Биполярные транзисторы. Транзисторами называются полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими n‑p‑переходами

1.2.1 Общие положения

Транзисторами называются полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими n‑p‑переходами. По чередованию переходов транзисторы бывают двух типов: p-n-p – транзисторы и n-p-n – транзисторы (рисунок 11).

Средний слой транзистора называют базой (Б), один из крайних – эмиттером (Э), другой – коллектором (К). Стрелка в обозначении эмиттера показывает направление протекания положительного тока.

В зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения:
с общей базой (ОБ) – рисунок 12,а; с общим эмиттером (ОЭ) – рисунок 12,б; и с общим коллектором (ОК) – рисунок 12,в.

Наиболее часто применяется схема ОЭ, так как позволяет получить наибольший коэффициент усиления по мощности.

Схема ОК усиливает электрический ток и мощность, но не усиливает напряжение.

Схема ОБ обеспечивает усиление напряжения и мощности, но не усиливает ток.

Токи электродов транзистора связаны соотношением

I _Э = I _Б + I _К (1.9)

В транзисторе, включённом по схеме ОЭ, ток коллектора

I _К=α ·I _Э + I _КЭО (1.10)

где α – коэффициент передачи тока эмиттера в коллектор (α=0,9,…;099);

I _КЭО – обратный ток коллекторного перехода, в схеме ОЭ равен току коллектора при разомкнутом выводе базы (I _Б = 0).

Подставив (1.9) в (1.10) получим:

(1.11)

В выражении (1.11) – статический коэффициент передачи тока базы (в коллектор), т.е.

. (1.12)

Так как I _КБО << I _К и I _КБО << I _Б, то коэффициент передачи тока базы

. (1.13)

Статические вольт-амперные характеристики для схемы включения ОЭ представлены на рисунке 13. На рисунке 13, а изображены входные характеристики I _Б = ƒ(U _бэ) при U_КЭ = Const, на рисунке 13,б – выходные I _К = ƒ(U _КЭ) при

I _Б = Const.

На рисунке 13,а показано построение характеристического треугольника для определения входного сопротивления транзистора в системе h – параметров

. (1.14)

На рисунке 13,б показано определение коэффициент усиления транзистора. Коэффициент определяется через приращения токов базы и коллектора при постоянном напряжении U _КЭ (на рисунке U _КЭ = 5 В)

(1.15)

Для транзисторов малой мощности (Р _К < 300 мВт) этот параметр определяется при напряжении U _КЭ = 5 В. Для транзисторов средней мощности (Р _К < 3 Вт) – при напряжении U _КЭ = (10 ÷ 15) В.

Определение выходной проводимости транзистора h_22Э в системе h‑параметров показано на рисунке 14.

. (1.16)

Обратная выходной проводимости величина определяет дифференциальное сопротивление коллекторного перехода

(1.17)

Его значение находятся в пределах 10 ÷ 100 кОм.

Дифференциальное сопротивление перехода эмиттер–база r_Э зависит от постоянной составляющей тока эмиттера

(1.18)

Значение сопротивления г_Э лежит в пределах от единиц до десятков Ом.

Объёмное сопротивление базы

r_б = h_11э – (В + 1)∙r_Э, (1.19)

Обычно г_б >> г_Э и для маломощных транзисторов составляет
(100 ÷ 500) Ом.

1.2.2 Система обозначения транзисторов

В основу системы положен буквенно-цифровой код.

Первый элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупроводниковый материал аналогично диодам.

Второй элемент определяет подкласс прибора. Т – подкласс транзистор биполярный.

Третий – функциональные возможности транзистора – допустимую мощность рассеяния и граничную частоту.

Четвёртый – порядковый номер разработки технологического типа транзистора. Обозначается цифрами от 01 до 99 (в последнее время появились разработки с номерами от 101 до 999)

Пятый – обозначает дополнительные параметры транзистора в данной разработке. Они обозначают буквами русского алфавита

Например, транзистор КТ301А – кремниевый транзистор биполярный, высокочастотный, малой мощности, номер разработки 01, разновидности А.

Обозначение транзистора на принципиальных схемах нормировано и приведено на рисунках 11 и 12. Направление стрелки эмиттера показывает положительное направление тока эмиттера.

Изображение транзистора с выводами можно поворачивать на 90 градусов. Стандарт разрешает не изображать окружность.

1.2.3 Допустимые электрические и тепловые параметры

Максимально допустимые напряжения это такие предельные напряжения, при которых транзистор не теряет своих электрических свойств. Превышение этих напряжений не допускается, т.к. может наступить электрический пробой р-n-переходов транзистора. В справочниках приводятся значения допустимых напряжений U _КБmах, U _КЭmах, U _ЭБmах.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора P _{к.max –} наибольшая мощность, рассеиваемая коллектором транзистора при температуре окружающей среды Т _С (или корпуса T _К).