План
1. Классификация и маркировка транзисторов
2. Структура биполярных транзисторов. Принцип действия. Токи в БТ.
3. Режимы работы транзисторов.
Ход лекции
Классификация и маркировка транзисторов
Транзистором называется полупроводниковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усиливать мощность. Классификация транзисторов производится по следующим признакам:
· По материалу полупроводника – обычно германиевые или кремниевые;
· По типу проводимости областей (только биполярные транзисторы): с прямой проводимостью (p-n-p - структура) или с обратной проводимостью (n-p-n - структура);
· По принципу действия транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные);
· По частотным свойствам:
НЧ (<3 МГц);
СрЧ (3.30 МГц);
ВЧ и СВЧ (>30 МГц);
1) По мощности:
Маломощные транзисторы ММ (<0,3 Вт), средней мощности СрМ (0,3.3 Вт), мощные (>3 Вт).
Маркировка.
Г Т - 313 А
К П - 103 Л
I II - III IV
I – материал полупроводника: Г – германий, К – кремний.
II – тип транзистора по принципу действия: Т – биполярные, П – полевые.
III – три или четыре цифры – группа транзисторов по электрическим параметрам. Первая цифра показывает частотные свойства и мощность транзистора в соответствии с ниже приведённой таблицей.
IV – модификация транзистора в 3-й группе.
Таблица 1
Структура биполярных транзисторов. Принцип действия. Токи в транзисторе
Основой биполярного транзистора является кристалл полупроводника p-типа или n-типа проводимости, который также как и вывод от него называется базой.
Диффузией примеси или сплавлением с двух сторон от базы образуются области с противоположным типом проводимости, нежели база.
Рисунок 1
Область, имеющая бoльшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют коллектором.
Область, имеющая меньшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют эмиттером.
p-n переход между коллектором и базой называют коллекторным переходом, а между эмиттером и базой – эмиттерным переходом.
Направление стрелки в транзисторе показывает направление протекающего тока. Основной особенностью устройства биполярных транзисторов является неравномерность концентрации основных носителей зарядов в эмиттере, базе и коллекторе. В эмиттере концентрация носителей заряда максимальная. В коллекторе – несколько меньше, чем в эмиттере. В базе – во много раз меньше, чем в эмиттере и коллекторе (рисунок 2).
Рисунок 2
При работе транзистора в усилительном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. Это достигается соответствующим включением источников питания (рисунок 3).
Рисунок 3
Так как эмиттерный переход открыт, то через него будет протекать ток эмиттера, вызванный переходом электронов из эмиттера в базу и переходом дырок из базы в эмиттер. Следовательно, ток эмиттера будет иметь две составляющие – электронную и дырочную. Эффективность эмиттера оценивается коэффициентом инжекции:
Инжекцией зарядов называется переход носителей зарядов из области, где они были основными в область, где они становятся неосновными. В базе электроны рекомбинируют, а их концентрация в базе пополняется от «+» источника Еэ, за счёт чего в цепи базы будет протекать очень малый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под ускоряющим действием поля закрытого коллекторного перехода как неосновные носители будут переходить в коллектор, образуя ток коллектора. Переход носителей зарядов из области, где они были не основными, в область, где они становятся основными, называется экстракцией зарядов. Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода носителей зарядов δ:
Основное соотношение токов в транзисторе:
α – коэффициент передачи тока транзистора или коэффициент усиления по току:
Дырки из коллектора как неосновные носители зарядов будут переходить в базу, образуя обратный ток коллектора Iкбо.
Из трёх выводов транзистора на один подаётся входной сигнал, со второго – снимается выходной сигнал, а третий вывод является общим для входной и выходной цепи
Напряжение в транзисторных схемах обозначается двумя индексами в зависимости от того, между какими выводами транзистора эти напряжения измеряются.
Рисунок 5
Так как все токи и напряжения в транзисторе, помимо постоянной составляющей имеют ещё и переменную составляющую, то её можно представить как приращение постоянной составляющей и при определении любых параметров схемы пользоваться либо переменной составляющей токов и напряжений, либо приращением постоянной составляющей (рис.5).
где Iк, Iэ – переменные составляющие коллекторного и эмиттерного тока,
ΔIк, ΔIэ – постоянные составляющие.
Режимы работы транзистора
В зависимости от полярности напряжений, приложенных к эмиттерному и коллекторному переходам транзистора, различают четыре режима его работы.
1) Активный режим – на эмиттерный переход подано прямое, на коллекторный – обратное напряжение. Это основной режим работы транзистора, в котором он работает как усилительный элемент.
2) Режим отсечки – к обоим переходами подводятся обратные напряжения, транзистор полностью закрыт.
3) Режим насыщения – оба перехода находятся под прямым напряжением, транзистор полностью открыт.
4) Инверсный режим – к эмиттерному переходу подводится обратное напряжение, а к коллекторному – прямое. Эмиттер и коллектор меняются своими ролями – эмиттер выполняет функции коллектора, а коллектор – функции эмиттера. Этот режим, как правило, не соответствует нормальным условиям эксплуатации транзистора.
Контрольные вопросы:
1. Дать определение транзистора.
2. Расшифровать маркировку следующих транзисторов: ГТ306А, КТ816В.
3. Как подключаются источники питания к переходам транзистора в активном режиме?
4. Чем образуется обратный ток коллектора Iкбо?
5. В чем заключается отличие процессов инжекции и экстракции?
Литература:
Б. С. Гершунский. Основы электроники и микроэлектроники.- Киев: Вища школа, 1989, стр.119-122.
