Біпалярны транзістар — трохэлектродны паўправадніковы прыбор, разнавіднасць транзістара. Электроды далучаны да трох паслядоўна змешчаных слаёў паўправадніка з чаргаваным тыпам прымеснай праводнасці. Паводле гэтага спосаба чаргавання распазнаюць n-p-n і p-n-p транзістары (n (negative) — электронный тып прымеснай праводнасці, p (positive) — дзіркавы).

Электрод, які далучаны да цэнтральнага слою, называюць базай, электроды, якія падключаны да вонкавых слаёў, называюць калектарам і эмітарам. На простай схеме адрозненні паміж калектарам і эмітэрам не бачныя. На самай справе калектар адрозніваецца ад эмітэра, галоўнае адрозненне калектара — большая плошча p — n-перахода. Акрамя гэтага, для работы транзістара абавязкова неабходна малая таўшчына базы.

Прынцып дзеяння транзістара

У гэтым абзацы будзе спрошчанае тлумачэнне. Біпалярны транзістар мае 3 кантакты: эмітар(выпраменьвальнік, аддае ток ад крыніцы сілкавання), калектар(прымач, зборшчык, прымае ток ад калектара) і база(кіруе токам, для крамянёвых транзістараў злучае калектар з эмітарам пры напружанні 0.7В, для германіевых 0.3В, пры меньшых напружаннях калектар не атрымоўвае току ад эмітара). Для npn транзістара на эмітар накіроўваецца мінус крыніцы сілкавання, з калектара здымаецца таксама мінус, і на прыладу аддаецца мінус. База кіруецца плюсам. Для pnp калектар і эмітар плюс, база кіруецца мінусам. Гэта робіць магчымасць мяняць з дапамогай біпалярнага транзістара плюсавы кантакт кіравання на мінусавы і наадварот. Другімі словамі біпалярны транзістар гэта электронная кнопка, якая кіруецца зваротным адносна уваходу і выхаду напружаннем. На першы погляд такая прылада не можа рабіць інверсію сігналу(калі на ўваходзе 0 вольт, аддаваць на выхад +5 вольт, калі на ўваходзе +5 вольт, аддаваць на выхад 0 вольт), але з дапамогай рэзістара на калектары можна зрабіць так каб увесь ток праходзіў праз адкрыты транзістар і не трапляў на выхад(бо супраціў адкрытага транзістара амаль як у правадніка, а прылада, далучаная да выхаду, звычайна мае невялікі супраціў), а пры закрытым транзістары праходзіў хоць і з супрацівам, але толькі праз рэзістар:

Інверсія з дапамогай біпалярнага транзістару

Гэта дае магчымасць рабіць лічбавыя NOR элементы, і было выкарыстана ў кампьютары AGC, які кіраваў першым палётам чалавека на Месяц. Далей будзе абгрунтаванне на ўзроўні атамаў.

У актыўным рэжыме работы транзістар уключаны так, што яго эмітарны пераход зрушаны ў прамым напрамку (адчынены), а калектарны пераход зрушаны ў адваротным напрамку. Разглядзім n-p-n транзістар [1]. У n-p-n транзістары электроны — асноўныя носьбіты току ў эмітары — праходзяць праз адкрыты пераход эмітар-база ў вобласць базы. Частка гэтых электронаў рэкамбінуюць з асноўнымі носьбітамі зараду ў базе (дзіркамі), частка дыфундуе назад у эмітар[2]. Аднак, з-за таго што базу робяць вельмі тонкай і вельмі слаба легіраванай, большая частка электронаў, інжэктаваная з эмітара, дыфундуе ў вобласць калектара. Магутнае электрычнае поле адваротна зрушанага калектарнага пераходу захоплівае электроны (нагадаем, што яны — неасноўныя носьбіты ў базе, таму для іх пераход адчынены), і прыносіць іх у калектар. Ток калектара, такім чынам, практычна роўны току эмітара, за выключэннем невялікай страты на рэкамбінацыю ў базе, якая і стварае ток базы (Iэ=Iб + Iк). Каэфіцыент α, які звязвае ток эмітара і ток калектара (Iк = α Iэ), называецца каэфіцыентам перадачы тока эмітара. Звычайна ён роўны α=(0.9 — 0.999) (чым большы каэфіцыент, тым лепш транзістар). Гэты каэфіцыент мала залежыць ад напружання калектар-база і база-эмітар. Таму ў шырокім дыяпазоне рабочых напружанняў ток калектара прапарцыянальны току базы, каэфіцыент прапарцыйнасці роўны β = α / (1 − α) (звычайна β=(10 − 1000). Такім чынам, змяняючы малы ток базы, можна кіраваць значна большым токам калектара.

Характарыстыкі транзістара як чатырохполюсніка

У большасці электрычным схем транзістар выкарыстоўваецца ў якасці чатырохполюсніка (прыстасавання, якое мае два ўваходных і два выходных вывады), з-за таго, што транзістар мае толькі тры вывады, для яго выкарыстоўванне ў якасці чатырохполюсніка патрэбна адзін з вывадаў транзістара зрабіць агульным для ўваходнага і выходнага ланцугоў. Адпаведна адрозніваюць тры схемы ўключэння транзістара: схемы з агульнай базай (АБ), агульным эмітарам (АЭ) і агульным калектарам (АК). Для разліку контураў з біпалярнымі транзістарамі ў наш час выкарыстоўвают h-параметры: транзістар уяўляюць як чатырохполюснік і запісваюць ураўненні чатырохполюсніка ў h-параметрах. Каэфіцыенты чатырохполюсніка (h-параметры) выражаюцца наступным чынам: h11=Uбэ/Iб пры Uкэ=const — уваходнае супраціўленне Rвх, Ом; h12=Uбэ/Uкэ пры Iб=const — безразмерны каэфіцыент зваротнай сувязі па напружанню; h21=Iк/Iб пры Uкэ=const — безразмерны каэфіцыент перадачы току (β); h22=Iк/Uкэ пры Iб=const — выходная праводнасць (1/Rвых)

Схемы ўключэння з агульнай базай, агульным эмітарам і агульным калектарам

Схема ўключэння з агульнай базай

Схема з агульнай базай

Любая схема ўключэння транзістара характарызуецца двума асноўнымі паказчыкамі:

  • каэфіцыент узмацнення па току Iвых/Iув.

Для схемы з агульнай базай Iвых/Iув=Iк/Iэ=α [α<1])

  • уваходнае супраціўленне Rувб=Uув/Iув=Uбэ/Iэ.

Уваходнае супраціўленне для схемы э агульнай базай малое і складае дзясяткі Ом, таму што ўваходны контур транзістара пры гэтым уяўляе сабою адчынены эмітарны пераход транзістара.

Недахопы схемы з агульнай базай:

  • Схема не ўзмацняе ток, таму што α < 1
  • Малое ўваходнае супраціўленне
  • Дзве розныя крыніцы напружання для сілкавання.

Перавагі:

  • Добрыя тэмпературныя і частотныя ўласцівасці.
Схема ўключэння з агульным эмітарам Iвых = Iк Iвх = Iб Uвх = Uбэ Uвых = Uкэ.

Схема ўключэння з агульным эмітарам

  • Каэфіцыент узмацнення па току:  Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
  • уваходнае супраціўленне: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб

Перавагі:

  • Вялікі каэфіцыент узмацнення па току
  • Вялікі каэфіцыент узмацнення напружання
  • Найбольшае ўзмацненне магутнасці.
  • Магчыма абыйсціся адной крыніцай сілкавання
  • Выходнае пераменнае напружанне інвертуецца адносна ўваходнага

Недахопы:

  • Меншая тэмпературная стабільнасць. Частотныя ўласцівасці такога ўключэння ў параўнанні з схемай уключэння з агульнай базай значна горшае, што абумоўлена эфектам Міллера
Схема ўключэння з агульным калектарам Iвых = Iэ Iвх = Iб Uвх = Uбк Uвых = Uкэ.

Схема ўключэння з агульным калектарам

  • Каэфіцыент узмацнення па току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
  • уваходнае супраціўленне: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Перавагі:

  • Вялікае ўваходнае супраціўленне
  • Малае выходнае супраціўленне

Недахопы:

  • Каэфіцыент узмацнення па напружанню меншы за 1

Рэжымы работы транзістараў

Актыўны рэжым (нармальны актыўны рэжым) — рэжым, якому адпавядае адчынены стан эмітарнага пераходу і зачынены стан калектарнага пераходу:UЭБ>0; UКБ<0 (для транзістара n-p-n тыпа), для транзістара p-n-p тыпа умовы имець від UЭБ<0; UКБ>0.

Інверсны рэжым (інверсны актыўны рэжым) — рэжым, якому адпавядае адчынены стан калектарнага пераходу і зачынены стан эмітарнага пераходу. У сувязі з тым, што ўзмацняльныя ўласцівасці транзістара ў інверсным рэжыме значна горшыя, чым у актыўным рэжыме, транзістар у інверсным рэжыме практычна не выкарыстоўваецца.

Режым насычання — рэжым, у якім абодва пераходы транзістара знаходзяцца ў адчыненым стане. У гэтым рэжыме і эмітар, і калектар інжэктуюць электроны ў базу, у выніку гэтага ў структуры працякаюць два сустрэчных скразных струмені электронаў (нармальны і інверсны). Ад суадносін гэтых струменяў залежыць напрамак токаў, якія цякуць у контурах эмітара і калектара. У выніку двайной інжэкцыі база транзістара вельмі моцна насычаецца залішнімі электронамі, з-за чаго ўзмацняецца іх рэкамбінацыя з дзіркамі, і рэкамбінацыйны ток базы аказваецца значна вышэй, чым у актыўным або інверсным рэжымах.

Трэба таксама сказаць, што ў сувязі з насыченнем базы транзістара і яго пераходаў залішнімі носьбітамі зараду, іх супраціўленне становіцца вельмі малым. Таму контуры, якія ўтрымліваюць транзістар ў рэжыме насычэння, можна лічыць каротказамкнутымі. Калі браць да ўвагі тое, што ў рэжыме насычэння напружанне паміж электродамі транзістара складае ўсяго некалькі дзясятых далей вольта, то лічаць, што ў гэтым рэжыме транзістар уяўляе сабою эквіпатэнцыяльны пункт.

Рэжым адсечкі — рэжым, у якім абодва пераходы транзістара знаходзяцца ў зачыненым стане.

Рэжым адсечкі адпавядае ўмове UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0.[3]

Бар’ерны рэжым — рэжым у якім база транзістара злучаны з калектарам, а ў калектарны або эмітарны ланцуг транзістара ўключаецца рэзістар, які задае ток праз транзістар. У такшм злучынні транзістар уяўляе сабой своеасаблівы дыёд, уключаны паслядоўна з рэзістарам. Такія схемы каскадаў адрозніваюцца малой колькасцю камплектуючых, вялікім дыяпазонам тэмператур, неадчувальнасцю да параметраў транзістараў.

Зноскі

  1. ↑ усё ніжэй напісанае паўтараецца абсалютна аналагічна ў выпадку з p-n-p транзістарам, толькі словы «электроны» замяняецца на «дзіркі», і наадварот, а таксама с заменай усіх напружанняў на супрацьлеглыя па знаку
  2. ↑ Лаврентьев Б. Ф. Схемотехника электронных средств. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — С. 53—68. — 336 с. — ISBN 978-5-7695-5898-6.
  3. ↑ Физические основы электроники: метод. указания к лабораторным работам / сост. В. К. Усольцев. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. — 50 с.:ил.

Літаратура

  • Спиридонов Н. С. Основы теории транзисторов. — К.: Техника, 1969. — 300 с
  • Кулешов В. Н., Удалов Н. Н., Богачев В. М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.