Bipoliniai tranzistoriai

Terminas „dvipolis tranzistorius“ yra susijęs su tuo, kad šiuose tranzistoriuose naudojami dviejų tipų krūvininkai: elektronai ir skylės. Tranzistorių gamybai naudojamos tos pačios puslaidininkinės medžiagos kaip ir diodai.

Dvipoliuose tranzistoriuose naudojama trisluoksnė puslaidininkių struktūra, pagaminta iš puslaidininkių skirtingas elektros laidumas sukuriamos dvi p — n sandūros su kintamo tipo elektros laidumu (p — n — p arba n — p — n).

Dvipoliai tranzistoriai gali būti struktūriškai nesupakuoti (1 pav., a) (skirti naudoti, pavyzdžiui, kaip integrinių grandynų dalis) ir įprastu atveju uždaryti (1 pav., b). Trys bipolinio tranzistoriaus kontaktai vadinami baze, kolektoriumi ir emiteriu.

Ryžiai. 1. Dvipolis tranzistorius: a) p-n-p-struktūros be paketo, b) n-p-n-struktūros pakuotėje

Priklausomai nuo bendros išvados, galite gauti tris dvipolio tranzistoriaus prijungimo schemas: su bendra baze (OB), bendru kolektorius (OK) ir bendru emiteriu (OE). Panagrinėkime tranzistoriaus veikimą bendros bazės grandinėje (2 pav.).

Ryžiai. 2. Dvipolio tranzistoriaus schema

Emiteris įleidžia (pateikia) į bazę bazinius nešiklius, mūsų n tipo puslaidininkinio įrenginio pavyzdyje tai bus elektronai. Šaltiniai parenkami taip, kad E2 >> E1. Rezistorius Re riboja atviros p — n sandūros srovę.

Esant E1 = 0, srovė per kolektoriaus mazgą yra maža (dėl mažumos nešėjų), ji vadinama pradine kolektoriaus srove Ik0. Jei E1> 0, elektronai įveikia emiterio p — n sandūrą (E1 įsijungia į priekį) ir patenka į šerdies sritį.

Pagrindas pagamintas su dideliu atsparumu (maža nešvarumų koncentracija), todėl pagrindo skylių koncentracija yra maža. Todėl keli elektronai, patekę į bazę, rekombinuojasi su jos skylutėmis, sudarydami bazinę srovę Ib. Tuo pačiu metu kolektoriaus p — n sandūroje E2 pusėje veikia daug stipresnis laukas nei emiterio sandūroje, kuris pritraukia elektronus į kolektorių. Todėl dauguma elektronų pasiekia kolektorių.

Emiterio ir kolektoriaus srovės yra susiję emiterio srovės perdavimo koeficientas

at Ukb = konst.

Ar visada ∆Ik < ∆Ie, o a = 0,9 — 0,999 šiuolaikiniams tranzistoriams.

Nagrinėjamoje schemoje Ik = Ik0 + aIe »Ie. Todėl grandinės Bendro pagrindo bipolinis tranzistorius turi mažą srovės santykį. Todėl jis retai naudojamas, daugiausia aukšto dažnio įrenginiuose, kur, atsižvelgiant į įtampos padidėjimą, jis yra geresnis už kitus.

Pagrindinė dvipolio tranzistoriaus perjungimo grandinė yra bendro emiterio grandinė (3 pav.).

Ryžiai. 3. Dvipolio tranzistoriaus įjungimas pagal schemą su bendru emiteriu

Už ją Pirmasis Kirchhoffo dėsnis galime parašyti Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Atsižvelgiant į tai, kad 1 — a = 0,001 — 0,1, turime Ib << Ie » Ik.

Raskite kolektoriaus srovės ir bazinės srovės santykį:

Šis ryšys vadinamas baziniu srovės perdavimo koeficientu... Esant a = 0,99, gauname b = 100. Jei į bazinę grandinę įtrauktas signalo šaltinis, tai tas pats signalas, tik sustiprintas srove b kartų, pateks į vidų. kolektoriaus grandinė, formuojanti įtampą rezistoriuje Rk, daug didesnę nei signalo šaltinio įtampa...

Įvertinti dvipolio tranzistoriaus veikimą plačiame impulsinių ir nuolatinės srovės srovių, galių ir įtampų diapazone bei apskaičiuoti poslinkio grandinę, stabilizavimo režimą, įėjimo ir išėjimo volt-amper charakteristikų (VAC) šeimas.

Įėjimo I — V charakteristikų šeima nustato įėjimo srovės (bazės arba emiterio) priklausomybę nuo įėjimo įtampos Ube, kai Uk = const, pav. 4, a. Tranzistoriaus įėjimo I — V charakteristikos yra panašios į tiesioginio prijungimo diodo I — V charakteristikas.

Išėjimo I — V charakteristikų šeima nustato kolektoriaus srovės priklausomybę nuo įtampos, esančios jame tam tikroje bazėje arba emiterio srovėje (priklausomai nuo grandinės su bendru emiteriu arba bendra baze), pav. 4, b.

Ryžiai. 4. Bipolinio tranzistoriaus srovės-įtampos charakteristikos: a — įėjimas, b — išėjimas

Be elektrinės n-p jungties, didelės spartos grandinėse plačiai naudojama Schottky metalo-puslaidininkio-barjerinės jungtis. Tokiuose perėjimuose neskiriamas laikas krūvių kaupimui ir rezorbcijai bazėje, o tranzistoriaus veikimas priklauso tik nuo barjerinės talpos įkrovimo greičio.

Ryžiai. 5. Dvipoliai tranzistoriai

Bipolinių tranzistorių parametrai

Pagrindiniai parametrai naudojami maksimaliems leistiniems tranzistorių darbo režimams įvertinti:

1) didžiausia leistina kolektoriaus-emiterio įtampa (skirtingiems tranzistoriams Uke max = 10–2000 V),

2) didžiausia leistina kolektoriaus galios sklaida Pk max — anot jo, tranzistoriai skirstomi į mažos galios (iki 0,3 W), vidutinės galios (0,3 — 1,5 W) ir didelės galios (daugiau nei 1,5 W), vidutinės ir didelės galios tranzistoriai dažnai būna su specialiu aušintuvu – aušintuvu,

3) didžiausia leistina kolektoriaus srovė Ik max – iki 100 A ir daugiau,

4) ribojantis srovės perdavimo dažnis fgr (dažnis, kai h21 tampa lygus vienetui), pagal jį skirstomi dvipoliai tranzistoriai:

• žemam dažniui - iki 3 MHz,

• vidutinis dažnis - nuo 3 iki 30 MHz,

• aukštas dažnis - nuo 30 iki 300 MHz,

• itin aukštas dažnis – daugiau nei 300 MHz.

Technikos mokslų daktaras, profesorius L. A. Potapovas