Термин «биполярный транзистор» связан с тем, что в этих транзисторах употребляются носители зарядов 2-ух типов: электроны и дырки. Для производства транзисторов используют те же полупроводниковые материалы, что и для диодов.

В биполярных транзисторах при помощи трехслойной полупроводниковой структуры из полупроводников различной электропроводности создаются два p–n-перехода с чередующими типами электропроводности (p–n–p либо n–p–n).

Биполярные транзисторы конструктивно могут быть беcкорпусными (рис.1,а) (для внедрения, к примеру, в составе интегральных микросхем) и заключенными в типовой корпус (рис. 1,б). Три вывода биполярного транзистора именуются база, коллектор и эмиттер.

Рис. 1. Биполярный транзистор: а) p–n–p-структуры без корпуса, б) n–p–n-структуры в корпусе

Зависимо от общего вывода можно получить три схемы подключения биполярного транзистора: с общей базой (ОБ), общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ). Разглядим работу транзистора в схеме с общей базой, (рис. 2).

Рис. 2. Схема работы биполярного транзистора

Эмиттер инжектирует (поставляет) в базу главные носители, в нашем примере для полупроводниковых устройств n-типа ими будут электроны. Источники выбирают так, чтоб E2 >> E1. Резистор Rэ ограничивает ток открытого p–n-перехода.

При E1 = 0 ток через коллекторный переход мал (обоснован неосновными носителями), его именуют исходным коллекторным током Iк0. Если E1 > 0, электроны преодолевают эмиттерный p–n-переход (E1 включена в прямом направлении) и попадают в область базы.

Базу делают с огромным удельным сопротивлением (малой концентрацией примеси), потому концентрация дырок в базе низкая. Как следует, немногие попавшие в базу электроны рекомбинируют с ее дырками, образуя базисный ток Iб. Сразу в коллекторном p–n-переходе со стороны E2 действует много большее поле, чем в эмиттерном переходе, которое увлекает электроны в коллектор. Потому подавляющее большая часть электронов добиваются коллектора.

Эмиттерный и коллекторный токи связаны коэффициентом передачи тока эмиттера

при Uкб = const.

Всегда ∆Iк < ∆Iэ, а a = 0,9 — 0,999 для современных транзисторов.

В рассмотренной схеме Iк = Iк0 + aIэ » Iэ. Как следует, схема биполярного транзистора с общей базой обладает низким коэффициентом передачи тока. Из-за этого ее используют изредка, в главном в высокочастотных устройствах, где по усилению напряжения она лучше других.

Основной схемой включения биполярного транзистора является схема с общим эмиттером, (рис. 3).

Рис. 3. Включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером

Для нее по первому закону Кирхгофа можно записать Iб = Iэ – Iк = (1 – a)Iэ – Iк0 .

Беря во внимание, что 1 – a = 0,001 — 0,1, имеем Iб << Iэ » Iк .

Найдем отношение тока коллектора к току базы:

Это отношение именуют коэффициентом передачи тока базы. При a = 0,99 получаем b = 100. Если в цепь базы включить источник сигнала, то таковой же сигнал, но усиленный по току в b раз, будет протекать в цепи коллектора, образуя на резисторе Rк напряжение много большее, чем напряжение источника сигнала.

Для оценки работы биполярного транзистора в широком спектре импульсных и неизменных токов, мощностей и напряжений, также для расчета цепи смещения, стабилизации режима употребляются семейства входных и выходных вольтамперных черт (ВАХ ).

Семейство входных ВАХ устанавливают зависимость входного тока (базы либо эмиттера) от входного напряжения Uбэ при Uк = const, рис. 4,а. Входные ВАХ транзистора подобны ВАХ диодика в прямом включении.

Семейство выходных ВАХ устанавливает зависимость тока коллектора от напряжения на нем при определенном токе базы либо эмиттера (зависимо от схемы с общим эмиттером либо общей базой), рис. 4, б.

Рис. 4. Вольт-амперные свойства биполярного транзистора: а – входные, б – выходные

Не считая электронного перехода n–p, в быстродействующих цепях обширно употребляется переход на базе контакта металл–полупроводник – барьер Шоттки (Schottky). В таких переходах не затрачивается время на скопление и рассасывание зарядов в базе, и быстродействие транзистора зависит только от скорости перезарядки барьерной емкости.

Рис. 5. Биполярные транзисторы

Характеристики биполярных транзисторов

Для оценки очень допустимых режимов работы транзисторов употребляют главные характеристики:

1) очень допустимое напряжение коллектор–эмиттер (для разных транзисторов Uкэ макс = 10 — 2000 В),

2) очень допустимая мощность рассеяния коллектора Pк макс – по ней транзисторы делят на транзисторы малой мощности (до 0,3 Вт), средней мощности (0,3 — 1,5 Вт) и большой мощности (более 1,5 Вт), транзисторы средней и большой мощности нередко снабжаются особым теплоотводящим устройством – радиатором,

3) очень допустимый ток коллектора Iк макс – до 100 А и поболее,

4) граничная частота передачи тока fгр (частота, на которой h21 становится равным единице), по ней биполярные транзисторы делят:

— на низкочастотные – до 3 МГц,

— среднечастотные – от 3 до 30 МГц,

— высокочастотные – от 30 до 300 МГц,

— сверхвысокочастотные – более 300 МГц.

д.т.н., доктор Л. А. Потапов

Школа для электрика