Курс электрических цепей. Примеры расчета

Полупроводниковые транзисторы

Типы транзисторов

Транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с электронно дырочными переходами, пригодный для усиления мощности и имеющий три или более выводов. Транзистор с двумя переходами и тремя выводами часто называют полупроводниковым триодом. Цепь одного из выводов транзистора является входной (управляющей), а цепь другого выходной (управляемой). Такой транзистор представляет собой систему  или , полученную в одном монокристалле полупроводника. Переходы p n делят кристалл на три области, причем средняя область имеет тип электропроводности, противоположный крайним областям. В транзисторе среднюю область называют базой, а крайние эмиттером и коллектором. Отделяющие базу переходы называют эмиттерным и коллекторным (рис. 14.1). Каждый из переходов транзистора можно включить в прямом или обратном направлении.

 

    

 Rк

 IЭ IБ IК

  +  +

 Ббаза, Кколлектор, Ээмиттер 

Рис. 14.1

У реального транзистора с плоскостными переходами площадь коллектора больше площади эмиттера. Такая конструкция позволяет коллектору собирать даже те неосновные носители заряда, которые передвигаются от эмиттера под некоторым углом к оси транзистора. Площадь эмиттерного перехода определяет активную часть базовой области.

В зависимости от механизма прохождения носителей заряда в области базы (от эмиттера к коллектору) транзисторы разделяют на бездрейфовые и дрейфовые. В бездрейфовых транзисторах перенос неосновных носителей заряда через базовую область осуществляется в основном посредством диффузии. Такие транзисторы обычно получают методом сплавления. В дрейфовых транзисторах в области базы путем специального распределения примесей создается внутреннее электрическое поле и перенос неосновных носителей заряда через базу осуществляется в основном посредством дрейфа. Такие транзисторы обычно получают методом диффузии примесей.

 Рабочими носителями заряда в транзисторе могут быть дырки или электроны. В соответствии с этим различают транзисторы  типа и транзисторы  типа.

14.2. Способы включения и статические характеристики транзистора

Транзистор можно включить в схему тремя различными способами. Они:

общей базой (рис. 14.2а);

общим эмиттером (рис. 14.2б);

общим коллектором (рис. 14.2в).

Рис. 14.2

Для схемы с общей базой ток колектора состоит из составляющей эмиттерного тока , которая имеет направление, противоположное току  и остаточного тока коллектора , который мало отличается от тока запирання диода: 

 , (14.1)

где А коэффициент усиления постоянного тока в схеме с общей базой

 , (14.2)

т.е. усиление постоянного тока в схеме с общей базой всегда меньше единицы.

 Ток коллектора  это ток запирання, который наблюдается при , т.е. если не подключен третий электрод эмиттер. Составляющая  может управляться током эмиттера , а остаточный ток  не зависит от тока эмиттера, т.е. образует неуправляемую часть тока. Для маломощных германиевых транзисторов остаточный ток примерно равен 10 мкА.

Зависимость  определим следующим путем. С учетом равенства

.  (14.3)

исключим ток  из (14.1) преобразовав (14.2)

 . (14.4)

Последнее уравнение (14.4) имеет структуру, сходную с (14.1). Коэффициентом усиления постоянного тока В для схемы с общим эмиттером теперь служит величина:

 , (14.5)

при этом ток коллектора:

  . (14.6)

Ток базы  усиливается в В раз. Например, если , то из (14.5) получаем , т.е. ток базы усиливается в 49 раз.

В схеме с общим эмиттером получается не только усиление напряжения, но и усиление тока.

Сравнивая три основних типа транзисторных схем приводим типичные значения коэффициентов усиления и сопротивлений, которые могут быть обеспечены при помощи этих схем (таблица 14.1).

 

Коэффициент усиления по току    

 

Коэффициент усиле   

ния по напряжению

Входное сопротивлени   

Выходное сопротивл   

 Варикап – полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости  – перехода от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов

 Полевым транзистором называют электропреобразовательный прибор, в котором ток канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и стоком, и который предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.

 Тиристором называют полупроводниковый прибор с тремя (или более) переходами, вольтамперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для переключения.


Импульсные и цифровые устройства