Физика атомного реактора Сопротивление материалов Математика решение задач Информатика Атомная энергетика безопасность Электротехника и электроника

Общий принцип действия и конструкции электрических машин Полупроводниковая электроника Трехфазный ток Принцип работы асинхронного двигателя Соединение нагрузки треугольником Полупроводниковые транзисторы


Полупроводниковые транзисторы

Типы транзисторов

Транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с электронно дырочными переходами, пригодный для усиления мощности и имеющий три или более выводов. Транзистор с двумя переходами и тремя выводами часто называют полупроводниковым триодом. Цепь одного из выводов транзистора является входной (управляющей), а цепь другого выходной (управляемой). Такой транзистор представляет собой систему  или , полученную в одном монокристалле полупроводника. Переходы p n делят кристалл на три области, причем средняя область имеет тип электропроводности, противоположный крайним областям. В транзисторе среднюю область называют базой, а крайние эмиттером и коллектором. Отделяющие базу переходы называют эмиттерным и коллекторным (рис. 14.1). Каждый из переходов транзистора можно включить в прямом или обратном направлении.

 

    

 Rк

 IЭ IБ IК

  +  +

 Ббаза, Кколлектор, Ээмиттер 

Рис. 14.1

У реального транзистора с плоскостными переходами площадь коллектора больше площади эмиттера. Такая конструкция позволяет коллектору собирать даже те неосновные носители заряда, которые передвигаются от эмиттера под некоторым углом к оси транзистора. Площадь эмиттерного перехода определяет активную часть базовой области.

В зависимости от механизма прохождения носителей заряда в области базы (от эмиттера к коллектору) транзисторы разделяют на бездрейфовые и дрейфовые. В бездрейфовых транзисторах перенос неосновных носителей заряда через базовую область осуществляется в основном посредством диффузии. Такие транзисторы обычно получают методом сплавления. В дрейфовых транзисторах в области базы путем специального распределения примесей создается внутреннее электрическое поле и перенос неосновных носителей заряда через базу осуществляется в основном посредством дрейфа. Такие транзисторы обычно получают методом диффузии примесей.

 Рабочими носителями заряда в транзисторе могут быть дырки или электроны. В соответствии с этим различают транзисторы  типа и транзисторы  типа.

14.2. Способы включения и статические характеристики транзистора

Транзистор можно включить в схему тремя различными способами. Они:

общей базой (рис. 14.2а);

общим эмиттером (рис. 14.2б);

общим коллектором (рис. 14.2в).

Рис. 14.2

Для схемы с общей базой ток колектора состоит из составляющей эмиттерного тока , которая имеет направление, противоположное току  и остаточного тока коллектора , который мало отличается от тока запирання диода: 

 , (14.1)

где А коэффициент усиления постоянного тока в схеме с общей базой

 , (14.2)

т.е. усиление постоянного тока в схеме с общей базой всегда меньше единицы.

 Ток коллектора  это ток запирання, который наблюдается при , т.е. если не подключен третий электрод эмиттер. Составляющая  может управляться током эмиттера , а остаточный ток  не зависит от тока эмиттера, т.е. образует неуправляемую часть тока. Для маломощных германиевых транзисторов остаточный ток примерно равен 10 мкА.

Зависимость  определим следующим путем. С учетом равенства

.  (14.3)

исключим ток  из (14.1) преобразовав (14.2)

 . (14.4)

Последнее уравнение (14.4) имеет структуру, сходную с (14.1). Коэффициентом усиления постоянного тока В для схемы с общим эмиттером теперь служит величина:

 , (14.5)

при этом ток коллектора:

  . (14.6)

Ток базы  усиливается в В раз. Например, если , то из (14.5) получаем , т.е. ток базы усиливается в 49 раз.

В схеме с общим эмиттером получается не только усиление напряжения, но и усиление тока.

Сравнивая три основних типа транзисторных схем приводим типичные значения коэффициентов усиления и сопротивлений, которые могут быть обеспечены при помощи этих схем (таблица 14.1).

 

Коэффициент усиления по току    

 

Коэффициент усиле   

ния по напряжению

Входное сопротивлени   

Выходное сопротивл   

Изображение синусоидальных функций времени (напряжение, сила тока, мощность) векторами на комплексной плоскости Расчет сложной разветвленной цепи может быть существенно упрощен, если заменить синусоидальные токи и напряжения векторами, расположенными на комплексной плоскости. Такой метод получил название метода комплексных амплитуд.
Функциональная классификация интегральных микросхем