Bipolarni tranzistorji

Izraz "bipolarni tranzistor" je povezan z dejstvom, da se v teh tranzistorjih uporabljata dve vrsti nosilcev naboja: elektroni in luknje. Za izdelavo tranzistorjev se uporabljajo enaki polprevodniški materiali kot za diode.

Bipolarni tranzistorji uporabljajo troslojno polprevodniško strukturo iz polprevodnikov različna električna prevodnost nastaneta dva p — n spoja z izmeničnimi vrstami električne prevodnosti (p — n — p ali n — p — n).

Bipolarni tranzistorji so lahko strukturno nepakirani (slika 1, a) (za uporabo, na primer kot del integriranih vezij) in zaprti v tipičnem primeru (slika 1, b). Trije zatiči bipolarnega tranzistorja se imenujejo baza, kolektor in oddajnik.

riž. 1. Bipolarni tranzistor: a) p-n-p-strukture brez paketa, b) n-p-n-strukture v paketu

Glede na splošni zaključek lahko dobite tri povezovalne sheme za bipolarni tranzistor: s skupno bazo (OB), skupnim zbiralnikom (OK) in skupnim oddajnikom (OE). Oglejmo si delovanje tranzistorja v vezju s skupno bazo (slika 2).

riž. 2. Shema bipolarnega tranzistorja

Oddajnik vbrizga (dostavi) v bazo bazne nosilce, v našem primeru polprevodniške naprave tipa n bodo to elektroni. Viri so izbrani tako, da E2 >> E1. Upor Re omejuje tok odprtega p-n spoja.

Pri E1 = 0 je tok skozi kolektorsko vozlišče majhen (zaradi manjšinskih nosilcev), imenujemo ga začetni kolektorski tok Ik0. Če je E1> 0, elektroni premagajo p — n spoj emitorja (E1 se vklopi v smeri naprej) in vstopijo v območje jedra.

Podlaga je izdelana z visoko odpornostjo (nizka koncentracija nečistoč), zato je koncentracija lukenj v podlagi majhna. Zato se nekaj elektronov, ki vstopijo v bazo, rekombinira z njenimi luknjami in tvori bazni tok Ib. Hkrati pa v kolektorskem p — n spoju na strani E2 deluje veliko močnejše polje kot v emiterskem, ki privlači elektrone v kolektor. Zato večina elektronov doseže zbiralnik.

Emiterski in kolektorski tok sta povezana koeficienta prenosa toka emitorja

pri Ukb = konst.

Je vedno ∆Ik < ∆Ie in a = 0,9 — 0,999 za sodobne tranzistorje.

V obravnavani shemi Ik = Ik0 + aIe »Ie. Zato ima bipolarni tranzistor s skupno bazo nizko tokovno razmerje. Zato se redko uporablja, predvsem v visokofrekvenčnih napravah, kjer je glede na napetostni dobiček prednost pred drugimi.

Osnovno preklopno vezje bipolarnega tranzistorja je vezje skupnega oddajnika (slika 3).

riž. 3. Vklop bipolarnega tranzistorja po shemi s skupnim oddajnikom

Zanjo naprej Prvi Kirchhoffov zakon lahko zapišemo Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Glede na to, da je 1 — a = 0,001 — 0,1, imamo Ib << Ie » Ik.

Poiščite razmerje med kolektorskim in baznim tokom:

To razmerje imenujemo koeficient prenosa osnovnega toka... Pri a = 0,99 dobimo b = 100. Če je vir signala vključen v osnovno vezje, bo isti signal, vendar ojačan s tokom b-krat, tekel v kolektorsko vezje, ki tvori napetost na uporu Rk, veliko večjo od napetosti vira signala ...

Oceniti delovanje bipolarnega tranzistorja v širokem razponu impulznih in enosmernih tokov, moči in napetosti ter izračunati prednapetostno vezje, način stabilizacije, družine vhodnih in izhodnih volt-amperskih karakteristik (VAC).

Družina vhodnih I—V karakteristik določa odvisnost vhodnega toka (baze ali emitorja) od vhodne napetosti Ube pri Uk = const, sl. 4, a Vhodne I - V karakteristike tranzistorja so podobne I - V značilnostim diode v neposredni povezavi.

Družina izhodnih I-V karakteristik določa odvisnost kolektorskega toka od napetosti na njem pri določeni bazi ali emiterskem toku (odvisno od vezja s skupnim emitorjem ali skupno bazo), sl. 4, b.

riž. 4. Tokovno-napetostne karakteristike bipolarnega tranzistorja: a — vhod, b — izhod

Poleg električnega n-p spoja se v hitrih vezjih široko uporablja Schottkyjev spoj kovina-polprevodnik-pregrada. Pri takih prehodih ni časa za kopičenje in resorpcijo nabojev v bazi, delovanje tranzistorja pa je odvisno samo od hitrosti ponovnega polnjenja pregradne kapacitivnosti.

riž. 5. Bipolarni tranzistorji

Parametri bipolarnih tranzistorjev

Za oceno največjih dovoljenih načinov delovanja tranzistorjev se uporabljajo glavni parametri:

1) največja dovoljena napetost kolektor-emiter (za različne tranzistorje Uke max = 10 - 2000 V),

2) največja dovoljena disipacija moči kolektorja Pk max - po njem so tranzistorji razdeljeni na nizke moči (do 0,3 W), srednje moči (0,3 - 1,5 W) in velike moči (več kot 1,5 W), tranzistorji srednje in velike moči so pogosto opremljeni s posebnim hladilnikom - hladilnikom,

3) največji dovoljeni kolektorski tok Ik max - do 100 A in več,

4) mejna frekvenca prenosa toka fgr (frekvenca, pri kateri h21 postane enaka enoti), bipolarni tranzistorji so razdeljeni glede na to:

• za nizke frekvence - do 3 MHz,

• srednja frekvenca - od 3 do 30 MHz,

• visoka frekvenca - od 30 do 300 MHz,

• ultravisoka frekvenca - več kot 300 MHz.

Doktor tehničnih znanosti, profesor L.A. Potapov