2.5. Биполярные транзисторы.

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих между собойp—n -перехода. Техноло­гия изготовления биполярных транзисторов может быть различной — сплавливание, диффузия, эпитаксия, — что в значительной мере опре­деляет характеристики прибора.

В зависимости от последовательности чередования областей с раз­личным типом проводимости различают n—p—n -транзисторы и р-п-р —транзисторы.

Устройство плоскостного n—p-л-транзистора приведено на рис. 2.14 а, его условное обозначение — на рис. 2.14 б. Аналогичные представления для р-п-р -транзистора приведены на рис. 2.14 в, г.

Средняя часть рассматриваемых структур называется базой, одна крайняя область — коллектором, а другая — эмиттером. Различают следующие режимы работы транзистора: линейный (усилительный), насыщения и отсечки.

В линейном режиме работы транзистора эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом на­правлении, а в режиме отсечки — в обратном. Работа транзистора основана на управлении токами электродов в зависимости от прило­женных к его переходам напряжений. В линейном режиме, когда переход база-эмиттер открыт благодаря приложенному к нему напряже­нию, через него протекает ток базы i₆. Протекание тока базы приводит к инжекции зарядов из области коллектора в область базы, причем ток коллектора определяется как i_k

= Bi₆, где В — коэффициент пере­дачи тока базы. Входная и выходные вольт-амперные характеристики транзистора показаны на рис. 2.15 а и рис. 2.15 б соответственно.

Отметим некоторые особенности характеристик транзистора в линейной области.

1. Приращение тока коллектора пропорцио­нально изменению тока базы.

2. Ток коллектора почти не за­висит от напряжения на коллекторе.

3. напряжение на базе не зависит от напряжения на коллекторе и слабо зависит от тока базы.

Из сказанного следует, что в линейном режиме транзистор для малых приращений тока можно заменить источником тока коллектора, управ­ляемого током базы. При этом если пренебречь падением напряжения между базой и эмиттером, то можно считать этот переход коротким замыканием.

Для перехода из линейного режима в режим насыщения необходи­мо увеличивать ток базы до тех пор, пока напряжение на коллекторе не понизится до такого значения, при котором произойдет отпирание коллекторного перехода. Условием насыщения транзистора является равенство нулю напряжения и_КБ = u_КЭ – u_БЭ = 0.

При глубоком насыщении транзистора выполняется условие u_БЭ> 0. В любом случае при переходе в режим насыщения в базе протекает избыточный ток, т.е. ток базы превышает значение, необходимое для получения данного тока коллектора при работе транзистора в линейном режиме.

Выпол­нение условия и_бэ = 0 обычно называют граничным режимом, т. к. он характеризует переход транзистора из линейного режима в режим на­сыщения. Глубину насыщения транзистора характеризуют коэффици­ентом насыщения, который определяют как отношение тока базы

I_Б.hac транзистора в насыщенном режиме к току базы I_БПР в граничном ре­жиме. При глубоком насыщении транзистора в базе накапливается большое количество неосновных носителей, которые задерживают выключение транзистора. Поскольку в режиме насыщения напряже­ние между коллектором и эмиттером достаточно малое, то в этом ре­жиме транзистор можно заменить замкнутым ключом, на котором па­дает небольшое напряжение.

В справочных данных на транзисторы обычно приводится значение напряжения на насыщенном ключе.

Другим ключевым режимом биполярного транзистора является ре­жим отсечки. Перевести транзистор в режим отсечки можно приложе­нием между базой и эмиттером обратного напряжения. Граничным режимом в этом случае является выполнение условия u_БЭ = 0. В режи­ме отсечки транзистор можно заменить разомкнутым ключом. Таким образом, два ключевых режима транзистора — насыщения и отсеч­ки — позволяют использовать транзистор как замкнутый или разомк­нутый ключ.

Транзисторные ключи находят широкое применение в различных электронных устройствах: измерительных усилителях для коммутации сигналов, в силовых преобразователях частоты и др.

Во всех этих применениях транзистор попеременно переводится из режима насы­щения в режим отсечки и обратно. В связи с этим очень важным является скорость переключения такого ключа, которая обычно харак­теризуется временем переключения или максимальной частотой ком­мутации.

Процессы включения и выключения транзисторного ключа показа­ны на (рис. 2.16).

При включении транзистора в его базу подается прямоугольный импульс тока с крутым фронтом. Ток коллектора достигает установив­шегося значения не сразу после подачи тока в базу. Имеется некоторое время задержки

t_ЗАД, спустя которое появляется ток в коллекторе. Затем ток в коллекторе плавно нарастает и после времени t_НАР достигает ус­тановившегося значения.

При выключении транзистора на его базу подается обратное напря­жение, в результате чего ток базы меняет свое направление и становит­ся равным /_{Б. ВЫКЛ},. Пока происходит рассасывание неосновных носителей заряда в базе, этот ток не меняет своего значения. Время, в течение которого ток базы сохраняется постоянным, называется временем рас­сасывания (

t_РАС). После окончания процесса рассасывания происходит спад тока базы, который продолжается в течение времени t_СП. Таким образом, время выключения транзистора равно t_ВЫКЛ = t_РАС+t_СП. Следует особо отметить, что при выключении транзистора, несмотря на измене­ния тока базы, транзистор в течение времени t_РАС остается включенным и коллекторный ток не меняет своего значения. Спад тока коллектора начинается одновременно со спадом тока базы и заканчиваются они практически одновременно.

Время рассасывания сильно зависит от степени насыщения транзи­стора перед его выключением. Минимальное время выключения получается при граничном режиме насыщения. Для ускорения процесса рассасывания в базу пропускают обратный ток, который зависит от обратного напряжения на базе. Однако прикладывать к базе большое обратное напряжение нельзя, т. к. может произойти пробой перехода база-эмиттер. Максимальное обратное напряжение на базе обычно не превышает

5…7 В.

В справочных данных обычно приводят времена включения, спада и рассасывания. Для наиболее быстрых транзисторов время рассасывания имеет значение 0,1…0,5 мкс, однако для многих силовых транзисторов оно достигает 10 мкс. Для уменьшения динамических потерь при пере­ключении и обеспечения надежной работы транзистора параллельно ему подключаются цепи формирования траектории (снабберы).

2. Транзисторы полевые

Работа биполярного транзистора в импульсном режиме | Сочинения Теория массовой коммуникации

Скачай Работа биполярного транзистора в импульсном режиме и еще Сочинения в формате PDF Теория массовой коммуникации только на Docsity! 9. Работа биполярного транзистора в импульсном режиме Транзисторы широко применяются в различных импульсных устройствах. Работа транзисторов в импульсном режиме, иначе называемом ключевым или режимом переключения, имеет ряд особенностей. Рассмотрим импульсный режим транзистора с помощью его выходных 0 0 1 Fха рактеристик для схемы ОЭ. Пусть в цепь коллектора включен резистор нагрузки . Соответственно этому на рис. 9-1 построена линия нагрузки. До поступления на вход транзистора импульса входного тока или входного 0 0 1 Fнапряжения тран зистор находится в запертом состоянии (в режиме отсечки), что соответствует точке . В цели коллектора проходит малый ток (в данном 0 0 1 Fслучае сквозной ток и, следова тельно, эту цепь приближенно можно считать 0 0 1 Fра зомкнутой. Напряжение источника почти все полностью приложено к транзистору. Рис. 9-1. Определение параметров импульсного режима транзисторов с помощью выходных характеристик. Если на вход подан импульс тока , то транзистор переходит в режим насыщения и работает в точке . Получается импульс тока коллектора , очень близкий по значению к . Его иногда называют током насыщения. В этом режиме транзистор выполняет роль замкнутого ключа и почти все напряжение источника падает на , а на транзисторе имеется лишь очень небольшое остаточное напряжение в десятые доли вольта, называемое напряжением насыщения . Хотя напряжение в точке не изменило свой знак, но на самом 0 01 Fкол лекторном переходе оно стало прямым, и поэтому точка действительно соответствует режиму насыщения. Покажем это на следующем примере. Пусть имеется транзистор n-p-n и , а напряжение на базе . Тогда на коллекторе по отношению к базе будет напряжение , т.е. на коллекторном переходе прямое напряжение 0,4 В. Конечно, если импульс входного тока будет меньше , то импульс тока коллектора также уменьшится. Но зато увеличение импульса тока базы сверх практически уже не дает возрастания импульса выходного тока. Таким образом, максимальное возможное значение импульса тока коллектора (9.1) Помимо , и импульсный режим характеризуется также коэффициентом усиления по току В, который в отличие от определяется не через приращения токов, а как отношение токов, соответствующих точке : 36 (9. 2) Иначе говоря, является параметром, характеризующим усиление малых сигналов, а В относится к усилению больших сигналов, в частности 0 0 1 Fим пульсов, и по значению несколько отличается от . Параметром импульсного режима транзистора служит также его 0 0 1 Fсопро тивление насыщения (9.3) Значение у транзисторов для импульсной работы обычно составляет единицы, иногда десятки Ом. Аналогично рассмотренной схеме ОЭ работает в импульсном режиме и схема ОБ. Рис. 9-2. Искажение формы импульса тока транзистором. Если длительность входного импульса во много раз больше времени 0 0 1 Fпереходных процессов накопления и рассасывания за рядов в базе транзистора, то импульс выходного тока имеет почти такую же длительность и форму, как и входной импульс. Но при коротких импульсах, т. е. если 37

рупий Сингапур | Промышленность, электроника и электричество

РС Сингапур | Промышленность, электроника и электричество

• Справка
• Портал открытий
• Сделки и оформление

Разделы нашей продукции:

• Аккумуляторы и зарядные устройства
• Соединители
• Дисплеи и оптоэлектроника
• Контроль электростатического разряда, чистые помещения и прототипирование печатных плат
• Пассивные компоненты
• Блоки питания и трансформаторы
• Raspberry Pi, Arduino, ROCK и инструменты разработки
• Полупроводники

• Механизм автоматизации и управления
• Кабели и провода
• Корпуса и серверные стойки
• Предохранители и автоматические выключатели
• HVAC, вентиляторы и управление температурным режимом
• Осветительные приборы
• Реле и формирование сигналов
• Переключатели

• Доступ, хранение и обработка материалов
• Клеи, герметики и ленты
• Подшипники и уплотнения
• Инженерные материалы и промышленное оборудование
• Застежки и крепления
• Ручной инструмент
• Механическая передача энергии
• Сантехника и трубопровод
• Пневматика и гидравлика
• Электроинструменты, Пайка и сварка

• Компьютеры и периферия
• Уборка и техническое обслуживание помещений
• Офисные принадлежности
• Средства индивидуальной защиты и рабочая одежда
• Безопасность и скобяные изделия
• Безопасность сайта
• Испытания и измерения

Транзистор в качестве усилителя

Транзистор представляет собой трехвыводной полупроводниковый прибор, который может выполнять функции усиления и переключения. Работа транзистора в качестве линейного усилителя схематически описана ниже. Существует четыре возможных режима работы транзистора в качестве линейного усилителя – источник тока, управляемый током, источник тока, управляемый напряжением, источник напряжения, управляемый током, и источник напряжения, управляемый напряжением.

Источники тока и напряжения существуют для того, чтобы генерировать выходной уровень тока или напряжения, пропорциональный входному сигналу с определенной константой, которая называется коэффициентом усиления транзистора. Биполярный переходной транзистор (BJT) играет роль усилителя, управляемого током, полевой транзистор (FET) играет роль усилителя, управляемого напряжением.

Режимы работы транзистора в качестве линейного усилителя

В нелинейном режиме транзисторы действуют как переключатели, управляемые током и напряжением (ниже).

Схемы управляемых током и напряжением переключателей на основе работы транзистора

Транзистор с биполярным переходом

Двухполюсный p-n переход является основой для множества более сложных полупроводниковых приборов, и транзистор с биполярным переходом является одним из них . БЯТ изготавливается из комбинированных полупроводниковых материалов с разным уровнем легирования, т.е. может быть образован -слоем, расположенным между p- и p ⁺ -слоями, или p -слой между n – и n ⁺   -слой. Эти BJT называются транзисторами pnp и npn соответственно. Схематически эти два транзистора изображены ниже.

Схемы pnp (a) и npn (b) транзисторов

Работу транзистора можно легко понять, если вы вспомните предыдущий раздел о том, как работает pn -переход. Рассмотрим ситуацию, когда для транзистора переход база-эмиттер работает как классический переход или диод, смещенный в прямом направлении. Электроны будут течь от эмиттера к базе, а дырки будут течь от базы к эмиттеру.

Здесь поток электронов тяжелее, потому что слой более сильно легирован. База здесь должна быть намного тоньше эмиттера. Электроны, испускаемые эмиттером, проходя через базу, испытывают небольшую рекомбинацию. Остальные электроны идут к коллектору и собираются там.

Итак, мы имеем сильный ток, протекающий от эмиттера к коллектору, противоположно направленный потоку электронов. KCL для перехода: iE=iB+iC,iC=βIB

Как упоминалось выше, -транзистор работает так же, как npn -транзистор выше, но носители заряда перепутаны. Подробная информация о конструкции и работе транзисторов представлена ​​в части курса, посвященной проектированию СБИС.

Итак, поскольку транзистор является трехвыводным устройством, для описания его работы достаточно двух токов и двух напряжений. Для этого мы должны использовать уравнения KCL и KVL. Точно так же мы должны использовать две характеристики — ток базы — напряжение база-эмиттер и ток коллектора — напряжение коллектор-эмиттер. На рис. 4 показаны типичные вольт-амперные характеристики транзистора Toshiba BJT 2SA1162.

Вольт-амперная характеристика pnp BJT транзистора Toshiba 2SA1162

Рассмотрим, как определить рабочий диапазон транзистора в линейном режиме.