Bipolaarsed transistorid

Mõiste "bipolaarne transistor" on seotud asjaoluga, et nendes transistorides kasutatakse kahte tüüpi laengukandjaid: elektrone ja auke. Transistoride valmistamiseks kasutatakse samu pooljuhtmaterjale, mida kasutatakse dioodid.

Bipolaarsed transistorid kasutavad pooljuhtidest valmistatud kolmekihilist pooljuhtstruktuuri erinev elektrijuhtivus luuakse kaks p — n üleminekut vahelduvate elektrijuhtivustüüpidega (p — n — p või n — p — n).

Bipolaarsed transistorid võivad olla struktuurselt pakendamata (joonis 1, a) (kasutamiseks näiteks integraallülituste osana) ja tüüpilisel juhul suletud (joonis 1, b). Bipolaarse transistori kolme kontakti nimetatakse baasiks, kollektoriks ja emitteriks.

Riis. 1. Bipolaarne transistor: a) p-n-p-struktuurid ilma paketita, b) n-p-n-struktuurid pakendis

Sõltuvalt üldisest järeldusest saate bipolaarse transistori jaoks kolm ühendusskeemi: ühise alusega (OB), ühise kollektoriga (OK) ja ühise emitteriga (OE). Vaatleme transistori tööd ühisbaasahelas (joonis 2).

Riis. 2. Bipolaarse transistori skeem

Emitter süstib (annab) baasi baaskandjad, meie n-tüüpi pooljuhtseadme näites on need elektronid. Allikad valitakse nii, et E2 >> E1. Takisti Re piirab avatud p — n ülemineku voolu.

Kui E1 = 0, on kollektorisõlme läbiv vool väike (vähemuskandjate tõttu), seda nimetatakse kollektori algvooluks Ik0. Kui E1> 0, ületavad elektronid emitteri p — n ülemineku (E1 lülitub sisse edasisuunas) ja sisenevad tuuma piirkonda.

Alus on valmistatud suure vastupidavusega (väike lisandite kontsentratsioon), mistõttu on aukude kontsentratsioon aluses madal. Seetõttu ühinevad vähesed baasi sisenevad elektronid selle aukudega, moodustades baasvoolu Ib. Samal ajal mõjub E2-poolses kollektori p — n-siirtes palju tugevam väli kui emittersiirdes, mis tõmbab elektrone kollektorisse. Seetõttu jõuab enamik elektrone kollektorisse.

Emitteri ja kollektori voolud on seotud emitteri voolu ülekandetegur

at Ukb = konst.

Kas alati ∆Ik < ∆Ie ja tänapäevaste transistoride puhul a = 0,9 — 0,999.

Vaadeldavas skeemis Ik = Ik0 + aIe »Ie. Seetõttu on ühise baasi bipolaarse transistori vooluahelal madal voolusuhe. Seetõttu kasutatakse seda harva, peamiselt kõrgsagedusseadmetes, kus pingevõimenduse poolest on see teistele eelistatum.

Bipolaarse transistori põhilülitusahel on tavaline emitteri ahel (joonis 3).

Riis. 3. Bipolaarse transistori sisselülitamine vastavalt skeemile ühise emitteriga

Tema jaoks edasi Kirchhoffi esimene seadus võime kirjutada Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Arvestades, et 1 — a = 0,001 — 0,1, on meil Ib << Ie » Ik.

Leidke kollektori voolu ja baasvoolu suhe:

Seda seost nimetatakse baasvoolu ülekandeteguriks... Kui a = 0,99, saame b = 100. Kui baasahelasse on kaasatud signaaliallikas, siis sama signaal, kuid võimendatuna voolu b korda kollektori ahel, moodustades takistile Rk palju suurema pinge kui signaaliallika pinge...

Hinnata bipolaarse transistori tööd laias impulss- ja alalisvoolude, võimsuste ja pingete vahemikus ning arvutada eelpingeskeemi, stabiliseerimisrežiimi, sisend- ja väljundvolt-ampri karakteristikute (VAC) perekonnad.

Sisend I — V karakteristikute perekond määrab sisendvoolu (baas või emitter) sõltuvuse sisendpingest Ube, kui Uk = const, joon. 4, a) Transistori sisendi I — V karakteristikud on sarnased otseühenduses oleva dioodi I — V karakteristikutega.

Väljundi I — V karakteristikute perekond määrab kollektori voolu sõltuvuse selle üle olevast pingest teatud baasil või emitteri voolul (olenevalt ühise emitteri või ühise alusega vooluringist), joon. 4, b.

Riis. 4. Bipolaarse transistori voolu-pinge karakteristikud: a — sisend, b — väljund

Lisaks elektrilisele n-p-siirdele kasutatakse kiirahelates laialdaselt Schottky metall-pooljuht-barjääri ristmikku. Sellistes üleminekutes ei eraldata aega laengute akumuleerumiseks ja resorptsiooniks baasis ning transistori töö sõltub ainult barjääri mahtuvuse taaslaadimise kiirusest.

Riis. 5. Bipolaarsed transistorid

Bipolaarsete transistoride parameetrid

Transistoride maksimaalsete lubatud töörežiimide hindamiseks kasutatakse peamisi parameetreid:

1) maksimaalne lubatud kollektor-emitteri pinge (erinevatele transistoridele Uke max = 10–2000 V),

2) maksimaalne lubatud kollektori võimsuse hajumine Pk max — tema sõnul jagunevad transistorid väikese võimsusega (kuni 0,3 W), keskmise võimsusega (0,3 - 1,5 W) ja suure võimsusega (üle 1, 5 W), keskmise ja suure võimsusega transistorid on sageli varustatud spetsiaalse jahutusradiaatoriga - jahutusradiaatoriga,

3) maksimaalne lubatud kollektorivool Ik max — kuni 100 A ja rohkem,

4) piirav voolu edastussagedus fgr (sagedus, mille juures h21 võrdub ühtsusega), jagatakse bipolaarsed transistorid selle järgi:

• madala sagedusega - kuni 3 MHz,

• keskmine sagedus - 3 kuni 30 MHz,

• kõrge sagedus - 30 kuni 300 MHz,

• ülikõrge sagedus - üle 300 MHz.

Tehnikateaduste doktor, professor L.A. Potapov