Обратен колекторен ток. Нека разберем заедно принципите на транзистора

Името на транзистора на полупроводниковото устройство се формира от две думи: трансфер - трансфер+ съпротивление - съпротива. Защото наистина може да се представи като някакво съпротивление, което ще се регулира от напрежението на един електрод. Транзисторът понякога се нарича също полупроводников триод.

Първият биполярен транзистор е създаден през 1947 г., а през 1956 г. трима учени са удостоени с Нобелова награда по физика за изобретението му.

Биполярният транзистор е полупроводниково устройство, което се състои от три полупроводника с променлив тип примесна проводимост. Към всеки слой е свързан и изведен електрод. В биполярен транзистор едновременно се използват заряди, чиито носители са електрони ( n - „отрицателен“) и дупки (p - „положителен ”), тоест носители от два вида, оттук и образуването на префикса на името „би” - две.

Транзисторите се различават по вида на редуването на слоевете:

P n p -транзистор (директна проводимост);

Npn- транзистор (обратна проводимост).

База (B) е електродът, който е свързан към централния слой на биполярния транзистор. Електродите от външните слоеве се наричат ​​емитер (E) и колектор (K).

Фигура 1 - Устройството на биполярен транзистор

Диаграмите са обозначени с " VT ”, в старата рускоезична документация можете да намерите обозначенията „T”, „PP” и „PT”. Биполярните транзистори са показани на електрически схеми, в зависимост от редуването на проводимостта на полупроводника, както следва:

Фигура 2 - Обозначаване на биполярни транзистори

На фигура 1 по-горе разликата между колектор и емитер не се вижда. Ако погледнете опростено представяне на транзистор в разрез, можете да видите, че площта p - n Колекторният преход е по-голям от този на емитера.

Фигура 3 - Транзистор в разрез

Основата е направена от полупроводник с ниска проводимост, тоест устойчивостта на материала е висока. Предпоставка е тънък основен слой за възможност за транзисторен ефект. Тъй като контактната зона p - n Тъй като кръстовищата на колектора и емитера са различни, тогава не можете да промените полярността на връзката. Тази характеристика класифицира транзистора като асиметрични устройства.

Биполярният транзистор има две I-V характеристики (характеристики на напрежението): вход и изход.

Входната I–V характеристика е зависимостта на базовия ток (аз Б ) върху напрежението база-емитер ( U BE ).

Фигура 4 - Характеристика на входно напрежение на биполярен транзистор

Изходната I–V характеристика е зависимостта на колекторния ток (И К ) на напрежението колектор-емитер ( U KE ).

Фигура 5 - Изход IV на транзистора

Принципът на работа на биполярен транзистор е разгледан втип npn, за pnp по подобен начин се разглеждат само дупки, а не електрони.Транзисторът има два p-n прехода. В активен режим на работа единият от тях е свързан с преднаклон, а другият с обратен наклон. Когато EB преходът е отворен, електроните от емитера лесно се придвижват към основата (настъпва рекомбинация). Но, както бе споменато по-рано, основният слой е тънък и неговата проводимост е ниска, така че някои от електроните имат време да се преместят към кръстовището база-колектор. Електрическо полепомага да се преодолее (укрепва) преходната бариера на слоя, тъй като тук електроните са второстепенни носители. Тъй като базовият ток се увеличава, връзката емитер-база ще се отваря все повече и повече електрони ще могат да се плъзгат от емитера към колектора. Токът на колектора е пропорционален на базовия ток и с малка промяна в последния (контрол), колекторен токсе променя значително. Ето как се получава усилването на сигнала в биполярен транзистор.

Фигура 6 - Активен режим на транзистора

Гледайки снимката, можете да обяснитепринцип на работа на транзистора малко по-лесно. Представете си, че CE е водопроводна тръба, а B е кран, с който можете да контролирате потока на водата. Тоест, отколкото по-актуаленподчинявате се на базата, толкова повече получавате на изхода.

Стойността на колекторния ток е почти равна на емитерния ток, с изключение на загубите по време на рекомбинация в основата, която формира базовия ток, така че формулата е валидна:

І E \u003d І B + І K.

Основните параметри на транзистора:

Текущото усилване е съотношението на ефективната стойност на тока на колектора към базовия ток.

Входно съпротивление - следвайки закона на Ом, то ще бъде равно на отношението на напрежението емитер-база U EB за контрол на тока I B .

Коефициент на усилване на напрежението - параметърът се намира от съотношението на изходното напрежение U EC за въвеждане на U BE.

Честотната характеристика описва способността на транзистора да работи до определена гранична честота на входния сигнал. След превишаване на ограничаващата честота, физическите процеси в транзистора няма да имат време да се появят и неговите усилващи способности ще бъдат намалени до нищо.

Комутационни схеми за биполярни транзистори

За свързване на транзистора са ни достъпни само трите му изхода (електрода). Следователно за нормалната му работа са необходими две захранвания. Един транзисторен електрод ще се свърже към два източника едновременно. Следователно има 3 схеми за свързване на биполярен транзистор: OE - с общ емитер, OB - обща база, OK - общ колектор. Всеки има както предимства, така и недостатъци, в зависимост от приложението и необходимите характеристики правят избора на връзка.

Превключващата верига с общ емитер (CE) се характеризира с най-голямо усилване на тока и съответно напрежението и мощността. С тази връзка изходното AC напрежение се измества със 180 електрически градуса спрямо входа. Основният недостатък е нискочестотната характеристика, тоест ниската стойност на граничната честота, което прави невъзможно използването с високочестотен входен сигнал.

(OB) осигурява отлична честотна характеристика. Но не дава толкова голямо усилване на сигнала по напрежение, както при ОЕ. Следователно усилване на тока изобщо не се получава тази схемачесто наричан токов последовател, тъй като има свойството да стабилизира тока.

Веригата с общ колектор (CC) има почти същото усилване на тока като OE веригата, но усилването на напрежението е почти 1 (малко по-малко). Изместването на напрежението не е типично за тази електрическа схема. Аз също го наричам емитер последовател, тъй като изходното напрежение ( U EB ) отговарят на входното напрежение.

Приложение на транзисторите:

Усилвателни вериги;

Генератори на сигнали;

Електронни ключове.

ТЕМА 4. БИПОЛЯРНИ ТРАНЗИСТОРИ

4.1 Устройство и принцип на действие

Биполярният транзистор е полупроводниково устройство, състоящо се от три области с редуващи се видове електрическа проводимост и е подходящо за усилване на мощността.

Произвежданите в момента биполярни транзистори могат да бъдат класифицирани според следните критерии:

Според материала: германий и силиций;

Според вида на проводимостта на регионите: тип p-n-p и n-p-n;

По мощност: ниска (Pmax £ 0,3 W), средна (Pmax £ 1,5 W) и висока мощност (Pmax > 1,5 W);

По честота: нискочестотни, средночестотни, високочестотни и микровълнови.

В биполярните транзистори токът се определя от движението на два вида носители на заряд: електрони и дупки (или основни и второстепенни). Оттам идва и името им – биполярни.

В момента се произвеждат и използват само транзистори с in-plane транзистори. p-n- кръстовищемили

Устройството на планарен биполярен транзистор е показано схематично на фиг. 4.1.

Това е плоча от германий или силиций, в която са създадени три области с различна електрическа проводимост. На транзистора тип n-p-nсредната област има дупка, а външните области имат електронна електрическа проводимост.

Транзисторите от типа p-n-p имат средна област с електронна и крайни области с дупка електрическа проводимост.

Средната област на транзистора се нарича база, една крайна област е емитер, другата е колектор. По този начин транзисторът има два p-n-прехода: емитерът - между емитера и основата и колекторът - между основата и колектора. Площта на прехода на емитера е по-малка от площта на прехода на колектора.

Емитерът е област от транзистор, чиято цел е да инжектира носители на заряд в основата. Колекторът е зона, чиято цел е да извлича носители на заряд от основата. Базата е областта, в която носителите на заряд, които са второстепенни за тази област, се инжектират от емитера.

Концентрацията на основните носители на заряд в емитера е многократно по-голяма от концентрацията на основните носители на заряд в основата, а концентрацията им в колектора е малко по-малка от концентрацията в емитера. Следователно проводимостта на емитера е с няколко порядъка по-висока от проводимостта на основата, а проводимостта на колектора е малко по-малка от проводимостта на емитера.

Заключенията се правят от базата, емитера и колектора. В зависимост от това кой от изводите е общ за входните и изходните вериги, има три схеми за превключване на транзистора: с обща база (OB), общ емитер (OE), общ колектор (OK).

Входната или контролна верига се използва за управление на работата на транзистора. В изходната или контролирана верига се получават засилени трептения. Източникът на усилени трептения е свързан към входната верига, а товарът е свързан към изходната верига.

Помислете за принципа на работа на транзистора, като използвате примера на транзистор тип p-n-p, свързан съгласно верига с обща база (фиг. 4.2).

Фигура 4.2 - Принципът на работа на биполярен транзистор (p-n-p-тип)

Външните напрежения на двата източника на захранване EE и Ek са свързани към транзистора по такъв начин, че емитерният преход P1 е предубеден в права посока (право напрежение), а колекторният преход P2 е предубеден в обратна посока (обратно напрежение ).

Ако се приложи обратно напрежение към колекторния преход и емитерната верига е отворена, тогава в колекторната верига протича малък обратен ток Iko (единици микроампери). Този ток възниква под действието на обратно напрежение и се създава от насоченото движение на малцинствени носители на заряд на базови дупки и колекторни електрони през колекторния преход. Обратният ток протича през веригата: +Ek, база-колектор, −Ek. Големината на обратния ток на колектора не зависи от напрежението на колектора, а зависи от температурата на полупроводника.

Когато към емитерната верига е свързано постоянно напрежение EE в посока напред, потенциалната бариера на емитерния преход намалява. Започва инжектирането (инжектирането) на отвори в основата.

Външното напрежение, приложено към транзистора, се оказва приложено главно към преходите P1 и P2, т.к. те имат голяма устойчивоств сравнение със съпротивлението на базовата, емитерната и колекторната области. Следователно отворите, инжектирани в основата, се движат в нея чрез дифузия. В този случай дупките се рекомбинират с базови електрони. Тъй като концентрацията на носители в основата е много по-малка, отколкото в емитера, много малко дупки се рекомбинират. С малка дебелина на основата, почти всички отвори ще достигнат колекторния възел P2. Рекомбинираните електрони се заменят с електрони от източника на енергия Ek. Дупките, които се рекомбинират с електроните в основата, създават базовия ток IB.

Под действието на обратното напрежение Ek потенциалната бариера на колекторния преход се увеличава и дебелината на прехода P2 се увеличава. Но потенциалната бариера на колекторния възел не пречи на дупките да преминават през него. Дупките, които навлизат в областта на колекторния преход, попадат в силно ускоряващо поле, създадено в кръстовището от колекторното напрежение и се извличат (изтеглят) от колектора, създавайки колекторен ток Ik. Колекторният ток протича през веригата: + Ek, база-колектор, -Ek.

По този начин в транзистора протичат три тока: токът на емитер, колектор и база.

В проводника, който е изходът на основата, токовете на емитер и колектор са насочени противоположно. Следователно базовият ток е равен на разликата между токовете на емитер и колектор: IB \u003d IE - IK.

Физическите процеси в транзистора тип n-p-n протичат подобно на процесите в транзистора тип p-n-p.

Общият емитерен ток IE се определя от броя на основните носители на заряд, инжектирани от емитера. Основната част от тези носители на заряд, достигайки до колектора, създават колекторен ток Ik. Незначителна част от инжектираните в основата носители на заряд рекомбинират в основата, създавайки базов ток IB. Следователно емитерният ток ще бъде разделен на базови и колекторни токове, т.е. IE \u003d IB + Ik.

Емитерният ток е входният ток, колекторният ток е изходният. Изходният ток е част от входния, т.е.

(4.1)

където a е коефициентът на пренос на ток за веригата OB;

Тъй като изходният ток е по-малък от входния, коефициентът a<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.

В обща емитерна верига изходният ток е колекторният ток, а входният ток е базовият ток. Текущо усилване за веригата OE:

(4.2) (4.3)

Следователно коефициентът на усилване на тока за OE веригата е десетки единици.

Изходният ток на транзистора зависи от входния ток. Следователно транзисторът е устройство, управлявано от ток.

Промените в емитерния ток, причинени от промяна в напрежението на емитерния преход, се прехвърлят изцяло към колекторната верига, причинявайки промяна в колекторния ток. И тъй като напрежението на източника на захранване на колектора Ek е много по-голямо от това на емитера Ee, тогава мощността, консумирана в колекторната верига Pk, ще бъде много по-голяма от мощността в емитерната верига Re. По този начин е възможно да се контролира голяма мощност в колекторната верига на транзистора с ниска мощност, изразходвана в емитерната верига, т.е. има увеличение на мощността.

4.2 Схеми за включване на биполярни транзистори

Транзисторът е свързан към електрическата верига по такъв начин, че единият му извод (електрод) е вход, вторият е изход, а третият е общ за входните и изходните вериги. В зависимост от това кой електрод е общ, има три схеми за превключване на транзистори: OB, OE и OK. Тези схеми за p-n-p транзистор са показани на фиг. 4.3. За n-p-n транзистор само полярността на напреженията и посоката на токовете се променят в превключващите вериги. За всяка верига за превключване на транзистора (в активен режим) полярността на включване на захранващите устройства трябва да бъде избрана така, че преходът на емитер да е включен в посока напред, а преходът на колектора да е включен в обратна посока.

Фигура 4.3 - Схеми за включване на биполярни транзистори: а) ЗА; б) OE; в) Добре

4.3 Статични характеристики на биполярни транзистори

Статичният режим на работа на транзистора е режимът, когато няма товар в изходната верига.

Статичните характеристики на транзисторите се наричат ​​графично изразени зависимости на напрежението и тока на входната верига (вход VAC) и изходната верига (изход VAC). Типът характеристики зависи от начина на включване на транзистора.

4.3.1 Характеристики на транзистора, свързан по ОВ схема

IE \u003d f (UEB) с UKB \u003d const (фиг. 4.4, а).

IK \u003d f (UKB) с IE \u003d const (фиг. 4.4, b).

Фигура 4.4 - Статични характеристики на биполярен транзистор, свързан съгласно OB веригата

Изходните ВАХ имат три характерни области: 1 – силна зависимост на Ik от UKB (нелинейна начална област); 2 – слаба зависимост на Ik от UKB (линейна област); 3 - повреда на колекторния възел.

Характеристика на характеристиките в област 2 е лекото им нарастване с увеличаване на напрежението UKB.

4.3.2 Характеристики на транзистора, свързан съгласно схемата OE:

Входната характеристика е зависимостта:

IB \u003d f (UBE) с UKE \u003d const (фиг. 4.5, b).

Изходната характеристика е зависимостта:

IK \u003d f (UKE) с IB \u003d const (фиг. 4.5, а).

Фигура 4.5 - Статични характеристики на биполярен транзистор, свързан съгласно веригата OE

Транзисторът в OE веригата осигурява усилване на тока. Текущо усилване в OE веригата:

Ако коефициентът a за транзисторите a = 0,9¸0,99, тогава коефициентът b = 9¸99. Това е най-важното предимство на включването на транзистора според веригата OE, което по-специално определя по-широкото практическо приложение на тази превключваща схема в сравнение с веригата OB.

От принципа на работа на транзистора е известно, че две компоненти на тока протичат в противоположна посока през базовия извод (фиг. 4.6): обратният ток на колекторния преход IKO и част от емитерния ток (1 - a) IE. В тази връзка нулевата стойност на базовия ток (IB = 0) се определя от равенството на посочените компоненти на токовете, т.е. (1 − a)IE = IKO. Нулевият входен ток съответства на емитерния ток IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO и колекторния ток

. С други думи, при нулев базов ток (IB \u003d 0) през транзистора в OE веригата протича ток, наречен първоначален или през ток IKO (E) и равен на (1 + b) IKO.

Фигура 4.6 - Превключваща верига за транзистор с общ емитер (OE схема)

4.4 Основни параметри

За анализ и изчисляване на вериги с биполярни транзистори се използват така наречените h - параметрите на транзистор, свързан по схемата OE.

Електрическото състояние на транзистор, свързан съгласно веригата OE, се характеризира със стойностите IB, IBE, IK, UKE.

Системата от h - параметри включва следните величини:

1. Входен импеданс

h11 = DU1/DI1 с U2 = конст. (4.4)

представлява съпротивлението на транзистора към променлив входен ток, при който късото съединение на изхода, т.е. при липса на изходно AC напрежение.

2. Коефициент на обратна връзка по напрежение:

h12 = DU1/DU2 с I1= конст. (4,5)

показва каква част от входното AC напрежение се предава на входа на транзистора поради обратна връзка в него.

3. Коефициент на текуща сила (коефициент на пренос на ток):

h21 = DI2/DI1 с U2= конст. (4.6)

показва AC усилването на транзистора в режим без натоварване.

4. Изходна проводимост:

h22 = DI2/DU2 с I1 = конст. (4,7)

представлява AC проводимост между изходните клеми на транзистора.

Изходно съпротивление Rout = 1/h22.

За верига с общ емитер се прилагат следните уравнения:

(4.8)

За да се предотврати прегряване на колекторния възел, е необходимо мощността, освободена в него по време на преминаването на колекторния ток, да не надвишава определена максимална стойност:

(4.9)

Освен това има ограничения за колекторното напрежение:

и колекторен ток:

4.5 Режими на работа на биполярни транзистори

Транзисторът може да работи в три режима, в зависимост от напрежението на неговите преходи. При работа в активен режим напрежението е директно в емитерния преход и обратно в колекторния преход.

Режимът на прекъсване или блокиране се постига чрез прилагане на обратно напрежение към двата прехода (и двата p-n-прехода са затворени).

Ако напрежението е директно в двата прехода (и двата p-n-прехода са отворени), тогава транзисторът работи в режим на насищане.

В режимите на прекъсване и насищане почти няма транзисторно управление. В активен режим такова управление се извършва най-ефективно и транзисторът може да изпълнява функциите на активен елемент на електрическата верига (усилване, генериране и др.).

4.6 Обхват

Биполярните транзистори са полупроводникови устройства за универсална употреба и се използват широко в различни усилватели, генератори, импулсни и ключови устройства.

4.7 Най-простият усилващ етап на биполярен транзистор

Най-голямото приложение се намира от веригата за превключване на транзистора според общата емитерна верига (фиг. 4.7)

Основните елементи на веригата са захранването Ek, управляваният елемент е транзисторът VT и резисторът Rk. Тези елементи образуват основната (изходна) верига на усилващото стъпало, в която поради потока на контролиран ток на изхода на веригата се създава усилено променливо напрежение.

Останалите елементи играят поддържаща роля. Кондензаторът Cp е разделителен. При отсъствието на този кондензатор ще се създаде постоянен ток във веригата източник на входен сигнал от източника на захранване Ek.

Фигура 4.7 - Схема на най-простия усилващ етап на биполярен транзистор според обща емитерна верига

Резисторът RB, включен в основната верига, осигурява работата на транзистора в режим на покой, т.е. при липса на входен сигнал. Режимът на покой се осигурява от базовия ток на покой IB » Ek/RB.

С помощта на резистора Rk се създава изходно напрежение, т.е. Rk изпълнява функцията за създаване на променливо напрежение в изходната верига поради потока на ток в нея, контролиран от основната верига.

За колекторната верига на усилващия етап може да се напише следното уравнение на електрическото състояние:

Ek \u003d Uke + IkRk, (4.10)

т.е. сумата от спада на напрежението на резистора Rk и напрежението колектор-емитер Uke на транзистора винаги е равна на постоянна стойност - EMF на източника на енергия Ek.

Процесът на усилване се основава на преобразуването на енергията на източник на постоянно напрежение Ek в енергията на променливо напрежение в изходната верига поради промяна в съпротивлението на управлявания елемент (транзистор) съгласно закона, определен от входа сигнал.

Когато на входа на усилващия етап се приложи променливо напрежение uin, в основната верига на транзистора се създава компонент на променлив ток IB ~, което означава, че базовият ток ще се промени. Промяната в базовия ток води до промяна в стойността на колекторния ток (IK = bIB), а оттам и до промяна в стойностите на напреженията на съпротивлението Rk и Uke. Усилващите способности се дължат на факта, че изменението на стойностите на колекторния ток е b пъти по-голямо от базовия ток.

4.8 Изчисляване на електрически вериги с биполярни транзистори

За колекторната верига на усилващото стъпало (фиг. 4.7), в съответствие с втория закон на Кирхоф, е валидно уравнение (4.10).

Волт-амперната характеристика на колекторния резистор RK е линейна, а волт-амперните характеристики на транзистора са нелинейните колекторни характеристики на транзистора (фиг. 4.5, а), свързани съгласно OE веригата.

Изчисляването на такава нелинейна верига, т.е. определянето на IK, URK и UKE за различни стойности на базовите токове IB и съпротивлението на резистора RK, може да се извърши графично. За да направите това, върху семейството на характеристиките на колектора (фиг. 4.5, а), е необходимо да изтеглите от точката EK по абсцисната ос волта - текущата характеристика на резистора RK, която удовлетворява уравнението:

Uke \u003d Ek - RkIk. (4.11)

Тази характеристика се основава на две точки:

Uke =Ek при Ik = 0 по оста x и Ik = Ek/Rk при Uke = 0 по оста y. CVC на колекторния резистор Rk, конструиран по този начин, се нарича товарна линия. Неговите пресечни точки с характеристиките на колектора дават графично решение на уравнение (4.11) за дадено съпротивление Rk и различни стойности на базовия ток IB. Тези точки могат да се използват за определяне на колекторния ток Ik, който е еднакъв за транзистора и резистора Rk, както и напрежението UKE и URK.

Точката на пресичане на товарната линия с една от статичните IV характеристики се нарича работна точка на транзистора. Като промените IB, можете да го преместите по товарната линия. Началното положение на тази точка при липса на входен променлив сигнал се нарича точка на покой − Т0.

а) б)

Фигура 4.8 - Графично-аналитично изчисляване на режима на работа на транзистора, използвайки изходните и входните характеристики.

Точката на покой (работна точка) T0 определя тока IKP и напрежението UKEP в режим на покой. От тези стойности можете да намерите мощността на RCP, освободена в транзистора в режим на покой, която не трябва да надвишава максималната мощност на PK max, която е един от параметрите на транзистора:

RKP = IKP ×UKEP £ RK макс. (4.12)

Справочниците обикновено не предоставят група входни характеристики, а само характеристики за UKE = 0 и за някои UKE > 0.

Входните характеристики за различни UKE, надвишаващи 1V, са много близки една до друга. Следователно изчисляването на входните токове и напрежения може да се направи приблизително според входната характеристика за UKE > 0, взета от справочника.

Точки A, To и B от изходната работна характеристика се прехвърлят към тази крива и се получават точки A1, T1 и B1 (фиг. 4.8, b). Работна точка Т1 определя постоянно наляганеБази на UBEP и постоянен ток IBP бази.

Съпротивлението на резистора RB (осигурява работата на транзистора в режим на покой), през който ще се подава постоянно напрежение към основата от източника EK:

(4.13)

В активен (усилващ) режим точката на почивка на транзистора To се намира приблизително в средата на секцията на товарната линия AB, а работната точка не надхвърля секцията AB.

Анализирахме статията по този начин важен параметъртранзистор като бета (β) . Но има още един интересен параметър в транзистора. Сам по себе си той е незначителен, но може да прави бизнес! Това е като камъче, попаднало в маратонките на спортист: изглежда малко, но причинява неудобство при бягане.

И така, какво пречи на това "камъче" от транзистора? Нека разберем...

Както си спомняме, транзисторът се състои от три полупроводника. P-N преход, който наричаме база-емитер емитерно съединение, и преходът, който е base-collector колекторен преход.

Тъй като в този случай имаме NPN транзистор, тогава токът ще тече от колектора към емитера, при условие че отворим основата, като приложим към нея напрежение над 0,6 волта (добре, така че транзисторът да се отвори).

За забавление, нека вземем тънък тънък нож и да отрежем емитера точно по P-N кръстовището. Ще получим нещо подобно:

Спри се! Имаме ли диод? Той е. Не забравяйте, че в статията Характеристика на напрежението (CVC) разгледахме I-V характеристиката на диод:

От дясната страна на CVC виждаме как клонът на графиката се издига много рязко нагоре. В този случай ние подадохме постоянно напрежение към диода по този начин, т.е директно свързване на диода.

Диодът пропуска електрически ток през себе си. Вие и аз дори проведохме експерименти с директно и обратно включване на диода. Който не помни, може да прочете.

Но ако обърнете поляритета

тогава диодът няма да премине ток.Винаги са ни учили по този начин и има известна истина в това, но ... нашият свят не е идеален).

В зависимост от разположението на полупроводниковите слоеве, транзисториИма два основни вида - NPN транзистори и PNP транзистори.

Електродите на конвенционален биполярен транзистор се наричат ​​база, емитер и колектор. Колекторът и емитерът съставляват главната верига електрически токв транзистора, а основата е предназначена да контролира количеството ток в тази верига.

На символстрелката на емитерния терминал на транзистора показва посоката на тока.

Как работи транзисторът

Базовата верига на транзистора контролира тока, протичащ във веригата колектор-емитер. Чрез промяна на малкото напрежение, приложено към основата в малки граници, е възможно да се промени токът във веригата колектор-емитер в доста широк диапазон.

Схема, показваща как работи транзистор

Нека съставим диаграма, която ясно демонстрира транзисторна работа
и принципа на включването му. Имаме нужда от транзистор с NPN структура, например 2N3094, променлив или тримерен резистор, резистор с постоянно съпротивлениеи крушка за фенерче. Номиналните стойности на електронните устройства са посочени на диаграмата.

Чрез промяна на съпротивлението променлив резистор R1, ще наблюдаваме как се променя яркостта на електрическата крушка H1.

Фиксираният резистор R2 в тази схема играе ролята на ограничител, предпазвайки основата на транзистора от твърде много ток, който може да бъде приложен към него в момента, когато съпротивлението на променливия резистор се доближи до нула. Ограничителният резистор предотвратява повредата на транзистора.

Сега нека се опитаме да сменим лампата с електродвигател с ниска мощност. Чрез въртене на оста на променливия резистор можем да наблюдаваме плавна промяна в скоростта на въртене на двигателя M1.

Транзисторите се използват в схеми на роботи за усилване на сигнали от сензори, за управление на двигатели, транзисторите могат да се използват за сглобяване на логически елементи, които изпълняват операциите на логическо отрицание, логическо умножение и логическо събиране. Транзисторите са в основата на почти всички съвременни микросхеми.

Транзисторите се делят на две големи подгрупи - биполярни и полеви. Те обикновено се използват за усилване, генериране и преобразуване на електрически сигнали.През 1956 г. Уилям Шокли, Джон Бардийн и Уолтър Братейн получават Нобелова награда по физика за изобретяването на биполярния транзистор.

БИПОЛЯРНИ ТРАНЗИСТОРИ.

биполярен транзистор е полупроводниково устройство с две p-n преход mi, което има три извода. Работата на биполярен транзистор се основава на използването на носители на заряд от двата знака (дупки и електрони), а токът, протичащ през него, се контролира с помощта на управляващ ток.

Биполярният транзистор е най-разпространеното активно полупроводниково устройство.

транзисторно устройство.Биполярният транзистор основно съдържа три полупроводникови слоя (p-n-p или n-p-n) и съответно две p-n преходи. Всеки полупроводников слой е свързан чрез неизправителен контакт метал-полупроводник към външен терминал.

Средният слой и съответният изход се наричат ​​база, един от крайните слоеве и съответният изход се наричат ​​емитер, а другият екстремен слой и съответният изход се наричат ​​колектор.

Даваме схематично, опростено представяне на структурата на транзистор от типа n-p-n(фиг. 1, а) и два приемливи варианта на конвенционалното графично обозначение (фиг. 1, б). Тип транзистор п-н-пподредени по подобен начин. В този случай "стрелката" на излъчвателя ще бъде насочена в обратна посока - към основата. Стрелките на емитера показват посоката на ток през транзистора.

Ориз. 1. Схематично представяне на структурата на транзистора

транзистор наречен биполярно, тъй като в процеса на протичане на електрически ток участват носители на електричество от два знака - електрони и дупки. Но в различни видоветранзистори, ролята на електроните и дупките е различна.

NPN транзисторите са по-често срещани от pnp транзисторите, каквито обикновено имат най-добрите опции. Това се обяснява по следния начин: основната роля в електрическите процеси в транзисторите от типа n-p-n играят електроните, а в транзистори p-n-p- дупки. Електроните, от друга страна, имат мобилност два до три пъти по-голяма от дупките.

Важно е да се отбележи, че в действителност площта на колекторния преход е много по-голяма от площта на емитерния преход, тъй като такава асиметрия значително подобрява свойствата на транзистора.

В тази статия ще се опитаме да опишем принцип на работаНай-често срещаният тип транзистор е биполярният. биполярен транзисторе един от основните активни елементи на радиоелектронните устройства. Целта му е да работи върху усилването на мощността на електрическия сигнал, идващ на неговия вход. Усилването на мощността се осъществява с помощта на външен източник на енергия. Транзисторът е електронен компонент с три извода.

Конструктивна характеристика на биполярен транзистор

За производството на биполярен транзистор е необходим полупроводник с дупка или електронен тип проводимост, който се получава чрез дифузия или сливане с акцепторни примеси. В резултат на това от двете страни на основата се образуват области с полярни типове проводимост.

Биполярните транзистори по проводимост са два вида: n-p-n и p-n-p. Правилата за работа, на които се подчинява биполярен транзистор с n-p-n проводимост (за p-n-p е необходимо да се промени полярността на приложеното напрежение):

1. Положителният потенциал на колектора има по-голяма стойноств сравнение с излъчвателя.
2. Всеки транзистор има свои максимално допустими параметри Ib, Ik и Uke, чието превишаване е принципно неприемливо, тъй като това може да доведе до разрушаване на полупроводника.
3. Терминалите базов емитер и базов колектор функционират като диоди. По правило диодът в посока база-емитер е отворен, а в посока база-колектор той е предубеден в обратна посока, т.е. входящото напрежение пречи на протичането на електрически ток през него.
4. Ако точки 1 до 3 са изпълнени, тогава токът Ik е право пропорционален на тока Ib и изглежда така: Ik = he21*Ib, където he21 е усилването по ток. Това правилохарактеризира основното качество на транзистора, а именно, че ниският базов ток осигурява управление мощен токколектор.

За различни биполярни транзистори от една и съща серия индексът he21 може да варира фундаментално от 50 до 250. Стойността му също зависи от протичащия колекторен ток, напрежението между емитера и колектора и от температурата на околната среда.

Нека да изучим правило номер 3. От това следва, че напрежението, приложено между емитера и основата, не трябва да се увеличава значително, тъй като ако базовото напрежение е с 0,6 ... 0,8 V по-голямо от емитера (напрежение на диода), тогава ще има изключително голям ток се появи. По този начин в работещ транзистор напреженията на емитера и основата са свързани помежду си по формулата: Ub \u003d Ue + 0,6V (Ub \u003d Ue + Ube)

Нека си припомним още веднъж, че всички тези точки се отнасят за транзистори с n-p-n проводимост. За тип pnpвсичко трябва да се обърне.

Трябва също да обърнете внимание на факта, че колекторният ток няма връзка с проводимостта на диода, тъй като по правило към диода на колекторната основа се подава обратно напрежение. В допълнение, токът, протичащ през колектора, зависи много малко от потенциала в колектора (този диод е подобен на малък източник на ток)

Когато транзисторът е включен в режим на усилване, емитерният преход е отворен, а колекторният преход е затворен. Това се получава чрез свързване на захранвания.

Тъй като преходът на емитер е отворен, през него ще премине емитерен ток, произтичащ от прехода на дупки от основата към емитера, както и електрони от емитера към основата. По този начин емитерният ток съдържа два компонента - дупка и електрон. Коефициентът на инжектиране определя ефективността на емитера. Инжектирането на заряд се отнася до прехвърлянето на носители на заряд от зоната, където те са били доминиращи, към зоната, където те стават второстепенни.

В основата електроните се рекомбинират и тяхната концентрация в основата се попълва от плюса на източника на ЕЕ. В резултат на това, в електрическа веригабазата ще тече доста слаб ток. Останалите електрони, които не са имали време да се рекомбинират в основата, под ускоряващия ефект на полето на блокирания колекторен преход, като малцинствени носители, ще се преместят в колектора, създавайки колекторен ток. Прехвърлянето на носители на заряд от зона, където те са били незначителни, към зона, където те стават основни, се нарича извличане на електрически заряди.