- Принцип дії і пристрій біполярного транзистора
- нагрівання транзисторів
- Схеми підключення транзисторів
- Робота біполярного транзистора в різних режимах
Наши партнеры ArtmMisto
подробиці
Біполярний транзистор - являє собою напівпровідниковий пристрій з трьома електродами, складається він з двох pn переходів, перенесення електричних зарядів в них здійснюється двома видами носія - це електрони і дірки. Так як пристрій має 2 pn переходу то воно отримало назву "біполярний".
Він знайшов широке застосування в різних радіоелектронних пристроях призначених для генерації, посилення або перемикання (наприклад в логічних схемах).
Транзистор має 3 виведення які називаються наступним чином:
- база;
- колектор;
- емітер.
Ці три електрода підключаються до послідовних верствам напівпровідника з різним типом домішкової провідністю. Залежно від того як відбувається це чергування розрізняють транзистори npn і pnp типу. Скорочення n - означає negative електронний тип провідності, а p означає positive дірковий.
За принципом дії біполярний транзистор відрізняється від польового тим що перенесення заряду здійснюється носіями відразу двох типів, а саме електронами і дірками. Звідси і проізодітся назву "біполярний" від слова "бі" - "два".
; 
Електрод, який підключається до шару, розташованого в центрі називається "базою", а електроди які підключаються до зовнішніх шарів називаеют "емітером" і "колектором". За типом провідності ці емітерний і колекторний шари ні чим не відрізняються. Але в процесі виробництва транзисторів з метою поліпшення електричних параметрів вони помітні по мірі легування домішками.
Еммітер легується сильно, а колекторний слабо що сприяє зростанню допустимого напруги колектора. Значення пробійної зворотної напруги емітерного переходу нектретічно, так як в схемах зазвичай транзистори включають з прямосмещенного емітерним pn переходом.
Так як емітер легується сильніше то проісхоліт сильнішу инжекцию неосновних носіїв в шар бази. Що сприяє в зростання коефіцієнта передачі струму при включенні транзистора в схемі із загальною базою.
Площа коллекорного переходу робиться значно більше еммітерной, в слідстві чого досягається кращий приплив неосновних носіїв з шару бази і поліпшується коефіцієнти передачі.
Товщину базового шару намагаються робити якомога менше з метою підвищення частотних параметрів свого роду бистродейтсвія біполярного транзистора. Але є інша сторона крейди - при зниженні товщини шару бази зменшується максимальне (граничне) значення напруги колекторного переходу. Тому значення товщини бази вибирається найбільш оптимальним.
Принцип дії і пристрій біполярного транзистора
Спочатку в транзисторах в основному використовувався металевий германій, а зараз їх виготовляють з монокристалічних кремнію і арсеніду галію, прилади зроблені на основі арсеніду Галія володіють високою швидкодією і застосовуються в схемах СВЧ-підсилювачів, в швидкодіючих логічних схемах. Їх швидкодія пояснюється високою рухливістю носіїв в арсеніді галію.
Біполярний транзистор має 3 напівпровідникових шару, які легується різним чином: бази (Б), емітера (Е), колектора (К). Залежно від послідовності шарів провідності транзистори бувають з провідністю pnp і з npn.
Базовий шар розташований між двома іншими верствами і слабо легирован в результаті чого має великий опір. Площа контакту база-емітер менше ніж площа колектор-база. Це робиться з наступних причин:
- збільшення площі переходу колектор-база сприяє тому що неосновні носії з бази з більшою ймовірність захоплюються колектором, в робочому стані колекторний перехід включається з зворотним зміщенням;
- також велика площа сприяє більшому відведення тепла в процесі роботи;
Еммітерной перехід зазвичай включається в прямому напрямку (відкритий) а колекторний у зворотному (закритий).
Давайте розглянемо роботу транзистора типу npn, транзистор типу pnp працює точно також тільки в ньому основні носі ізаряда не електронний а дірки. У транзисторі npn типу електрони проходять через перехід емітер-база або други словами инжектируются. Частка цих "новоприбулих" електронів рекомбинирует з дірками - основними носіями заряду бази. Але в слідстві того що база у нас тонка і слаболегірованая тобто мало дірок то основна маса електронних переходить (дифундує) в облать колектора цей перехід обумовлений тим що електрони довго рекомбинируют з дірками в базі, також електричне поле колектора велике, тому відбувається захоплення електронів в колектор. Виходить що струм колектора практично дорівнює току емітера мінус невеликі втрати на рекомбінацію в базі. Ік = Іб-Iе.
База якраз і виконує роль вентиля, який перекриває потік електронів через транзистор. Для того щоб почати управління потрібно на висновок бази транзистора подати струм. Його називають струму бази. А напруга, прикладена до висновків емітера і бази, називають «напругою зміщення». Змінюючи цей струм (бази) ми тим самим змінюємо основний струм (колекторний) через транзистор.
нагрівання транзисторів
Протек через транзистор електронам надають великий опір вузли кристалічної решітки напівпровідників. Що призводить до його нагрівання. У малопотужних біполярних транзисторах цей нагрів не значний, і ні як не позначається на його роботі. А ось в потужних транзисторах, через які протікають великі струми, це нагрівання може призвести до його поломки. Для того щоб цьому запобігти застосовують радіатори.
Радіатори необхідні для відводу тепла від транзистора. Іноді з метою поліпшення тепловіддачі застосовують термопасту. Деякі радіатори мають на поверхні ребра. Ці ребра збільшують загальну поверхню. На деяких радіаторах встановлені вентилятори, який забезпечує безперервний потік повітря, і як наслідок відведення теплоти збільшується.
Схеми підключення транзисторів
Транзистор можна підключити 3-ма різними схемами:
- емітерна схема;
- базова схема;
- колекторна схема.
Робота транзистора в цих схемах різна.
Емітерна схема включення
Найбільш часто використовувана схема включення це емітерна схема. Включення транзистора за даною схемою забезпечує посилення по напрузі і по струму. Вхідний опір даної схеми невелика (близько сотень Ом) і високий вихідний опір (десятки кОм).
Колекторна схема включення
Даний схема має пристойну опір на вході і невеликий опір на виході. Вхідний опір даної схеми залежить від навантаження, яка у нас включена на виході і більше даного опору на підсилювальний коефіцієнт. Її доцільно застосувати джерелом вхідного сигналу з високим вихідний опір, наприклад, конденсаторний мікрофон або п'єзоелектричний звукознімач.
Базова схема включення
Дана схема використовується для посилення тільки напруги. Підсилювальний коефіцієнт по току, а точніше ставлення вихідного струму до вхідного завжди менше одиниці. Застосовується для посилення високих частот і має мінімальні рівні шумів вихідних сигналів, наприклад, в підсилювачах антен, де опір становить близько сотень Ом.
Робота біполярного транзистора в різних режимах
Транзистор в електричних схемах подключаеться по різному і має 4 основні режими роботи. Їх основна відмінність в напрямку струму, що протікає через перехід або зовсім відсутність електричного струму. Під переходом тут понімаеться область між двома p і n напівпровідниками.
активний режим
На переходжу Б - Е; (База-емітер); підключено пряму напругу, а на перехід Е-К (катод-колектор) підключено зворотне напряженіе.Усіленіе сигналу в цьому режимі максимальне. Цей режим є найбільш часто використовуваних.
насичений режим
На перехід Б - Е і перехід Б-К подані прямі напруги, переходи повністю відкриті.
відсічна режим
Режим роботи закритого транзистора, коли до переходи подано зворотна напруга .; Застосовується в схемах де потрібно два стану транзистора: "відкритий" або "закритий". Такі схеми називають ключовими.
режим інверсії
На перехід Е-К (колекторний перехід) Подя пряме напряденіе, а на Б - Е зворотне. Досить рідкісний режим роботи біполярного транзистора.
