На тему: «Биполярные транзисторы»

РЕФЕРАТ

На тему: «Биполярные транзисторы»

Выполнила: студентка 2 курса

Гр. М531 Хазранова Ф.Д

Принял:

Преподаватель Семиляк

 

Каспийск 2017

Биполярные транзисторы

 

Определение.

Транзистор- ППП с 3-мя электродами, служащий для усиления сигналов (в общем случае по мощности) или их переключения.

 

Типы биполярных транзисторов и их диодные схемы замещения

 

Различают кремниевые (рис.1) и германиевые транзисторы (рис.2).

 

Рис.1. Рис.2.

 

На рис.1 и 2 показаны условные графические обозначения кремниевых (n-p-n) и германиевых (p-n-p) транзисторов и соответствующие им диодные схемы замещения.

Транзистор состоит из двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим n - или p - слоем. Электрод связанный с ним называется базой (Б). Дав других электрода называются эмиттером (Э) и коллектором (К). Диодная эквивалентная схема, приведенная рядом с его графическим обозначением, поясняет структуру включения переходов транзистора. Хотя эта схема не характеризует полностью функции транзистoра, но она дает возможность представлять действующие в нем обратные и прямые токи и напряжения.

Физические явления в транзисторах

 

Эмиттерная область транзистора является источником носителей заряда, а область улавливающая эти носители заряда называется коллектром. Область, которая управляет потоком этих носителей, называется базой.

 

 

При подключении прямого напряжения между эмиттером и базой происходит инжекция носителей зарядов через открытый (смещенный в прямом направлении) переход Э-Б, т.е. переход их из области эмиттера в область базы.

Таким образом образуется эмиттерный ток (Iэ) через соответсвующий переход (ЭП- эмиттерный переход).

Как известно, при “дырочной" проводимости типа “p" основными носителями заряда являются “дырки”, а неосновными - электроны. Часть “дырок” пришедших в базовую область рекомбинируют в электроны, появляется ток базы (Iб), который очень мал по сравнению стоком эмиттера, так как только малая часть инжектированных “дырок” (носителей заряда) рекомбинирует.

Между коллектором и базой прикладывается обратное напряжение, поэтому говорят что носители заряда из области базы экстрагируются (втягиваются) в коллекторную область и за счет этого образуется ток коллектора (Iк).

Таким образом, на основании приведенных выше рассуждений можно записать следующие простые соотношения между токами эмиттера, базы и коллектора:

 

Iэ= Iб+Iк (1); Iб<<Iк (Iэ) (2); Iк @ Iэ (3);

Iк = a Ч Iэ ® a = Iк / Iэ» (0,9ё0,99) <1 (4);

Iк = a Ч Iэ + Iкбо (5),

 

где a Ч Iэ - управляемый ток, Iкбо - неуправляемый (обратный) ток, протекающий через переход Б-К в направлении противоположном прямому току Iк через этот переход.

 

Iк = b Ч Iб ® b = Iк / Iб (6);

Iк = b Ч Iб + Iкбо;

Uб» Uэ - Uэб (7);

b = a / 1 - a (8);

 

Подача напряжений питания

 

Обычно переход Э-Б смещен в прямом направлении, а К-Б - в обратном. Поэтому источники напряжений питания транзисторов должны быть включены, как показано на рис.3 и

 

Рис.3 Рис.4

 

Основная особенность транзисторов состоит в том, что коллекторный ток Iк является кратным базовому току Iб. Их отношение b = Iк / Iб называют коэфициентом усиления по току.

 

Нормальный активный режим.

В этом режиме переход Б-Э смещен в прямом направлении, а Б-К - в обратном.

При анализе основных схем включения транзисторов (здесь ОЭ, а далее ОБ и ОК) воспользуемся упрощенным (эквивалентным) представлением биполярного транзистора для низких частот, изображенном на рис.5. б.

Входная цепь представлена динамическим входным сопротивлением rбэ, а в коллекторной цепи использован управляемый источник тока коллектора (Iк = S Ч Uбэ),

где

 

 

При этом внутреннее динамическое сопротивление включено параллельно этому источнику тока, как и следует из теории электрических цепей (Теорема Теверена об эквивалентном генераторе). При определении основных характеристик и параметров схемы здесь и далее будем считать, что идеальные источники напряжений питания (Еп) и входного сигнала (Uвх).

Ток коллектора

 

1) Iк = a / 1 - a Ч Iб + 1/1 - a Ч Iкбо = b Ч Iб + (1+b) Ч Iкбо» b Ч Iб,

 

где: a - коэфициент передачи по току (т.е. коэфициент передачи тока из эмиттерной цепи в коллекторную) в схеме с ОЭ. Т. к. b>>1, то в схеме с ОЭ возможно усиление по току (потому, что Iб<<Iк!).

2) Ток базы закрытого транзистора. При Uбэ = 0 (транзистор закрыт) Iб» Iкбо, т.е. из базы вытекает ток,»обратному тепловому току перехода К-Б.

3) Входное сопротивление

 

 

Тогда ток базы, который также зависит и от Uбэ можно примерно определить так:

 

Iб = Iк Ч b, где b = h_{21 э}

 

4) Коэфициент усиления по напряжению

 

 

5) Коэфициент усиления по току

 

 

6) Выходное сопротивление

 

 

Режим насыщения

В этом режиме оба перехода смещены в прямом направлении.

Внешним проявлением режима насыщения является отсутствие зависимости Iк от Iб. Для схемы с ОЭ существует некоторый “граничный” ток Iбн, при котором достигается насыщение коллекторного тока

Iкн = b Ч Iбн

При дальнейшем увеличении тока базы ток коллектора не увеличивается и может быть введен некоторый коэфициент, характеризующий:

1) Степень насыщения

 

N = Iб / Iбн Ю Iкн = N Ч Iк

 

2) Входное сопротивление

 

Rвх_н = Rвх / b,

 

где Rвх - входное сопротивление в активной линейной области.

3) Выходное напряжение

 

Uвых = Uкэн» Uбэ

 

Это так называемое остаточное напряжение на участке К - Э, слабо зависящее от величины коллекторного тока.

4) Выходное сопротивление

 

Rвых» rкэ» Rвых / b» Rк / b,

 

где Rвых - выходное сопротивление в активной линейной области.

Режим отсечки

В этом режиме оба перехода смещены в обратном направлении.

1) Iэ» 0

2) Iк» Iкбо

3) Iб» - Iкбо

Границей режима отсечки является обратное напряжение (напряжение отсечки) на переходе Б-Э (Uбэ_обр), при котором Iэ = 0!

В большинстве цифровых схем Uбэ_обр такое, при котором Iб уменьшается в 100-200 раз!!

Схема с общей базой

В этой схеме управляющее напряжение прикладывается к участку Э-Б, а входной сигнал снимается с резистора нагрузки, вкюченного в коллекторную цепь. Потенциал базы при этом фиксирован, а потенциал Э должен быть меньше потенциала Б, если переход Б-Э смещен в прямом направлении.

 

а) б)

Рис.7

 

На рис.7 показана схема включения транзистора с ОБ и ее эквивалентная схема на низких частотах.

Режим насыщения

в данной схеме возможно только при Uк < Uб, что недостижимо при фиксированной полярности питания. Т.е. режима насыщения нет.

Схема с общим коллектором

Это по сути частный случай схемы с ОЭ при Rк = 0! Поэтому, практически все соотношения для токов транзистора и потенциалов на его переходах, характерные для схемы с ОЭ, могут быть применим и в данном случае.

В этой схеме управляющее напряжение приложено к участку Б-Э, выходной сигнал снимается с резистора нагрузки, включенного в эмиттерную цепь. Потенциал коллектора при этом фиксирован!

Причем, в этой схеме, также как и в схеме с ОБ, отсутствует режим насыщения, поскольку потенциал коллектора никогда не может быть ниже потенциала базы!!

Параметры схемы в режиме отсечки аналогичны таковым в схеме с ОЭ!!

На рис.8 приведены схема включения и ее эквивалентная схема.

 

Рис.8

 

1)

2)

 

3) Rвх = rбэ + b Ч Rэ, т.е. во много раз больше чем Rвх в схемах с ОЭ и ОБ! (десятки и сотни кОм).

 

4)

 

Т. е. такая схема имеет высокий Ki, малое Rвых и большое Rвх!!

 

РЕФЕРАТ

на тему: «Биполярные транзисторы»

Выполнила: студентка 2 курса

Гр. М531 Хазранова Ф.Д

Принял:

Преподаватель Семиляк

 

Каспийск 2017

Биполярные транзисторы

 

Определение.

Транзистор- ППП с 3-мя электродами, служащий для усиления сигналов (в общем случае по мощности) или их переключения.