Transistor bipolari

Il termine «transistor bipolare» è legato al fatto che in questi transistor vengono utilizzati due tipi di portatori di carica: elettroni e lacune. Per la fabbricazione di transistor vengono utilizzati gli stessi materiali semiconduttori di cui sopra diodi.

I transistor bipolari utilizzano una struttura a semiconduttore a tre strati composta da semiconduttori diversa conducibilità elettrica vengono create due giunzioni p - n con tipi alternati di conduttività elettrica (p - n - p o n - p - n).

I transistor bipolari possono essere strutturalmente disimballati (Fig. 1, a) (per l'uso, ad esempio, come parte di circuiti integrati) e chiusi in un caso tipico (Fig. 1, b). I tre pin di un transistor bipolare sono chiamati base, collettore ed emettitore.

Riso. 1. Transistor bipolare: a) strutture p-n-p senza pacchetto, b) strutture n-p-n in un pacchetto

A seconda della conclusione generale, è possibile ottenere tre schemi di connessione per un transistor bipolare: con una base comune (OB), un collettore comune (OK) e un emettitore comune (OE). Consideriamo il funzionamento di un transistor in un circuito a base comune (Fig. 2).

Riso. 2. Schema del transistor bipolare

L'emettitore inietta (consegna) nella base i portatori di base, nel nostro esempio di dispositivo semiconduttore di tipo n, questi saranno elettroni. Le fonti sono scelte in modo tale che E2 >> E1. Il resistore Re limita la corrente della giunzione p — n aperta.

A E1 = 0, la corrente attraverso il nodo del collettore è piccola (a causa di portatori di minoranza), è chiamata corrente del collettore iniziale Ik0. Se E1> 0, gli elettroni superano la giunzione p — n dell'emettitore (E1 si accende in avanti) ed entrano nella regione centrale.

La base è realizzata ad alta resistenza (bassa concentrazione di impurità), quindi la concentrazione di fori nella base è bassa. Pertanto, i pochi elettroni che entrano nella base si ricombinano con le sue lacune, formando la corrente di base Ib. Allo stesso tempo, un campo molto più forte agisce nella giunzione p-n del collettore sul lato E2 rispetto alla giunzione dell'emettitore, che attrae gli elettroni verso il collettore. Pertanto, la maggior parte degli elettroni raggiunge il collettore.

Le correnti dell'emettitore e del collettore sono correlate al coefficiente di trasferimento della corrente dell'emettitore

a Ukb = cost.

È sempre ∆Ik < ∆Ie e a = 0,9 — 0,999 per i transistor moderni.

Nello schema considerato Ik = Ik0 + aIe »Ie. Pertanto, il circuito transistor bipolare a base comune ha un basso rapporto di corrente. Pertanto, è usato raramente, principalmente nei dispositivi ad alta frequenza, dove in termini di guadagno di tensione è preferibile ad altri.

Il circuito di commutazione di base di un transistor bipolare è un circuito di emettitore comune (Fig. 3).

Riso. 3. Accensione di un transistor bipolare secondo lo schema con un emettitore comune

Per lei su Prima legge di Kirchhoff possiamo scrivere Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Dato che 1 — a = 0.001 — 0.1, abbiamo Ib << Ie » Ik.

Trova il rapporto tra la corrente di collettore e la corrente di base:

Questa relazione è chiamata coefficiente di trasferimento della corrente di base... A a = 0,99, otteniamo b = 100. Se una sorgente di segnale è inclusa nel circuito di base, allora lo stesso segnale, ma amplificato dalla corrente b volte, fluirà dentro il circuito del collettore, formando una tensione attraverso il resistore Rk molto maggiore della tensione della sorgente del segnale...

Valutare il funzionamento di un transistor bipolare su un'ampia gamma di correnti, potenze e tensioni pulsate e CC e calcolare il circuito di polarizzazione, la modalità di stabilizzazione, le famiglie di caratteristiche volt-ampere di ingresso e uscita (VAC).

Una famiglia di caratteristiche di ingresso I — V stabilisce la dipendenza della corrente di ingresso (base o emettitore) dalla tensione di ingresso Ube a Uk = const, fig. 4, a Le caratteristiche I - V di ingresso del transistor sono simili alle caratteristiche I - V di un diodo in connessione diretta.

La famiglia delle caratteristiche di uscita I - V stabilisce la dipendenza della corrente del collettore dalla tensione ai suoi capi a una determinata base o corrente di emettitore (a seconda del circuito con un emettitore comune o una base comune), fig. 4, b.

Riso. 4. Caratteristiche di corrente-tensione del transistor bipolare: a — ingresso, b — uscita

Oltre alla giunzione elettrica n-p, nei circuiti ad alta velocità è ampiamente utilizzata una giunzione Schottky metallo-semiconduttore-barriera. In tali transizioni, non viene assegnato alcun tempo per l'accumulo e il riassorbimento delle cariche nella base e il funzionamento del transistor dipende solo dalla velocità di ricarica della capacità di barriera.

Riso. 5. Transistor bipolari

Parametri dei transistor bipolari

I parametri principali vengono utilizzati per valutare le modalità operative massime consentite dei transistor:

1) tensione collettore-emettitore massima consentita (per transistor diversi Uke max = 10 - 2000 V),

2) dissipazione di potenza massima consentita del collettore Pk max - secondo lui, i transistor sono divisi in bassa potenza (fino a 0,3 W), media potenza (0,3 - 1,5 W) e alta potenza (più di 1, 5 W), i transistor di media e alta potenza sono spesso dotati di uno speciale dissipatore di calore: un dissipatore di calore,

3) corrente di collettore massima consentita Ik max — fino a 100 A e oltre,

4) limitando la frequenza di trasmissione corrente fgr (la frequenza alla quale h21 diventa uguale all'unità), i transistor bipolari sono divisi in base ad essa:

• per bassa frequenza — fino a 3 MHz,

• media frequenza — da 3 a 30 MHz,

• alta frequenza — da 30 a 300 MHz,

• frequenza ultraelevata: oltre 300 MHz.

Dottore in scienze tecniche, professore L.A. Potapov