Bipolarni tranzistori

Pojam «bipolarni tranzistor» povezan je s činjenicom da se u tim tranzistorima koriste dvije vrste nositelja naboja: elektroni i šupljine. Za izradu tranzistora koriste se isti poluvodički materijali kao i za diode.

Bipolarni tranzistori koriste troslojnu poluvodičku strukturu napravljenu od poluvodiča različite električne vodljivosti stvaraju se dva p — n spoja s izmjeničnim vrstama električne vodljivosti (p — n — p ili n — p — n).

Bipolarni tranzistori mogu biti strukturno nezapakirani (slika 1, a) (za korištenje, na primjer, kao dio integriranih krugova) i zatvoreni u tipičnom slučaju (slika 1, b). Tri pina bipolarnog tranzistora nazivaju se baza, kolektor i emiter.

Riža. 1. Bipolarni tranzistor: a) p-n-p-strukture bez paketa, b) n-p-n-strukture u paketu

Ovisno o općem zaključku, možete dobiti tri sheme povezivanja bipolarnog tranzistora: sa zajedničkom bazom (OB), zajedničkim kolektorom (OK) i zajedničkim emiterom (OE). Razmotrimo rad tranzistora u krugu sa zajedničkom bazom (slika 2).

Riža. 2. Shema bipolarnog tranzistora

Emiter ubrizgava (isporučuje) u bazu bazne nositelje, u našem primjeru poluvodičkog uređaja tipa n, to će biti elektroni. Izvori su odabrani tako da E2 >> E1. Otpornik Re ograničava struju otvorenog p — n spoja.

Pri E1 = 0 struja kroz kolektorski čvor je mala (zbog manjinskih nositelja), naziva se početnom kolektorskom strujom Ik0. Ako je E1 > 0, elektroni prevladavaju p — n spoj emitera (E1 se uključuje u smjeru prema naprijed) i ulaze u područje jezgre.

Baza je izrađena s visokom otpornošću (niska koncentracija nečistoća), tako da je koncentracija rupa u bazi mala. Stoga se nekoliko elektrona koji ulaze u bazu rekombiniraju s njezinim šupljinama, tvoreći baznu struju Ib. Pritom u kolektorskom p — n spoju na strani E2 djeluje puno jače polje nego u emiterskom spoju koje privlači elektrone na kolektor. Zbog toga najveći dio elektrona dospijeva do kolektora.

Struje emitera i kolektora su povezani koeficijenti prijenosa struje emitera

kod Ukb = konst.

Uvijek je ∆Ik < ∆Ie, a a = 0,9 — 0,999 za moderne tranzistore.

U razmatranoj shemi Ik = Ik0 + aIe »Ie. Stoga bipolarni tranzistor zajedničke baze ima nizak omjer struje. Stoga se rijetko koristi, uglavnom u visokofrekventnim uređajima, gdje je u smislu povećanja napona poželjniji od drugih.

Osnovni sklopni sklop bipolarnog tranzistora je sklop zajedničkog emitera (sl. 3).

Riža. 3. Uključivanje bipolarnog tranzistora prema shemi sa zajedničkim emiterom

Za nju na Prvi Kirchhoffov zakon možemo napisati Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

S obzirom da je 1 — a = 0,001 — 0,1, imamo Ib << Ie » Ik.

Nađite omjer struje kolektora i struje baze:

Taj se odnos naziva koeficijent prijenosa bazne struje... Pri a = 0,99 dobivamo b = 100. Ako je izvor signala uključen u bazni krug, tada će isti signal, ali pojačan strujom b puta, teći u kolektorski krug, stvarajući napon preko otpornika Rk mnogo veći od napona izvora signala...

Procijeniti rad bipolarnog tranzistora u širokom rasponu impulsnih i istosmjernih struja, snaga i napona, te izračunati prednaponski krug, način stabilizacije, obitelji ulaznih i izlaznih volt-amperskih karakteristika (VAC).

Familija ulaznih I—V karakteristika uspostavlja ovisnost ulazne struje (baze ili emitera) o ulaznom naponu Ube pri Uk = const, sl. 4, a. Ulazna I - V karakteristika tranzistora slična je I - V karakteristikama diode u izravnom spoju.

Familija izlaznih I — V karakteristika utvrđuje ovisnost struje kolektora o naponu na njemu na određenoj bazi ili emiterskoj struji (ovisno o krugu sa zajedničkim emiterom ili zajedničkom bazom), sl. 4, b.

Riža. 4. Strujno-naponske karakteristike bipolarnog tranzistora: a — ulaz, b — izlaz

Uz električni n-p spoj, Schottkyjev spoj metal-poluvodič-barijera naširoko se koristi u strujnim krugovima velike brzine. U takvim prijelazima nema vremena za akumulaciju i resorpciju naboja u bazi, a rad tranzistora ovisi samo o brzini ponovnog punjenja barijernog kapaciteta.

Riža. 5. Bipolarni tranzistori

Parametri bipolarnih tranzistora

Glavni parametri koriste se za procjenu maksimalno dopuštenih načina rada tranzistora:

1) najveći dopušteni napon kolektor-emiter (za različite tranzistore Uke max = 10 — 2000 V),

2) najveća dopuštena disipacija snage kolektora Pk max - prema njemu, tranzistori se dijele na male snage (do 0,3 W), srednje snage (0,3 - 1,5 W) i velike snage (više od 1,5 W), tranzistori srednje i velike snage često su opremljeni posebnim hladnjakom - hladnjakom,

3) najveća dopuštena struja kolektora Ik max - do 100 A i više,

4) granična strujna frekvencija prijenosa fgr (frekvencija na kojoj h21 postaje jednaka jedinici), prema njoj se dijele bipolarni tranzistori:

• za niske frekvencije - do 3 MHz,

• srednja frekvencija - od 3 do 30 MHz,

• visoke frekvencije - od 30 do 300 MHz,

• ultravisoka frekvencija - više od 300 MHz.

Doktor tehničkih znanosti, profesor L.A. Potapov