Тема: Схемы включения биполярного транзистора.

Занятие № 14.

Тема: Биполярные транзисторы.

1. Назначение и устройство биполярного транзистора.

2. Принцип действия биполярного транзистора.

3. Режимы работы биполярного транзистора.

4. Схемы включения биполярных транзисторов.

5. Статические характеристики транзисторов.

6. Динамические характеристики транзисторов.

7. Усилительные свойства транзистора.

8. Система h-параметров транзистора.

9. Частотные и температурные свойства транзистора.

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с тремя выводами, пригодный для усиления мощности. Биполярный транзистор содержит в себе два электронно-дырочных перехода, образованных между тремя областями с чередующимися типами проводимости. В зависимости от характера электропроводности внешних слоев различают транзисторы р-n-p (рис. 1а) и n-p-n (рис. 16) типа. УГО транзисторов р-n-p и n-p-n типов представлены на рис. 1б и 1г. Внутренняя область разделяющая р-n переходы называется базой. Внешняя область инжектирующая (внедряющая) носители заряда в базу, называется эмиттером, а примыкающий к ней р-n переход эмиттерным. Внешняя область экстрагирующая (вытягивающая) носители заряда из базы, называется коллектором, а примыкающий к ней р-n переход коллекторным. База управляет током, протекающим через транзистор. Меняя напряжение между базой и эмиттером можно управлять плотностью тока инжекции, а следовательно и экстракции.

Транзисторы классифицируются по:

1) Применяемому исходному материалу: германиевые, кремниевые, арсенид галлиевые.

2) По технологии изготовления: сплавные (рис. 2а) диффузионные (рис. 2б) эпитаксиальнопланарные.

3) По мощности: маломощные, средней мощности и мощные.

4) По частотному диапазону: низкочастотные, высокочастотные и СВЧ.

Кристалл транзистора содержащий 2 р-n перехода помещают в корпус с выводами (рис. 4). На рис. 4: 1 – выводы; 2 – стекло; 3 – колпачок; 4 – изоляционное покрытие; 5 – кристалл с кристаллодержателем; 6 – фланец.

Три важнейших условия работы транзистора:

1) Область базы выполняется очень тонкой.

2) Концентрация примеси в области коллектора меньше чем в области эмиттера, а ширина области коллектора больше чем эмиттера.

3) Концентрация примеси в области базы во много раз меньше чем в области эмиттера и коллектора.

2. На рис. 3а изображена структура PNP транзистора. Между базой и эмиттером приложено прямое напряжение U_БЭ, между коллектором и базой – обратное U_БК. Под действием напряжения U_БЭ эмиттерный переход открыт и через него протекает значительный прямой ток эмиттера. Т.к. концентрация основных носителей в базе много меньше чем в эмиттере, то ток I_Э в основном создается дырками инжектированными в базу эмиттером. Небольшая часть инжектированных в базу дырок рекомбинирует со свободными электронами базы. Вместо исчезнувших при рекомбинации электронов в базу от источника U_БЭ входят все новые и новые электроны образуя небольшой ток базы I_Б. Большая часть инжектированных в базу дырок, в виду узости области базы и незначительного количества примеси в ней, достигает коллекторного перехода. Здесь они начинают испытывать ускоряющее действие поля коллекторного перехода, созданного напряжением U_БК, и вытягиваются из базы в коллектор, уменьшая сопротивление коллекторного перехода и создавая ток коллектора I_К. Т.к. процент дырок рекомбинировавших в базе с электронами невелик, то можно считать, что где коэффициент передачи тока эмиттера. Напряжение U_КБ является обратным для коллекторного перехода и может в десятки раз превышать прямое входное напряжение U_БЭ эмиттерного перехода. Входной ток транзистора I_Э и его выходной ток I_К примерно равны. Следовательно мощность в выходной коллекторной цепи U_БКI_К может быть много больше мощности во входной цепи U_БЭI_Э. Это положение определяет усилительные свойства транзистора.

В транзисторе NPN типа носителями зарядов будут не дырки, а свободные электроны. Следовательно в схеме на рис. 3б, поменяются полярности прямого U_БЭ и обратного U_БК напряжений, а также направления токов.

Занятие № 15.

Тема: Схемы включения биполярного транзистора.

1. Режимы работы биполярного транзистора.

2. Схемы включения транзисторов.

1. В зависимости от полярности напряжений, приложенных к эмиттерному и коллекторному переходам транзистора, различают четыре режима его работы:

а) Активный режим. На эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. Т.к. напряжение в цепи коллектора значительно превышает напряжение подведенное к эмиттеру, а токи в их цепи практически равны, можно ожидать, что мощность полезного сигнала на выходе схемы (в коллекторной цепи) окажется больше чем во входной (эмиттерной цепи) транзистора. Этим объясняются усилительные свойства транзистора.

б) Режим отсочки. К обоим переходам подведено обратное напряжение и через них проходит незначительный ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда. Транзистор в данном режиме заперт.

в) Режим насыщения. Оба перехода находятся под прямым напряжением. Ток в выходной цепи максимален и не регулируется током входной цепи. Транзистор полностью открыт.

г) Инверсный режим. К эмиттерному переходу подведено обратное напряжение, к коллекторному – прямое. Эмиттер и коллектор меняются местами. Режим не соответствует нормальным условиям эксплуатации транзистора.

2. В зависимости от того какой из электродов будет общим для входной и выходной цепи, различают три возможные схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ); общим эмиттером (ОЭ); общим коллектором (ОК). в схеме с ОБ (рис. 1) во входную эмиттерную цепь последовательно с источником питания Е₁ включен источник входного сигнала, вырабатывающий переменное напряжение U_ВХ. Входным током в данной схеме будет ток эмиттера I_ВХ=I_Э, выходным – ток коллектора I_ВЫХ=I_К. Если под действием U_ВХ ток эмиттера возрастет на величину , то возрастут и остальные токи транзистора . Независимо от схемы включения транзисторы характеризуются дифференциальным коэффициентом прямой передачи тока, который есть отношение выходного тока к вызвавшему его приращение входному току при постоянном напряжении в выходной цепи. Для схемы с ОБ таким коэффициентом служит коэффициент передачи тока эмиттера при Е₂=const. Поскольку в цепи коллектора кроме тока обусловленного экстракцией дырок из базы в коллектор, протекает собственно обратный ток коллекторного перехода I_КБО, то полный ток коллектора . В нормальных условиях I_КБО – незначителен и можно считать . Но с возрастанием температуры I_КБО увеличивается и определяет температурную стабильность схемы с общей базой.

Т.к. ток эмиттера – наибольший из всех токов транзистора, то схема с ОБ имеет малое входное сопротивление, фактически равное сопротивлению r_Э эмиттерного перехода, включенного в прямом направлении .

б) В схеме с ОЭ общим электродом для входной и выходной цепи является эмиттер. Входным током является малый по величине ток базы. Выходным током в этой схеме, как и в схеме с ОБ, является ток коллектора. Следовательно коэффициент прямой передачи тока для схемы с ОЭ (1). Найдем соотношение между и , воспользовавшись равенством . Подставив его вместо в выражение (1) получим ; учтя что получаем . Если то . Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ значительно больше чем в схеме с ОБ, что следует из очевидного неравенства .

Полный ток коллектора в схеме с ОЭ равен где начальный коллекторный ток. Это ток проходящий через транзистор при оборванной цепи базы. При значениях ток I_КЭО в десятки раз больше теплового тока I_КБО, следовательно выходной ток в схеме с общим эмиттером сильнее зависит от температуры, чем в схеме с БО.

в) В схеме с общим коллектором (рис. 3) входной сигнал подается на участок база-коллектор. Входным током является ток базы, а выходным – ток эмиттера. Коэффициент прямой передачи тока для этой схемы . Схема с ОК практически не позволяет получить усиление по напряжению, но обладает усилением по мощности.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 258; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!