Bipolaire transistoren

De term «bipolaire transistor» houdt verband met het feit dat in deze transistoren twee soorten ladingsdragers worden gebruikt: elektronen en gaten. Voor de fabricage van transistors worden dezelfde halfgeleidermaterialen gebruikt als voor dioden.

Bipolaire transistors gebruiken een drielaagse halfgeleiderstructuur gemaakt van halfgeleiders verschillende elektrische geleidbaarheid er ontstaan ​​twee p-n-overgangen met wisselende soorten elektrische geleidbaarheid (p-n-p of n-p-n).

Bipolaire transistors kunnen structureel onverpakt zijn (Fig. 1, a) (bijvoorbeeld voor gebruik als onderdeel van geïntegreerde schakelingen) en gesloten in een typisch geval (Fig. 1, b). De drie pinnen van een bipolaire transistor worden basis, collector en emitter genoemd.

Rijst. 1. Bipolaire transistor: a) p-n-p-structuren zonder pakket, b) n-p-n-structuren in pakket

Afhankelijk van de algemene conclusie, kunt u drie verbindingsschema's krijgen voor een bipolaire transistor: met een gemeenschappelijke basis (OB), een gemeenschappelijke collector (OK) en een gemeenschappelijke emitter (OE). Laten we eens kijken naar de werking van een transistor in een circuit met gemeenschappelijke basis (figuur 2).

Rijst. 2. Schema van de bipolaire transistor

De emitter injecteert (levert) in de basis de basisdragers, in ons voorbeeld van een n-type halfgeleiderapparaat, zullen dit elektronen zijn. De bronnen zijn zo gekozen dat E2 >> E1. Weerstand Re begrenst de stroom van de open p-n-overgang.

Bij E1 = 0 is de stroom door het collectorknooppunt klein (vanwege minderheidsdragers), dit wordt de initiële collectorstroom Ik0 genoemd. Als E1> 0, overwinnen de elektronen de p - n-overgang van de emitter (E1 gaat aan in voorwaartse richting) en gaan het kerngebied binnen.

De basis is gemaakt met een hoge weerstand (lage concentratie onzuiverheden), dus de concentratie gaten in de basis is laag. Daarom recombineren de weinige elektronen die de basis binnenkomen met zijn gaten en vormen de basisstroom Ib. Tegelijkertijd werkt een veel sterker veld in de collector p - n-overgang aan de E2-zijde dan in de emitterovergang, die elektronen naar de collector trekt. Daarom bereiken de meeste elektronen de collector.

Emitter- en collectorstromen zijn gerelateerde emitterstroomoverdrachtscoëfficiënt

bij Ukb = const.

Is altijd ∆Ik < ∆Ie, en a = 0,9 — 0,999 voor moderne transistors.

In het beschouwde schema Ik = Ik0 + aIe »Ie. Daarom heeft het circuit Common base bipolaire transistor een lage stroomverhouding. Daarom wordt het zelden gebruikt, voornamelijk in hoogfrequente apparaten, waar het qua spanningsversterking de voorkeur heeft boven andere.

Het basisschakelcircuit van een bipolaire transistor is een gemeenschappelijk emittercircuit (fig. 3).

Rijst. 3. Een bipolaire transistor inschakelen volgens het schema met een gemeenschappelijke emitter

Voor haar op De eerste wet van Kirchhoff we kunnen schrijven Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Gegeven dat 1 — a = 0,001 — 0,1, hebben we Ib << Ie » Ik.

Zoek de verhouding van de collectorstroom tot de basisstroom:

Deze relatie wordt de basisstroomoverdrachtscoëfficiënt genoemd... Bij a = 0,99 krijgen we b = 100. Als een signaalbron is opgenomen in het basiscircuit, dan zal hetzelfde signaal, maar versterkt door de stroom b keer, naar binnen stromen het collectorcircuit vormt een spanning over de weerstand Rk die veel groter is dan de signaalbronspanning...

Om de werking van een bipolaire transistor te evalueren over een breed bereik van gepulseerde en gelijkstroomstromen, vermogens en spanningen, en om het voorspanningscircuit, de stabilisatiemodus, families van ingangs- en uitgangsvoltampèrekarakteristieken (VAC) te berekenen.

Een familie van I-V-ingangskarakteristieken bepaalt de afhankelijkheid van de ingangsstroom (basis of emitter) van de ingangsspanning Ube bij Uk = const, afb. 4, a. De ingangs-I — V-karakteristieken van de transistor zijn vergelijkbaar met de I — V-karakteristieken van een diode in directe verbinding.

De familie van output I - V-karakteristieken bepaalt de afhankelijkheid van de collectorstroom van de spanning erover bij een bepaalde basis- of emitterstroom (afhankelijk van het circuit met een gemeenschappelijke emitter of gemeenschappelijke basis), afb. 4, geb.

Rijst. 4. Stroom-spanningskarakteristieken van de bipolaire transistor: a - ingang, b - uitgang

Naast de elektrische np-overgang wordt een Schottky-metaal-halfgeleider-barrière-overgang veel gebruikt in hogesnelheidscircuits. Bij dergelijke overgangen wordt geen tijd toegewezen voor de accumulatie en resorptie van ladingen in de basis, en de werking van de transistor hangt alleen af ​​​​van de oplaadsnelheid van de barrièrecapaciteit.

Rijst. 5. Bipolaire transistoren

Parameters van bipolaire transistoren

De belangrijkste parameters worden gebruikt om de maximaal toegestane bedrijfsmodi van de transistors te evalueren:

1) maximaal toelaatbare collector-emitterspanning (voor verschillende transistors Uke max = 10 — 2000 V),

2) maximaal toelaatbare collectorvermogensdissipatie Pk max - volgens hem zijn transistors onderverdeeld in low-power (tot 0,3 W), medium-power (0,3 - 1,5 W) en high-power (meer dan 1, 5 W), transistors met gemiddeld en hoog vermogen zijn vaak uitgerust met een speciaal koellichaam — een koellichaam,

3) maximaal toelaatbare collectorstroom Ik max — tot 100 A en meer,

4) beperking van de huidige transmissiefrequentie fgr (de frequentie waarbij h21 gelijk wordt aan één), bipolaire transistors worden overeenkomstig verdeeld:

• voor lage frequentie - tot 3 MHz,

• middenfrequentie - van 3 tot 30 MHz,

• hoge frequentie - van 30 tot 300 MHz,

• ultrahoge frequentie - meer dan 300 MHz.

Doctor in de technische wetenschappen, professor L.A. Potapov