Bipolära transistorer

Termen «bipolär transistor» är relaterad till det faktum att två typer av laddningsbärare används i dessa transistorer: elektroner och hål. För tillverkning av transistorer används samma halvledarmaterial som för dioder.

Bipolära transistorer använder en trelagers halvledarstruktur gjord av halvledare olika elektrisk ledningsförmåga två p — n-övergångar skapas med alternerande typer av elektrisk ledningsförmåga (p — n — p eller n — p — n).

Bipolära transistorer kan vara strukturellt ofackade (fig. 1, a) (för användning, till exempel, som en del av integrerade kretsar) och slutna i ett typiskt fall (fig. 1, b). De tre stiften i en bipolär transistor kallas bas, kollektor och emitter.

Ris. 1. Bipolär transistor: a) p-n-p-strukturer utan ett paket, b) n-p-n-strukturer i ett paket

Beroende på den allmänna slutsatsen kan du få tre anslutningsscheman för en bipolär transistor: med en gemensam bas (OB), en gemensam kollektor (OK) och en gemensam emitter (OE). Låt oss betrakta driften av en transistor i en gemensam baskrets (fig. 2).

Ris. 2. Schematisk över den bipolära transistorn

Emittern injicerar (levererar) basbärarna i basen, i vårt exempel på halvledaranordningar av n-typ kommer dessa att vara elektroner. Källorna är valda så att E2 >> E1. Resistor Re begränsar strömmen för den öppna p-n-övergången.

Vid E1 = 0 är strömmen genom kollektornoden liten (på grund av minoritetsbärare), den kallas den initiala kollektorströmmen Ik0. Om E1> 0 övervinner elektronerna p-n-övergången för emittern (E1 slås på i framåtriktningen) och går in i kärnområdet.

Basen är gjord med hög motståndskraft (låg koncentration av föroreningar), så koncentrationen av hål i basen är låg. Därför rekombinerar de få elektronerna som kommer in i basen med dess hål och bildar basströmmen Ib. Samtidigt verkar ett mycket starkare fält i kollektorn p — n-övergången på E2-sidan än i emitterövergången, vilket attraherar elektroner till kollektorn. Därför når de flesta elektronerna kollektorn.

Emitter- och kollektorströmmar är relaterade emitterströmöverföringskoefficient

vid Ukb = konst.

Är alltid ∆Ik < ∆Ie, och a = 0,9 — 0,999 för moderna transistorer.

I det betraktade schemat Ik = Ik0 + aIe »Ie. Därför har den gemensamma bipolära transistorn för kretsen ett lågt strömförhållande. Därför används den sällan, främst i högfrekventa enheter, där den när det gäller spänningsförstärkning är att föredra framför andra.

Den grundläggande omkopplingskretsen för en bipolär transistor är en gemensam emitterkrets (fig. 3).

Ris. 3. Slå på en bipolär transistor enligt schemat med en gemensam emitter

För henne på Kirchhoffs första lag vi kan skriva Ib = Ie — Ik = (1 — a) Dvs — Ik0.

Givet att 1 — a = 0,001 — 0,1, har vi Ib << Dvs. » Ik.

Hitta förhållandet mellan kollektorströmmen och basströmmen:

Detta förhållande kallas basströmöverföringskoefficienten... Vid a = 0,99 får vi b = 100. Om en signalkälla ingår i baskretsen kommer samma signal, men förstärkt med strömmen b gånger, att flöda in kollektorkretsen, bildar spänning över motståndet Rk mycket större än signalkällans spänning...

För att utvärdera driften av en bipolär transistor över ett brett spektrum av pulsade och likströmsströmmar, effekter och spänningar, och för att beräkna förspänningskretsen, stabilisera läge, familjer av ingångs- och utgångsvolt-amperekarakteristika (VAC).

En familj av ingångsegenskaper I - V fastställer beroendet av ingångsströmmen (bas eller emitter) på inspänningen Ube vid Uk = const, fig. 4, a. Transistorns ingångs I — V-egenskaper liknar I — V-egenskaperna hos en diod i direkt anslutning.

Familjen av utgångsegenskaper I - V fastställer kollektorströmmens beroende av spänningen över den vid en viss bas eller emitterström (beroende på kretsen med en gemensam emitter eller gemensam bas), fig. 4, b.

Ris. 4. Strömspänningsegenskaper för den bipolära transistorn: a — ingång, b — utgång

Förutom den elektriska n-p-övergången används en Schottky metall-halvledare-barriärövergång i stor utsträckning i höghastighetskretsar. I sådana övergångar tilldelas ingen tid för ackumulering och resorption av laddningar i basen, och transistorns funktion beror endast på omladdningshastigheten för barriärkapacitansen.

Ris. 5. Bipolära transistorer

Parametrar för bipolära transistorer

Huvudparametrarna används för att utvärdera de maximalt tillåtna driftlägena för transistorerna:

1) maximal tillåten kollektor-emitterspänning (för olika transistorer Uke max = 10 — 2000 V),

2) maximalt tillåten kollektoreffektförlust Pk max — enligt honom är transistorer uppdelade i lågeffekt (upp till 0,3 W), medeleffekt (0,3 — 1,5 W) och högeffekt (mer än 1, 5 W), mellan- och högeffekttransistorer är ofta utrustade med en speciell kylfläns - en kylfläns,

3) maximal tillåten kollektorström Ik max — upp till 100 A och mer,

4) begränsa strömöverföringsfrekvensen fgr (frekvensen vid vilken h21 blir lika med enhet), bipolära transistorer är uppdelade enligt det:

• för låg frekvens — upp till 3 MHz,

• mellanfrekvens - från 3 till 30 MHz,

• hög frekvens — från 30 till 300 MHz,

• ultrahög frekvens — mer än 300 MHz.

Doktor i tekniska vetenskaper, professor L.A. Potapov