Bipolāri tranzistori
Termins "bipolārais tranzistors" ir saistīts ar faktu, ka šajos tranzistoros tiek izmantoti divu veidu lādiņu nesēji: elektroni un caurumi. Tranzistoru ražošanai tiek izmantoti tie paši pusvadītāju materiāli, kas tiek izmantoti diodes.
Bipolāros tranzistoros tiek izmantota trīsslāņu pusvadītāju struktūra, kas izgatavota no pusvadītājiem dažāda elektrovadītspēja tiek izveidoti divi p — n krustojumi ar mainīgiem elektrovadītspējas veidiem (p — n — p vai n — p — n).
Bipolāri tranzistori var būt strukturāli neiepakoti (1. att., a) (izmantošanai, piemēram, kā integrālo shēmu daļa) un tipiskā gadījumā slēgti (1. att., b). Trīs bipolārā tranzistora tapas sauc par bāzi, kolektoru un emitētāju.
Rīsi. 1. Bipolārais tranzistors: a) p-n-p-struktūras bez iepakojuma, b) n-p-n-struktūras iepakojumā
Atkarībā no vispārējā secinājuma, jūs varat iegūt trīs savienojuma shēmas bipolārajam tranzistoram: ar kopēju bāzi (OB), kopējo kolektoru (OK) un kopējo emitētāju (OE). Apskatīsim tranzistora darbību kopējās bāzes shēmā (2. att.).
Rīsi. 2. Bipolārā tranzistora shēma
Emitētājs ievada (piegādā) bāzē bāzes nesējus, mūsu n-tipa pusvadītāju ierīces piemērā tie būs elektroni. Avoti ir izvēlēti tā, lai E2 >> E1. Rezistors Re ierobežo atvērtā p — n savienojuma strāvu.
Pie E1 = 0 strāva caur kolektora mezglu ir maza (mazākuma nesēju dēļ), to sauc par sākotnējo kolektora strāvu Ik0. Ja E1> 0, elektroni pārvar emitētāja p — n savienojumu (E1 ieslēdzas virzienā uz priekšu) un nonāk serdes reģionā.
Pamatne ir izgatavota ar augstu pretestību (maza piemaisījumu koncentrācija), tāpēc urbumu koncentrācija pamatnē ir zema. Tāpēc daži elektroni, kas nonāk bāzē, rekombinējas ar tās caurumiem, veidojot bāzes strāvu Ib. Tajā pašā laikā kolektora p — n pārejā E2 pusē iedarbojas daudz spēcīgāks lauks nekā emitera pārejā, kas piesaista kolektoram elektronus. Tāpēc lielākā daļa elektronu sasniedz kolektoru.
Emitera un kolektora strāvas ir saistīti emitētāja strāvas pārvades koeficienti
pie Ukb = konst.
Vienmēr ir ∆Ik < ∆Ie, un mūsdienu tranzistoriem a = 0,9 — 0,999.
Aplūkotajā shēmā Ik = Ik0 + aIe »Ie. Tāpēc ķēdei Kopējā bāzes bipolārais tranzistors ir zems strāvas koeficients. Tāpēc to izmanto reti, galvenokārt augstfrekvences ierīcēs, kur sprieguma pieauguma ziņā tas ir labāks par citiem.
Bipolārā tranzistora pamata komutācijas ķēde ir kopējā emitētāja ķēde (3. att.).
Rīsi. 3. Bipolārā tranzistora ieslēgšana saskaņā ar shēmu ar kopējo emitētāju
Viņai tālāk Kirhhofa pirmais likums varam uzrakstīt Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.
Ņemot vērā, ka 1 — a = 0,001 — 0,1, mums ir Ib << Ie » Ik.
Atrodiet kolektora strāvas attiecību pret bāzes strāvu:
Šo attiecību sauc par bāzes strāvas pārneses koeficientu... Pie a = 0,99, mēs iegūstam b = 100. Ja bāzes ķēdē ir iekļauts signāla avots, tad tas pats signāls, bet pastiprināts ar strāvu b reizes, ieplūdīs iekšā. kolektora ķēde, veidojot spriegumu uz rezistora Rk daudz lielāku par signāla avota spriegumu...
Novērtēt bipolārā tranzistora darbību plašā impulsu un līdzstrāvas strāvu, jaudu un spriegumu diapazonā un aprēķināt nobīdes ķēdi, stabilizēšanas režīmu, ieejas un izejas volt-ampēru raksturlielumu (VAC) saimes.
Ieejas I — V raksturlielumu saime nosaka ieejas strāvas (bāzes vai emitētāja) atkarību no ieejas sprieguma Ube pie Uk = const, att. 4, a) Tranzistora ieejas I — V raksturlielumi ir līdzīgi tiešā savienojuma diodes I — V raksturlielumiem.
Izejas I — V raksturlielumu saime nosaka kolektora strāvas atkarību no sprieguma pār to noteiktā bāzē vai emitētāja strāvā (atkarībā no ķēdes ar kopēju emitētāju vai kopīgu bāzi), att. 4, b.
Rīsi. 4. Bipolārā tranzistora strāvas-sprieguma raksturlielumi: a — ieeja, b — izeja
Papildus elektriskajam n-p savienojumam ātrgaitas ķēdēs plaši tiek izmantots Šotkija metāla-pusvadītāju-barjeras savienojums. Šādās pārejās netiek atvēlēts laiks lādiņu uzkrāšanai un rezorbcijai bāzē, un tranzistora darbība ir atkarīga tikai no barjeras kapacitātes uzlādes ātruma.
Rīsi. 5. Bipolāri tranzistori
Bipolāro tranzistoru parametri
Lai novērtētu maksimāli pieļaujamos tranzistoru darbības režīmus, tiek izmantoti galvenie parametri:
1) maksimālais pieļaujamais kolektora-emitera spriegums (dažādiem tranzistoriem Uke max = 10 - 2000 V),
2) maksimālā pieļaujamā kolektora jaudas izkliede Pk max — pēc viņa teiktā, tranzistori iedala mazjaudas (līdz 0,3 W), vidējas jaudas (0,3 — 1,5 W) un lieljaudas (vairāk nekā 1,5 W), vidējas un lielas jaudas tranzistori bieži ir aprīkoti ar īpašu radiatoru - radiatoru,
3) maksimālā pieļaujamā kolektora strāva Ik max — līdz 100 A un vairāk,
4) ierobežojošā strāvas pārraides frekvence fgr (frekvence, pie kuras h21 kļūst vienāda ar vienotību), bipolāri tranzistori tiek sadalīti atbilstoši tam:
- zemai frekvencei - līdz 3 MHz,
- vidēja frekvence - no 3 līdz 30 MHz,
- augsta frekvence - no 30 līdz 300 MHz,
- īpaši augsta frekvence - vairāk nekā 300 MHz.
Tehnisko zinātņu doktors, profesors L.A. Potapovs