Физические процессы в биполярном транзисторе:

Рассмотрим работу транзистора типа п-р-п в режиме без нагрузки, когда включаем только источники постоянных питающих напряжений Е1 и Е2 ( рис.3 ) Транзистор включен по схеме с общим эмиттером, которая для транзисторов считается основной. Напряжение на эмиттерном переходе прямое, а на коллекторном - обратное. Прямое сопротивление эмиттерного перехода мало, поэтому все подводимое напряжение падает практически на высокоомном коллекторном переходе. Источник входного сигнала подключается к базе и эмиттеру» а усиленный сигнал снимают с коллектора и эмиттера. Принцип работы транзистора заключается в том. что прямое напряжение эмиттерного перехода, т. с. участка база-эмиттер

( Uб-э). Существенно влияет на токи эмиттера и коллектора: чем больше это напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменения тока коллектора лишь незначительно меньше изменений эмиттера. Таким образом, напряжение ( Uб-э). т. е. входное напряжение управляет током коллектора. Усиление электрических колебаний с помощью транзистора основано на этом явлении. Физические процессы в транзисторе происходят следующим образом: Под действием прямого напряжения, приложенного к эмиттерному переходу, электроны из области эмиттера переходят в область базы, а дырки из области базы переходят в область эмиттера. Ток, который при этом возникает, называют током эмиттера 1э. Большая часть этого тока переносится электронами, т. к. эмиттерная область имеет более высокую проводимость, чем дырочная область базы.

Электронный ток эмиттера течет в цепи базы и потому называется током базы 16. Одновременно с переходом электронов из области эмиттера в область базы во внешнюю цепь эмиттера уходит соответствующее число дырок, что приводит к образованию в области эмиттера новых электронов, и потому их число не убывает. Электроны, перешедшие из эмиттера в базу, движутся далее к коллекторному переходу. Это движение происходит в результате избытка концентрации их около эмиттерного перехода, а также под действием слабого электрического поля, существующего между эмиттером и коллектором транзистора. На пути к коллекторному переходу часть электронов рекомбинируется с дырками в области базы. В результате рекомбинации возникает ток базы, «тело дырок в базе должно быть изменённым. Вследствие рекомбинации каждую секунду сколько дырок исчезает, столько же новых дырок возникает за счет того, что из базы уходит в направлении к плюсу источника E1 такое же число электронов. Ток базы является бесполезным и даже вредным.

Ток коллектора получается меньше тока эмиттера, но в соответствии с первым законом «Кирхгофа» существует соотношение между токами: Iэ = Iк +I б. Обычно I б составляет малую маю эмиттера, т. е. I б « Iэ , а следовательно, ток коллектора незначительно меньше тока эмиттера и можно считать I б~ Iк. Именно для того, чтобы ток I б был как можно меньше, базу делают очень тонкой и уменьшит а ней концентрацию примесей, которая определяет концентрацию дырок, тогда метшее число электронов будет комбинировать в базе с дырками.

Если под действием входного напряжения во шик значительный ток эмиттера, то в область базы со стороны эмиттера поступает электроны. которые для данной области являются неосновными носителями. Не успевая комбинироваться с дырками при диффузии через баз. они доходят до коллекторного переход Чем больше тек эмиттера. тем больше электронов приходит к коллекторному переходу и тем меньше становятся его сопротивление. Соответственно увеличивается ток коллектора.

Зависимость между токами и напряжениями в транзисторах выражаются статическими вольт-амперными характеристиками транзисторов, снятыми при постоянном токе и отсутствии нагрузи в выходной цепи. Характеристики необходимы для рассмотрения свойств транзисторов a для практических расчетов транзисторных схем.

Наибольшее значение при применении транзисторов имеют два вида характеристик:

1)Входной характеристикой называют зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении:

Iб=f (Uб), при Uк-э=const

2)Выходной характеристикой называют зависимость выходного тоа от выходного напряжения при постоянном входом токе:

Iк =.f (Uk), Iб=const

Вид характеристик транзистора зависят от способа его включения, но для схем ОЭ и ОК они практически одинаковы, поэтому пользуются обычно входными я выходными характеристиками схем ОБ и ОЭ.

Статическим характеристики транзистора в схеме ОЭ. В этой схеме входной ток - ток базы 16, выходной - ток коллектора Iк, входное напряжение создастся между базой и эмиттером Uб-э, в выходное - между коллектором и эмиттером Uк-э.

Поскольку ток коллектора гораздо больше тока базы, а создаваемое им напряжение на нагрузке R в высокоомной выходной цепи значительно превышает напряжение во входной цепи. то, значит, схема ОЭ усиливает и ток, и напряжение и, следовательно, дает очень большое усиление мощности сигнала.

Выходные характеристики транзистора, включённого по схеме ОЭ. представляют собой зависимость тока коллектора от напряжения коллектор- эмиттер при постоянном токе базы. Выходные характеристики в схеме ОЭ - эта коллекторные характеристики характеристики

Входные характеристики транзистора, включённого во схеме ОЭ - это базовые характеристики, представляющие собой зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении коллектор-эмиттер.