Полупроводниковые транзисторы

Все полупроводниковые транзисторы делятся на две группы: биполярные и униполярные (полевые) транзисторы.

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами. Биполярные транзисторы различаются по структуре. В зависимости от чередования областей различают биполярные транзисторы типа “p-n-p” и “n-p-n” (рис.17).

Транзисторы также подразделяются по мощности, частоте и другим признакам.

Принцип действия биполярного транзистора основан на использовании физических процессов, происходящих при переносе основных носителей электрических зарядов из эмиттерной области в коллекторную через базу.

где Iэ, Iк, Iб – токи соответственно в цепи эмиттера, коллектора, базы.

Важнейшими параметрами, характеризующими качество транзистора, являются дифференциальный коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор - a и дифференциальный коэффициент передачи тока из базы в коллектор - b.

Современные транзисторы имеют a=(0,9-0,99)<1 и в=(4 -10000).

Основными параметрами, характеризующими транзистор как активный нелинейный четырехполюсник (рис. 18.) являются:

— коэффициент усиления по току K_i

— коэффициент усиления по напряжению K_U

— коэффициент усиления по мощности K_P

— входное сопротивление R_вх

— выходное сопротивление R_вых.

Обычно транзисторы включаются в электрическую схему таким образом, чтобы один из его электродов был входным, второй выходным, а третий общий для входа и выхода. В зависимости от этого различают три способа включения транзистора: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК). Рассмотрим особенности каждой схемы.

В схеме с ОБ (рис.19) входной сигнал поступает на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. Входным сопротивлением схемы R_вх является сопротивление открытого эмиттерного перехода, которое составляет десятки ом. Выходное сопротивление определяется обратным включенным коллекторным переходом. Поэтому Rвых>>Rвх.

Коэффициент усиления транзистора с ОБ по току соответствует примерно коэффициенту передачи a=0,95-0,99.

Коэффициент усиления транзистора по напряжению

где Rвх.б – входное сопротивление открытого эмиттерного перехода.

Так как Rн>> Rвх.б, то K_V>1.

Таким образом, схема включения транзистора с ОБ не обеспечивает усиление по току, однако усиливает входной сигнал по напряжению и мощности.

В схеме с ОЭ (рис.20) входной сигнал поступает на входы база – эмиттер, а выходной снимается с коллектора.

Входное сопротивление Rвх.э схемы значительно больше, чем в схеме с ОБ.

Коэффициент усиления схемы по току K_I >> 1.

Коэффициент усиления схемы по напряжению K_V>1.

Коэффициент усиления схемы по мощности равен произведению коэффициентов K_I и K_V

>> 1.

Схема с ОЭ обеспечивает усиление входного сигнала по току, напряжению и мощности, используется в усилителях, генераторах, формирователях и является самой распространенной.

В схеме ОК (рис.21) входной сигнал подается на входы база – коллектор, а выходной сигнал снимается с эмиттера.

Входное сопротивление схемы Rвх велико и равно Rвх=Rн.

Коэффициент усиления схемы с ОК по току K_I >>1.

Коэффициент усиления схемы с ОК по напряжению: К_U < 1.

Схему с общим эмиттером часто называют эмиттерным повторителем, т.к. нагрузка включена в цепь эмиттера. Схема обеспечивает усиление по току, мощности, имеет коэффициент усиления по напряжению меньше единицы (Кv≈0,9-0,99), отличается большим входным сопротивлением и малым выходным Rвх>>Rвых и широко используется в качестве согласующего каскада.