Принцип работы транзистора биполярного: Биполярные транзисторы. For dummies / Хабр

Биполярные транзисторы. For dummies / Хабр

Предисловие

Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.

Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры.

И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.

Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.

В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) —

или электроны, или дырки.

Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.

Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.

Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (

ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но б

ольшая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.

Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.

Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.

е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.

Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.

Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.

Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.

Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.

Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется

граничной.

Также параметрами биполярного транзистора являются:

• обратный ток коллектор-эмиттер
• время включения
• обратный ток колектора
• максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Режимы работы биполярного транзистора

Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.

1. Инверсный активный режим. Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
2. Режим насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
3. Режим отсечки. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
4. Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.

Схемы включения биполярных транзисторов

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

Схема включения с общим эмиттером

Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.

Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.

Схема включения с общей базой

Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.

В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.

Схема включения с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала

Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.

В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).

Два слова о каскадах

Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.

Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо wrewolf за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.

Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).

Другие области применения биполярных транзисторов

Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.

Маркировка

Поскольку статья уже разрослась до неприлично большого объема, то в этом пункте я просто дам две хорошие ссылки, по которым подробно расписаны основные системы маркировки полупроводниковых приборов (в том числе и транзисторов): http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html и файл .xls (35 кб) .

Список источников:
http://ru.wikipedia.org
http://www.physics.ru
http://radiocon-net.narod.ru
http://radio.cybernet.name
http://dvo.sut.ru

Полезные комментарии:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Устройство и принцип работы биполярного транзистора.

Aveal

14.07.2020

Всем доброго времени суток, в сегодняшней статье мы положим начало обсуждению очень важной и обширной темы, посвященной транзисторам. Разберем теоретические аспекты, устройство, виды, рассмотрим принцип работы на практических примерах, методику расчета схем, в общем, постараемся затронуть по максимуму.

Чтобы обсуждение было максимально структурированным и понятным, материал будет разбит на четкие разделы и разные статьи. А, поскольку транзисторы сразу же можно разделить на два крупных класса, а именно – биполярные и полевые, то так и поступим – начнем с подробного разбора биполярных и, изучив их полностью, перейдем к полевым.

Устройство биполярного транзистора.

И для начала мы рассмотрим устройство биполярного транзистора и химические процессы, протекающие в нем. В этом нам очень поможет статья о p-n переходе (ссылка), поскольку ключевые понятия мы будем использовать те же самые. Ведь транзистор есть ни что иное как три полупроводниковые области, которые формируют между собой два p-n перехода.

Кстати транзистор называется биполярным, потому что в переносе заряда участвуют и дырки, и электроны.

Итак, биполярный транзистор состоит из 3-х полупроводниковых областей. Причем тип примесной проводимости у этих областей чередуется:

• p-n-p или
• n-p-n

То есть мы получаем два вида биполярных транзисторов – n-p-n и p-n-p. Давайте дальше все обсуждение строить на примере n-p-n транзисторов, суть для p-n-p будет такой же:

Называются эти три полупроводниковые области:

• эмиттер
• база
• коллектор

Тип проводимости эмиттера и коллектора одинаковый, но технологически они отличаются довольно значительно. Во-первых, общая область перехода база-эмиттер намного меньше общей области перехода база-коллектор. Зачем так сделано мы разберемся чуть позже. И, во-вторых, область коллектора содержит намного меньше примесей, чем область эмиттера.

Принцип работы биполярного транзистора.

Итак, транзистор содержит два p-n перехода (эмиттер-база и база-коллектор). Если не прикладывать к выводам транзистора никаких внешних напряжений, то на каждом из p-n переходов формируются области, обедненные свободными носителями заряда. Все в точности так же как здесь:

В активном же режиме переход эмиттер-база (эмиттерный переход) имеет прямое смещение, а коллекторный переход – обратное.

Так как переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, то внешнее электрическое поле будет перемещать электроны из области эмиттера в область базы. Там они частично будут вступать во взаимодействие с дырками и рекомбинировать.

Но большая часть электронов доберется до перехода база-коллектор (это связано с тем, что область базы конструктивно выполняется очень тонкой и содержит небольшой количество примесей), который смещен уже в обратном направлении. И в этом случае внешнее электрическое поле снова будет содействовать электронам, а именно помогать им проскочить в область коллектора.

В результате получается, что ток коллектора приблизительно равен току эмиттера:

I_к = \alpha I_э

Коэффициент \alpha численно равен 0.9…0.99. В то же время:

I_э = I_б + I_к

А что произойдет, если мы увеличим ток базы? Это приведет к тому, что переход эмиттер-база откроется еще сильнее, и большее количество электронов смогут попасть в область коллектора (все по тому же маршруту, который мы обсудили). Давайте выразим ток эмиттера из первой формулы, подставим во вторую и получим:

I_э = \frac{I_к}{\alpha}

\frac{I_к}{\alpha} = I_б + I_к

Выражаем ток коллектора через ток базы:

I_к = \frac{\alpha}{1 - \alpha}  I_б = \beta I_б

Коэффициент \beta обычно составляет 100-500. Таким образом, незначительный ток базы управляет гораздо большим током коллектора. В этом по сути и заключается принцип работы биполярного транзистора.

Коэффициент, связывающий величину тока коллектора с величиной тока базы, называют коэффициентом усиления по току и обозначают h_{21}. Этот коэффициент является одной из основных характеристик биполярного транзистора. В следующих статьях мы будем рассматривать схемы включения транзисторов и подробнее разберем этот параметр и его зависимость от условий эксплуатации.

Режимы работы.

Итак, мы рассмотрели активный режим работы транзистора (переход эмиттер-база открыт, переход коллектор-база закрыт), не обойдем вниманием и другие.

Режим отсечки. Оба p-n перехода закрыты. Причем важно отметить, что переход эмиттер-база открывается начиная с некоторого значения приложенного прямого напряжения (не с нуля). Это напряжение обычно составляет около 0.6 В. То есть в режиме отсечки либо оба перехода смещены в обратном направлении, либо коллекторный переход – в обратном, а эмиттерный – в прямом, но величина напряжения не превышает 0.6 В.

В данном режиме переходы сильно обеднены свободными носителями заряда и протекание тока практически полностью прекращается. Исключение составляют только малые побочные токи переходов. В идеальном случае (без токов утечки) транзистор в режиме отсечки эквивалентен обрыву цепи.

Режим насыщения. Оба перехода открыты, и в результате основные носители заряда активно перемещаются из коллектора и эмиттера в базу. В базе возникает избыток носителей заряда, ее сопротивление и сопротивление p-n переходов уменьшается и между эмиттером и коллектором начинает течь ток. В идеальном случае транзистор в таком режиме эквивалентен замыканию цепи.

Барьерный режим. Его мы обязательно еще разберем подробнее, вкратце, идея заключается в том, что база напрямую или через небольшое сопротивление соединена с коллектором. Это эквивалентно использованию диода с последовательно подключенным сопротивлением.

Вот и все основные режимы работы биполярного транзистора. Еще очень многое предстоит обсудить в рамках изучения транзисторов, а на сегодня заканчиваем статью. Спасибо за внимание и ждем вас на нашем сайте снова 🤝

Bipolar Junction Transistor — Принцип работы, типы и преимущества

Дата последнего обновления: 12 апреля 2023 тип транзистора и полупроводникового прибора с тремя выводами, который имеет два p-n перехода. Они в основном используются в качестве усилителей или управляемых током устройств в электронных схемах. И электроны, и дырки будут действовать как носители заряда в транзисторе с биполярным переходом. Обычно транзисторы BJT не требуют внешних источников постоянного тока. В этой статье подробно описаны транзисторы и их типы, характеристики и принципы работы BJT и типы BJT.

Что такое транзистор и его типы?

Транзисторы представляют собой полупроводниковые устройства, которые проводят и сопротивляются электрическому току и напряжению. Обычно транзисторы действуют либо как переключатель, либо как усилитель. Основная функция транзисторов заключается в регулировании и контроле протекания тока в электронной цепи. Транзисторы в основном делятся на три типа на основе p-n переходов. Это транзисторы с однополярным переходом, транзисторы с биполярным переходом и полевые транзисторы.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Характеристики и типы биполярных транзисторов

Обычно биполярные транзисторы имеют три клеммы и два p-n перехода. Три терминала, а именно, база, эмиттер и коллектор. В BJT только меньший ток будет протекать между выводами базы и эмиттера, а больший ток будет протекать между выводами коллектора и эмиттера.

В зависимости от легирования BJT в основном подразделяются на два типа. Это транзисторы PNP и транзисторы NPN.

(Изображение скоро будет загружено)

BJT подразделяются на два типа: транзисторы PNP и транзисторы NPN. Давайте разберемся в этих типах транзисторов подробно.

Транзистор NPN

В транзисторах NPN один полупроводник p-типа помещается между двумя полупроводниками n-типа и образует два p-n перехода. Эти NPN-транзисторы широко используются во многих электронных устройствах, в основном для усиления слабых сигналов. В NPN-транзисторах ток обычно течет от эмиттера к области коллектора.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

PNP-транзистор 

В PNP-транзисторах один полупроводник n-типа зажат между двумя полупроводниками p-типа и создает два p-n перехода. Транзисторы PNP в основном используются для управления током, протекающим по цепи. Обычно p-n переход считается диодом. Итак, транзисторы выглядят как два последовательно соединенных кристаллических диода. В транзисторе PNP левый диод известен как диод эмиттер-база. Правый диод известен как диод коллектор-база.

Конфигурации транзисторов с биполярным переходом

Биполярные транзисторы могут иметь три типа: конфигурация с общим коллектором, конфигурация с общей базой и конфигурация с общим эмиттером.

В характеристиках с общей базой база транзистора заземлена, тогда эмиттер становится входом, а коллектор – выходом.

Входная характеристика CB \[\Delta V_{CB}\] при постоянной: Rin = \[\frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_{E}}\]

Выходная характеристика CB \ [\Delta I_{E}\] при постоянной: Rout =\[\frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_{B}}\]

Характеристики трансформатора тока выключателя \[\Delta V_{CB}\] при постоянной величине: 𝞪 = \[\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{B}}\]

(изображение будет Скоро будет загружено)

В характеристиках с общим коллектором коллектор транзистора заземлен, тогда база становится входом, а эмиттер – выходом.

Входные характеристики ВЦ \[\Delta V_{CB}\] при постоянной:  Rin = \[\frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_{B}}\]

Выходные характеристики ВЦ \ [\Delta I_{B}\] при постоянной: Rout = \[\frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_{B}}\]

Характеристики трансформатора тока CC \[\Delta V_{CE}\] при постоянной: 𝞪 = \[\frac{\Delta I_{B}}{\Delta I_{E}}\]

(изображение будет скоро будет загружено)

В характеристиках с общим эмиттером эмиттер транзистора заземлен, тогда база становится входом, а коллектор – выходом.

Входные характеристики ВЦ \[\Delta V_{CE}\] при постоянной: Rin = \[\frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_{B}}\]

Выходные характеристики ВЦ \ [\Delta I_{B}\] при постоянной: Rout = \[\frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_{E}}\]

Характеристики трансформатора тока CC \[\Delta V_{CB}\] при постоянной величине: 𝞪 =\[\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{B}}\]

(изображение будет Скоро будет загружено)

Принцип работы BJT

Транзистор NPN представляет собой смещенную активную область. Здесь переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении. Таким образом, ширина обедненной области перехода база-эмиттер мала по сравнению с шириной перехода коллектор-база. Смещенный вперед BE-переход уменьшит барьерный потенциал и поможет току течь от эмиттера к базе.

 

Обычно база NPN-транзисторов тонкая и слегка легированная, поэтому в ней меньше отверстий по сравнению с электронами в эмиттере. Рекомбинация дырок в базе с электронами в эмиттерной области будет составлять протекание тока базы. Обычно направление обычного тока остается противоположным потоку электронов.

Тогда оставшееся большое количество электронов в эмиттере пройдет через коллекторный переход с обратным смещением в виде коллекторного тока.

 

Согласно токовому закону Кирхгофа ток эмиттера равен сумме тока коллектора и тока базы. Как правило, ток базы IB остается небольшим по сравнению с током эмиттера IE и током коллектора IC

IE = IC + IB

Единственным существенным отличием транзисторов NPN и PNP является то, что они являются основными носителями заряда. Основными носителями заряда NPN-транзисторов являются электроны, а основными носителями заряда PNP-транзисторов являются дырки. Все остальные принципы работы и их коэффициент легирования останутся одинаковыми как для транзисторов NPN, так и для PNP.

 

В транзисторе, если ток коллектора увеличивается, температура перехода коллектора увеличивается. Таким образом, сопротивление, создаваемое коллектором, также уменьшается. В результате ток коллектора увеличивается. Это явление известно как тепловая полоса в транзисторах BJT.

Преимущества транзисторов BJT

1. BJT имеют лучший коэффициент усиления по напряжению и высокую плотность тока

2. НО также имеют низкое прямое напряжение

3. BJT может работать в применении с низкой и высокой мощностью

4. BJT. Транзистор BJT низкий

5. Излучение транзисторов BJT эффективно

6. Транзисторы BJT будут производить сильный шум.

7. Имеют низкую частоту переключения

8. BJT имеет сложное управление

9. Время переключения BJT медленное по сравнению с высокой частотой переменного тока и напряжения

В этой статье объясняется, что такое BJT, его принцип работы, типы и характеристики в деталях.

Конкурсные экзамены после 12-го курса естественных наук

Как работает биполярный транзистор?

• Калькуляторы
• Задачи проектирования

Войти

Добро пожаловать!Войти в свой аккаунт

ваше имя пользователя

ваш пароль

Забыли пароль?

Создать учетную запись

Политика конфиденциальности

Регистрация

Добро пожаловать!Зарегистрируйте аккаунт

ваш адрес электронной почты

ваше имя пользователя

Пароль будет отправлен вам по электронной почте.

Политика конфиденциальности

Восстановление пароля

Восстановление пароля

ваш адрес электронной почты

Поиск

Модифицировано: 8 февраля, 2021

Статьи

СОДЕРЖАНИЕ

Биполярный транзистор -Три-эндоядные (три электрода), Current-Controlled 20210 Semic210 111020210 (Three Electrodes), Current-Controlled 111102101111110210 Semic2111111021011110210111110210111110210111110210111110210. возможность усиливать сигналы постоянного и переменного тока, поэтому каждый транзистор относится к усилителям семейства . Усилитель — это устройство, которое может управлять большей мощностью при меньшем потреблении.

Существует два типа биполярных транзисторов: транзисторы N-P-N и транзисторы P-N-P . Электроды биполярного транзистора имеют следующие названия: – C – коллектор, B – база, E – эмиттер. Чаще всего используются кремниевые транзисторы Si (Threshold Voltage V _T = 0,6 – 0,7 В), реже германиевые Ge (V _T = 0,2 – 0,3 В). Транзисторы используются практически везде: от усилителей, генераторов, систем коммутации питания до компьютеров и более совершенных систем.

---

Биполярный транзистор – Задания для школьников

Если вы учитесь или просто хотите научиться решать задачи на биполярный транзистор, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы найдете большое разнообразие электронных задач.

---

Биполярный транзистор — конструкция

Биполярный транзистор состоит из трех полупроводниковых областей с различными типами проводимости: N-P-N или P-N-P. В этом примере образуются два p-n перехода ( диоды ): База-Эмиттер (BE) и База-Коллектор (BC).

Рис. 1. Условное обозначение биполярного транзистора NPN и конструкция его переходов Рис. 2. Обозначение биполярного транзистора PNP и конструкция его переходов. Рис. 3. Модель замены диода NPN-транзистораРис. 4. Модель замены диода PNP-транзистораРис. 5. Распределение токов в транзисторе NPN

Биполярный транзистор – принцип работы

Основной особенностью биполярных транзисторов является возможность управления большим током при использовании малого . В зависимости от рабочей точки транзистор может находиться в четырех режимах работы:

• Режим отсечки – переход база-эмиттер вообще не смещен или смещен в обратном направлении. Значения тока коллектора очень маленькие,
• Прямой активный режим  (чаще всего называется активным режимом ) — переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Здесь стоит отметить, что нельзя превышать напряжение перехода (кремниевых или германиевых диодов), что может привести к протеканию большого тока базы и возможному повреждению транзистора. Ток коллектора принимает значение, в β раз превышающее базовое значение тока. Напряжение база-эмиттер инжектирует основные носители от эмиттера через переход к базе (в электронах N-P-N и в дырках P-N-P). Носители инжектируются из эмиттера в область базы (всплывают) (явление диффузии) в область перехода база-коллектор, где их концентрация ниже). Здесь под воздействием электрического поля в области обеднения они притягиваются к коллектору. В результате этих операций между базой и эмиттером должен протекать небольшой ток, что позволяет большему току протекать между электродами коллектора и эмиттера.
• Обратно-активный режим (инвертированный режим) – Переход база-эмиттер смещен в обратном направлении, а переход база-коллектор смещен в прямом направлении. Усиление тока маленькое,
• Режим насыщения – Напряжение коллектор-эмиттер падает до небольшой величины. Базовый ток настолько велик, что коллекторная цепь не может усилить его в β раз больше.

Биполярный транзистор – вольт-амперные характеристики Рис. 6. Семейство вольт-амперных характеристик биполярного транзистора (OE)Рис. 7. Семейство вольт-амперных характеристик биполярного транзистора (ОБ)

Эти области транзистора обычно используются в зависимости от необходимости, например:

• Транзистор в качестве усилителя – транзистор, работающий в области прямого действия, может быть использован для построения системы, которая будет усиливать электрический ток.
• В качестве переключателя (клапана) – здесь используется переход между областью насыщения (вкл.) и отсечкой (выкл.). Используется в цифровых и импульсных схемах.

Биполярный транзистор – Предельные параметры

• В _{EB0max –} максимально допустимое обратное смещение база-эмиттер,
• В _CB0max – максимально допустимое обратное смещение база-коллектор,
• В _CE0max – максимально допустимое прямое смещение база-эмиттер,
• I _Cmax – максимумы тока коллектора,
• I _Bmax – максимальный базовый ток.

Биполярный транзистор – Операционные системы

Система с общим коллектором

Усиленное напряжение входного сигнала помещается между базой и коллектором транзистора, а сигнал после усиления принимается между коллектором и эмиттером. Усиление напряжения этой схемы близко к единице, поэтому на выход усилителя поступает «повторяющееся» напряжение со входа, отсюда и второе употребительное название этого усилителя – эмиттер.

Рис. 8. Схема переменного тока напряжения системы усилителя с общим эмиттером (ОЭ)

Система с общей базой

Усиленное напряжение входного сигнала помещается между базой и эмиттером транзистора, а сигнал принимается между базой и коллектором после усиления.

Рис. 9. Схема переменного тока напряжения системы усилителя с общей базой (ОБ)

Система с общим коллектором

Усиленное напряжение входного сигнала помещается между базой и эмиттером транзистора, а сигнал после усиления поступает между коллектором и эмиттером. Таким образом, эмиттерный электрод является довольно «обычным» для входных и выходных сигналов — отсюда и название системы.

Рис. 10. Схема общего коллектора ОУ

Биполярный транзистор в качестве ключа

Биполярный транзистор предназначен для работы в качестве ключа. Принцип его работы основан на двух рабочих состояниях транзистора: отсечке и насыщении. Под действием сигнала (напряжения) транзистор активируется и переходит из состояния отсечки, через активное состояние, в насыщение. Когда управляющее напряжение исчезает, транзистор возвращается в состояние отсечки. В отключенном состоянии транзистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому он не пропускает сигнал (это можно рассматривать как разрыв в цепи). Однако, когда транзистор насыщен, он имеет низкое сопротивление, и ситуация обратная.

Идеальный транзисторный ключ должен изменять состояние почти мгновенно и иметь очень крутую (вертикальную) переходную характеристику, а время переключения должно быть равно нулю.