Параметры биполярного транзистора — Студопедия

Все описанное выше касалось работы транзистора при постоянных напряжениях и токах его электродов. При работе транзисторов  в уси­лительных схемах важную роль играют переменные сигналы с малыми амплитудами. Свойства транзистора в этом случае определяются так называемыми малосигнальными параметрами.

На практике наибольшее применение получили малосигнальные h-параметры (читается: аш-параметры). Их называют также гибридны­ми, или смешанными, из-за того, что одни из них имеют размерность проводимости, другие — сопротивления, а третьи — вообще без­размерные.

Всего h-параметров четыре: h21 (аш-один-один), h22 (аш-один-два), h31 (аш-два-один) и h32 (аш-два-два) и определяются они следующими выражениями:

при Uвх = const

Запись const является сокращением слова constanta, то есть посто­янная величина. В данном случае это означает, что при определении параметра

h21 приращения входного напряжения и входного тока выбираются при неизменном (постоянном) значении выходного напряжения Uвых. Параметр h21 характеризует входное сопротивление биполярного транзистора и измеряется в омах. Более кратко выражение для определения параметра h21 записывают в виде:

при Uвых = const

Параметры h22, h31 и h32 определяются следующими выражениями:

_ — коэффициент обратной связи по на-

Iвх = const пряжению, безразмерная величина;

— коэффициент прямой передачи по

Uвых = const току, безразмерная величина;

— выходная проводимость, измеряется

Iвх = const в сименсах (См).

Знак

означает небольшое изменение напряжения U или тока I относительно их значений в статическом режиме.

Все h-параметры можно определить по статическим характеристи­кам. При этом параметры h21 и h22 определяются по входным, a h31 и h32 — по выходным характеристикам. Необходимо только иметь в виду, что значения h-параметров зависят от схемы включения транзистора. Для указания схемы включения к цифровым индексам h-параметров до­бавляется буквенный индекс: б — если транзистор включен по схеме ОБ, или э — если транзистор включен по схеме ОЭ. Кроме того, приращения входных и выходных токов и напряжений нужно заменить приращениями напряжений и токов соответствующих электродов транзистора с учетом конкретной схемы включения (рис. 9).

Значения h-параметров зависят от режима работы транзистора, т. е. от

а б Рис. 9. Токи и напряжения транзистора в схемах с ОЭ (а) и ОБ (б)

 

 

напряжений и токов его электродов. Режим работы транзистора опре-

Рис. 10. Определение статических h-параметров транзистора по его стати­ческим характеристикам деляется на характеристиках положением рабочей точки, которую будем обозначать в дальнейшем буквой А. Если указано положение рабочей точки А на семействе статических входных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ (рис. 10, а), параметры h21э_э и h22э определяются следующим образом:

Параметры h31э и h32э определяются в рабочей точке А по выходным характеристикам (рис. 10, б) в соответствии с формулами:

Аналогично рассчитываются h-параметры для схемы ОБ.

При расчете параметров

h22 и h31 надо токи и напряжения подстав­лять в формулы в основных единицах измерения.

Параметр h31б называют коэффициентом передачи тока в схеме ОБ, a h31э — коэффициентом передачи тока в схе­ме ОЭ. В отличие от статических коэффициентов передачи h31Б и h31Е, рассчитываемых как отношение выходного тока к входному в схемах ОБ и ОЭ, параметры h31б и h31э определяются как отношения изменений вы­ходных токов к вызвавшим их изменениям входных токов. Иными сло­вами, параметры h31б и h31э характеризуют усилительные свойства тран­зистора по току для переменных сигналов.

4.1.4.   H-параметры транзистора

Биполярный транзистор является нелинейным элементом, так как характеризуется нелинейными зависимостями U = f(I) входных и выходных ВАХ. Но при работе транзистора в режиме малого сигнала, т.е. при относительно небольших амплитудах переменных составляющих входных и выходных величин, он может быть представлен в виде активного линейного четырехполюсника (рис. 4.7), предполагающего линейные зависимости между токами и напряжениями. Возможно шесть вариантов выбора независимых и зависимых переменных для описания связи токов и напряжений в данном четырехполюснике.

В силу специфики входных и выходных ВАХ транзистора для его описания обычно выбирают в качестве независимых переменных входной ток (i₁) и выходное напряжение (u

2), а зависимыми являются: входное напряжение (u₁) и выходной ток (i₂). При таком выборе четырехполюсник описывается системой уравнений на основе h-параметров:

.

Указанный выбор зависимых и независимых переменных приводит к преобразованию данной системы к виду:

                                                    (4.1)

Тогда физический смысл h-параметров определяется как:

–	входное сопротивление при коротком замыкании на выходе по переменному сигналу;
–	коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода на входе по переменному сигналу;
–	коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе по переменному сигналу;
–	выходная проводимость при холостом ходе на выходе по переменному сигналу.

H-параметры измеряются в различных единицах: h₁₁ измеряется в омах, h₂₂ – в сименсах, h₂₁ и h

12 – безразмерны. Так как физические единицы параметров неодинаковые, то такую систему называют гибридной. В схеме замещения транзистора на основе h-параметров (рис. 4.8) генератор ЭДС  h₁₂u₂ учитывает наличие напряжения обратной связи во входной цепи, когда на выходе действует напряжение u₂, а входная цепь разомкнута. Сам генератор считается идеальным, т.е. не имеющим внутреннего сопротивления. Идеальный генератор тока h₂₁i₁ учитывает взаимосвязь выходного и входного токов.

Для каждой схемы включения транзистора существует свой набор h—параметров, идентифицируемый соответствующим индексом, но между этими наборами существует однозначная связь, представленная в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Связь между h-параметрами для различных схем включения транзисторов

h11э		h11б
h12э		h12б
h21э		h21б
h22э		h22б

Применительно к схеме включения с ОЭ вместо обозначения h_21э широко используется обозначение b, а в схеме с ОБ – вместо обозначения h_21б обозначение a. Так как в в схеме с ОБ направление тока i_к противоположно базовому направлению тока i₂ исходного четырехполюсника, то h_21б < 0.

H-параметры обычно измеряются специальными техническими средствами, что упрощает процесс измерения и повышает его точность. При практических расчетах значения этих параметров могут быть определены и графо-аналитическим методом по статическим входным и выходным ВАХ. Так как переменные составляющие токов и напряжений транзистора представляют приращения постоянных составляющих этих величин, система уравнений (4.1) может быть представлена в виде:

DU₁ = h₁₁DI₁ + h₁₂DU₂;

DI₂ = h₂₁DI₁ + h₂₂DU₂.

На рис. 4.9 показан процесс определения h-параметров по входной ВАХ транзистора, а на рис. 4.10 – по выходной. Из рисунков видно, что значения h-параметров не являются постоянными и зависят от режима по постоянному току (рабочей точки транзистора) – значений постоянных составляющих токов и напряжений на входе и выходе транзистора. Поэтому в справочной литературе при указании h-параметров обязательно указывается и режим, при котором произведены измерения.

Значения h-параметров также зависят от частоты переменного сигнала и температуры окружающей среды.

Параметры биполярного транзистора в схеме с общей базой, страница 8

Очевидно, что значения параметров транзистора будут различны в схемах с ОБ, ОЭ и ОК. Принято отмечать параметры в зависимости от схемы включения дополнительными индексами: при работе транзистора в схеме с ОБ — буквой б, в схеме с ОЭ — э, а в схеме с ОК — к. Для схемы с ОБ можно записать:

       

где  и  малые амплитуды переменных составляющих токов и напря­жений транзистора.

Наиболее просто h-параметры определить по статическим характе­ристикам транзистора. При этом частные производные токов и напряже-

Рис. 7.       Определение h-параметров по статическим характери­стикам.

ний заменяются конечными малыми приращениями. Параметры h₁₁ и h₁₂ определяются по входным ВАХ, a h₂₁ и h₂₂ — по выходным (рис.7). Порядок определения h-параметров следующий:

1. Выбирается рабочая тока A() и наносится на входные и выход­
ные характеристики.

2. На входных ВАХ в окрестностях рабочей точки задается некоторое

приращение напряжения  и определяется соответ­ствующее ему приращение тока  при постоянном напряже­нии . Тогда входное сопротивление транзистора

                                                                     (500 Ом–5кОм)

5.  При постоянном напряжении   задается приращение тока эмиттера ,  и определяется соответствующее ему приращение тока

    коллектора  Тогда коэффициент передачи тока

                                           

28. Малосигнальные h-параметры биполярных транзисторов.

Система h-параметров

Система h-параметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U₂ = 0) и режим холостого хода на входе (I₁ = 0). Поэтому для системы h-параметров в качестве входных параметров задаются ток I₁ и напряжение U₂, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I₂ и напряжение U₁, при этом система, описывающая связь входных I₁, U₂ и выходных I₂, U₁ параметров, выглядит следующим образом:

Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:

— входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;	— выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;
— коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;	— коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Эквивалентная схема четырехполюсника с h-параметрами приведена на рисунке 5.24а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h-параметр.

Рис. 5.24. Эквивалентная схема четырехполюсника: а) биполярный транзистор в схеме с общей базой; б) биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

Рассмотрим связь h-параметров биполярного транзистора в схеме с общей базой с дифференциальными параметрами. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора на низких частотах, показанной на рисунке 5.24а, а также выражениями для вольт-амперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем:

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 5.24б) выражения, описывающие связь h-параметров с дифференциальными параметрами, будут иметь следующий вид:

Для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) h-параметры связаны друг с другом. В таблице 2 приведены эти связи, позволяющие рассчитывать h-параметры для схемы включения с общей базой, если известны эти параметры для схемы с общим эмиттером.

Таблица 2. Связи между h параметрами

Дифференциальные параметры биполярных транзисторов зависят от режимов их работы. Для схемы с общим эмиттером наибольшее влияние испытывает коэффициент усиления эмиттерного тока h_21э в зависимости от тока эмиттера. На рисунке 5.25 приведена эта зависимость для транзисторов КТ215 различных типономиналов. В области малых токов (микромощный режим) коэффициент усиления уменьшается вследствие влияния рекомбинационной компоненты в эмиттерном переходе, а в области больших токов (режим высокого уровня инжекции) — коэффициент усиления уменьшается вследствие уменьшения коэффициента диффузии.

29.Графический расчет усилительного каскада оэ на биполярном транзисторе.

Б

Услительный каскад с общ. Эмиттером (ОЭ)

удем считать, что источник сигнала по отношению к транзистору является генератором токаi_Г  I_Гm sin  t, где I_Гm=E_Гm/R_Г. Тогда полный входной ток транзистора можно считать известным . (3.43)

Сопротивление нагрузки будем считать большим R_Н >> R_К.

Для описания работы транзистора воспользуемся семейством выходных характеристик (рис. 3.31) i_К=f(i_Б,u_КЭ). Учитывая, что характеристика резистора R_К подчиняется закону Ома, получим:

,

где ( E_К — u_КЭ) — падение напряжения на резисторе R_К. Это уравнение называется уравнением нагрузочной линии. Ее график имеет вид прямой линии, проходящей через точку E_К на оси абсцисс и через точку E_К /R_К, на оси ординат. Чем меньше R_К, тем более круто проходит нагрузочная линия. Поскольку через транзистор и R_К протекает один и тот же ток i_К, то его величина и напряжение u_КЭ могут быть найдены путем решения системы уравнений:

. (3.44)

Эта система уравнений может быть решена графически, путем нахождения точек пересечения нагрузочной линии с графиками выходных характеристик транзистора. Для определения параметров режима по постоянному току примем e_Г =0. Тогда значения постоянной составляющей тока коллектора I_К (0) и напряжения U_КЭ (0) определяются пересечением нагрузочной линии и статической характеристики транзистора, снятой при i_Б =I_Б (0), — см. рис. 3.31, точка А.

При подаче на вход каскада напряжения e_Г ток базы будет изменяться относительно I_Б (0) по синусоидальному закону с амплитудой

и рабочая точка будет перемещаться по нагрузочной линии между точками B и C. Соответственно будет изменяться ток коллектора с амплитудой I_Кm около значения I_К (0) и напряжение на коллекторе с амплитудой U_Кm около значения U_КЭ (0). При этом ток коллектора i_К будет находиться в фазе с током базы i_Б, а выходное напряжение u_КЭ в противо-фазе. ( Увеличению тока базы соответствует увеличение тока коллектора и уменьшение напряжения на коллекторе. См. рис. 3.31). Для определения входного напряжения u_БЭ необходимо воспользоваться входной характеристикой транзистора i=f(u_БЭ) при u_КЭ=U_К(0) рис.3.32. (Строго говоря, при больших U_Кm может потребоваться семейство входных характеристик, снятых при различных u_КЭ, но , как правило, влиянием u_КЭ на входной ток можно пренебречь). Постоянному току I_Б(0) соответствует постоянное напряжение U_Б(0). При изменении тока базы с амплитудой I_Бm входное напряжение изменяется с амплитудой U_Бm. Обратим внимание на то, что выходное напряжение в данном каскаде (ОЭ) противофазно входному. Графические расчеты могут выполняться и без учета введенных ранее ограничений.

Основными параметрами усилительного каскада являются:

— коэффициент усиления по напряжению;

— коэффициент усиления по току;

— коэффициент усиления по мощности;

— входное сопротивление;

— выходное сопротивление,

  г д е — выходное напряжение приR_Н 

— выходной ток при R_Н = 0;

-коэффициент полезного действия.

Анализ параметров биполярных транзисторов для различных схем включения.

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.

Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх

Схема включения с общей базой

Усилитель с общей базой.

Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]

Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

Хорошие температурные и частотные свойства.

Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой :

Малое усиление по току, так как α < 1

Малое входное сопротивление

Два разных источника напряжения для питания.

Схема включения с общим эмиттером

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]

Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб

Достоинства:

Большой коэффициент усиления по току

Большой коэффициент усиления по напряжению

Наибольшее усиление мощности

Можно обойтись одним источником питания

Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

Схема с общим коллектором

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1]

Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб

Достоинства:

Большое входное сопротивление

Малое выходное сопротивление

Недостатки:

Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

15. Малосигнальные Т-образные эквивалентные схемы биполярного транзистора в физических параметрах.

На рис. 4.13, 4.14 представлены два наиболее простых способа построения физических эквивалентных схем биполярного транзистора. В схеме на рис. 4.13 усилительные свойства транзистора моделируются включением в коллекторную цепь идеализированного источника тока, а в схеме на рис. 4.14 — источника напряжения.

При изображении физических эквивалентных схем положительные направления переменных токов и напряжений стараются принимать совпадающими с реальными постоянными токами и напряжениями на соответствующих электродах транзистора (полного совпадения обычно не получается).

В случае рассмотрения какой-либо конкретной схемы включения биполярного транзистора один из его электродов является общим для входа и выхода схемы, а выбор варианта (с источником тока или с источником напряжения) эквивалентной схемы производится с учетом удобства вычислений и анализа модели.

16. Малосигнальные эквивалентные схемы биполярного транзистора в h-параметрах.

Такой линейный активный четырехполюсник можно описать различными способами и представить схемами замещения.

Для биполярного транзистора удобными системами являются системы h — и у — параметров. Уравнения линейного четырехполюсника в системе h — параметров имеют вид:

а в системе у-параметров:

где индекс 1 соответствует входной переменной, индекс 2 — выходной, а значок означает малые изменения соответствующих переменных, при которых транзистор можно считать линейным элементом.

Таким образом, активный линейный четырехполюсник может быть представлен в виде схемы замещения, показанной на рис

Величины h -параметров четырехполюсника могут быть определены различными способами с помощью так называемых опытов холостого хода и короткого замыкания для переменных составляющих токов и напряжений. Так, опыт короткого замыкания на выходе ( u2 = 0) позволяет определить значения параметров h21 и h31 , а опыт короткого замыкания на входе ( i1 = 0) дает возможность определить значения параметров h22 и h32 . Для определения h — параметров могут быть также использованы физические схемы замещения транзисторов с известными параметрами, семейства их статических ВАХ в окрестности рабочей точки, а также эксперимент.

17.Связь h-параметров с физическими параметрами транзистора.

При любой схеме включения транзистор может быть представлен в виде активного четырехполюсника на входе которого действует напряжение u1 и протекает ток i1, а на выходе напряжение u2 и ток i2. Для транзисторов чаще всего используются h-параметры.

Система уравнений, показывающая связь напряжений и токов с h-параметрами, имеет вид: u 1 = h 11 i 1 + h 12 u 2 ,   i 2 = h 21 i 1 + h 22 u 2 . }

Физический смысл соответствующих коэффициентов следующий:

h21 — входное сопротивление при коротком замыкании на выходе ;

h22 — коэффициент ОС по напряжению при холостом ходе на входе;

h31 — коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе;

h32 — выходная проводимость при холостом ходе на входе.

Как и при анализе физических эквивалентных схем, схемы замещения с активным четырехполюсником справедливы только для малых приращений токов и напряжений. Роль малых приращений могут играть малые гармонические токи и напряжения. Для переменных токов и напряжений все входные и выходные величины, а следовательно, и h-параметры величины комплексные, зависящие от частоты. Представление транзистора в виде активного четырехполюсника справедливо для любой схемы включения. Для схемы с ОБ h-параметрам приписывают индекс Б: h21Б, h22Б, h31Б и h32Б. Для схемы с ОЭ h-параметры обозначаются через h21Э, h22Э, h31Э и h32Э.

Значения одноименных h-параметров для различных схем включения различаются. Из сравнения физических эквивалентных схем и эквивалентных схем транзистора в h-параметрах можно найти соотношения для расчета h-параметров через параметры физических эквивалентных схем:

h 11Б = r вхБ = r Э + r Б (1−α) ; h 11Э = r вхЭ = r Б + r Э (1+β) ;

h 12Б ≈ r Б r К ; h 12Э ≈ r Э (1+β) r К ;

h 21Б ≈α ; h 21Э ≈β ; h 22Б ≈ 1 r К ; h 22Э ≈ 1 r К ∗ ≈ (1+β)rК .

H-параметры транзистора

Недостатком Т-образной схемы является невозможность непосредственного измерения ее параметров, так как в реальном транзисторе внутренняя общая точка, соединяющая ветви Т-образной схемы, недоступна для присоединения измерительных приборов. Этот недостаток устраняется, если представить транзистор в виде линейного четырехполюсника с парой входных и парой выходных зажимов (рис. 21). Биполярный транзистор можно рассматривать как активный четырехполюсник только при усилении переменных сигналов малой амплитуды. Если к транзистору подведено питание постоянного тока и этим задана рабочая точка П на его ВАХ, то при наложении на протекающие токи малых переменных сигналов транзистор в отношении этих сигналов можно рассматривать как линейный элемент электрической цепи. Эквивалентная схема, приведенная на рис. 21, позволяет нелинейные ВАХ заменить аналитическими линейными выражениями, что дает возможность привлечь компьютерную технику к расчетам электронных схем. Такой четырехполюсник удобно описывать системой h-параметров:

;

.

Чтобы определить h-параметры и выяснить их физический смысл, необходимо осуществить режим холостого хода на входе четырехполюсника и режим короткого замыкания на выходе, что как раз легко выполнить для транзисторов:

	– входное сопротивление транзистора
	– коэффициент усиления по току
	– коэффициент обратной связи по напряжению
	– выходная проводимость транзистора

Существует связь между h-параметрами и физическими параметрами транзистора. Для этого необходимо выполнить режим короткого замыкания и холостого хода в Т-образной схеме. Тогда для схемы с ОБ получим:

.

Для схемы с ОЭ:

.

Так как ток базы в раз меньше тока эмиттера (см. выражение (4)), то:

.

Тема 5. Полевые транзисторы

Полевые (униполярные) транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, ток в которых обусловлен дрейфом основных носителей заряда под действием продольного электрического поля. Управление током в таком приборе осуществляется за счет изменения проводимости полупроводника с помощью поперечного электрического поля (отсюда название – полевые транзисторы).

В отличие от биполярных транзисторов, в которых физические процессы переноса зарядов обусловлены как основными, так и неосновными носителями, в полевом транзисторе управляемый ток обусловлен движением основных для данного типа полупроводника носителей заряда. Именно этим явлением объясняется второе название транзистора – униполярный.

В настоящее время получили применение две основные разновидности полевых транзисторов: транзисторы с управляющим p-n-переходом и транзисторы с изолированным затвором (МДП- или МОП-транзисторы). Схемные обозначения и графики вольт-амперных характеристик сведены в таблицу и приведены на рис. 22.

Рис. 22. Схемные обозначения и проходные вольт-амперные характеристики полевых транзисторов

На рис. 23 приведена упрощенная структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. В исходную пластину полупроводника n-типа на противоположных сторонах методом сплавления (или диффузии) вводятся акцепторные примеси таким образом, чтобы образовались области p-типа. Между областями с противоположными типами проводимости образуется p-n-переход. Область n-типа, заключенная между двумя p-n-переходами, образует проводящий канал. Область, от которой начинают движение основные носители в канале, называется истоком И. Область, к которой движутся основные носители, называется стоком С. Области p-типа, используемые для управления током в канале, образуют затвор З. Между затвором и истоком подается напряжение такой полярности, чтобы оно создавало обратное смещение p-n-перехода, а напряжение между стоком и истоком имеет такую полярность, чтобы основные носители двигались от истока к стоку.

При увеличении обратного смещения на p-n-переходе область обедненного слоя расширяется и распространяется в область полупроводника n-типа, поскольку для основных носителей в слоях всегда соблюдается условие. Так как в обедненном слое практически отсутствуют свободные носители заряда, то электрический ток может быть только в проводящем канале, расположенном между обедненными слоями. Изменяя напряжение, можно изменять поперечное сечение проводящего канала, его проводимость и управлять током транзистора. Другими словами, полевой транзистор можно рассматривать как управляемый резистор.

Сткозатворные (проходные) и стоковые (выходные) характеристики транзистора с управляющим p-n-переходом приведены на рис. 24, а и б.

а)	б)
Рис. 24. Стокозатворные (а) и стоковые (б) характеристики транзистора с управляющим p-n-переходом

Рассмотрим стокозатворные характеристики. Если напряжение на затворе достаточно велико, то происходит смыкание обедненных областей и ток транзистора становится равным нулю. Напряжение , при котором происходит перекрытие канала, называется напряжением отсечки. При нулевом напряжении на затворе ток транзистора максимальный – ток насыщения стокана рис. 24,а. Изменяя управляющее напряжение в пределах , можно в широких пределах изменять ток стока.

Стоковые характеристики имеют ярко выраженные крутой (область I) и пологий (область II) участки, III – область пробоя. Усилительному режиму транзистора соответствует пологий участок, на котором ток стока практически не зависит от напряжения. Последнее объясняется тем, что ток стока вызывает падение напряжения в самом канале, которое создает дополнительное обратное смещение на управляющем p-n-переходе, в результате чего проводимость канала уменьшается. Имеет место эффект модуляции проводимости канала (эффект самовыравнивания канального тока) за счет внутренней отрицательной обратной связи – с ростом напряжениянаблюдается увеличение напряженияи ток стокаснижается. Выходные характеристики имеют некоторый наклон в основном за счет токов утечки.

Полевые транзисторы с изолированным затвором (или МДП-транзисторы) имеют структуру металл-диэлектрик-полупроводник (представлена на рис. 25). МДП-транзисторы могут изготавливаться либо на полупроводниковой, либо на диэлектрической подложке. В рассматриваемом случае подложкой служит кремний n-типа. Путем окисления кремния на поверхности подложки образуется тонкий изолирующий слой диэлектрика из диоксида кремния SiO₂. По этой причине МДП-транзисторы часто называют МОП-транзисторами (металл-оксид-полупроводник). Через специальные отверстия в диэлектрике методом диффузии в подложке создаются две области p-типа. Межу областями p и n образуются два электронно-дырочных перехода. Одна из p-областей используется в качестве стока, а другая – в качестве истока. Подложку (ее вывод) обычно соединяют с истоком. Полярности приложенных напряжений при нормальном включении транзистора показаны на рис. 25.

При подаче на затвор отрицательного смещения электроны, находящиеся в подложке на границе с диэлектриком, вытесняются вглубь полупроводника и в поверхностном слое подложки образуется проводящий канал p-типа (дырки p притягиваются электрическим полем). От подложки канал отделен изолирующим p-n-переходом (обедненным слоем), смещенным в обратном направлении. Следует отметить, что канал индуцируется только при некотором пороговом значении напряжения . Увеличение напряжения на затвореприводит к увеличению концентрации подвижных носителей (дырок) в канале и ток стока возрастает. В результате стокозатворная ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом будет иметь вид, показанный на рис. 26 (кривая1).

Помимо МДП-транзисторов с индуцированным каналом изготавливаются МДП-транзисторы со встроенным каналом, у которых ток стока не равен нулю при нулевом напряжении на затворе (рис. 26, кривая2). При подаче на затвор транзистора с каналом p-типа отрицательного смещения возрастает концентрация дырок в канале (режим обогащения) и ток стока увеличивается. При положительном смещении на затворе (режим обеднения) ток уменьшается и при напряжении отсечки становится равным нулю.

Рис. 26. Стокозатворные характеристики МДП-транзисторов с индуцированным (1) и встроенным (2) каналами

Таким образом, управляющее напряжение МДП-транзисторов со встроенным каналом может быть как положительным, так и отрицательным, поскольку в этих транзисторах проводящий канал существует уже при .

Стоковые характеристики МДП-транзисторов по виду подобны аналогичным характеристикам транзисторов с управляющим p-n-переходом.

В отличие от биполярного транзистора полевой транзистор управляется напряжением и характеризуется аналогично электронной лампе следующими дифференциальными параметрами:

крутизной характеристики

;

внутренним (выходным) сопротивлением

;

коэффициентом усиления

;

входным сопротивлением

.

Ток затвора для транзистора с управляющим p-n-переходом определяется обратной ветвью ВАХ p-n-перехода, смещенного в обратном направлении. Сопротивлениетаких транзисторов составляет 10⁶-10⁹ Ом. Для МДП-транзисторов входное сопротивление определяется сопротивлением слоя диэлектрика и может достигать 10⁹-10¹⁴ Ом.

Полевые транзисторы подвержены влиянию температуры в меньшей степени, чем биполярные, так как в процессе переноса зарядов неосновные носители не участвуют. Аналогично биполярным транзисторам полевые могут включаться тремя различными способами: по схеме с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ). Схема с ОЗ самостоятельного применения не имеет и используется в качестве составной части более сложных каскадов. Полевые транзисторы очень чувствительны к электростатическому пробою, поэтому необходимо применять специальные защитные меры при эксплуатации этих приборов.

5.17. Параметры транзистора как четырехполюсника. H-параметры

Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для такой схемы. Для транзистора как четырехполюсника характерны два значения тока I₁иI₂и два значения напряженияU₁ иU₂(рис. 5.23).

Рис. 5.23. Схема четырехполюсника

В зависимости от того, какие из этих параметров выбраны в качестве входных, а какие в качестве выходных, можно построить три системы формальных параметров транзистора как четырехполюсника. Это системы z‑параметров,y‑параметров иh‑параметров. Рассмотрим их более подробно, используя линейное приближение.

Система z-параметров

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника токи I₁иI₂, а напряженияU₁иU₂будем определять как функции этих токов. Тогда связь напряжений и токов в линейном приближении будет иметь вид:

;

.

Коэффициенты z_ikв этих уравнениях определяются следующим образом:

и – определяются как входное и выходное сопротивления.

и – сопротивления обратной и прямой передач.

Измерения z‑параметров осуществляются в режиме холостого хода на входе (I₁ = 0) и выходе (I₂ = 0). Реализовать режим разомкнутого входаI₁ = 0 для биполярного транзистора достаточно просто (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому размыкающее сопротивление в цепи эмиттера в несколько кОм уже позволяет считатьI₁ = 0). Реализовать режим разомкнутого выходаI₂ = 0 для биполярного транзистора сложно (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и размыкающее сопротивление в цепи коллектора в силу этого должно быть порядка ГОм).

Система y‑параметров

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника напряжения U₁иU₂, а токиI₁иI₂будем определять как функции этих напряжений. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид:

;

.

Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом:

и – входная и выходная проводимости.

и – проводимости обратной и прямой передач.

Измерение y‑параметров происходит в режиме короткого замыкания на входе (U₁ = 0) и выходе (U₂ = 0). Реализовать режим короткого замыкания на входе (U₁ = 0) для биполярного транзистора достаточно сложно (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому замыкающее сопротивление в цепи эмиттера должно составлять доли Ома, что достаточно сложно). Реализовать режим короткого замыкания на выходеU₂ = 0 для биполярного транзистора просто (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и замыкающие сопротивления в цепи коллектора могут быть даже сотни Ом).

Система h‑параметров

Система h‑параметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U₂ = 0) и режим холостого хода на входе (I₁ = 0). Поэтому для системыh‑параметров в качестве входных параметров задаются токI₁и напряжениеU₂, а в качестве выходных параметров рассчитываются токI₂и напряжениеU₁, при этом система, описывающая связь входныхI₁,U₂и выходныхI₂,U₁параметров, выглядит следующим образом:

;

.

Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:

–входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;

–выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;

–коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;

–коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Эквивалентная схема четырехполюсника с h‑параметрами приведена на рисунке 5.24а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или инойh‑параметр.

Рис. 5.24. Эквивалентная схема четырехполюсника:

а) биполярный транзистор в схеме с общей базой;б) биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

Рассмотрим связь h‑параметров биполярного транзистора в схеме с общей базой с дифференциальными параметрами. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора на низких частотах, показанной на рисунке 5.24а, а также выражениями для вольт‑амперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем:

;

;

;

.

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 5.24б) выражения, описывающие связьh‑параметров с дифференциальными параметрами, будут иметь следующий вид:

;

;

;

.

Для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) h‑параметры связаны друг с другом. В таблице 2 приведены эти связи, позволяющие рассчитыватьh‑параметры для схемы включения с общей базой, если известны эти параметры для схемы с общим эмиттером.

Таблица 2. Связи между h‑параметрами

Дифференциальные параметры биполярных транзисторов зависят от режимов их работы. Для схемы с общим эмиттером наибольшее влияние испытывает коэффициент усиления эмиттерного тока h_21эв зависимости от тока эмиттера. На рисунке 5.25 приведена эта зависимость для транзисторов КТ215 различных типономиналов. В области малых токов (микромощный режим) коэффициент усиления уменьшается вследствие влияния рекомбинационной компоненты в эмиттерном переходе, а в области больших токов (режим высокого уровня инжекции) – коэффициент усиления уменьшается вследствие уменьшения коэффициента диффузии.

Рис. 5.25. Зависимость коэффициентаh_21эдля различных транзисторов марки КТ215Д от эмиттерного токаI_э[24, 29]

hFE hfe & Beta »Электроника

Коэффициент усиления по току — одна из важных характеристик биполярного транзистора — часто встречаются три цифры: Beta β, h _FE и h _fe , каждая из которых немного отличается.

---

Transistor Tutorial:
Основы транзисторов Усиление: Hfe, hfe и бета Характеристики транзистора Коды нумерации транзисторов и диодов Выбор транзисторов на замену

---

В любой схеме коэффициент усиления биполярного транзистора по току будет иметь первостепенное значение.Является ли схема общим эмиттером, общим коллектором и т. Д., И использует ли она транзисторы NPN или транзисторы PNP.

Хотя другие параметры этих полупроводниковых устройств также важны, коэффициент усиления по току особенно важен, поскольку биполярный транзистор является устройством, работающим от тока.

Коэффициент усиления транзистора по току обычно указывается в единицах h _FE , h _fe или греческой букве Beta β.

При проектировании любой транзисторной схемы необходимо обеспечить достаточное усиление для правильной работы схемы.Уровни усиления могут быть очень высокими для многих малосигнальных устройств, при этом усиление по току до 1000 не является редкостью, но для силовых транзисторов усиление намного ниже и иногда может составлять всего лишь 25-50.

BC547 Транзистор с пластиковыми выводами

Обычно характеристики усиления по току для транзисторов обычно имеют очень широкий допуск, и поэтому схемы должны быть в состоянии приспособиться к этому. Однако минимальное усиление транзистора должно быть достаточным для обеспечения правильной работы.

Коэффициент усиления транзистора и бета, β

При проведении многих расчетов коэффициент усиления транзистора по току выражается греческой буквой бета; β.

Это коэффициент усиления прямого тока для транзистора при работе в режиме общего эмиттера.

Основные токи транзистора

Хотя приведенное ниже уравнение не является строго точным, оно более чем достаточно для всех практических расчетов. Это уравнение усиления транзистора встречается в большинстве случаев.

. , , , Более подробные уравнения и теория усиления транзисторов.

Транзистор h _fe

Транзистор H _fe , h _fe часто указывается как коэффициент усиления по току. Это может привести к некоторой путанице.

Причина использования h _fe заключается в том, что он относится к способу измерения входных и выходных параметров транзистора.

Z-параметры — это один из основных параметров, используемых при рассмотрении схемы как черного ящика.Однако, поскольку транзистор демонстрирует низкий входной импеданс и высокий выходной импеданс, используется форма параметра, известная как h или гибридные параметры.

h _fe — характеристика прямого перехода, то есть усиление транзистора при использовании в режиме общего эмиттера.

h _fe в точности совпадает с транзистором Beta, β — только чуть более корректно использовать его в даташитах.

Коэффициент усиления постоянного и малосигнального транзистора

Коэффициент усиления транзистора незначительно меняется при измерении постоянного тока и небольших изменений сигнала.

Обозначения на двух рисунках немного отличаются. Часто _DC используется для усиления постоянного тока, а _AC используется для усиления переменного тока, которое также может называться усилением малого сигнала транзистора.

Аналогично для hfe. H _fe с большой буквы H используется для усиления по постоянному току, тогда как усиление переменного или слабого сигнала обозначается h _fe с маленькой буквы h.

Суммарное усиление транзистора

Различные обозначения усиления транзистора можно кратко изложить ниже.

• Бета; β: Это основное обозначение коэффициента усиления прямого тока транзистора.
• h _fe : Это коэффициент усиления по току для транзистора, выраженный как параметр h (гибридный параметр). Буква f указывает на то, что это характеристика прямого переноса, а буква e указывает на то, что это для общей конфигурации эмиттера. Маленькая буква h указывает на небольшое усиление сигнала. h _fe и слабый сигнал Beta одинаковы.
• h _FE : Параметр H _fe отличается от h _fe тем, что это параметр h для усиления постоянного тока в установившемся режиме постоянного тока или большого сигнала.

Различные сокращения, используемые для усиления транзистора, H _fe , h _fe и Beta, широко используются, хотя параметры H _fe , h _fe , как правило, более широко используются в таблицах данных.

Примечание

Есть несколько моментов, которые представляют интерес при оценке уровня усиления по току, который имеет транзистор:

• Коэффициент усиления силовых транзисторов: Коэффициент усиления силовых транзисторов обычно намного меньше, чем у малосигнальных устройств.Силовые транзисторы могут иметь коэффициент усиления по току менее 50, но, используя другой транзистор для управления силовым транзистором, общий коэффициент усиления по току может быть увеличен до желаемого уровня.
• Коэффициент усиления по току варьируется в широких пределах: Стоит отметить, что для любого типа транзистора может быть очень большой разброс между разными устройствами. Обычно характеристики схемы не зависят напрямую от фактического усиления по току, особенно потому, что часто присутствует отрицательная обратная связь или для коммутационных приложений фактическое усиление не критично.Всегда разумно убедиться, что имеется достаточный коэффициент усиления по току, используя минимальное значение, указанное в таблицах данных.

Изменение текущего усиления

Обычно ожидается, что значение коэффициента усиления по току β для биполярного транзистора является постоянным, однако есть некоторые изменения, которые происходят в значении β или h _FE .

• Изменения β с током коллектора: Уровень тока коллектора может вызвать изменение уровня β или или h _FE .
  • При низком токе: Это происходит, когда биполярный транзистор работает при очень низких уровнях тока в результате видимых механизмов утечки и влияющих на общий ток транзистора. Например, спецификация для BC109B, работающего с током коллектора, I _C , равным 10 мкА, и напряжением коллектора-эмиттера V _CE , равным 5 В, имеет минимальное усиление 40, тогда как для тока коллектора I _C составляет 2 мА и при напряжении коллектор-эмиттер V _CE 5 В он имеет минимальное усиление 200.
  • При высоком токе: Было обнаружено, что уровень усиления β биполярного транзистора по току начинает уменьшаться по мере увеличения тока. Это происходит из-за высокого уровня впрыска.
  Обычно биполярный транзистор смещен для работы в своей линейной области для аналоговых сигналов, и можно предположить, что коэффициент усиления по току постоянный. Соответственно, для хорошей линейной работы транзистор должен хорошо работать в пределах своего рабочего диапазона и не заходить на рельсы и не потреблять чрезмерный ток для конкретного полупроводникового устройства.
• Влияние температуры на коэффициент усиления по току β: Температура оказывает большое влияние на многие параметры биполярного транзистора, одним из которых является коэффициент усиления по току β / ч _FE и т. Д.
• Частота: Рабочая частота будет иметь заметное влияние на значение текущего усиления. Для низких частот значение h _fe , то есть усиление слабого сигнала не будет слишком сильно отличаться от значения для DC h _FE , хорошее практическое правило состоит в том, что среднее значение для h _FE может быть используемый.Поскольку работа схемы для любой схемы не должна критически зависеть от фактического коэффициента усиления для полупроводникового устройства. Если частота повышается и даже начинает приближаться к f _T устройства, то необходимо использовать меньшее значение усиления.
• Диапазон производства: В результате допусков в производственных процессах коэффициент усиления по току биполярных транзисторов будет варьироваться в значительном диапазоне. (Увидеть ниже).

В этих описаниях варианты β, описанные для биполярных транзисторов, могут быть в равной степени применимы к h _FE .

Технические характеристики усиления по току

В результате производственного процесса биполярные транзисторы обычно имеют широкий диапазон значений коэффициента усиления по току.

Как уже упоминалось, цифры для H _fe — усиление постоянного тока и h _fe — усиление переменного тока слабого сигнала. Часто указываются цифры для обоих параметров.

В спецификации указываются условия испытаний. Обычно указываются уровень тока и напряжение коллектор-эмиттер.

Принимая во внимание разброс уровней текущего усиления в этих электронных компонентах, могут быть указаны минимальные, типичные и максимальные значения. Часто не все эти цифры приводятся: иногда может быть указано только минимальное значение для текущего усиления.

Так как коэффициент усиления для данного типа транзистора может значительно отличаться, буква суффикса в конце номера детали транзистора может указывать диапазон усиления, ожидаемый для этого конкретного устройства. Например, BC109B имеет коэффициент усиления по току h _FE от 200 до 450, а BC109C имеет коэффициент усиления по току h _FE от 420 до 800.

Вне зависимости от используемой схемы, будь то транзисторы NPN или PNP, коэффициент усиления транзистора по току является ключевым параметром. Несмотря на то, что коэффициенты усиления сильно различаются, большинство схем допускают фактическое усиление транзистора, поэтому оно должно быть достаточным для обеспечения правильной работы.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды транзистор Фототранзистор FET Типы памяти тиристор Соединители Разъемы RF Клапаны / трубки батареи Выключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты»., ,

.

Все транзисторы. Техническая спецификация. Поиск по перекрестным ссылкам. База данных транзисторов.

BJT TOP50: 2N2222 | 2N3055 | BC547 | 2N3904 | 2N2222A | BC107 | C945 | BC548 | BD139 | 8050 | S8050 | BC557 | BC337 | TIP31 | D882 | AC128 | BC108 | S9014 | C1815 | BD140 | 2N3906 | S8550 | 8550 | 2SC945 | 2SC5200 | BC547B | 2N5551 | MJE13003 | 9014 | BC549 | BC148 | TIP122 | 9013 | 2N2907 | BC558 | BC327 | C102 | A733 | 2SC1815 | 2N60C | 2N222 | 2N4401 | BC109 | BD135 | S9013 | BC546 | À1015 | 9012 | 431 | 2N3773 |

MOSFET TOP30: IRF3205 | IRFZ44N | IRF740 | IRF540 | IRF840 | BS170 | IRFZ44 | IRF640 | IRF540N | 2N7000 | IRF630 | IRFP460 | IRFZ46N | IRF530 | IRF1404 | IRF3710 | IRFZ34N | IRFP250 | BUZ11 | RFP50N06 | IRF520 | IRFP450 | IRFB3306 | IRF510 | IRF830 | 2N5484 | IRF730 | IRF150 | STF5N52U | IRF2807 |

IGBT TOP15: IRGP4086 | CT60AM-18F | FGPF4633 | G40N60B3 | IRG7IC28U | G20N60B3D | IXGR40N60C2D1 | G7N60C3D | RJP30h2DPD | IKW50N60h4 | 10N40F1D | GT60M303 | FGh50N60SFD | IRG4BC30W-S | IRG4PC50UD |

КУПИТЬ ТРАНЗИСТОРЫ

Выбор биполярного транзистора для замены

Материал =

Структура =

ПК> W

Vcb> V

Vce> V

Веб> В

Ic> А

Tj> C

Ft> МГц

куб.см пФ

Hfe>

Колпачков =

R1 = кОм

R2 = кОм

R1 / R2 =

Пустые или нулевые поля при поиске игнорируются!

Как выбрать замену биполярному транзистору 🔗

ИТОГО: 123970 транзисторов

.

Что такое транзистор, его функции и характеристики [видео]

Теплые советы: Слово в этой статье составляет около 3200 слов, а время чтения составляет около 15 минут.

Введение

Эта статья в основном расскажет, что такое транзистор, а также его подробные характеристики и функции. Транзистор — это своего рода твердое полупроводниковое устройство, которое имеет множество функций, таких как обнаружение, выпрямление, усиление, переключение, стабилизация напряжения, модуляция сигнала и так далее.В качестве переключателя переменного тока транзистор может управлять выходным током в зависимости от входного напряжения. В отличие от обычных механических переключателей (таких как реле и переключатели), транзисторы используют телекоммуникационные сигналы для управления их включением и выключением, а скорость переключения может быть очень высокой, которая может достигать более 100 ГГц в лаборатории. Национальная лаборатория Лоуренса Беркли преодолела физический предел и сократила самый сложный транзисторный процесс с 14 нм до 1 нм, сделав прорыв в вычислительной технологии.

Что такое транзистор? Определение, функции и использование

Ядро статьи	Введение в транзисторы	Назначение	Знакомство с транзистором, его функциями и характеристиками
Английское название	Транзистор	Категория	Дискретные полупроводниковые изделия
Функция	Используется как детектор, выпрямитель, усилитель, переключатель, стабилизатор напряжения, модуляция сигнала	Характеристика	Высокий отклик и высокая точность

Каталог

I Что такое транзистор?

Транзисторы — это полупроводниковые устройства, которые обычно используются в усилителях или переключателях с электрическим управлением.Транзисторы являются основным строительным блоком, регулирующим работу компьютеров, мобильных телефонов и всех других современных электронных схем.

Благодаря высокому отклику и высокой точности транзисторы могут использоваться для широкого спектра цифровых и аналоговых функций, включая усилители, переключатели, стабилизаторы напряжения, модуляцию сигнала и генераторы. Транзисторы могут быть упакованы независимо или на очень небольшой площади, вмещая часть 100 миллионов или более транзисторных интегральных схем.

(технология транзисторов Intel 3D)

Строго говоря, под транзисторами понимаются все отдельные элементы на основе полупроводниковых материалов, включая диоды, транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т. Д., Изготовленные из различных полупроводниковых материалов. Транзисторы в основном относятся к кристаллическим триодам.

Транзисторы

делятся на две основные категории: биполярные транзисторы (BJT ) и полевые транзисторы (FET) .

структура транзистора

Транзистор имеет три полюса: три полюса биполярного транзистора состоят из типа N и типа P соответственно: Эмиттер, База и Коллектор ; три полюса полевого транзистора: Source, Gate, Drain .

Из-за трех полярностей транзистора их также можно использовать тремя способами: заземленный эмиттер (также называемый общим усилителем излучения / конфигурацией CE), заземленная база (также называемая конфигурацией усилителя общей базы / CB) и заземленный коллектор (также называемый общий набор усилитель / конфигурация CC / эмиттерный соединитель).

---

II Разработка транзисторов

В декабре 1947 года группа компаний Belle Labs, Shockley, Barding и Bratton разработала германиевый транзистор с точечным контактом, появление которого стало главным изобретением 20 века и предвестником революции в микроэлектронике. С появлением транзисторов люди смогли использовать небольшое электронное устройство с низким энергопотреблением вместо лампы с большим объемом и большим потреблением энергии. Изобретение транзистора послужило толчком к рождению интегральной схемы.

В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В первой половине 20-го века рудные радиоприемники, которые были широко популярны среди радиолюбителей, использовались для обнаружения с помощью таких полупроводников. Электрические свойства полупроводников также применяются в телефонных системах.

В феврале 1939 года лаборатория Белла делает великое открытие — кремниевый PN переход. В 1942 году студент Сеймур Бензер из исследовательской группы Университета Пердью под руководством Ларка Горовица обнаружил, что монокристаллы германия обладают превосходными выпрямляющими свойствами, которых нет у других полупроводников.Эти два открытия соответствовали требованиям правительства США и заложили основу для последующего изобретения транзисторов.

• 2.2 Точечно-контактные транзисторы

В 1945 году точечный транзистор, изобретенный Шокли и другими учеными, стал предвестником революции в области микроэлектроники человека. По этой причине Шокли подал заявку на патент на первый транзистор для Bell. Наконец, он получил разрешение на первый патент на транзистор.

• 2.3 Биполярные и униполярные транзисторы

В 1952 году Шокли предложил концепцию униполярного переходного транзистора на основе биполярного транзистора в 1952 году, который сегодня называется переходным транзистором. Его структура аналогична структуре биполярного транзистора PNP или NPN, но на границе раздела с материалом PN имеется обедненный слой, образующий выпрямительный контакт между затвором и проводящим каналом стока истока. В то же время полупроводник на обоих концах используется как затвор.Ток между истоком и стоком регулируется затвором.

Подробное описание того, как работает биполярный переходной транзистор NPN и что он делает

Fairy Semiconductor, производящая транзисторы, выросла из компании, состоящей из нескольких человек, в большую компанию с 12 000 сотрудников.

После изобретения кремниевого транзистора в 1954 году большие перспективы применения транзисторов становились все более и более очевидными. Следующая цель ученых — еще более эффективно соединять транзисторы, провода и другие устройства.

• 2.6 Полевой транзистор (FET) и МОП-транзистор

В 1962 году Стэнли, Хейман и Хофштейн, которые работали в исследовательской группе интеграции устройств RCA, обнаружили, что транзисторы, то есть МОП-транзисторы, могут быть построены путем диффузии и термического окисления проводящих полос, каналов с высоким сопротивлением и оксидных изоляторов на Si. субстраты.

В начале основания Intel компания по-прежнему фокусировалась на планках памяти.Hoff объединил все функции центрального процессора на одном кристалле, а также память. И это первый в мире микропроцессор — 4004 (1971 г.). Рождение 4004 года знаменует начало целой эпохи. С тех пор Intel стала неконтролируемой и доминирующей в области исследований микропроцессоров.

В 1989 году Intel представила 80486 процессоров. В 1993 году Intel разработала новое поколение процессоров. А в 1995 году Intel выпустила Pentium_Pro. Процессор PentiumII выпущен в 1997 году. В 1999 году выпущен процессор Pentium III, а процессор Pentium 4 — в 2000 году.

III Классификация транзисторов

• 3.1 Как классифицировать транзистор

> Материал, используемый в транзисторе

По полупроводниковым материалам, используемым в транзисторе, его можно разделить на кремниевый транзистор и германиевый транзистор. Согласно полярности транзистора, его можно разделить на германиевый транзистор NPN, германиевый транзистор PNP, кремниевый транзистор NPN и кремниевый транзистор PNP.

> Технологии

По своей структуре и процессу изготовления транзисторы можно разделить на диффузионные транзисторы, легированные транзисторы и планарные транзисторы.

> Текущая мощность

По текущей емкости транзисторы можно разделить на транзисторы малой мощности, транзисторы средней мощности и транзисторы большой мощности.

> Рабочая частота

По рабочей частоте транзисторы можно разделить на низкочастотные транзисторы, высокочастотные транзисторы и сверхвысокочастотные транзисторы.

> Структура пакета

В соответствии со структурой упаковки транзисторы можно разделить на транзисторы с металлической упаковкой, транзисторы с пластиковой упаковкой, транзисторы со стеклянной оболочкой, транзисторы с поверхностной упаковкой и транзисторы с керамической упаковкой и т. Д.

> Функции и использование

По функциям и использованию транзисторы можно разделить на малошумящие транзисторы усилителя, транзисторы усилителя средней и высокой частоты, переключающие транзисторы, транзисторы Дарлингтона, транзисторы с высоким обратным напряжением, полосовые транзисторы, демпфирующие транзисторы, микроволновые транзисторы, оптические транзисторы и магнитные транзисторы. транзистор и многие другие типы.

• 3.2 Типы транзисторов и их характеристики

> Гигантский транзистор (GTR)

GTR — это высоковольтный сильноточный биполярный транзистор (BJT), поэтому его иногда называют мощным BJT.

Особенности: Высокое напряжение, высокий ток, хорошие характеристики переключения, высокая мощность привода, но схема управления сложна; Принцип работы ОТО и обычных биполярных транзисторов одинаков.

> Фототранзистор

Фототранзисторы — это оптоэлектронные устройства, состоящие из биполярных транзисторов или полевых транзисторов. Свет поглощается в активной области таких устройств, создавая фотогенерируемые носители, которые проходят через внутренний механизм электрического усиления и генерируют усиление фототока. Фототранзисторы работают на трех концах, поэтому их легко реализовать с помощью электронного управления или электрической синхронизации. Материалами, используемыми в фототранзисторах, обычно являются GaAs, которые в основном делятся на биполярные фототранзисторы, полевые фототранзисторы и связанные с ними устройства.Биполярные фототранзисторы обычно имеют высокое усиление, но не слишком быстрое. Для GaAs-GaAlAs коэффициент увеличения может быть больше 1000, время отклика больше наносекунды, что часто используется в качестве фотодетектора и оптического усиления. Фототранзисторы с полевым эффектом (FET) реагируют быстро (около 50 пикосекунд), но недостатком является то, что светочувствительная площадь и коэффициент усиления малы, что часто используется в качестве сверхвысокоскоростного фотодетектора. Есть много других связанных планарных оптоэлектронных устройств, отличительными чертами которых являются высокая скорость отклика (время отклика составляет десятки пикосекунд) и которые подходят для интеграции.Ожидается, что такие устройства найдут применение в оптоэлектронной интеграции.

> Биполярный транзистор

Биполярный транзистор — это разновидность транзистора, обычно используемого в аудиосхемах. Биполярность возникает в результате протекания тока в двух типах полупроводниковых материалов. Биполярные транзисторы можно разделить на тип NPN или тип PNP в зависимости от полярности рабочего напряжения.

> Биполярный переходной транзистор (BJT)

«Биполярный» означает, что и электроны, и дырки находятся в движении одновременно с работой.Биполярный переходной транзистор, также известный как полупроводниковый триод, представляет собой устройство, которое объединяет два PN перехода посредством определенного процесса. Есть две комбинированные структуры PNP и NPN. Внешнее выявление трех полюсов: коллектора, эмиттера и базы. BJT имеет функцию усиления, которая в зависимости от его эмиттерного тока может передаваться через область базы в область коллектора. Для обеспечения этого процесса переноса, с одной стороны, должны быть выполнены внутренние условия, то есть концентрация примеси в области излучения должна быть намного больше, чем концентрация примеси в области основания, а толщина области основания должен быть очень маленьким; с другой стороны, должны выполняться внешние условия.То есть эмиссионный переход должен иметь положительное смещение (плюс положительное напряжение), а коллекторный переход должен иметь обратное смещение. Есть много видов BJT, в зависимости от частоты, есть лампы высокой и низкой частоты; по мощности бывают лампы малой, средней и большой мощности; в зависимости от материала полупроводника бывают кремниевые и германиевые трубки и т. д. Схема усилителя состоит из общего эмиттера, общей базы и общего коллектора.

БЮТ

> Полевой транзистор (FET)

Значение «полевого эффекта» заключается в том, что принцип работы транзистора основан на эффекте электрического поля полупроводника.

Полевые транзисторы — это транзисторы, работающие по принципу полевых эффектов. Существует два основных типа полевых транзисторов: полевые транзисторы (JFET) и металл-оксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOS-FET). В отличие от BJT, полевой транзистор состоит только из одной несущей, поэтому его также называют униполярным транзистором. Он относится к полупроводниковым устройствам с регулируемым напряжением, которые обладают такими преимуществами, как высокое входное сопротивление, низкий уровень шума, низкое энергопотребление, широкий динамический диапазон, простота интеграции, отсутствие вторичного пробоя, широкая безопасная рабочая зона и т. Д.

Эффект поля заключается в изменении направления или величины электрического поля, перпендикулярного поверхности полупроводника, для управления плотностью или типом большинства носителей в полупроводниковом проводящем слое (канале). Ток в канале модулируется напряжением, а рабочий ток переносится большинством носителей в полупроводнике. По сравнению с биполярными транзисторами, полевые транзисторы характеризуются высоким входным сопротивлением, низким уровнем шума, высокой предельной частотой, низким энергопотреблением, простым производственным процессом и хорошими температурными характеристиками, которые широко используются в различных усилителях, цифровых схемах и микроволновых схемах и т. Д.Металлические полевые МОП-транзисторы на основе кремния и полевые транзисторы с барьером Шоттки (MESFET) на основе GaAs являются двумя наиболее важными полевыми транзисторами. Они являются основными устройствами крупномасштабной интегральной схемы MOS и сверхбыстрой интегральной схемы MES соответственно.

полевой транзистор

> Одноэлектронный транзистор

Транзистор, который может записывать сигнал с одним или небольшим количеством электронов. С развитием технологии травления полупроводников интеграция крупномасштабных интегральных схем становится все более и более высокой.Возьмем, к примеру, динамическую память с произвольным доступом (DRAM), ее интеграция растет почти в четыре раза каждые два года, и ожидается, что одноэлектронный транзистор станет конечной целью. В настоящее время средняя память содержит 200 000 электронов, в то время как одноэлектронный транзистор содержит только один или несколько электронов, поэтому это значительно снизит энергопотребление и улучшит интеграцию интегральных схем. В 1989 году J.H. Ф. Скотт-Томас и другие исследователи открыли феномен кулоновской блокировки.Когда подано напряжение, через квантовую точку не будет проходить ток, если изменение количества электрического заряда в квантовой точке меньше одного электрона. Таким образом, вольт-амперная зависимость не является нормальной линейной зависимостью, а имеет ступенчатую форму. Этот эксперимент является первым случаем в истории, когда движение электрона регулируется вручную, что обеспечивает экспериментальную основу для изготовления одного электрона. транзистор.

> Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

Биполярный транзистор

с изолированным затвором сочетает в себе преимущества гигантских транзисторов GTR и силовых полевых МОП-транзисторов.Он обладает хорошими свойствами и имеет широкий спектр применения. IGBT также является трехполюсным устройством: затвор, коллектор и эмиттер.

IV Основные параметры транзисторов

Основные параметры транзистора включают коэффициент усиления тока, мощность рассеяния, характеристическую частоту, максимальный ток коллектора, максимальное обратное напряжение, обратный ток и так далее.

• 4.1 Коэффициент усиления постоянного тока

Коэффициент усиления постоянного тока, также называемый коэффициентом усиления статического тока или коэффициентом усиления постоянного тока, относится к отношению IC тока коллектора транзистора к базовому току IB, которое обычно выражается через hFE или β, когда статический входной сигнал не изменяется.

• 4.2 Коэффициент усиления переменного тока

Коэффициент усиления переменного тока, также называемый коэффициентом усиления переменного тока и коэффициентом усиления динамического тока, относится к отношению IC к IB в состоянии переменного тока, которое обычно выражается через hfe или β. hfe и β тесно связаны, но также различны. Эти два параметра близки на низкой частоте и имеют некоторые отличия на высокой частоте.

Мощность рассеивания, также известная как максимально допустимая мощность рассеивания коллектора —- PCM, относится к максимальной мощности рассеивания коллектора, когда параметр транзистора не превышает заданное допустимое значение.

Рассеиваемая мощность тесно связана с максимально допустимым переходным и коллекторным током транзистора. Фактическая потребляемая мощность транзистора не должна превышать значение PCM, когда он используется, иначе транзистор будет поврежден из-за перегрузки.

Транзистор, мощность рассеяния которого PCM меньше 1 Вт, обычно называется транзистором малой мощности, который равен или больше 1 Вт, транзистор меньше 5 Вт называется транзистором средней мощности, а транзистор, PCM которого равен или больше чем 5 Вт называется мощным транзистором.

• 4.4 Характеристическая частота (fT)

Когда рабочая частота транзистора превышает частоту среза fβ или fα, коэффициент усиления тока β будет уменьшаться с увеличением частоты. Характерная частота — это частота транзистора, при которой значение β уменьшается до 1.

Транзисторы, характеристическая частота которых меньше или равна 3 МГц, обычно называются низкочастотными транзисторами, транзисторы с fT больше или равными 30 МГц называются высокочастотными транзисторами, транзисторы с fT более 3 МГц и транзисторы менее 30 МГц называются транзисторы промежуточной частоты.

• 4,5 Максимальная частота (фМ)

Максимальная частота колебаний — это частота, при которой коэффициент усиления транзистора уменьшается до 1.

В общем, максимальная частота колебаний высокочастотных транзисторов ниже, чем общая базовая частота среза fα, в то время как характеристическая частота fT выше, чем общая базовая частота среза fα, и ниже, чем частота среза общего коллектора fβ.

• 4,6 Максимальный ток коллектора (ICM)

Максимальный ток коллектора (ICM) — это максимально допустимый ток через коллектор транзистора. Когда ток коллектора IC транзистора превышает ICM, значение β транзистора, очевидно, изменится, что повлияет на его нормальную работу и даже вызовет повреждение.

• 4,7 Максимальное обратное напряжение

Максимальное обратное напряжение — это максимальное рабочее напряжение, которое транзистор может подавать во время работы.Оно включает в себя обратное напряжение пробоя коллектор-эмиттер, обратное напряжение пробоя коллектор-база и обратное напряжение пробоя эмиттер-база.

> Напряжение обратного пробоя коллектор-коллектор

Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и эмиттером, когда цепь базы транзистора разомкнута, обычно выражается в VCEO или BVCEO.

> Обратное напряжение пробоя база — база

Напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и базой при включении транзистора, которое выражается в VCBO или BVCBO.

> Обратное напряжение пробоя эмиттер-эмиттер

Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между эмиттером и базой при открытом коллекторе транзистора, которое выражается в VEBO или BVEBO.

Обратный ток между коллектором и базовым электродом

> Коллектор — база обратного тока (ICBO)

ICBO, также называемый током обратной утечки коллектора, относится к обратному току между коллектором и базовым электродом, когда эмиттер транзистора открыт.Обратный ток чувствителен к температуре. Чем меньше значение, тем лучше температурная характеристика транзистора.

> Ток обратного пробоя коллектор — эмиттер (ICEO)

Обратный ток пробоя ICEO между коллектором и эмиттером

ICEO — обратный ток утечки между коллектором и эмиттером, когда база транзистора открыта. Чем меньше ток, тем лучше характеристики транзистора.

---

Книжное предложение

Тщательно переработанный и обновленный, этот весьма успешный учебник знакомит студентов с анализом и проектированием транзисторных схем.Он охватывает широкий спектр схем, как линейных, так и переключающих. Методы транзисторных схем: дискретные и интегральные предоставляет студентам обзор основных качественных операций схемы с последующим изучением процедуры анализа и проектирования. Он включает в себя решенные задачи и примеры дизайна, чтобы проиллюстрировать концепции. Это третье издание включает две дополнительные главы об усилителях мощности и источниках питания, в которых далее развиваются многие методы проектирования схем, представленные в предыдущих главах.Эта книга, входящая в серию «Руководства по электронной инженерии», предназначена для студентов первого и второго курсов бакалавриата. Сам по себе полный текст, он предлагает дополнительное преимущество в виде перекрестных ссылок на другие заголовки в серии. Это идеальный учебник как для студентов, так и для преподавателей.

— Гордон Дж. Ричи

Создавайте сложные транзисторные радиоприемники, которые недороги, но очень эффективны. Создайте свои собственные транзисторные радиоприемники: «Руководство по высокопроизводительным и маломощным радиосхемам для любителей» предлагает полные проекты с подробными схемами и идеями о том, как были разработаны радиоприемники.Узнайте, как выбирать компоненты, создавать различные типы радиомодулей и устранять неполадки в своей работе. Если копнуть глубже, этот практический ресурс покажет вам, как создавать инновационные устройства, экспериментируя и радикально улучшая существующие конструкции.

— Рональд Куан

---

Актуальная информация по теме «Что такое транзистор, а также его функции и характеристики»

О статье «Что такое транзистор, а также его функции и характеристики», Если у вас есть лучшие идеи, не стесняйтесь писать свои мысли в следующей области комментариев.Вы также можете найти больше статей об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим связанным статьям.

,