Основні теоретичні положення

Біполярний транзистор – це напівпровідниковий прилад, який має області емітера і колектора одного типу провідності, між якими через тонкий шар бази іншого типу провідності проходить струм неосновних носіїв заряду, інжектованих із високолегованого емітера. Струмом керує напруга між базою та емітером або струм бази.

Робота біполярного транзистора визначається рухом носіїв обох полярностей - електронів та дірок.

Емітерна ділянка біполярного транзистора має високу питому електричну провідність, і її призначенням є інжекція носіїв заряду в базову ділянку.

Колекторна ділянка має низьку питому електропровідність, і її призначенням є екстракція носіїв заряду з базової області.

В базову ділянку інжектуються неосновні для неї носії заряду. Концентрація домішок в базі завжди набагато менша, ніж в колекторі і емітері.

Найважливішою умовою роботи біполярного транзистора є дуже мала ширина базової ділянки (не більше одиниць мікрометрів), завдяки чому основна частина неосновних носіїв, інжектованих емітером, не рекомбінує в базі і досягає колектора.

Неосновні носії інжектують в базову ділянку тоді, коли на емітерний перехід подається пряма напруга.

Біполярний транзистор є активним елементом і використовується для підсилення, генерування та інших перетворень електричних сигналів.

Розрізняють три схеми вмикання транзисторів:

- з спільною базою (СБ);

- з спільним емітером (СЕ) (рис.1);

- з спільним колектором (СК).

Для визначення статичних параметрів транзисторів використовують два види статичних характеристик:

- вихідні І_К = f(U_КЕ) при І_Б = const (рис.2);

- вхідні І_Б = f(U_БЕ) при U_КЕ = const (рис.3).

Рисунок 2 Рисунок 3

 

Основні параметри біполярного транзистора для схеми з спільним емітером:

- вхідний опір R_вх =ΔU_БЕ / ΔІ_Б , при ΔU_КЕ = const (сотні Ом–одиниці кОм);

- вихідний опір R_вих =ΔU_КЕ / ΔІ_К , при ΔІ_Б = const (одиниці–десятки кОм);

- коефіцієнт підсилення за струмом К_І = ΔІ_К/ΔІ_Б , при ΔU_КЕ =const (десятки–сотні);

- коефіцієнт підсилення за напругою К_U=ΔU_КE/ΔU_БЕ, при ΔІ_Б=const (сотні–тисячі);

- коефіцієнт підсилення за потужністю К_Р= К_U ∙ К_І (тисячі–десятки тисяч).

 

Вихідний опір R_вих знаходять за вихідними статичними характеристиками транзистора для заданої робочої точки, наприклад, точки Т при постійному базовому струмі І_Б = 40 мкА (рис.2).

Визначають прирощення ∆U_КЕ і ∆І_К між точками В і С лінійної ділянки ВАХ для заданого базового струму:

R_вих = ∆U_КЕ / ∆І_К =(15В – 1В) / (1,4 – 0,9)∙10^-3 А = 28 кОм.

Вхідний опір транзистора R_вх визначають за вхідними статичними характеристиками (рис.3). Точка Т відповідає тому ж режиму, що й на вихідних характеристиках (І_Б = 40 мкА), точки А і Б відповідають аналогічним значенням прирощення базового струму.

За прирощеннями ∆І_Б та ∆U_БЕ між точками А і Б вхідної ВАХ при постійній напрузі U_КЕ = 8 В, знаходимо

R_вх = ∆U_БЕ /∆І_Б = (185 – 140) ∙10^-3 В / (50 – 30)∙10^-6 А = 2,25 кОм.

Коефіцієнт підсилення за струмом К_І визначаємо за вихідними характеристиками за прирощеннями ∆І_К та ∆І_Б при U_КЕ = 8 В = const:

К_І = ∆І_К /∆І_Б = (1,6 – 0,6) 10^-3 А / (60 – 20)10^-6 А = 25.

Коефіцієнт К_U визначаємо за вхідними характеристиками при постійному струмі І_Б = 30 мкА між точками К і А за прирощеннями ΔU_КE та ΔU_БЕ :

К_U=ΔU_КE/ΔU_БЕ=(5 – 0) В / (140 – 110)10^-3 В =270.