Ответы электроника. ответы электроника. 1. Контактные явления в полупроводниковых приборах, p n переход, виды полупроводниковых диодов 3
 Скачать 2.83 Mb.
|
Устройство биполярного транзистора, его характеристики и схемы включенияБиполярный транзистор — это полупроводниковый прибор с двумя р-п переходами, имеющий три вывода. Действие биполярного транзистора основано на использовании носителей заряда обоих знаков (дырок и электронов), а управление протекающим через него током осуществляется с помощью некоторого управляющего тока. Его структура и условное графическое изображение показаны на рис. 60. Средний слой и соответствующий вывод называют базой (б), один из крайних слоев называется эмиттером (э), а другой крайний слой и соответствующий вывод - коллектором (к). Во время работы транзистора его эмиттер вводит (эмиттирует) в базу дырки (в транзисторе структуры р-п-р) или электроны (в транзисторе структуры п-р-п), а коллектор собирает эти электрические заряды.  Рис. 60. Структура и условное обозначение транзистора Технологически транзистор изготавливают таким образом, чтобы концентрация атомов примеси (для транзисторов структуры п-р-п - свободных электронов) в эмиттере была велика по сравнению с концентрацией атомов примеси (дырок) в базе. Чаще всего начальное смещение на электроды транзистора подают таким образом, чтобы эмиттерный переход был включен в прямом, а коллекторный - в обратном направлении. Из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, через так называемое время пролета достигают коллектора. Только малая доля электронов рекомбинирует в базе с дырками (в силу существенной разницы в концентрации свободных зарядов в эмиттере и базе). Убыль этих дырок компенсируется протеканием тока базы 1б. Обратное смещение коллекторного перехода способствует тому, что электроны, подошедшие к нему, захватываются электрическим полем перехода и переносятся в коллектор. В тоже время это поле препятствует переходу электронов из коллектора в базу. Описанный процесс иллюстрирует рис. 61.  Рис. 61. Схема включения р-п переходов транзистора Если рассматривать транзистор как четырехполюсник, то входной сигнал можно подавать на два каких-либо электрода и с двух электродов снимать сигнал. При этом один из электродов обязательно будет общим. По названию общего электрода различают три схемы включения транзистора: по схеме с общей базой (ОБ), по схеме с общим эмиттером (ОЭ), и по схеме с общим коллектором (ОК). Усилительные свойства и входное сопротивление транзисторов в схемах ОБ, ОК и ОЭ Усиление по току Для схемы ОБ зависимость тока коллектора от тока эмиттера выражается через коэффициент усиления по току (коэффициент передачи эмиттерного тока). Этот коэффициент может быть статическим (  ст) - когда измерения происходят на постоянном токе, и дифференциальным ( ) - когда определяется отношение приращения тока коллектора  iK к вызвавшему его приращению тока эмиттера iЭ.В схеме с ОБ входным электродом является эмиттер, выходным - коллектор. В соответствии с этим входным параметром является ток эмиттера, выходным - ток коллектора, и коэффициент усиления (передачи) по току Ki, = .В схеме ОЭ входным электродом является база, выходным - коллектор. Это значит, что входным параметром является ток базы, выходным - ток коллектора, а коэффициент усиления (передачи) по току Кi =  . Очевидно, что величина  может составлять десятки и cотни. В этом большое преимущество схемы ОЭ по сравнению со схемой ОБ, у которой усиление по току не превышает единицы.В схеме ОК входным электродом служит база, выходным - эмиттер. В соответствии с этим входным параметром будет ток базы, выходным - ток эмиттера. Коэффициент усиления (передачи) по току Кi =  , то есть усиление по току для этой схемы примерно равно усилению по току схемы ОЭ.Входное сопротивление Рассмотрим вопрос о входном сопротивлении схемы на биполярном транзисторе, определяемом обычным соотношением rвх = ивх / iвх. В схеме ОБ изменение входного напряжения равно сумме изменений напряжения на базе и на эмиттерном переходе, то есть rвх = rэ + (1 - )rб.В схеме ОЭ ивх =iэ rэ + iб r6. Учитывая, что входным током является ток базы, получаем rвх = rб + (1 + )rэ.В схеме ОК изменение входного напряжения равно сумме изменений напряжений на сопротивлении базы, эмиттерном переходе и сопротивлении нагрузки. Аналогично предыдущему случаю получаем равенство rвх = rб +(1 + )(rэ + Rэ). Обычно выполняется условие rэ << Rэ. То есть, входное сопротивление транзистора, включенного по схеме ОК, может составлять значительную величину много большую, чем для схем ОБ и ОЭ.Усиление по мощности и напряжению Г  оворя об усилительных свойствах того или иного прибора, часто интересуются усилением мощности. Количественной оценкой усилительных свойств является коэффициент усиления по мощности Кр равный отношению выходной мощности Рвых к входной Рвх, то есть . К  оэффициент усиления по мощности можно также записать через коэффициент усиления по напряжению:  И  з двух последних соотношений получаем важное равенство из которого следует, например, что для схемы ОК, справедливо соотношение, Кu , а для схемы ОЭ Это означает, что схема ОЭ может обеспечивать значительный коэффициент усиления по напряжению, а схема ОК не дает усиления по напряжению и поэтому называется эмиттерным повторителем. Подводя итог, можно сделать следующие выводы. Транзистор по схеме ОЭ дает хорошее усиление по току и напряжению, но обладает малым входным сопротивлением, что является его существенным недостатком. Это объясняется тем, что эмиттерный р-п переход включен в прямом направлении и его сопротивление мало. Транзистор, включенный по схеме ОК, не дает усиление входного сигнала по напряжению, а практически повторяет его. Усиление же по току у него практически такое же, как и у транзистора, включенного по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление велико и может составлять десятки и сотни к Ом. |