Біпалярны транзыстар

Абазначэньне біпалярнага NPN транзыстара на схемах

Абазначэньне біпалярнага PNP транзыстара на схемах

Біпалярны транзыстар — трохэлектродны паўправадніковы прыбор, разнавіднасьць транзыстара. Электроды падключаны да трох паслядоўна разьмешчаных слаёў паўправадніка з чаргуючымся тыпам прымеснай праводнасьці. Па гэтаму спосабу чаргаваньня распазнаюць npn і pnp транзыстары (n (negative) — электронный тып прымеснай праводнасьці, p (positive) — дзірачны). Электрод, які подключаны да цэнтральнага слою, называюць базай, электроды, якія падключаны да зьнешніх слаёў, называюць калектарам і эмітэрам. На прасьцейшай схеме адрозненьні паміж калектарам і эмітэрам ня бачны. Насамрэч калектар адрозніваецца ад эмітэра, галоўнае адрозненьне калектара — большая плошча p-n пераходу. Акрамя гэтага, для работы транзыстара абавязкова неабходна малая таўшчыня базы.

Прынцып дзеяньня транзыстара

У актыўным рэжыме работы транзістар уключаны так, што яго эмітарны пераход зрушаны ў прамым напрамку (адкрыты), а калектарны пераход зрушаны ў адваротным напрамку. Разглядзім npn транзыстар (усе ніжэй напісанае паўтараецца абсалютна аналягічна ў выпадку з pnp транзыстарам, толькі слова «электроны» замяняецца на «дзіркі», і наадварот, а таксама с заменай усіх напругаў на супрацьлеглыя па знаку). У npn транзыстары электроны - асноўныя носьбіты току ў эмітары - праходзяць праз адкрыты пераход эмітар-база ў вобласць базы. Частка гэтых электронаў рэкамбінуюць з асноўнымі носьбітамі зараду ў базе (дзіркамі), частка дыфундзіруе назад у эмітэр. Аднак, з-за таго што базу робяць вельмі тонкай і вельмі слаба легіраванай, большая частка электронаў, інжэктаваная з эмітару, дыфундзіруе ў вобласьць калектара. Магутнае электрычнае поле адваротна зрушанага калектарнага пераходу захватвае электроны (нагадаем, што яны - неасноўныя носьбіты ў базе, таму для ніх пераход адкрыты), і прыносіць іх у калектар. Ток калектара, такім чынам, практычна роўны току эмітэра, за выключэньнем невялікай страты на рэкамбінацыю ў базе, якая і стварае ток базы (I_э=I_б + I_к). Каэфіцыент α, які зьвязвае ток эмітара і ток калектара (I_к = α I_э), называецца каэфіцыентам перадачы тока эмітара. Звычайна ён равен α=(0.9 - 0.999) (чым большы каэфіцыент, тем лепш транзістар). Гэты каэфіцыент мала залежыць ад напругі калектар-база і база-эмітэр. Таму ў шырокім дыяпазоне рабочых напругаў ток калектара прапарцыянален току базы, каэфіцыент прапарцыйнасьці раўны β = α / (1 − α) (звычайна β=(10 − 1000). Такім чынам, замяняя малы ток базы, можна кіраваць значна большым токам калектара.

Характарыстыкі транзыстара як чатырохполюсніка. Схемы ўключэння з агульнай базай, агульным эмітэрам і агульным калектарам

У большасьці электрычным схем транзыстар выкарыстоўваецца ў якасьці чатырохполюсніка (прыстасаваньня, якое мае два уваходных і два выходных вывада), з-за таго, што транзыстар мае толькі тры вывады, для яго выкарыстоўваньня ў якасьці чатырохполюсніка неабходна адзін з вывадаў транзыстара зрабіць агульным для уваходнага і выходнага ланцугоў. Адпаведна адрозьніваюць тры схемы ўключэньня транзыстара: схемы з агульнай базай (АБ), агульным эмітэрам (АЭ) і агульным калектарам (АК). Для разліку ланцугоў з біпалярнымі транзыстарамі ў наш час выкарыстоўвают h-параметры: транзыстар уяўляюць як чатырохполюснік і запісваюць ураўненьні чатырохполюсніка ў h-параметрах. Каэфіцыенты чатырохполюсніка (h-параметры) выражаюцца наступным чынам: h11=Uбэ/Iб пры Uкэ=const - уваходны супор Rвх, Ом; h12=Uбэ/Uкэ пры Iб=const - безпамерны каэфіцыент зваротнай сувязі па напругу; h21=Iк/Iб пры Uкэ=const - безпамерны каэфіцыент передачы току (β); h22=Iк/Uкэ пры Iб=const - выходная праводнасьць (1/Rвых), См.

Схема ўключэньня з агульнай базай

Схема з агульнай базай

Любая схема ўключэньня транзыстара характарызуецца двумя асноўнымі паказчыкамі:

• каэфіцыент узмацненьня па току I_вых/I_ув.

Для схемы з агульнай базой I_вых/I_ув=I_к/I_э=α [α<1])

• уваходны супор R_увб=U_ув/I_ув=U_бэ/I_э.

Уваходны супор для схемы э агульнай базай малы і складае дзесяткі Ом, таму што уваходны ланцуг транзыстара пры гэтым уяўляе сабою адкрыты эмітэрны пераход транзыстара.

Недахопы схемы з агульнай базай:

• Схема не ўзмацняе ток, таму што α < 1
• Малы ўваходны супор
• Дзьве розныя крыніцы напругі для сілкаваньня.

Перавагі:

• Добрыя тэмпэратурныя й частасныя ўласцівасьці.

Рэжымы работы транзыстараў

Актыўны рэжым (нармальны актыўны рэжым) - рэжым, якому адпавядае адкрыты стан эмітарнага пераходу і закрыты стан калектарнага пераходу.

Інвэрсны рэжым (інверсны актыўны рэжым) - рэжым, якому адпавядае адкрыты стан калектарнага пераходу і закрыты стан эмітарнага пераходу. У сувязі з тым, што ўзмацняльныя ўласцівасьці транзыстара ў інверсным рэжыме значна горшыя, чым у актыўным рэжыме, транзыстар у інверсным рэжыме практычна не выкарыстоўваецца.

Рэжым насыченьня - рэжым, у якім абодва перахода транзыстара знаходзяцца ў адкрытым стане. У гэтым рэжыме і эмітар, і калектар інжэктуюць электроны ў базу, у выніку гэтага ў структуры працякаюць два сустрэчных скразных патокаў электронаў (нармальны і інверсны). Ад суадносіны гэтых патокаў залежыць напрамак токаў, якія цякуць у ланцугах эмітара і калектара. У выніку двайной інжэкцыі база транзістара вельмі моцна насычаецца залішнямі электронамі, з-за чаго узмацняецца іх рэкамбінацыя з дзіркамі, і рэкамбінацыйны ток базы аказваецца значна вышэй, чым у актыўным або інверсным рэжымах. Трэба таксама сказаць, што ў сувязі з насыченьнем базы транзыстара і яго пераходаў залішнымі носьбітамі зараду, іх супор робіцца вельмі малым. Таму ланцугі, якія утрымліваюць транзыстар, які знаходзіцца ў рэжыме насыченьня, можна лічыць каротказамкнутымі. Калі браць да ўвагі тое, што ў рэжыме насычэньня напругі паміж электродамі транзыстара складае ўсяго некалькі дзесятых далей вольта, то лічаць, што ў гэтым рэжыме транзыстар уяўляе сабою эквіпатэнцыяльны пункт.

Рэжым адсечкі - рэжым, у якім абодва перахода транзыстара знаходзяцца ў закрытым стане.

Вонкавыя спасылкі

 Біпалярны транзыстар — сховішча мультымэдыйных матэрыялаў