Транзистор, підсилення електричного сигналу

Транзистор винайдений у 1948 році американськими вченими Д. Бардіном, У. Браттейном і У. Шоклі, за що їм була присуджена Нобелівська премія.

Транзистор (біполярний транзистор) – це напівпровідниковий пристрій, який призначений для підсилення електричного сигналу (струму, напруги), та має два р-шари і один n-шар (рис.10.13 а), або один р-шар і два n-шари (рис.10.13 б), з 2-ма електронно-дірковими переходами (р-n-переходами) і 3-ма виводами. Шари, що знаходяться по краях транзистора, називають колектором і емітером, а середній шар називають базою.

На принципових електричних схемах літерно-графічне позначення транзистора наступне:

На кожний р-n-перехід транзистора може бути подана як пряма, так і зворотна напруги. Відповідно розрізняють чотири режими роботи транзистора: режим відсічення (режим закритого транзистора) – на обидва переходи подається зворотна напруга; режим насичення (режим відкритого транзистора) – на обидва переходи подається пряма напруга; активний режим – на емітерний перехід подається пряма напруга, на колекторний перехід подається зворотна напруга; інверсний режим – на емітерний перехід подається зворотна напруга, на колекторний перехід подається пряма напруга.

Розглянемо активний режим роботи транзистора. Між одним шаром (емітером – «випромінювачем» вільних зарядів) та іншим шаром (базою – «передавачем» вільних зарядів) подають пряму напругу, тобто на один р-n-перехід. Між іншим шаром (колектором – «одержувачем» електронів) і базою подають зворотну напругу, тобто на другий р-n-перехід. В результаті один р-n-перехід буде відкритий, а другий р-n-перехід – закритий. Отже, у колі «емітер – база» буде протікати прямий електричний струм, а в колі «база – колектор» – зворотний електричний струм:

I _е = I _к + I _б, (10.1)

де I _е – сила струму, який протікає в емітері, А;

I _к – сила струму, який протікає в колекторі, А;

I _б – сила струму, який протікає в базі, А.

Таким чином, транзистор можна розглядати як пристрій, що розподіляє електричний струм (який протікає через один електрод – емітер), між двома іншими електродами (базою і колектором) у визначеному співвідношенні. Ця властивість транзистора використовується для підсилення електричного сигналу. Відношення зміни сили струму, який протікає в колекторі (D I _к), до зміни сили струму, який протікає в базі (D I _б), при незмінній напрузі між емітером і колектором називають коефіцієнтом передачі базового струму:

. (10.2)

Для транзисторів різних типів b = 15 – 500, тобто сила електричного струму, який протікає в колекторі, набагато більше сили струму, який протікає в базі.

Отже, якщо струм у базі, буде вхідним сигналом, а струм у колекторі – вихідним сигналом, то транзистор буде працювати в режимі підсилення вхідного електричного сигналу. У цьому випадку загальною точкою вхідного і вихідного електричного кола є емітер, а схему називають «із загальним емітером» (рис.10.14). Схему «із загальною базою» використовують для підсилення напруги (рис.10.15).