Биполярные транзисторы (БТ).

БТ это активные п/п-вые приборы, служащие для усиления мощности электрических сигналов. БТ состоит из трех чередующихся слоев п/п-ка с электропроводностями разных типов и двух p - n -переходов. Различают транзисторы типа p-n-p (рис. 2.9, а)и n-p-n (рис. 2.9, е). Обозначения БТ этих типов показаны на рис. 2.9, б, г.

Рис. 2.9 Рис. 2.10

Внутреннюю область транзистора, разделяющую р-n -переходы, называют базой. Она тонкая и низколегированная. Внешний слой п/п-ка, предназначенный для внедрения носителей заряда в базу, называют эмиттером, а p-n -переход П₁, примыкающий к эмиттеру — эмиттерным. Другой внешний слой, вытягивающий носители заряда из базы, называют коллектором, а переход П₂ — коллекторным. База является электродом, управляющим значением тока, проходящего через транзистор, так как, меняя напряжение между базой и эмиттером, можно управлять плотностью тока.

БТ изготавливают из германия и кремния. Обозначение БТ: первый элемент (цифра или буква)-материал п/п-ка: 1 или Г-германий, 2 или К – кремний; второй элемент - буква Т, у полевых - буква П; третий элемент- трехзначный номер -указывает мощность и частотный диапазон; четвертый элемент-(буква) - разновидность транзистора данного типа. Например, ГТ905А — германиевый мощный высокочастотный транзистор, разновидность типа А.

Если эмиттерный переход напряжением U_эб смещен в прямом направлении, а коллекторный переход напряжением U_кб — в обратном (см. рис. 2.9, а, в), то включение транзистора называют нормальным. При перемене полярности напряжений U_эб и U_кб получим инверсное включение транзистора.

Рассмотрим работу БТ типа p-n-p, включенного по схеме с общей базой (рис. 2.11 ).

Рис. 2.11

При наличии источников смещения Е_э и Е_к указанной полярности дырки перемещаются из эмиттера в базу, а электроны из базы в эмиттер. Т.к. концентрация электронов в базе во много раз меньше концентрации дырок в слое эмиттера, то встречный поток электронов значительно меньше. Поэтому при встречном перемещении дырок и электронов произойдет их частичная рекомбинация, а избыток дырок внедряется в слой базы, образуя ток эмиттера. Они перемещаются к коллекторному р-n -переходу. Поток электронов образует маленький базовый ток I_б. Так как толщина базы w_б современных транзисторов составляет единицы микрон, то большая часть дырок достигает коллекторного p-n -перехода и захватывается его полем.При этом в кол­лекторной цепи проходит ток I_к, замыкая общую цепь тока. Т. о., для токов транзистора справедли­во соотношение I_э=I_б+I_к

Перенос тока из эмиттерной цепи в коллекторную характеризуется коэффициентом передачи тока эмиттера h_21б=(ð I_к/ð I_э)_Uкб=const, который у современных транзисторов достигает 0, 95-0, 99 и более. Поэтому I_б≈ (0, 05 ÷ 0, 01) I_э и I_к = (0, 95 ÷ 0, 99)I_э.

Т. о., изменение тока входной цепи вызывает соответствующее изменение тока в выходной цепи. Поскольку эмиттерный p-n -переход включен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном, то маленькое изменение входного напряжения вызывает значительно большее изменение выходного напряжения. На этом свойстве и основано усилительное действие транзистора.

U_ВХ= I_ЭR_ВХ; U_ВЫХ= I_кR_к= h_21б I_эR_к

Хотя коэффициент передачи тока h_21б меньше единицы, коэффициенты усиления по напряжению E_U и по мощности К_Р могут достигать больших значений. Дело в том, что при прямом включении эмиттерного перехода его сопротивление переменному току R_ВХ составляет несколько десятков Ом, а сопротивление коллекторного перехода при обратном включении достигает сотен килоом. Поэтому в выходную цепь транзистора можно включать большое сопротивление нагрузки R_к > > R_ВХ. Тогда коэф­фициент усиления по напряжению К_U= U_BЫХ / U_BX= I_кR_к / I_эR_ВХ= h_21бR_к/R_ВХ > >

и коэффициент усиления по мощности

К_Р= Р_ВЫХ /Р_ВХ= I_к² R_к./ I_э² R_ВХ = h_21б² R_к/ R_ВХ> > 1