Bipoláris tranzisztorok

A „bipoláris tranzisztor” kifejezés azzal a ténnyel kapcsolatos, hogy ezekben a tranzisztorokban kétféle töltéshordozót használnak: elektronokat és lyukakat. A tranzisztorok gyártásához ugyanazokat a félvezető anyagokat használják, mint a diódák.

A bipoláris tranzisztorok háromrétegű, félvezetőkből álló félvezető szerkezetet használnak eltérő elektromos vezetőképesség két p — n átmenet jön létre váltakozó típusú elektromos vezetőképességgel (p — n — p vagy n — p — n).

A bipoláris tranzisztorok szerkezetileg csomagolatlanok (1. ábra a) (pl. integrált áramkörök részeként való használatra) és tipikus esetben zártak lehetnek (1. ábra, b). A bipoláris tranzisztor három érintkezőjét alapnak, kollektornak és emitternek nevezzük.

Rizs. 1. Bipoláris tranzisztor: a) p-n-p-struktúrák csomag nélkül, b) n-p-n-struktúrák csomagban

Az általános következtetéstől függően három csatlakozási sémát kaphat egy bipoláris tranzisztorhoz: közös alappal (OB), közös kollektorral (OK) és közös emitterrel (OE). Tekintsük egy tranzisztor működését közös bázisú áramkörben (2. ábra).

Rizs. 2. A bipoláris tranzisztor vázlata

Az emitter a bázisba fecskendezi (szállítja) az alaphordozókat, n-típusú félvezető eszköz példánkban ezek elektronok lesznek. A forrásokat úgy választjuk meg, hogy E2 >> E1. Az Re ellenállás korlátozza a nyitott p — n átmenet áramát.

E1 = 0-nál a kollektorcsomóponton áthaladó áram kicsi (a kisebbségi hordozók miatt), ezt Ik0 kezdeti kollektoráramnak nevezzük. Ha E1> 0, az elektronok leküzdik az emitter p — n átmenetét (E1 előrefelé kapcsol be), és belépnek a magterületbe.

Az alap nagy ellenállással készül (alacsony szennyeződéskoncentráció), így alacsony a lyukak koncentrációja az alapban. Ezért a bázisba belépő néhány elektron rekombinálódik a lyukaival, így az Ib bázisáram jön létre. Ugyanakkor a kollektor p — n átmenetben az E2 oldalon sokkal erősebb tér hat, mint az emitter átmenetben, ami elektronokat vonz a kollektorhoz. Ezért az elektronok nagy része eléri a kollektort.

Az emitter és a kollektor áramok egymáshoz kapcsolódó emitter áramátviteli együttható

at Ukb = konst.

Mindig ∆Ik < ∆Ie, és a = 0,9 – 0,999 modern tranzisztorok esetén.

A vizsgált sémában Ik = Ik0 + aIe »Ie. Ezért a közös bázisú bipoláris tranzisztor áramkörének alacsony az áramaránya. Ezért ritkán használják, főleg nagyfrekvenciás eszközökben, ahol feszültségerősítés szempontjából előnyösebb, mint mások.

A bipoláris tranzisztorok alapvető kapcsolóáramköre egy közös emitteres áramkör (3. ábra).

Rizs. 3. Bipoláris tranzisztor bekapcsolása a séma szerint közös emitterrel

Neki tovább Kirchhoff első törvénye felírhatjuk Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Tekintettel arra, hogy 1 — a = 0,001 — 0,1, van Ib << Ie » Ik.

Keresse meg a kollektoráram és az alapáram arányát:

Ezt az összefüggést nevezzük alapáram-átviteli együtthatónak... A = 0,99-nél b = 100-at kapunk. Ha az alapáramkörben jelforrás is szerepel, akkor ugyanaz a jel fog befolyni, de b-szeres árammal felerősítve. a kollektor áramkör, amely az Rk ellenálláson sokkal nagyobb feszültséget képez, mint a jelforrás feszültsége...

A bipoláris tranzisztor működésének értékelése impulzus- és egyenáramok, teljesítmények és feszültségek széles tartományában, valamint az előfeszítési áramkör, a stabilizáló mód, a bemeneti és kimeneti volt-amper karakterisztika (VAC) családok kiszámítása.

A bemeneti I — V karakterisztikák családja határozza meg a bemeneti áram (bázis vagy emitter) függőségét az Ube bemeneti feszültségtől Uk = const, ábra. 4, a) A tranzisztor bemeneti I — V karakterisztikája hasonló a közvetlen csatlakozású dióda I — V karakterisztikájához.

Az I — V kimeneti jellemzők családja megállapítja a kollektoráram függőségét a rajta áthaladó feszültségtől egy bizonyos bázis- vagy emitteráramnál (a közös emitterrel vagy közös bázissal rendelkező áramkörtől függően), 4. ábra. 4, b.

Rizs. 4. A bipoláris tranzisztor áram-feszültség jellemzői: a — bemenet, b — kimenet

Az elektromos n-p átmeneten kívül a Schottky fém-félvezető-sorompó átmenetet széles körben alkalmazzák a nagy sebességű áramkörökben. Az ilyen átmeneteknél nincs idő a töltések felhalmozódására és reszorpciójára az alapban, és a tranzisztor működése csak az akadálykapacitás újratöltési sebességétől függ.

Rizs. 5. Bipoláris tranzisztorok

A bipoláris tranzisztorok paraméterei

A fő paraméterek a tranzisztorok maximálisan megengedett működési módjának értékelésére szolgálnak:

1) legnagyobb megengedett kollektor-emitter feszültség (különböző tranzisztorokhoz Uke max = 10-2000 V),

2) legnagyobb megengedett kollektorteljesítmény disszipáció Pk max - szerinte a tranzisztorokat kis teljesítményűre (0,3 W-ig), közepes teljesítményűre (0,3 - 1,5 W) és nagy teljesítményre (1, 5 W-nál nagyobb) osztják, a közepes és nagy teljesítményű tranzisztorok gyakran speciális hűtőbordával vannak felszerelve - hűtőbordával,

3) a megengedett legnagyobb kollektoráram Ik max - 100 A-ig vagy több,

4) korlátozó áramátviteli frekvencia fgr (az a frekvencia, amelynél a h21 egyenlővé válik az egységgel), a bipoláris tranzisztorok ennek megfelelően vannak felosztva:

• alacsony frekvenciához - 3 MHz-ig,

• közepes frekvencia - 3-30 MHz,

• nagy frekvencia - 30-300 MHz,

• ultramagas frekvencia – több mint 300 MHz.

A műszaki tudományok doktora, L. A. Potapov professzor