Главная > Промышленная электроника
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

1.4. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Управление током и усиление сигналов в схемах полупроводниковой электроники осуществляют с помощью транзисторов.

Рис. 1.5. Схемные обозначения транзисторов: а — p-n-p-тип; б — n-p-n-тип

Рис. 1.6. Распределение токов (а) и потенциалов (б) в транзисторе p-n-p типа

Биполярный транзистор представляет собой кристалл полупроводника, состоящий из трех слоев с чередующейся проводимостью и снабженный тремя выводами (электродами) для подключения к внешней цепи. Поскольку до настоящего времени биполярные транзисторы являются наиболее распространенным видом транзисторов, часто их называют просто транзисторами, опуская термин «биполярный».

На рис. 1.5,а и б показано схемное обозначение двух типов транзисторов p-n-p-типа со слоями p, n и p и n-p-n-типа со слоями n, p и n. Крайние слои называют эмиттером (Э) и коллектором (К), между ними находится база (Б). В трехслойной структуре имеются два электронно-дырочных перехода: эмиттерный переход между эмиттером и базой и коллекторный переход между базой и коллектором. В качестве исходного материала транзисторов используют германий или кремний.

При изготовлении транзистора обязательно должны быть выполнены два условия:

1) толщина базы (расстояние между эмиттерным и коллекторным переходами) должна быть малой по сравнению с длиной свободного пробега носителей заряда;

2) концентрация примесей (и основных носителей) заряда в эмиттере должна быть значительно больше, чем в базе в p-n-p транзисторе).

Рассмотрим принцип действия p-n-p транзистора.

Транзистор включают последовательно с сопротивлением нагрузки в цепь источника коллекторного напряжения . На вход транзистора подается управляющая ЭДС , как показано на рис. 1.6, а. Такое включение транзистора, когда входная и выходная цепи имеют общую точку — эмиттер, является наиболее распространенным и называется включением с общим эмиттером (ОЭ).

При отсутствии напряжений эмиттерный и коллекторный переход находятся в состоянии равновесия, токи через них равны нулю в соответствии с выражением (1.1). Оба перехода имеют двойной электрический слой, состоящий из ионов примесей, и потенциальный барьер , различный на каждом из переходов. Распределение потенциалов в транзисторе при отсутствии напряжений показано на рис. штриховой линией.

Полярность внешних источников . выбирается такой, чтобы на эмиттерном переходе было прямое напряжение (минус источника подан на базу, плюс — на эмиттер), а на коллекторном переходе — обратное напряжение (минус источника — на коллектор, плюс — на эмиттер), причем напряжение (напряжение на коллекторном переходе При таком включении источников распределение потенциалов в транзисторе имеет вид, показанный на рис. 1.6, б сплошной линией. Потенциальный барьер эмиттерного перехода, смещенного в прямом направлении, снижается, на коллекторном переходе потенциальный барьер увеличивается.

В результате приложения к эмиттерному переходу прямого напряжения начинается усиленная диффузия (инжек-ция) дырок из эмиттера в базу. Электронной составляющей диффузионного тока через эмиттерный переход можно пренебречь, так как , поскольку выше оговаривалось условие . Таким образом, ток эмиттера . Под воздействием сил диффузии в результате перепада концентрации вдоль базы дырки продвигаются от эмиттера к коллектору.

Поскольку база в транзисторе выполняется тонкой, основная часть дырок, инжектированных эмиттером, достигает коллекторного перехода, не попадая в центры рекомбинации. Эти дырки захватываются полем коллекторного перехода, смещенного в обратном направлении, так как это поле является ускоряющим для неосновных носителей — дырок в базе -типа. Ток дырок, попавших из эмиттера в коллектор, замыкается через внешнюю цепь, источник При увеличении тока эмиттера на величину ток коллектора возрастет на Вследствие малой вероятности рекомбинации в тонкой базе коэффициент передачи тока эмиттера .

Небольшая часть дырок, инжектированных эмиттером, попадает в центры рекомбинации и исчезает, рекомбинируя с электронами. Заряд этих дырок остается в базе, и для восстановления зарядной нейтральности базы из внешней цепи за счет источника в базу поступают электроны. Поэтому ток базы представляет собой ток рекомбинации .

Помимо указанных основных составляющих тока транзистора надо учесть возможность перехода неосновных носителей, возникающих в базе и коллекторе в результате генерации носителей, через коллекторный переход, к которому приложено обратное напряжение. Этот малый ток (переход дырок из базы в коллектор и электронов из коллектора в базу) аналогичен обратному току перехода, он также называется обратным током коллекторного перехода или тепловым током и обозначается (рис. 1.6, а).

Таким образом, полный коллекторный ток, определяемый движением всех носителей через коллекторный переход,

Из закона Кирхгофа для токов и выражения (1.2) следует

Выражения (1.2), (1.3) показывают, что токи в транзисторе связаны линейными соотношениями.

Преобразуем (1.2) так, чтобы выявить зависимость коллекторного тока от тока базы. Для этого из (1.3) получим

И подставим это значение в (1.2):

Обозначим коэффициент передачи тока базы , а ток обозначим . Тогда

Если учесть, что мал и , зависимость тока коллектора от тока базы может быть записана и в виде

где — статический коэффициент передачи тока транзистора, который приводится в справочниках.

Транзистор является трехполюсником, поэтому источник входного сигнала и нагрузка могут быть подключены к нему различным образом. В наиболее распространенном включении по схеме с общим эмиттером (рис. 1.6) источником входного напряжения является , входным током базовый ток . Нагрузка включается в коллекторную цепь. Эмиттер является общей точкой для входной и выходной цепей. Изменяя малый ток базы (входной ток) на значение , тем самым изменяем выходной ток в соответствии с выражением (1.4). При этом изменяется ток и падение напряжения на нагрузке на значение . изменяется мощность, выделяемая на резисторе Таким образом, при изменении малого тока в цепи источника малого напряжения изменяется отдача мощности источником резистор , причем .

При включении транзистора по схеме с общей базой входным током является ток эмиттера, через нагрузку протекает ток коллектора, причем , т. е. выходной ток меньше входного. Изменяя малое напряжение на эмиттерном переходе, можно изменить ток в цепи источника и получить приращение напряжения на нагрузке , т. е. усилить сигнал по напряжению.

Отсутствие усиления по току является недостатком включения с ОБ, из-за которого эта схема применяется в устройствах промышленной электроники весьма редко и в данном курсе не рассматривается.

Принцип действия транзистора аналогичен, лишь направление токов, знаки носителей заряда и полярность приложенных напряжений противоположны тем, которые имеют место в рассмотренном p-n-p транзисторе.

1
Оглавление
email@scask.ru