Устройство и принцип действия биполярного транзистора. Биполярным транзистором называют полу проводниковый прибор имеющий два взаимодействующих между собой p-n перехода. Технология изготовления биполярных транзисторов может быть различной – сплавление, диффузия и т.д. это в значительной мере определяет характеристики прибора.
В зависимости от последовательности чередования областей с различным типом проводимости различают n-p-n транзисторы и p-n-p транзисторы. Средняя часть рассматриваемых структур рассматриваемых структур называется базой, одна крайняя область называется коллектором другая эмиттером в несимметричных структурах.
Электрод базы располагается ближе к эмиттеру, а ширина базы зависит от частотного диапазона транзистора и с повышением частоты уменьшается. В зависимости от полярности напряжений, приложенных к электродам транзистора, различают следущие режимы его работы: линейный (усилительный), насыщения, отсечки и инверсный.
В линейном режиме работы транзистора эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении, а в режиме отсечки — в обратном. И, наконец, в инверсном режиме коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный — в обратном. Кроме рассмотренных режимов возможен еще один режим, который является не рабочим, а аварийным — это режим пробоя.
Работа транзистора основана на управлении токами электродов в зависимости от приложенных к его переходам напряжений. В линейном режиме, когда переход база-эмиттер открыт благодаря приложенному к нему напряжению Е,= t/бэ, через него протекает ток базы 1ц. Протекание тока базы приводит к ин-жекции зарядов из области коллектора в область базы, причем ток коллектора определяется как i^=Bi„ где В — коэффициент передачи тока базы. Прямое напряжение С/бэ на эмиттерном переходе связано с током коллектора уравнением Эберса — Молла
Возможно вы искали - Реферат: Біологічна дія іонізуючого випромінювання
i к = Ik б.о ( eU бз/ j т -1), (4.1)
где I кб.о — обратный ток коллекторного перехода при его обратном смещении, (jт -— тепловой потенциал.
Из уравнения (4.1) следует, что при прямом смещении эмиттерного перехода и выполнении условия 1/бэ><рг, ток коллектора растет с ростом напряжения 1/вэ по экспоненциальному закону:
i к = Ik б.о eU бз/ j т , (4.2)
где eU бз/ j т — контактная разность потенциалов.
Похожий материал - Реферат: Большое каноническое распределение Гиббса
При изменении полярности напряжения на эмиттерном переходе транзистор переходит в режим отсечки и ток коллектора равен обратному току коллекторного перехода Л.обр^кв.о. Из уравнения (4.1) легко найти напряжение на эмиттерном переходе
Uбэ = j т ln ( Ik / I кб.о +1), (4.3)
Поскольку фт =25мВ при Г=ЗООК, то уже при напряжении [/аэ^ЮОмВ можно считать, что (/в^= <Pтln(^к/^кб.o) Выходные вольт-амперные характеристики транзистора приведены на рис. 4.2 о. Линейная область на этих характеристиках отмечена штриховой линией. Транзистор будет находиться в линейной области, если напряжение на коллекторе достаточно большое и выходит за границу штриховой линии.
Отметим некоторые особенности характеристик транзистора в линейной области. Во-первых, приращение тока коллектора пропорционально изменению тока базы. Во-вторых, ток коллектора почти не зависит от напряжения на коллекторе. В-третьих, напряжение на базе не зависит от напряжения на коллекторе и слабо зависит от тока базы.
Из сказанного следует, что в линейном режиме транзистор для малых приращений тока базы можно заменить источником тока коллектора, управляемого током базы. При этом, если пренебречь падением напряжения между базой и эмиттером, то можно считать этот переход коротким замыканием. В результате для линейного режима можно использовать простейшую модель транзистора, приведенную на рис. 4.3 а.
Очень интересно - Учебное пособие: Будова атомів металів
Пользуясь этой моделью, можно легко рассчитать коэффициент усиления каскада, изображенного на рис. 4.3 б. Заменяя транзистор его моделью, получим эквивалентную схему, изображенную на рис. 4.3 в. Для этой формулы находим ik = Uc /Rб ; ik =Bi б Uk = ik Rn = Biб Rn откуда
UcBR » Un = Uc BRn / Rб или Kn = Rn / Rб
Если необходимо сделать расчет более точным, то модель транзистора можно усложнить введением других параметров, которые не учитывались при составлении схемы. Схеме замещения соответствуют уравнения, которые называются уравнениями транзистора в Я-параметрах
U б j = H 11 i б + H 12 Uk j
Ik = H 21 i б + H 22 Uk j .
Вам будет интересно - Доклад: В преддверии новой физики
Физический смысл параметров, приведенных в системе уравнений (4.4), можно легко установить, если воспользоваться режимами холостого хода на входе схемы и короткого замыкания на ее выходе.
При холостом ходе на входе г'б=0, откуда находим два параметра
H12 = U б j / Uk j иH22 = ik / Uk j (4.5)
Аналогично при коротком замыкании на выходе (и^=0) находим два других параметра
H11 = U б j / i б и H 21 = ik / i б (4.6)
Похожий материал - Реферат: Ватметри низької частоти
Параметры холостого хода в соответствии с (4.5) обозначаются как: Я^ — обратная передача по направлению и Нц — выходная проводимость. Параметры короткого замыкания определяются из (4.6) и имеют значения: Яц — входное сопротивление, Н^ — прямая передача по току.
Так, при Яц=Я)2=Ям=0
Отметим, что в справочниках по транзисторам обычно приводятся не все четыре Я-параметра, а только некоторые из них. Обязательно приводится параметр Нц=В — коэффициент передачи по току, а остальные, если они не приводятся, иногда можно рассчитать по уравнениям (4.5) и (4.6).
Для перехода из линейного режима в режим насыщения необходимо увеличивать ток базы до тех пор, пока напряжение на коллекторе не понизится до такого значения, при котором произойдет' отпирание коллекторного перехода. Такая ситуация может возникнуть в схеме рис. 4.3 б, когда в коллекторной цепи включено сопротивление нагрузки R^. В этом случае увеличение тока базы ^ приведет к увеличению тока коллектора г„- В результате увеличится падение напряжения на нагрузке R» и уменьшится напряжение на коллекторе м„э. Условием насыщения транзистра является равенство нулю напряжения