Краткие сведения из теории. Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими выпрямляющими p-n-переходами и тремя выводами

Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими выпрямляющими p-n-переходами и тремя выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. В биполярном транзисторе используются одновременно два типа носителей заряда – электроны и дырки (отсюда и название – биполярный). Переходы транзистора образованы тремя областями с чередующимися типами проводимости.

При включении биполярного транзистора с ОЭ цепь базы является вход- ной, а цепь коллектора – выходной. Схема включения транзистора с ОЭ в активном режиме показана на рисунке 4.1.

Физические процессы в транзисторе с ОЭ аналогичны при включении транзистора с ОБ. Под действием напряжения Uбэ в цепи эмиттера проходит

ток Iэ. В базе этот ток разветвляется. Основная его часть идет в коллектор, соз- давая управляемую составляющую тока коллектора, другая часть – в цепь базы, определяя ток базы рекомбинации. Навстречу току рекомбинации в базе проходит обратный ток коллектора Iкбо.

Рисунок 4.1 - Схема включения транзистора с ОЭ в активном режиме

Выходными статическими характеристиками транзистора с ОЭ является семейство характеристик Iк = f (Uкэ) при Iб = const

Вид этих характеристик отражает особенности работы транзистора с ОЭ в различных режимах (рисунок 4.2).

Iк

I II

Iб3

Pmax

III

Iб2

Iб1

Iб=0

0Режим отсечки

-Uкэ

Рисунок 4.2 – Выходные характеристики транзистора с ОЭ

В активном режиме и режиме насыщения эмиттерный переход включает-

ся в прямом направлении. Под действием напряжения в цепи базы проходит ток

Iб. За счет напряжения Uбэ при нулевом напряжении коллектора оба p-n– перехода транзистора смещены в прямом направлении. Транзистор работает в режиме насыщения и через коллектор проходит ток инжекции, направление ко- торого противоположно направлению коллекторного тока в активном режиме.

В базе накапливаются неосновные носители заряда.

С появлением небольшого отрицательного напряжения на коллекторе ток инжекции из коллектора уменьшается, а ток обусловленный экстракцией дырок

из базы в коллектор увеличивается. Поэтому при увеличении отрицательного

напряжения коллектора до значения Uкэ = Uбэ наблюдается значительный рост коллекторного тока. При | Uкэ| > |Uбэ | транзистор из режима насыщения пере- ходит в активный режим. Рост коллекторного тока при дальнейшем увеличении отрицательного напряжения Uкэ замедляется. Но наклон выходных характери- стик в схеме с ОЭ оказывается больше, чем в схеме с ОБ.

Увеличение тока базы вызывает увеличение коллекторного тока, то есть смещение выходных характеристик вверх.

Входные характеристики. Входные характеристики транзистора с ОЭ

(рисунок 4.3) отображают зависимость Iб = f (Uбэ) при Uкэ = const

Рисунок 4.3 – Входные характеристики транзистора с ОЭ

При Uкэ = 0 оба p-n-перехода транзистора оказываются включенными в прямом направлении. Из эмиттера и коллектора осуществляется инжекция ды-

рок в базу. В цепи базы проходит ток рекомбинации обоих переходов. Поэтому входная характеристика представляет собой ВАХ двух параллельно включен- ных p-n-переходов.

При Uкэ < 0 коллекторный переход включается в обратном направлении

и в цепи базы проходит ток Iб>0.

Если Uбэ = 0, то Iэ = 0 и в цепи базы проходит ток Iб = – Iкбо. Увеличе- ние напряжения Uбэ сопровождается рекомбинационной составляющей тока

базы, и при некотором напряжении Uбэ ток базы становится равным нулю. Дальнейшее увеличение напряжения Uбэ сопровождается ростом тока базы. При увеличении отрицательного напряжения коллектора наблюдается смеще- ние характеристик в сторону оси токов. Это связано с прохождением обратного тока коллектора Iкбо.

Статический коэффициент передачи транзистора по постоянному току

определяется как отношение тока коллектора IК к току базы IБ:

b DC = IК/ IБ

Статический коэффициент передачи транзистора по переменному току

определяется как отношение приращения тока коллектора IК к приращению то-

ка базы IБ: b AC = D IК/ D IБ

Выходными статическими характеристиками транзистора, включенного

с ОЭ является семейство характеристик

IК = f(UКЭ)/ IБ=const

Входными статическими характеристиками транзистора, включенного с

ОЭ является семейство характеристик

IБ = f(UБЭ) / UКЭ=const

Дифференциальное входное сопротивление RВХ транзистора в схеме с

общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряже-

ния коллектор-эмиттер UКЭ. Оно может быть найдено как отношение прираще- ния напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению тока базы:

RВХ = D UБЭ/ D IБ = (UБЭ2 – UБЭ1)/(IБ2 –IБ1)

Дифференциальное входное сопротивление транзистора RВХ в схеме с ОЭ

через параметры транзистора определяется следующим выражением:

RВХ = RБ + b RЭ,

где RБ - распределенное сопротивление базовой области полупроводника,

RЭ - дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из

выражения: RЭ = 25/IЭ, где IЭ - постоянный ток эмиттера в миллиамперах. Пер-

вое слагаемое RБ в выражении много меньше второго, поэтому им можно пре-

небречь:

RВХ = b RЭ

Дифференциальное сопротивление RЭ перехода база-эмиттер для бипо-

лярного транзистора сравнимо с дифференциальным входным сопротивлением

RВХ транзистора в схеме с общей базой, которое определяется при фиксирован- ном значении напряжения база-коллектор UБК. Оно может быть найдено как от- ношение приращения напряжения UБК к вызванному им приращению тока эмиттера IЭ:

RВХОБ = D UБЭ/ D IЭ = (UБЭ2 – UБЭ1)/(IЭ2 –IЭ1)

Через параметры транзистора это сопротивление определяется выражением:

RВХОБ = RБ/ b + RЭ

Первым слагаемым в выражении можно пренебречь, поэтому можно считать, что дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер прибли- зительно равно: RВХОБ = RЭ

В режиме отсечки полярности и значения напряжений UКЭ и UБЭ таковы,

что коллекторный и эмиттерный переходы смещены в обратном направлении.

В этом случае через эмиттерный переход проходит обратный ток IЭБО, а через коллекторный переход – ток IКБО. Во входной цепи проходит ток базы

IБ = IЭБО+ IКБО