Біпалярны транзыстар

Біпалярны транзыстар — трохэлектродны паўправадніковы прыбор, разнавіднасьць транзыстара. Электроды падключаны да трох паслядоўна разьмешчаных слаёў паўправадніка з чаргуючымся тыпам прымеснай праводнасьці. Па гэтаму спосабу чаргаваньня распазнаюць npn і pnp транзыстары (n (negative) — электронный тып прымеснай праводнасьці, p (positive) — дзірачны). Электрод, які подключаны да цэнтральнага слою, называюць базай, электроды, якія падключаны да зьнешніх слаёў, называюць калектарам і эмітэрам. На прасьцейшай схеме адрозненьні паміж калектарам і эмітэрам ня бачны. Насамрэч калектар адрозніваецца ад эмітэра, галоўнае адрозненьне калектара — большая плошча p-n пераходу. Акрамя гэтага, для работы транзыстара абавязкова неабходна малая таўшчыня базы.

Прынцып дзеяньня транзыстара

У актыўным рэжыме работы транзістар уключаны так, што яго эмітарны пераход зрушаны ў прамым напрамку (адкрыты), а калектарны пераход зрушаны ў адваротным напрамку. Разглядзім npn транзыстар (усе ніжэй напісанае паўтараецца абсалютна аналягічна ў выпадку з pnp транзыстарам, толькі слова «электроны» замяняецца на «дзіркі», і наадварот, а таксама с заменай усіх напругаў на супрацьлеглыя па знаку). У npn транзыстары электроны — асноўныя носьбіты току ў эмітары — праходзяць праз адкрыты пераход эмітар-база ў вобласць базы. Частка гэтых электронаў рэкамбінуюць з асноўнымі носьбітамі зараду ў базе (дзіркамі), частка дыфундзіруе назад у эмітэр. Аднак, з-за таго што базу робяць вельмі тонкай і вельмі слаба легіраванай, большая частка электронаў, інжэктаваная з эмітару, дыфундзіруе ў вобласьць калектара. Магутнае электрычнае поле адваротна зрушанага калектарнага пераходу захватвае электроны (нагадаем, што яны — неасноўныя носьбіты ў базе, таму для ніх пераход адкрыты), і прыносіць іх у калектар. Ток калектара, такім чынам, практычна роўны току эмітэра, за выключэньнем невялікай страты на рэкамбінацыю ў базе, якая і стварае ток базы (I_э=I_б + I_к). Каэфіцыент α, які зьвязвае ток эмітара і ток калектара (I_к = α I_э), называецца каэфіцыентам перадачы тока эмітара. Звычайна ён равен α=(0.9 — 0.999) (чым большы каэфіцыент, тем лепш транзістар). Гэты каэфіцыент мала залежыць ад напругі калектар-база і база-эмітэр. Таму ў шырокім дыяпазоне рабочых напругаў ток калектара прапарцыянален току базы, каэфіцыент прапарцыйнасьці раўны β = α / (1 − α) (звычайна β=(10 − 1000). Такім чынам, замяняя малы ток базы, можна кіраваць значна большым токам калектара.

Характарыстыкі транзыстара як чатырохполюсьніка. Схемы ўключэньня з агульнай базай, агульным эмітэрам і агульным калектарам

У большасьці электрычным схем транзыстар выкарыстоўваецца ў якасьці чатырохполюсьніка (прыстасаваньня, якое мае два уваходных і два выходных вывады), ад таго, што транзыстар мае толькі тры вывады, для яго выкарыстоўваньня ў якасьці чатырохполюсьніка неабходна адзін з вывадаў транзыстара зрабіць агульным для уваходнага і выходнага ланцугоў. Адпаведна адрозьніваюць тры схемы ўключэньня транзыстара: схемы з агульнай базай (АБ), агульным эмітэрам (АЭ) і агульным калектарам (АК). Для разьліку ланцугоў зь біпалярнымі транзыстарамі ў наш час выкарыстоўваюць h-парамэтры: транзыстар уяўляюць як чатырохполюсьнік і запісваюць раўнаньні чатырохполюсьніка ў h-парамэтрах. Каэфіцыенты чатырохполюсьніка (h-парамэтры) выражаюцца наступным чынам: h11=Uбэ/Iб пры Uкэ=const — уваходны супор Rвх, Ом; h12=Uбэ/Uкэ пры Iб=const — беспамерны каэфіцыент зваротнай сувязі па напругу; h21=Iк/Iб пры Uкэ=const — беспамерны каэфіцыент перадачы току (β); h22=Iк/Uкэ пры Iб=const — выходная праводнасьць (1/Rвых), См.

Схема ўключэньня з агульнай базай

Схема з агульнай базай

Любая схема ўключэньня транзыстара характарызуецца двума асноўнымі паказчыкамі:

каэфіцыент узмацненьня па току I_вых/I_ув.

Для схемы з агульнай базой I_вых/I_ув=I_к/I_э=α [α<1])

уваходны супор R_увб=U_ув/I_ув=U_бэ/I_э.

Уваходны супор для схемы з агульнай базай малы і складае дзясяткі Ом, таму што ўваходны ланцуг транзыстара пры гэтым уяўляе сабою адкрыты эмітэрны пераход транзыстара.

Недахопы схемы з агульнай базай:

Схема не ўзмацняе ток, таму што α < 1
Малы ўваходны супор
Дзьве розныя крыніцы напругі для сілкаваньня.

Перавагі:

Добрыя тэмпэратурныя й частасныя ўласцівасьці.

Рэжымы работы транзыстараў

Актыўны рэжым (нармальны актыўны рэжым) — рэжым, якому адпавядае адкрыты стан эмітарнага пераходу і закрыты стан калектарнага пераходу.

Інвэрсны рэжым (інверсны актыўны рэжым) — рэжым, якому адпавядае адкрыты стан калектарнага пераходу і закрыты стан эмітарнага пераходу. У сувязі з тым, што ўзмацняльныя ўласцівасьці транзыстара ў інверсным рэжыме значна горшыя, чым у актыўным рэжыме, транзыстар у інверсным рэжыме практычна не выкарыстоўваецца.

Рэжым насыченьня — рэжым, у якім абодва пераходы транзыстара знаходзяцца ў адкрытым стане. У гэтым рэжыме і эмітар, і калектар інжэктуюць электроны ў базу, у выніку гэтага ў структуры працякаюць два сустрэчных скразных патокаў электронаў (нармальны і інвэрсны). Ад суадносінаў гэтых патокаў залежыць напрамак токаў, якія цякуць у ланцугах эмітара і калектара. У выніку двайной інжэкцыі база транзыстара вельмі моцна насычаецца залішнімі электронамі, ад чаго ўзмацняецца іх рэкамбінацыя зь дзіркамі, і рэкамбінацыйны ток базы аказваецца значна вышэй, чым у актыўным або інвэрсным рэжымах. Трэба таксама сказаць, што ў сувязі з насычэньнем базы транзыстара і яго пераходаў залішнімі носьбітамі зараду, іх супор робіцца вельмі малым. Таму ланцугі, якія утрымліваюць транзыстар, які знаходзіцца ў рэжыме насычэньня, можна лічыць каротка-замкнутымі. Калі браць да ўвагі тое, што ў рэжыме насычэньня напругі паміж электродамі транзыстара складае ўсяго некалькі дзясятых далей вольта, то лічаць, што ў гэтым рэжыме транзыстар уяўляе сабою эквіпатэнцыяльны пункт.

Рэжым адсечкі — рэжым, у якім абодва перахода транзыстара знаходзяцца ў закрытым стане.