Διπολικά τρανζίστορ
Ο όρος «διπολικό τρανζίστορ» σχετίζεται με το γεγονός ότι σε αυτά τα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται δύο τύποι φορέων φορτίου: ηλεκτρόνια και οπές. Για την κατασκευή τρανζίστορ χρησιμοποιούνται τα ίδια υλικά ημιαγωγών όπως και για διόδους.
Τα διπολικά τρανζίστορ χρησιμοποιούν μια δομή ημιαγωγών τριών στρωμάτων κατασκευασμένη από ημιαγωγούς διαφορετική ηλεκτρική αγωγιμότητα δημιουργούνται δύο κόμβοι p — n με εναλλασσόμενους τύπους ηλεκτρικής αγωγιμότητας (p — n — p ή n — p — n).
Τα διπολικά τρανζίστορ μπορούν να αποσυσκευαστούν δομικά (Εικ. 1, α) (για χρήση, για παράδειγμα, ως μέρος ολοκληρωμένων κυκλωμάτων) και να κλείσουν σε μια τυπική περίπτωση (Εικ. 1, β). Οι τρεις ακίδες ενός διπολικού τρανζίστορ ονομάζονται βάση, συλλέκτης και πομπός.
Ρύζι. 1. Διπολικό τρανζίστορ: α) p-n-p-δομές χωρίς πακέτο, β) n-p-n-δομές σε πακέτο
Ανάλογα με το γενικό συμπέρασμα, μπορείτε να λάβετε τρία σχήματα σύνδεσης για ένα διπολικό τρανζίστορ: με κοινή βάση (OB), κοινό συλλέκτη (OK) και κοινό πομπό (OE). Ας εξετάσουμε τη λειτουργία ενός τρανζίστορ σε ένα κύκλωμα κοινής βάσης (Εικ. 2).
Ρύζι. 2. Σχηματική απεικόνιση του διπολικού τρανζίστορ
Ο πομπός εγχέει (παραδίδει) στη βάση τους βασικούς φορείς, στο παράδειγμα της συσκευής ημιαγωγών τύπου n, αυτοί θα είναι ηλεκτρόνια. Οι πηγές επιλέγονται έτσι ώστε Ε2 >> Ε1. Η αντίσταση Re περιορίζει το ρεύμα της ανοικτής διασταύρωσης p — n.
Στο E1 = 0, το ρεύμα μέσω του κόμβου συλλέκτη είναι μικρό (λόγω φορέων μειοψηφίας), ονομάζεται αρχικό ρεύμα συλλέκτη Ik0. Εάν E1> 0, τα ηλεκτρόνια ξεπερνούν τη διασταύρωση p — n του πομπού (το E1 ανάβει προς τα εμπρός) και εισέρχονται στην περιοχή του πυρήνα.
Η βάση είναι κατασκευασμένη με υψηλή αντίσταση (χαμηλή συγκέντρωση ακαθαρσιών), επομένως η συγκέντρωση των οπών στη βάση είναι χαμηλή. Επομένως, τα λίγα ηλεκτρόνια που εισέρχονται στη βάση ανασυνδυάζονται με τις οπές της, σχηματίζοντας το ρεύμα βάσης Ib. Ταυτόχρονα, ένα πολύ ισχυρότερο πεδίο δρα στη διασταύρωση συλλέκτη p — n στην πλευρά Ε2 από ό,τι στη διασταύρωση εκπομπού, η οποία προσελκύει ηλεκτρόνια στον συλλέκτη. Επομένως, τα περισσότερα από τα ηλεκτρόνια φτάνουν στον συλλέκτη.
Τα ρεύματα εκπομπού και συλλέκτη είναι σχετικοί συντελεστές μεταφοράς ρεύματος εκπομπού
στο Ukb = συνθ.
Είναι πάντα ∆Ik < ∆Ie, και a = 0,9 — 0,999 για τα σύγχρονα τρανζίστορ.
Στο εξεταζόμενο σχήμα Ik = Ik0 + aIe »Δηλ. Επομένως, το διπολικό τρανζίστορ κοινής βάσης κυκλώματος έχει χαμηλό λόγο ρεύματος. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται σπάνια, κυρίως σε συσκευές υψηλής συχνότητας, όπου από άποψη κέρδους τάσης είναι προτιμότερο από άλλες.
Το βασικό κύκλωμα μεταγωγής ενός διπολικού τρανζίστορ είναι ένα κοινό κύκλωμα εκπομπού (Εικ. 3).
Ρύζι. 3. Ενεργοποίηση διπολικού τρανζίστορ σύμφωνα με το σχήμα με κοινό πομπό
Για αυτήν Ο πρώτος νόμος του Kirchhoff μπορούμε να γράψουμε Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.
Δεδομένου ότι 1 — a = 0,001 — 0,1, έχουμε Ib << Δηλ. » Ik.
Βρείτε την αναλογία του ρεύματος συλλέκτη προς το ρεύμα βάσης:
Αυτή η σχέση ονομάζεται συντελεστής μεταφοράς ρεύματος βάσης... Σε a = 0,99, παίρνουμε b = 100. Εάν μια πηγή σήματος περιλαμβάνεται στο κύκλωμα βάσης, τότε το ίδιο σήμα, αλλά ενισχυμένο από τους χρόνους b, θα ρέει στο το κύκλωμα συλλέκτη, σχηματίζοντας τάση στην αντίσταση Rk πολύ μεγαλύτερη από την τάση της πηγής σήματος...
Για να αξιολογήσει τη λειτουργία ενός διπολικού τρανζίστορ σε ένα ευρύ φάσμα παλμικών και συνεχών ρευμάτων, ισχύος και τάσεων και να υπολογίσει το κύκλωμα πόλωσης, τη λειτουργία σταθεροποίησης, τις οικογένειες χαρακτηριστικών βολτ-αμπέρ εισόδου και εξόδου (VAC).
Μια οικογένεια χαρακτηριστικών εισόδου I — V καθορίζει την εξάρτηση του ρεύματος εισόδου (βάσης ή εκπομπού) από την τάση εισόδου Ube at Uk = const, εικ. 4, α. Τα χαρακτηριστικά εισόδου I — V του τρανζίστορ είναι παρόμοια με τα χαρακτηριστικά I — V μιας διόδου σε απευθείας σύνδεση.
Η οικογένεια των χαρακτηριστικών εξόδου I — V καθορίζει την εξάρτηση του ρεύματος συλλέκτη από την τάση που διασχίζει σε μια συγκεκριμένη βάση ή ρεύμα εκπομπού (ανάλογα με το κύκλωμα με κοινό πομπό ή κοινή βάση), εικ. 4, β.
Ρύζι. 4. Χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης του διπολικού τρανζίστορ: α — είσοδος, β — έξοδος
Εκτός από την ηλεκτρική σύνδεση n-p, μια διασταύρωση Schottky μετάλλου-ημιαγωγού-φράγματος χρησιμοποιείται ευρέως σε κυκλώματα υψηλής ταχύτητας. Σε τέτοιες μεταβάσεις, δεν διατίθεται χρόνος για τη συσσώρευση και την απορρόφηση φορτίων στη βάση και η λειτουργία του τρανζίστορ εξαρτάται μόνο από τον ρυθμό επαναφόρτισης της χωρητικότητας φραγμού.
Ρύζι. 5. Διπολικά τρανζίστορ
Παράμετροι διπολικών τρανζίστορ
Οι κύριες παράμετροι χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση των μέγιστων επιτρεπόμενων τρόπων λειτουργίας των τρανζίστορ:
1) μέγιστη επιτρεπόμενη τάση συλλέκτη-εκπομπού (για διαφορετικά τρανζίστορ Uke max = 10 — 2000 V),
2) μέγιστη επιτρεπόμενη διασπορά ισχύος συλλέκτη Pk max — σύμφωνα με τον ίδιο, τα τρανζίστορ χωρίζονται σε χαμηλής ισχύος (έως 0,3 W), μεσαίας ισχύος (0,3 - 1,5 W) και υψηλής ισχύος (πάνω από 1,5 W), Τα τρανζίστορ μέσης και υψηλής ισχύος είναι συχνά εξοπλισμένα με ειδική ψύκτρα — ψύκτρα,
3) μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα συλλέκτη Ik max — έως 100 A και περισσότερο,
4) περιορίζοντας τη συχνότητα μετάδοσης ρεύματος fgr (η συχνότητα στην οποία το h21 γίνεται ίσο με μονάδα), τα διπολικά τρανζίστορ χωρίζονται ανάλογα:
- για χαμηλή συχνότητα — έως 3 MHz,
- μεσαία συχνότητα — από 3 έως 30 MHz,
- υψηλή συχνότητα — από 30 έως 300 MHz,
- εξαιρετικά υψηλή συχνότητα — πάνω από 300 MHz.
Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, καθηγητής L.A. Potapov