Работа биполярного транзистора.

Рассмотрим физические процессы, происходящие во время работы биполярного транзистора. Для примера возьмем модель NPN.

В веществе P-типа находятся положительно заряженные ионы - дырки. Вещество N-типа насыщено отрицательно заряженными электронами. В транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает концентрацию дырок в области P.

Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером V_КЭ (V_CE). Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера. Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы.

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером V_BE, но значительно ниже чем V_CE (для кремниевых транзисторов минимальное необходимое V_BE - 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет "дотянуться" своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать). Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.

В итоге мы получаем два тока: маленький - от базы к эмиттеру I_BE, и большой - от коллектора к эмиттеру I_CE.

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом изменении тока базы I_B, сильно меняется ток коллектора I_С. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе. Соотношение тока коллектора I_С к току базы I_B называется коэффициентом усиления по току. Обозначается β, hfe или h21e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзистором.

β = I_C / I_B

18. Вах биполярного транзистора и его статические параметры.

Рис. 2 Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ).

Выходной ток - ток коллектора, входной ток - ток базы.

- Схема с общей базой (ОБ). Эта схема дает меньшее усиление по мощности, чем схема с ОЭ, но она значительно лучше по частотным и температурным свойствам.

- Схема с общим коллектором (ОК). Эта схема включения отличается большим входным сопротивлением и малым выходным. Т.к. она усиления по току не дает, ее называют эмиттерным повторителем.

Существует четыре типа статических характеристик транзистора при включении по схеме с ОЭ .

 Входные характеристики - зависимость тока базы от напряжения на базе при постоянном напряжении на коллекторе: Iб = f(Uб); Uк = const. (Рис. 3б)

 Выходные характеристики - зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при постоянном токе базы: Iк = f(Uк); Iб = const. Iб3> Iб2> Iб1. (Рис. 3а)

Характеристики передачи тока - зависимость тока коллектора от тока базы при постоянном напряжении на коллекторе: Iк = f(Iб); Uк = const. (Рис. 3в)

Характеристика обратной связи по напряжению - зависимость напряжения на базе от напряжения на коллекторе при постоянном токе базы: Uб = f(Uк); Iб = const. (Рис. 3в)

Рис. 3 Статические характеристики транзистора при включении по схеме с ОЭ.

Характеристики транзистора, включенного по схеме ОБ

Входной характеристикой является зависимость: IЭ = f(UЭБ) при UКБ = const (а). Выходной характеристикой является зависимость: IК = f(UКБ) при IЭ = const (б).