bipolar transistörler

"Bipolar transistör" terimi, bu transistörlerde iki tür yük taşıyıcının kullanılması gerçeğiyle ilgilidir: elektronlar ve delikler. Transistörlerin üretimi için, aynı yarı iletken malzemeler kullanılır. diyotlar.

Bipolar transistörler, yarı iletkenlerden yapılmış üç katmanlı bir yarı iletken yapı kullanır. farklı elektriksel iletkenlik değişen elektriksel iletkenlik türleri (p - n - p veya n - p - n) ile iki p - n bağlantısı oluşturulur.

Bipolar transistörler yapısal olarak paketlenmemiş olabilir (Şekil 1, a) (örneğin entegre devrelerin bir parçası olarak kullanım için) ve tipik bir durumda kapatılabilir (Şekil 1, b). İki kutuplu bir transistörün üç pimi, taban, toplayıcı ve yayıcı olarak adlandırılır.

Pirinç. 1. Bipolar transistör: a) paketsiz p-n-p yapıları, b) paket içindeki n-p-n yapıları

Genel sonuca bağlı olarak, iki kutuplu bir transistör için üç bağlantı şeması elde edebilirsiniz: ortak bir taban (OB), ortak bir toplayıcı (OK) ve ortak bir emitör (OE). Bir ortak tabanlı devrede bir transistörün çalışmasını ele alalım (Şekil 2).

Pirinç. 2. Bipolar transistörün şeması

Yayıcı, baz taşıyıcıları tabana enjekte eder (verir), n-tipi yarı iletken cihaz örneğimizde bunlar elektronlar olacaktır. Kaynaklar E2 >> E1 olacak şekilde seçilir. Direnç Re, açık p — n bağlantısının akımını sınırlar.

E1 = 0'da, toplayıcı düğümden geçen akım küçüktür (azınlık taşıyıcılardan dolayı), buna ilk kollektör akımı Ik0 denir. E1> 0 ise, elektronlar yayıcının p — n bağlantısını aşar (E1 ileri yönde açılır) ve çekirdek bölgeye girer.

Taban yüksek dirençlidir (düşük kirlilik konsantrasyonu), bu nedenle tabandaki deliklerin konsantrasyonu düşüktür. Bu nedenle, tabana giren birkaç elektron, boşluklarıyla yeniden birleşerek temel akım Ib'yi oluşturur. Aynı zamanda, elektronları toplayıcıya çeken yayıcı bağlantı noktasından çok, E2 tarafındaki toplayıcı p-n bağlantısında çok daha güçlü bir alan etki eder. Bu nedenle, elektronların çoğu toplayıcıya ulaşır.

Emitör ve kollektör akımları, ilgili emetör akım transfer katsayısıdır.

Ukb'de = sabit.

Modern transistörler için her zaman ∆Ik < ∆Ie ve a = 0,9 — 0,999'dur.

Ele alınan şemada Ik = Ik0 + aIe »Ie. Bu nedenle, Ortak tabanlı iki kutuplu transistör devresi düşük bir akım oranına sahiptir. Bu nedenle, voltaj kazancı açısından diğerlerine tercih edildiği, çoğunlukla yüksek frekanslı cihazlarda nadiren kullanılır.

Bir iki kutuplu transistörün temel anahtarlama devresi, ortak bir emitör devresidir (Şekil 3).

Pirinç. 3. Ortak bir yayıcı ile şemaya göre iki kutuplu bir transistörün açılması

onun için Kirchhoff'un birinci yasası Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0 yazabiliriz.

1 — a = 0,001 — 0,1 olduğu göz önüne alındığında, Ib << Ie » Ik'ye sahibiz.

Kollektör akımının temel akıma oranını bulun:

Bu ilişkiye temel akım transfer katsayısı denir... a = 0,99'da, b = 100 elde ederiz. Temel devreye bir sinyal kaynağı dahil edilirse, o zaman aynı sinyal, ancak akım tarafından büyütülmüş b kez akacaktır. toplayıcı devresi, direnç Rk boyunca sinyal kaynağı voltajından çok daha büyük voltaj oluşturur...

Çok çeşitli darbeli ve DC akımlar, güçler ve gerilimler üzerinde bir çift kutuplu transistörün çalışmasını değerlendirmek ve öngerilim devresini, stabilize modunu, giriş ve çıkış volt-amper karakteristiklerinin (VAC) ailelerini hesaplamak.

Bir giriş I - V karakteristikleri ailesi, giriş akımının (temel veya yayıcı) Uk = sabit, şek. 4, a. Transistörün giriş I - V özellikleri, doğrudan bağlantıdaki bir diyotun I - V özelliklerine benzer.

Çıkış I - V karakteristikleri ailesi, kollektör akımının, belirli bir taban veya yayıcı akımında (ortak bir yayıcıya ya da ortak tabana sahip devreye bağlı olarak) üzerindeki gerilime bağımlılığını belirler, şek. 4, b.

Pirinç. 4. Bipolar transistörün akım-gerilim özellikleri: a - giriş, b - çıkış

Elektrikli n-p bağlantısına ek olarak, Schottky metal-yarı iletken bariyer bağlantısı, yüksek hızlı devrelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür geçişlerde, tabandaki yüklerin birikmesi ve emilmesi için herhangi bir zaman ayrılmaz ve transistörün çalışması yalnızca bariyer kapasitansının yeniden şarj olma hızına bağlıdır.

Pirinç. 5. Bipolar transistörler

Bipolar transistörlerin parametreleri

Ana parametreler, transistörlerin izin verilen maksimum çalışma modlarını değerlendirmek için kullanılır:

1) izin verilen maksimum kollektör-emitör gerilimi (farklı transistörler için Uke max = 10 — 2000 V),

2) izin verilen maksimum toplayıcı güç dağılımı Pk max - ona göre, transistörler düşük güçlü (0,3 W'a kadar), orta güçlü (0,3 - 1,5 W) ve yüksek güçlü (1,5 W'tan fazla) olarak ayrılır. orta ve yüksek güçlü transistörler genellikle özel bir soğutucu ile donatılmıştır - bir soğutucu,

3) izin verilen maksimum kollektör akımı Ik maks — 100 A'ya kadar ve daha fazlası,

4) sınırlayıcı akım iletim frekansı fgr (h21'in bire eşit olduğu frekans), bipolar transistörler buna göre bölünür:

• düşük frekans için — 3 MHz'e kadar,

• orta frekans — 3 ila 30 MHz,

• yüksek frekans — 30 ila 300 MHz,

• ultra yüksek frekans — 300 MHz'den fazla.

Teknik bilimler doktoru, profesör L.A. Potapov