и ничто не мешает и в этом случае использовать вторую обратную связь, как в схеме на рисунке 7.7.с. Каскад будет иметь два резистора отрицательной обратной связи. Удовольствие провести эксперименты с этим вариантом я оставлю вам.

Обратите внимание на то, что резистор в эмиттерной цепи вводит последовательную обратную связь, напряжение обратной связи включено последовательно со входным напряжением, что увеличивает входное сопротивление каскада.

Тогда же, когда вы включаете сопротивление между коллектором и базой транзистора, вы вводите параллельную обратную связь. При такой обратной связи входное сопротивление каскада уменьшается. Как в программе Qucs проверить входное сопротивление... об этом я рассказывал, а проверить его на макетной плате... тоже рассказывал, но так же, как и в программе Qucs.

studfiles.net

Биполярный транзистор — Википедия

Обозначение биполярных транзисторов на схемах

Файл:Npnpnp.png

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Биполя́рный транзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы 2 p-n перехода и перенос заряда в приборе осуществляется носителями 2 видов — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный».

Применяется в электронных устройствах для усиления генерации электрических колебаний и в качестве переключающего ток элемента, например, в логических электронных схемах.

Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный).

Работа биполярного транзистора, в отличие от полевого транзистора, основана на переносе зарядов одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к среднему слою, называют базой, электроды, подключённые ко внешним слоям, называют эмиттером и коллектором. С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы. Но практически, при изготовлении транзисторов, для улучшения электрических параметров прибора они существенно различаются степенью легирования примесями. Эмиттерный слой сильно легированный, коллекторный легируется слабо, что обеспечивает повышение допустимого коллекторного напряжения. Величина пробойного обратного напряжения эмиттерного перехода некритична, так как обычно в электронных схемах транзисторы работают с прямосмещенным эмиттерным p-n-переходом, кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Кроме того, площадь коллекторного p-n-перехода при изготовлении делается существенно больше площади эмиттерного перехода, что обеспечивает лучший сбор неосновных носителей из базового слоя и улучшает коэффициент передачи.

Для повышения быстродействия (частотных параметров) биполярного транзистора толщину базового слоя нужно делать тоньше, так как толщиной базового слоя, в том числе, определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей, но, при снижении толщины базы, снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса.

Устройство и принцип действия[править]

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

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

Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированных полупроводниковых слоёв: эмиттера E (Э), базы B (Б) и коллектора C (К). В зависимости от чередования типа проводимости этих слоёв различают n-p-n (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты[1].

Слой базы расположен между эмиттерным и коллекторным слоями и слаболегирован, поэтому имеет большое электрическое сопротивление. Общая площадь контакта база-эмиттер выполняется значительно меньше площади контакта коллектор-база (это делается по двум причинам — большая площадь перехода коллектор-база увеличивает вероятность захвата неосновных носителей заряда из базы в коллектор и, так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включен с обратным смещением, при работе в коллекторном переходе выделяется основная доля тепла, рассеиваемого прибором, повышение площади способствует лучшему отводу тепла от коллекторного перехода), поэтому реальный биполярный транзистор общего применения является несимметричным устройством (технически нецелесообразно менять местами эмиттер и коллектор и получить в результате аналогичный исходному биполярный транзистор — инверсное включение).

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

Для определённости рассмотрим работу n-p-n транзистора, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая p-n-p транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В n-p-n транзисторе электроны, основные носители заряда в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико[2]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны), и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк).

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

Режимы работы биполярного транзистора[править]

Нормальный активный режим[править]

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

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

Инверсный активный режим[править]

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

Режим насыщения[править]

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

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

Режим отсечки[править]

В данном режиме оба p-n перехода смещены в обратном направлении. Режиму отсечки соответствует условие UЭБ<0, UКБ<0.

Барьерный режим[править]

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

Схемы включения[править]

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

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

Схема включения с общей базой[править]

Схема включения с общей базой. Усилитель с общей базой.

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

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

Достоинства

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

Недостатки схемы с общей базой

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

Схема включения с общим эмиттером[править]

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

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

Достоинства

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

Недостатки

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

Схема с общим коллектором[править]

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

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

Достоинства

• Большое входное сопротивление.
• Малое выходное сопротивление.

Недостатки

• Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры[править]

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

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

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

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров.

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

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

h21 = Um1/Im1, при Um2 = 0.

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

h22 = Um1/Um2, при Im1 = 0.

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

h31 = Im2/Im1, при Um2 = 0.

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

h32 = Im2/Um2, при Im1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

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

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

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

h31э = Imк/Imб = β.

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

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

;

;

;

.

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

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

Технологии изготовления транзисторов[править]

Применение транзисторов[править]

1. ↑ Невыпрямляющий контакт — контакт двух разнородных материалов, вольтамперная характеристика которого симметрична при смене полярности и практически линейна.
2. ↑ Лаврентьев Б. Ф. Схемотехника электронных средств. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — С. 53—68. — 336 с. — ISBN 978-5-7695-5898-6.

wp.wiki-wiki.ru

Биполярный транзистор — Традиция

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»

Обозначение биполярных транзисторов на схемах

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, разновидность транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Файл:Npnpnp.png

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Принцип действия транзистора[править]

В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении. Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и очень слабо легированной, большая часть электронов, инжектированная из эмиттера, диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они - неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999, чем больше коэффициент, тем лучше транзистор. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) = (10 − 1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.

Характеристики транзистора как четырёхполюсника. Схемы включения с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором[править]

Схема включения с общей базой[править]

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.

Для схемы с общей базой Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1])

• входное сопротивление Rвхб=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и составляет десятки Ом, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Недостатки схемы с общей базой:

• Схема не усиливает ток, так как α < 1
• Малое входное сопротивление
• Два разных источника напряжения для питания.

Достоинства:

• Хорошие температурные и частотные свойства.

Схема включения с общим эмиттером[править]

Iвых=Iк Iвх=Iб Uвх=Uбэ Uвых=Uкэ

Достоинства:

• Большой коэффициент усиления по току
• Бо́льшее входное сопротивление
• Можно обойтись одним источником питания

Недостатки:

• Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

Схема с общим коллектором[править]

Iвых=Iэ Iвх=Iб Uвх=Uбкз Uвых=Uкэ

Достоинства:

• Большое входное сопротивление

Недостатки:

• Не усиливает напряжение

Схему с таким включением также называют «эмитерным повторителем»

Схемы включения биполярного транзистора

В большинстве электрических схем транзистор используется в качестве четырехполюсника, то есть устройства, имеющего два входных и два выходных вывода. Очевидно, что, поскольку транзистор имеет только три вывода, для его использования в качестве четырехполюсника необходимо один из выводов транзистора сделать общим для входной и выходной цепей. Соответственно различают три схемы включения транзистора: схемы с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором(ОК). На рис. 3.3 показаны полярности напряжений между электродами и направления токов, соответствующие активному режиму в указанных схемах включения транзистора. Следует отметить, что токи транзистора обозначаются одним индексом, соответствующим названию электрода, во внешней цепи которого протекает данный ток, а напряжения между электродами обозначаются двумя индексами, причем вторым указывается индекс, соответствующий названию общего электрода (см. рис. 3.3). В схеме с общей базой (см. рис. 3.3,а)

входной цепью является цепь эмиттера, а выходной - цепь коллектора. Схема ОБ наиболее проста для анализа, поскольку в ней каждое из внешних напряжений прикладывается к конкретному переходу: напряжение uЭБ прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение uКБ - к коллекторному. Следует заметить, что падениями напряжений на областях эмиттера, базы и коллектора можно в первом приближении пренебречь, поскольку сопротивления этих областей значительно меньше сопротивлений переходов. Нетрудно убедиться, что приведенные на рисунке полярности напряжений (uЭБ<0; uКБ>0) обеспечивают открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода, что соответствует активному режиму работы транзистора. В схеме с общим эмиттером (см. рис. 3.3,б) входной цепью является цепь базы, а выходной - цепь коллектора. В схеме ОЭ напряжение uБЭ>0 прикладывается непосредственно к эмиттерному переходу и отпирает его. Напряжение uКЭ распределяется между обоими переходами: uКЭ = uКБ + uБЭ . Для того, чтобы коллекторный переход был закрыт, необходимо uКБ = uКЭ – uБЭ > 0 , что обеспечивается при uКЭ > uБЭ > 0. В схеме с общим коллектором (см. рис.3.3,в) входной цепью является цепь базы, а выходной - цепь эмиттера.

Принцип работы биполярного транзистора

Рассмотрим в первом приближении физические процессы, протекающие в транзисторе в активном режиме, и постараемся оценить, каким образом эти процессы позволяют усиливать электрические сигналы.

Для простоты анализа будем использовать плоскую одномерную модель транзистора, представленную на рис. 3.4. Эта модель предполагает, что p-n- переходы транзистора являются плоскими, и все физические величины в структуре, в частности, концентрации носителей заряда, зависят только от одной продольной координаты x , что соответствует бесконечным поперечным размерам структуры. С учетом того, что в реальной структуре транзистора (см. рис. 3.1) ширина базы значительно меньше поперечных размеров переходов, плоская одномерная модель достаточно хорошо отражает процессы, протекающие в транзисторе. Рассмотрим вначале статическую ситуацию, при которой на переходы транзистора от внешних источников питания подаются постоянные напряжения uЭБ и uКБ - см. рис. 3.4. Заметим, что приведенный на рисунке транзистор включен по схеме с общей базой. Напряжения uЭБ <0 и uКБ >0 обеспечивают открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода, что соответствует активному режиму работы транзистора. Через открытый эмиттерный переход протекают основные носители заряда. Как уже отмечалось в п. 3.1, из-за резкой асимметрии эмиттерного перехода инжекцию через него можно считать односторонней, то есть достаточно рассматривать только поток электронов, инжектируемых из эмиттера в базу - см. рис. 3.4. Этот поток очень сильно зависит от напряжения на эмиттерном переходе uЭБ, экспоненциально возрастая с увеличением ч uЭБч . Инжектированные в базу электроны оказываются в ней избыточными (неравновесными) неосновными носителями заряда. Вследствие диффузии они движутся через базу к коллекторному переходу, частично рекомбинируя с основными носителями - дырками. Достигнувшие коллекторного перехода электроны экстрагируются полем закрытого коллекторного перехода в коллектор. В связи с тем, что в коллекторном переходе отсутствует потенциальный барьер для электронов, движущихся из базы в коллектор, этот поток в первом приближении не зависит от напряжения на коллекторном переходе uКБ. Таким образом, в активном режиме всю структуру транзистора от эмиттера до коллектора пронизывает сквозной поток электронов, создающий во внешних цепях эмиттера и коллектора токи iЭ и iК , направленные навстречу движению электронов. Важно подчеркнуть, что этот поток электронов и, соответственно, ток коллектора iК, являющийся выходным током транзистора, очень эффективно управляются входным напряжением uЭБ и не зависят от выходного напряжения uКБ. Эффективное управление выходным током с помощью входного напряжения составляет основу принципа работы биполярного транзистора и позволяет использовать транзистор для усиления электрических сигналов.

Схема простейшего усилительного каскада на транзисторе, включенном по схеме ОБ, приведена на рис. 3.5. По сравнению со схемой, приведенной на рис. 3.4, в эмиттерную цепь введен источник переменного напря жения uЭБ- , а в коллекторную цепь включен нагрузочный резистор RК. Переменное напряжение uЭБ- наряду с напряжением, подаваемым от источника питания, воздействует на сквозной поток электронов, движущихся из эмиттера в коллектор. В результате этого воздействия коллекторный ток приобретает переменную составляющую iК– , которая благодаря очень высокой эффективности управления может быть значительной даже при очень маленькой величине uЭБ- . При протекании тока коллектора через нагрузочный резистор на нем выделяется напряжение, также имеющее переменную составляющую uКБ- = iК– RК. Это выходное переменное напряжение при достаточно большом сопротивлении RК может значительно превосходить величину входного переменного напряжения uЭБ- (uКБ- >>uЭБ- ). Таким образом, транзистор, включенный по схеме ОБ, усиливает электрические сигналы по напряжению. Что касается усиления по току, то рассмотренная схема его не обеспечивает, поскольку входной и выходной токи примерно равны друг другу ( iЭ » iК ).

3.2. Физические процессы в биполярном транзисторе

Сущность физических процессов, протекающих в транзисторе, таких, как инжекция, экстракция, диффузия, рекомбинация, рассмотрена выше (см. разд. 1 и 2 ). Вместе с тем, в транзисторе проявления этих эффектов имеют определенную специфику, связанную, в первую очередь, с взаимодействием переходов. В этой связи рассмотрим процессы, протекающие в транзисторе применительно к каждому из режимов его работы.

Активному режиму работы транзистора, иногда называемому также нормальным активным режимом, соответствуют открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода. На рис. 3.6 приведена структура транзистора и показаны потоки носителей заряда в активном режиме. Поскольку основные физические процессы, определяющие протекание в структуре сквозного потока электронов, достаточно подробно описаны в п. 3.1, остановимся лишь на тех моментах, которые были опущены при рассмотрении работы транзистора в первом приближении. Прежде всего, отметим тот факт, что в активном режиме переходы транзистора имеют различную ширину: запертый коллекторный переход значительно шире открытого эмиттерного перехода. На рис. 3.6, наряду с показанным на рис. 3.4 сквозным потоком электронов, показаны и другие потоки носителей, протекающие в структуре в активном режиме. В частности, показан встречный поток дырок, инжектируемых из базы в эмиттер. Два направленных навстречу друг другу потока (электронов и дырок) отражают эффект рекомбинации в базе. Электронный поток создается электронами, которые инжектируются из эмиттера, но не доходят до коллекторного перехода (как электроны, создающие сквозной поток), а рекомбинируют с дырками в базе. Дырочный поток создается дырками, поступающими из внешней цепи в базу для восполнения потери дырок из-за их рекомбинации с электронами. Указанные потоки создают во внешних цепях эмиттера и базы дополнительные составляющие токов. На рис. 3.6 также показаны потоки неосновных носителей заряда, создающие собственный тепловой ток обратносмещенного коллекторного перехода (поток электронов, движущихся из базы в коллектор, и поток дырок, движущихся из коллектора в базу). Каждый из рассмотренных на рис. 3.6 потоков вносит свой вклад в токи, протекающие во внешних цепях эмиттера, коллектора и базы. При этом следует подчеркнуть, что сквозной поток электронов является единственным полезным потоком носителей в транзисторе, поскольку определяет возможность усиления электрических сигналов. Все остальные потоки в усилении сигнала не участвуют, и поэтому являются побочными. Для того, чтобы транзистор имел высокие усилительные свойства, необходимо, чтобы побочные потоки были как можно слабее по сравнению с сильным полезным сквозным потоком. Завершая рассмотрение активного режима, отметим, что основной вклад в ток базы вносит рекомбинационная составляющая. Равная ей рекомбинационная составляющая тока эмиттера определяет его отличие от тока коллектора, создаваемого практически исключительно сквозным потоком электронов. С учетом того, что база транзистора делается очень узкой и слабо легируется, потери электронов на рекомбинацию в базе очень невелики, и iБ<< iЭ, а iЭ » iК.

Инверсный режим (инверсный активный режим) работы транзистора аналогичен активному режиму с той лишь разницей, что в этом режиме в открытом состоянии находится коллекторный переход, а в закрытом - эмиттерный переход. В связи с тем, что усилительные свойства транзистора в инверсном режиме оказываются значительно хуже, чем в активном режиме, транзистор в инверсном режиме практически не используется.

В режиме насыщения оба перехода транзистора находятся в открытом состоянии. На рис. 3.7 приведена структура транзистора и показаны потоки носителей, протекающие в режиме насыщения. Как видно из рисунка, в этом режиме и эмиттер, и коллектор инжектируют электроны в базу, в результате чего в структуре протекают два встречных сквозных потока электронов (нормальный и инверсный). От соотношения этих потоков зависит направление токов, протекающих в цепях эмиттера и коллектора. Вследствие двойной инжекции база транзистора очень сильно насыщается избыточными электронами, из-за чего усиливается их рекомбинация с дырками, и рекомбинационный ток базы оказывается значительно выше, чем в активном или инверсном режимах. Следует также отметить, что в связи с насыщением базы транзистора и его переходов избыточными носителями заряда, их сопротивления становятся очень маленькими. Поэтому цепи, содержащие транзистор, находящийся в режиме насыщения, можно считать короткозамкнутыми. Учитывая то, что в режиме насыщения напряжение между электродами транзистора составляет всего несколько десятых долей вольта, часто считают, что в этом режиме транзистор представляет собой эквипотенциальную точку.

В режиме отсечки оба перехода транзистора находятся в закрытом состоянии. Структура транзистора и потоки носителей в режиме отсечки приведены на рис. 3.8. Как видно из рисунка, сквозные потоки электронов в режиме отсечки отсутствуют. Через переходы транзистора протекают потоки неосновных носителей заряда, создающие малые и неуправляемые тепловые токи переходов. База и переходы транзистора в режиме отсечки обеднены подвижными носителями заряда, в результате чего их сопротивления оказываются очень высокими. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи. Режимы насыщения и отсечки используются при работе транзисторов в импульсных (ключевых) схемах.

3.3 Расчет токов биполярного транзистора

Основные допущения идеализированной теории биполярных транзисторов

Для построения идеализированной модели биполярного транзистора будем считать, что его структура разбивается на области пространственного заряда ( обедненные области эмиттерного и коллекторного переходов) и квазинейтральные области эмиттера, базы и коллектора, в которых выполняется условие D n» D p. Кроме того, примем обычные допущения идеализированной теории n-p-перехода:

1. Области пространственного заряда практически не содержат подвижных носителей заряда и имеют резкие границы с квазинейтральными областями эмиттера, базы и коллектора.

2. Объемные сопротивления эмиттера, базы и коллектора близки к нулю и внешние напряжения приложены непосредственно к эмиттерному и коллекторному переходам.

3. На краях областей пространственного заряда (на границах переходов) справедливы граничные уравнения, связывающие концентрации носителей заряда с напряжениями, приложенными к переходам.

4. В областях эмиттера, базы и коллектора имеет место низкий уровень инжекции неосновных носителей заряда.

Технология изготовления транзисторов[править]

Ссылки и литература[править]

traditio.wiki

Биполярный транзистор с общим коллектором

 Биполярный транзистор с общим коллектором

Эмиттерный повторитель на основе npn-транзистора

Используемая на практике схема усилителя на эмиттерном повторителе. Резисторы R1 и R2 задают начальный режим работы транзистора («смещение»), C1 и C2 устраняют постоянную составляющую входного и выходного сигналов

Эмиттерный повторитель — частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало.

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором. То есть напряжение питания подаётся на коллектор, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100% отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.

Wikimedia Foundation. 2010.

• Биплан (группа)
• Бипиннария

Смотреть что такое "Биполярный транзистор с общим коллектором" в других словарях:

• Биполярный транзистор с общим эмиттером — Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером на основе npn транзистора При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом фаза выходного сигнала отличается от… …   Википедия

• Биполярный транзистор — Обозначение биполярных транзисторов на схемах Простейшая наглядная схема устройства транзистора Биполярный транзистор  трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно… …   Википедия

• Транзистор — Дискретные транзисторы в различном конструктивном оформлении …   Википедия

• Полевой транзистор — Полевой транзистор (англ. field effect transistor, FET) полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе… …   Википедия

• Составной транзистор — Условное обозначение составного транзистора Составной транзистор (транзистор Дарлингтона)  объединение двух или более биполярных транзисторов[1] с це …   Википедия

• Униполярный транзистор — Полевой транзистор полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда… …   Википедия

• ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ — графические изображения и элементы многочисленных и разнообразных приборов и устройств электроники, автоматики, радио и вычислительной техники. Проектирование и разработка базовых электронных схем и создаваемых из них более сложных систем как раз …   Энциклопедия Кольера

• Биполярные транзисторы — Обозначение биполярных транзисторов на схемах Простейшая наглядная схема устройства транзистора Биполярный транзистор трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным… …   Википедия

• Пара Дарлингтона — Условное обозначение составного транзистора Принципиальная схема составного транзистора Составной транзистор (транзистор Дарлингтона) объединение двух или более биполярных транзисторов с целью увеличения коэффициента усиления по току. Составной… …   Википедия

• ГОСТ 21934-83: Приемники излучения полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Термины и определения — Терминология ГОСТ 21934 83: Приемники излучения полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Термины и определения оригинал документа: 12. p i n фотодиод D. Pin Photodiode E. Pin Photodiode F. Pin Photodiode Фотодиод, дырочная и …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

dic.academic.ru

Транзистор Википедия

Дискретные транзисторы в различном конструктивном оформлении

Транзи́стор (англ. transistor), полупроводнико́вый трио́д — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами[1], способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем.

Транзисторами также называются дискретные электронные приборы, которые, выполняя функцию одиночного транзистора, имеют в своем составе много элементов, конструктивно являясь интегральной схемой, например составной транзистор или многие транзисторы большой мощности[2].

Транзисторы по структуре, принципу действия и параметрам делятся на два класса — биполярные и полевые (униполярные). В биполярном транзисторе используются полупроводники с обоими типами проводимости, он работает за счет взаимодействия двух, близко расположенных на кристалле, p-n переходов и управляется изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом вывод эмиттера всегда является общим для управляющего и выходного токов. В полевом транзисторе используется полупроводник только одного типа проводимости, расположенный в виде тонкого канала, на который воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора[3], управление осуществляется изменением напряжения между затвором и истоком. Полевой транзистор, в отличие от биполярного, управляется напряжением, а не током. В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). В цифровой технике, в составе микросхем (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми. В 1990-е годы был разработан новый тип гибридных биполярно-полевых транзисторов — IGBT которые сейчас широко применяются в силовой электронике.

В 1956 году за изобретение биполярного транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике.

К 1980-м годам транзисторы, благодаря своей миниатюрности, экономичности, устойчивости к механическим воздействиям и невысокой стоимости практически полностью вытеснили электронные лампы из малосигнальной электроники. Благодаря своей способности работать при низких напряжениях и значительных токах, транзисторы позволили уменьшить потребность в электромагнитных реле и механических переключателях в оборудовании, а благодаря способности к миниатюризации и интеграции позволили создать интегральные схемы, заложив основы микроэлектроники. С 1990-х в связи с появлением новых мощных транзисторов, стали активно вытесняться электронными устройствами трансформаторы, электромеханические и тиристорные ключи в силовой электротехнике, начал активно развиваться Частотно-регулируемый привод и инверторные преобразователи напряжения.

На принципиальных схемах транзистор обычно обозначается «VT» или «Q» с добавленим позиционного индекса, например, VT12. До 1970-х гг. в русскоязычной литературе и документации также применялись обозначения «Т», «ПП» (полупроводниковый прибор) или «ПТ» (полупроводниковый триод).

ru-wiki.ru

Обратный коллекторный ток | Практическая электроника

В прошл ой статье мы с вами разобрали такой важный параметр транзистора, как коэффициент бета (β). Но есть в транзисторе еще один интересный параметр. Сам по себе он ничтожный, но делов может наделать! Это все равно что галька, которая попала в кроссовок легкоатлету: вроде бы маленькая, а причиняет неудобство  при беге.

Так чем же мешает эта самая «галька» транзистору? Давайте разберемся…

Как мы помним, транзистор состоит из трех полупроводников. P-N переход, который у нас база-эмиттер называется эмиттерным переходом, а переход, который база-коллектор — коллекторным переходом.

Так как в данном случае у нас транзистор NPN, значит ток будет течь от коллектора к эмиттеру, при условии, что мы будем открывать базу, подавая на нее напряжение более чем 0,6 Вольт (ну чтобы транзистор открылся).

Давайте по приколу возьмем тонкий-тонкий ножик и вырежем эмиттер прямо по P-N переходу. У нас получится как-то вот так:

Стоп! У нас что, получился диод? Он самый. Помните, в статье Вольтамперная характеристика (ВАХ) мы рассматривали ВАХ диода:

В правой части ВАХ мы с вами видим как веточка графика очень резко взлетела вверх. В этом случае мы подавали на диод постоянное напряжение вот таким образом, то есть прямое включение диода.

Диод пропускал через себя электрический ток. Мы с вами даже проводили опыты с прямым и обратным включением диода. Кто не помнит, можно прочитать здесь.

Но если поменять полярность

то диод у нас не будет пропускать ток. Нас всегда так учили, и в этом есть доля правды, но… наш мир не идеален).

Помните принцип работы P-N перехода? Мы его представляли как воронку. Так вот, для этого рисуночка

наша воронка будет вот такой:

Направление потока воды — это направление движения электрического тока. Воронка — это и есть диод. Но вот вода, которая попала через узкое горлышко воронки? Как же ее можно назвать? А называется она обратный ток P-N перехода (Iобр).

А как вы думаете, если  прибавить скорость течения воды, увеличится ли количество воды, которое пройдет через узкое горлышко воронки? Однозначно! Значит, если прибавлять напряжение Uобр , то и увеличится обратный ток Iобр , что мы с вами и видим в левой части на графике ВАХ диода:

Но до какого предела можно увеличивать скорость потока воды? Если она будет очень большой, наша воронка не выдержит, стенки треснут и она разлетится по кусочкам, так ведь? Поэтому на каждый диод можно найти такой параметр, как Uобр.макс , превышение которого для диода равнозначно летальному исходу. 

Например, для диода Д226Б:

Uобр.макс = 500 Вольт, а максимальное обратное импульсное Uобр. имп.макс = 600 Вольт. Но имейте ввиду, что электронные схемы проектируют, как говорится » с запасом». И если даже в схеме обратное напряжение на диоде будет 490 Вольт,  то в схему поставят диод, который выдерживает более 600 Вольт. С критическими значениями лучше не играть). Импульсное обратное напряжение — это резкие всплески напряжения, которые могут достигать амплитудой до 600 вольт. Но здесь тоже лучше взять с большим запасом.

Так… а что я это все про диод да про диод… Мы же вроде бы транзисторы изучаем. Но как ни крути, диод — кирпичик для построения транзистора. Значит если приложить к коллекторному переходу обратное напряжение, то у нас через переход потечет обратный ток, как в диоде? Именно так. И называется такой параметр в транзисторе  обратный коллекторный ток. У нас он обозначается как IКБО , у буржуев — ICBO . Расшифровывается как «ток между коллектором и базой, при открытом эмиттере». Грубо говоря, ножка эмиттера никуда не цепляется и висит в воздухе.

Чтобы замерять обратный ток коллектора, достаточно собрать вот такие простенькие схемки:

                  для NPN транзистора                                                для PNP транзистора

У кремниевых транзисторов обратный ток коллектора меньше, чем 1 мкА, у германиевых: 1-30 мкА. Так как у меня Мультиметр замеряет только от 10 мкА,  а германиевых транзисторов под рукой нет, то провести этот опыт я не смогу, так как разрешение прибора не позволяет.

Мы так и не ответили на вопрос, почему обратный ток коллектора имеет такое важное значение и приводится в справочниках? Все дело в том, что при работе транзистор рассеивает какую-то мощность в пространство, значит нагревается. Обратный ток коллектора очень сильно зависит от температуры и на каждые 10 градусов по Цельсию увеличивает свое значение в два раза. Не, ну а что такого? Пусть возрастает, никому же вроде не мешает. Все дело в том, что в некоторых схемах включения часть этого тока проходит через эмиттерный переход. А как мы с вами помним, через эмиттерный переход течет базовый ток. А чем больше управляющий ток (ток базы) тем больше управляемый (ток коллектора. Это мы с вами рассматривали еще в про шлой статье. Следовательно, малейшее изменение базового тока ведет к большому изменению коллекторного тока и вся схема  начинает «мандеть».

Значит, самый главный враг транзистора — это температура. Как же с ней борются разработчики радиоэлектронной аппаратуры (РЭА)?

— используют транзисторы, у которых обратный коллекторный ток имеет очень малое значение. Это, конечно же, кремниевые транзисторы. Небольшая подсказка — маркировка кремниевых транзисторов начинается с букв «КТ», что означает Кремниевый Транзистор.

— использование схем, которые минимизируют обратный ток коллектора.

Обратный ток коллектора — важный параметр транзистора. Он приводится в даташите на каждый транзистор. В схемах, которые используются в экстремальных температурных условиях, обратный ток коллектора будет играть очень большую роль. Поэтому, если собираете схему, где не используется радиатор и кулер, то, конечно же, лучше взять транзисторы с минимальным обратным коллекторным током.

Продолжение——->

<——-Предыдущая статья

www.ruselectronic.com

Транзистор - Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Дискретные транзисторы в различном конструктивном оформлении

Транзи́стор (англ. transistor), полупроводнико́вый трио́д — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами[1], способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем. Транзисторами также называются дискретные электронные приборы, которые, выполняя функцию одиночного транзистора, имеют в своем составе много элементов, конструктивно являясь интегральной схемой, например составной транзистор или многие транзисторы большой мощности[2].

Транзисторы по структуре, принципу действия и параметрам делятся на два класса — биполярные и полевые (униполярные). В биполярном транзисторе используются полупроводники с обоими типами проводимости, он работает за счет взаимодействия двух, близко расположенных на кристалле, p-n переходов и управляется изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом вывод эмиттера всегда является общим для управляющего и выходного токов. В полевом транзисторе используется полупроводник только одного типа проводимости, расположенный в виде тонкого канала на который воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора[3], управление осуществляется изменением напряжения между затвором и истоком. Полевой транзистор, в отличие от биполярного, управляется напряжением, а не током. В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). В цифровой технике, в составе микросхем (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми. В 1990-е годы был разработан новый тип гибридных биполярно-полевых транзисторов — IGBT которые сейчас широко применяются в силовой электронике.

В 1956 году за изобретение биполярного транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике. К 1980-м годам транзисторы, благодаря своей миниатюрности, экономичности, устойчивости к механическим воздействиям и невысокой стоимости практически полностью вытеснили электронные лампы из малосигнальной электроники. Благодаря своей способности работать при низких напряжениях и значительных токах, транзисторы позволили уменьшить потребность в электромагнитных реле и механических переключателях в оборудовании, а благодаря способности к миниатюризации и интеграции позволили создать интегральные схемы, заложив основы микроэлектроники. С 1990-х в связи с появлением новых мощных транзисторов, стали активно вытесняться электронными устройствами трансформаторы, электромеханические и тиристорные ключи в силовой электротехнике, начал активно развиваться Частотно-регулируемый привод и инверторные преобразователи напряжения.

На принципиальных схемах транзистор обозначается «VT» или «Q». До 1970-х гг. в русскоязычной литературе и документации также применялись обозначения «Т», «ПП» (полупроводниковый прибор) или «ПТ» (полупроводниковый триод).

encyclopaedia.bid

---

• 
  Пожаловаться на отопление в москве
• 
  Проект электроснабжения выполнить
• 
  Поверка счетчиков воды без паспорта
• 
  Крым мост строительство
• 
  Мск расшифровка аббревиатуры
• 
  Аппарат сварочный плазма
• 
  Получение энергии из отходов сельского хозяйства
• 
  Жилищный кодекс оплата коммунальных услуг
• 
  Электронагреватель тэн
• 
  Коллектор в электродвигателе
• 
  Www2 kvarta c ru voda