Биполярный транзистор: что это такое, как работает, схемы включения, режимы работы

Содержание

Предварительные и входные усилители

Предварительные усилители используются во входных каскадах усиления, поэтому к ним предъявляют ряд требований, выполнение которых позволяет получить высокую линейность усиленного сигнала и более равномерную амплитудно-частотную характеристику. Усилительные каскады различаются в зависимости от схемы включения транзистора и по виду связи с последующим каскадом. Данные типы усилителей работают только в режиме усиления класса А, а усилительный транзистор с ОК или с ОЭ.

Каскад по схеме с общим эмиттером

Типовая схема каскада с резисторно-емкостной связью и включением транзистора по схеме с общим эмиттером представлена ниже.

Усилительный каскад на транзисторе с ОЭ.

Данная схема содержит два основных элемента: транзистор VT1 и коллекторную нагрузку (резистор R_C). Остальные элементы схемы – вспомогательные. Резисторы R_b1, R_b2, R_E, R_Ф и конденсаторы С_Е и С_Ф являются элементами цепей питания, а конденсаторы С_Р1 и С_Р2 – элементами цепей связи.

Входное сопротивление каскада (R_ВХ) зависит от входного сопротивления транзистора R₁₁ и сопротивления цепей питания базы. Ориентировочно оно может быть определено по следующим формулам

r_{e}(Om)= \frac {26}{I_{E}(mA)}
R_{11}=h_{21E}r_{e}
R_{b}=\frac {R_{b1}R_{b2}}{R_{b1}+R_{b2}}
R_{BX}=\frac {R_{11}R_{b}}{R_{11}+R_{b}}

Выходное сопротивление каскада (R_ВЫХ) зависит от выходного сопротивления транзистора R₂₂ и сопротивления коллекторной нагрузки R_С. В связи с тем, что выходное сопротивление транзистора значительно меньше сопротивления коллекторной нагрузки, можно считать, что

R_{BblX} \approx {R_{C}}

Коэффициент усиления каскада по напряжению (К) зависит от крутизны транзистора (S) и сопротивления нагрузки (R_H). В свою очередь сопротивление нагрузки зависит от сопротивления коллекторной нагрузки R_С и входного сопротивления следующего каскада (R_BX.CL).

r_{e}(Om)= \frac {26}{I_{E}(mA)}
S= \frac {1000}{r_{e}}
R_{H}=\frac {R_{C}R_{BX.CL}}{R_{C}+R_{BX.CL}}
K_{0}=SR_{H}

Каскад по схеме с общим коллектором

Типовая схема каскада с резисторно-емкостной связью и включением транзистора по схеме с общим коллектором представлена ниже.

Усилительный каскад на транзисторе с ОК

Данная схема содержит два основных элемента: транзистор VT1 и эмиттерную нагрузку (резистор R_Е). Остальные элементы схемы – вспомогательные. Резисторы R_b1 и R_b2 являются элементами цепей питания, а конденсаторы С_Р1 и С_Р2 – элементами цепей связи.

r_{e}(Om)= \frac {26}{I_{E}(mA)}
R_{H}=\frac {R_{E}R_{g}}{R_{E}+R_{g}}
R_{11С}=h_{21E}(r_{e}+R_{H})
R_{b}=\frac {R_{b1}R_{b2}}{R_{b1}+R_{b2}}
R_{BX}=\frac {R_{11}R_{b}}{R_{11}+R_{b}}

Выходное сопротивление каскада (R_ВЫХ) зависит от выходного сопротивления транзистора R_22C и сопротивления эмиттерной нагрузки R_Е, а также выходного сопротивления источника сигнала R_g. Таким образом выходное сопротивление каскада определяется по формуле

R_{22C}=r_{e}+ \frac {R_{g}}{h_{21E}}
R_{BblX}=\frac {R_{22C}R_{E}}{R_{22C}+R_{E}}

r_{e}(Om)= \frac {26}{I_{E}(mA)}
S= \frac {1000}{r_{e}}
R_{H}=\frac {R_{E}R_{g}}{R_{E}+R_{g}}
K_{0}=\frac {SR_{H}}{1+SR_{H}}

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Процесс усиления биполярного транзистора

Чтобы биполярный транзистор с n-p-n переходом (обратной проводимости) начал усиливать,
на него нужно подать, кроме питания на эмиттер и коллектор, еще и

небольшое напряжение смещения на базу. Это смещение открывает транзистор и

через него, в направлении от эмиттера к коллектору, начнет протекать управляемый ток.
Между базой и эмиттером тоже течет управляющий ток, но по величине он

намного меньше, чем коллекторно — эмиттерный.

Можно сделать вывод, что основное

свойство биполярного транзистора — это управление малым базовым током большим коллекторным

током.

Для наглядности на рисунке приведен водно — механический аналог биполярного транзистора с n-p-n проводимостью. На нем видно, что небольшая струя из базовой

трубы управляет большой струей воды из коллекторной и эмиттерных труб. При этом

струя из змиттерной трубы будет состоять из сумм потоков базовой и коллекторных труб.

Напряжение смещения меряют на базе, относительно напряжению на

эмиттере.

Напряжения эти разные по полярности и величине напряжения, в

зависимости от типа проводимости транзистора.

На базе биполярных транзисторов прямой проводимости (p-n-p, германиевые) — минус

0,1-0,4 вольта, а у транзисторов обратной проводимости (n-p-n, кремний) — плюс

0,4-0,8 вольта.

Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером (ОЭ)

В транзисторе, включенном по схеме ОЭ, зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора Iб = f1(Uбэ) называют входной или базовой вольт-амперной характеристикой (ВАХ) транзистора. Зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированных значениях тока базы Iк = f2(Uкэ), Iб – const называют семейством выходных (коллекторных) характеристик транзистора.

Входная и выходная ВАХ биполярного транзистора средней мощности типа n-p-n приведены на рисунке:

Как видно из рисунка, входная характеристика практически не зависит от напряжения Uкэ. Выходные характеристики приблизительно равноудалены друг от друга и почти прямолинейны в широком диапазоне изменения напряжения Uкэ.

Зависимость Iб = f(Uбэ) представляет собой экспоненциальную зависимость, характерную для тока прямосмещённого p-n перехода. Поскольку ток базы – рекомбинационный, то его Iб величина в β раз меньше, чем инжектированный ток эмиттера Iэ. При росте коллекторного напряжения Uк входная характеристика смещается в область больших напряжений Uб. Это связано с тем, что вследствие модуляции ширины базы (эффект Эрли) уменьшается доля рекомбинационного тока в базе биполярного транзистора. Напряжение Uбэ не превышает 0,6…0,8 В. Превышение этого значения приведет к резкому увеличению тока, протекающего через открытый эмиттерный переход.

Зависимость Iк = f(Uкэ) показывает, что ток коллектора прямопропорционален току базы: Iк = B · Iб

Практика работы составного транзистора

На рис. 3 показаны три варианта построения выходного каскада (эмиттерный повторитель). При подборе транзисторов надо стремится к b1~b2 и b3~b4 . Различие можно компенсировать за счёт подбора пар по равенству коэффициентов усиления СТ b13~b24 (см. табл. 1).

Схема на рис. 3а имеет наибольшее входное сопротивление, но это худшая из приведённых схем: требует изоляцию фланцев мощных транзисторов (или раздельные радиаторы) и обеспечивает наименьший размах напряжения, поскольку между базами СТ должно падать ~2 В, в противном случае сильно проявятся искажения типа «ступенька».
Схема на рис. 3б досталась в наследство с тех времён, когда ещё не выпускались комплементарные пары мощных транзисторов. Единственный плюс по сравнению с предыдущим вариантом – меньшее падение напряжения ~1,8 В и больше размах без искажений.
Схема на рис. 3в наглядно демонстрирует преимущества СТШ: между базами СТ падает минимум напряжения, а мощные транзисторы можно посадить на общий радиатор без изоляционных прокладок.

На рис. 4 показаны два параметрических стабилизатора. Выходное напряжение для варианта с СТД равно:

Поскольку Uбэ гуляет в зависимости от температуры и коллекторного тока, то у схемы с СТД разброс выходного напряжения будет больше, а потому вариант с СТШ предпочтительней.

Рис. 3. Варианты выходных эмиттерных повторителей на СТ

Рис. 4. Применение СТ в качестве регулятора в линейном стабилизаторе

Динамический режим работы транзисторного ключа.

⇐ ПредыдущаяСтр 34 из 34

Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выход-

ной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напря-

жения будет вызывать изменение выходного напряжения.

На Рис. 76 резистор Rк – это коллекторная нагрузка для транзистора, включённого по схеме с

ОЭ, обеспечивающая динамический режим работы.

2) Динамические характеристики и понятие рабочей точки. Уравнение динами-

ческого режима является уравнением выходной динамической характеристики. Так как это

уравнение линейное, выходная динамическая характеристика представляет собой прямую ли-

нию и строится на выходных статических характеристиках (смотрите Рис. 77).

Две точки для построения прямой находятся из начальных условий.

Iк при Uкэ=0 называется током коллектора насыщения. Выходная динамическая характери-

стика получила название нагрузочной прямой. По нагрузочной прямой можно построить вход-

ную динамическую характеристику. Но поскольку она очень близка к входной статической ха-

рактеристике при Uкэ>0, то на практике пользуются входной статической характеристикой.

Точка пересечения нагрузочной прямой с одной из ветвей выходной статической характери-

стикой для заданного тока базы называется рабочей точкой транзистора. Рабочая точка позво-

ляет определять токи и напряжения, реально существующие в схеме.

3) Ключевой режим работы транзистора (транзистор в режиме ключа). В за-

висимости от состояния p-n переходов транзисторов различают 3 вида его работы:

1.Режим отсечки. Это режим, при котором оба его перехода закрыты (и эмиттерный и

коллекторный). Ток базы в этом случае равен нулю. Ток коллектора будет равен обрат-

ному току. Уравнение динамического режима будет иметь вид:

2.Режим насыщения – это режим, когда оба перехода – и эмиттерный, и коллекторный

открыты, в транзисторе происходит свободный переход носителей зарядов, ток базы будет

максимальный, ток коллектора будет равен току коллектора насыщения.

3.Линейный режим – это режим, при котором эмиттерный переход открыт, а коллекторный

закрыт.

Ключевым режимом работы транзистора называется такой режим, при котором рабочая точка

транзистора скачкообразно переходит из режима отсечки в режим насыщения и наоборот, ми-

нуя линейный режим.

Резистор Rб ограничивает ток базы транзистора, чтобы он не превышал максимально допустимого значения. В промежуток времени от 0 до t1 входное напряжение и ток базы близки кнулю, и транзистор находится в режиме отсечки. Напряжение Uкэ, является выходным и будет близко к Eк. В промежуток времени от t1 до t2 входное напряжение и ток базы транзистора становятся максимальными, и транзистор перейдёт в режим насыщения. После момента времени t2 транзистор переходит в режим отсечки. Вывод: транзисторный ключ является инвертором, т. е. изменяет фазу сигнала на 180є.

Билет 30

⇐ Предыдущая34

Рекомендуемые страницы:

Выходное сопротивление — транзистор

Выходное сопротивление транзистора с общей базой так же, как и с общим эмиттером, падает; поэтому эквивалентная схема его выходной цепи может быть представлена также в виде генератора тока или генератора эдс с некоторым внутренним сопротивлением, шунтированных емкостью.

Транзистор, включен — Эквивалентные схемы транзитный с ОК, как транзистор с ОЭ стора с ОК. и полной последовательной отри — а — входной цепи. б — выходной цепи дательной обратной связью по напряжению.

Выходное сопротивление транзистора с ОБ, так же как и с ОЭ, с ростом частоты падает; поэтому эквивалентная схема его выходной цепи может быть представлена также в виде генератора тока или генератора ЭДС с некоторым внутренним сопротивлением, шунтированного емкостью.

Выравнивание коллекторных напряжений последовательно включенных транзисторов в нерабочий период с помощью делителя на резисторах.

Выходное сопротивление транзистора имеет значительный разброс от образца к образцу. В нерабочий период, когда транзистор закрыт, его величина составляет десятки килоом. В рабочий период транзистор открыт, и величина его выходного сопротивления снижается до сотен ом.

Волыамперные характеристики при наличии дефектов.

Выходное сопротивление транзистора определяется как отношение RBblx UK3 / IK или гвых Л6 / КЭ / А / К.

Выходное сопротивление транзистора ( лампы), шунтирующее контур, при расчете, как правило, можно не учитывать, если коэффициент трансформации рассчитан указанным способом.

Выходное сопротивление транзистора при всех трех способах включения падает с ростом частоты и имеет как активную, так и емкостную составляющие.

Выходное сопротивление транзистора может сильно влиять на выходное сопротивление каскада, которое как бы является его внутренним сопротивлением. Чем больше сопротивление вых, тем большее падение напряжения сездает на нем ток и тем меньше напряжение на выходе каскада.

Эквивалентная схема составного транзистора при коротком замыкании на выходе.| Эквивалентная схема.

Выходное сопротивление транзистора ГВЫХЕ зависит от величины сопротивления генератора, включенного на входе.

Поскольку выходное сопротивление транзисторов и пентодов неизмеримо больше сопротивления нагрузки, член — в (6.69) можно не учитывать из-за его малости.

Итак, выходное сопротивление транзисторов очень велико, так как коллекторный переход включен в обратном направлении, а входное сопротивление мало, так как эмиттерный переход включен в прямом направлении.

Типы подключений

Основная задача транзистора – усиливать поступающий сигнал. Проблема в том, что у любого триода имеются только три контакта, в то время как сам усилитель имеет четыре полюса – два для входящего сигнала и два для выходящего, то есть усиленного. Выход из положения – использовать один из контактов транзистора дважды: и как вход, и как выход.

По этому принципу различают три вида подключения. Стоит отметить, что не имеет принципиальной разницы, какой тип прибора используется – полевой или биполярный.

Подключение с общим эмиттером (ОЭ) или общим истоком (ОИ). Эта схема подключения имеет наибольшие значения усиления мощности по току и напряжению. Однако из-за эффекта Миллера его частотные характеристики значительно хуже. Борются с этим негативным явлением несколькими способами: используют подключение с общей базой, применяют каскодное подключение двух транзисторов (подключённому по общему эмиттеру добавляется второй, подключенный по общей базе).
Подключение с общей базой (ОБ) или общим затвором (ОЗ). Здесь полностью исключено влияние эффекта Миллера. Однако за это приходиться платить: в этой схеме усиления тока практически не происходит, зато имеется широкий диапазон для изменения частоты сигнала.
Подключение с общим коллектором (ОК) или общим стоком (ОС). Такой тип подключения часто называют эмиттерным или истоковым повторителем. Это «золотая середина» между двумя предыдущими видами схем: частотные характеристики и мощность усиления по току и напряжению находятся где-то посередине между двумя первыми.

Все три описанных выше типа подключения применяются в зависимости от того, какие цели преследуют конструкторы.

Основные параметры

Коэффициент передачи по току.
Входное сопротивление.
Выходная проводимость.
Обратный ток коллектор-эмиттер.
Время включения.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
Обратный ток коллектора.
Максимально допустимый ток.
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

коэффициент усиления по току α;
сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r_э, r_к, r_б, которые представляют собой:
- r_э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
- r_к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
- r_б — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h₁₁ = U_m1/I_m1, при U_m2 = 0.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h₁₂ = U_m1/U_m2, при I_m1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h₂₁ = I_m2/I_m1, при U_m2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h₂₂ = I_m2/U_m2, при I_m1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

U_m1 = h₁₁I_m1 + h₁₂U_m2;

I_m2 = h₂₁I_m1 + h₂₂U_m2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: I_m1 = I_mб, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mб-э, U_m2 = U_mк-э. Например, для данной схемы:

h_21э = I_mк/I_mб = β.

Для схемы ОБ: I_m1 = I_mэ, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mэ-б, U_m2 = U_mк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

h11∍=rδ+r∍1−α{\displaystyle h_{11\backepsilon }=r_{\delta }+{\frac {r_{\backepsilon }}{1-\alpha }}};

h12∍≈r∍rκ(1−α){\displaystyle h_{12\backepsilon }\approx {\frac {r_{\backepsilon }}{r_{\kappa }(1-\alpha )}}};

h21∍=β=α1−α{\displaystyle h_{21\backepsilon }=\beta ={\frac {\alpha }{1-\alpha }}};

h22∍≈1rκ(1−α){\displaystyle h_{22\backepsilon }\approx {\frac {1}{r_{\kappa }(1-\alpha )}}}.

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода C_к. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода C_э также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода r_э и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе.
Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τ_з относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τ_ф. Временем включения транзистора называется τ_вкл = τ_з + τ_ф.

Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два р-n-перехода, образованных в одном монокристалле полупроводника. Эти переходы образуют в полупроводнике три области с различными типами электропроводности. Одна крайняя область называется эмиттером (Э), другая — коллектором (К), средняя — базой (Б). К каждой области припаивают металлические выводы для включения транзистора в электрическую цепь.

Электропроводность эмиттера и коллектора противоположна электропроводности базы.

В зависимости от порядка чередования р- и n-областей различают транзисторы со структурой р-n-р (рис. 1, а) и n-р-n (рис. 1, б) (иногда их еще называют прямой и обратный).

Условные графические обозначения транзисторов p-n-р и n-p-n отличаются лишь направлением стрелки у электрода, обозначающего эмиттер. Принцип работы транзисторов p-n-р и n-p-n одинаков.

Рис. 1 — Структуры и условные графические обозначения биполярных транзисторов типа р-n-р (а) и n-р-n (б)

Электронно-дырочный переход, образованный эмиттером и базой, называется эмиттерным, а коллектором и базой — коллекторным. Расстояние между переходами очень мало; у высокочастотных транзисторов оно менее 10 микрометров, а у низкочастотных не превышает 50 мкм (1 мкм=0,001 мм).

Основная функция транзистора — это усиление сигнала. Если на базу транзистора подать напряжение, то транзистор начнет открываться. В транзисторе переход коллектор-эмитер открывается плавно: от полностью закрытого состояния (= 0 В) до полностью открытого (этот момент называют напряжение насыщения).

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается . У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

Пример: Возмем источник питания, транзистор, резистор и лампочку. Если подключить всё это согласно схеме (рис. 2), то: через резистор, подключенный между источником питания и базой транзистора потечет ток базы .

Рис. 2 — Принцип работы биполярных транзисторов

Транзистор откроется и лампочка загориться. Причем яркость свечения лампочки будет зависить от сопротивления резистора и коэффициента усиления транзистора.

Напряжение, прилагаемое к базе и необходимое для открытия транзистора, называют напряжением смещения. Если вместо постоянного резистора поставить переменный резистор, то получим возможность регулировать яркость свечения лампочки.

Таким же образом можно усиливать и сигналы: подавая на базу транзистора определенный сигнал (к примеру звук), в коллекторной цепи получим тот же сигнал, но уже усиленный в раз.

Если базовое смещение транзистора застабилизировать при помощи стабилитрона (рис. 3), то мы получим простейший стабилизатор напряжения, т.у. схему, которая будет поддерживать постоянное напряжение на выходе, даже если входное напряжение будет изменяться.

Рис. 3 — Пример простого стабилизатора напряжения

Для получения повышенной мощности используются схемы последовательного включения наскольких транзисторов, так называемые схемы Дарлингтона (или составные транзисторы)

Рис. 4 — Схема Дарлингтона

Какие есть виды

Среди наиболее популярных встречается два типа биполярных резисторов – NPN и PNP.

Транзистор NPN

Это один из двух типов биполярных транзисторов, состоящих из слоя p-легированного полупроводника между двумя n-легированными слоями.

Небольшое количество тока, поступающего в базу, усиливается для того, чтобы увеличить ток коллектора и эмиттера. То есть когда есть положительная разность потенциалов, измеренная от базы NPN-транзистора к его эмиттеру (то есть когда база выше касательно эмиттера), а также положительная разность потенциалов, измеренная от коллектора к эмиттеру, транзистор становится активным. В этом «включенном» режиме ток течет от коллектора к эмиттеру транзистора. Большая часть тока переносится электронами, которые идут от эмиттера к коллектору в качестве неосновных носителей в базовой области p-типа.

Чтобы обеспечить больший ток и более быструю работу, большинство биполярных транзисторов, используемых сегодня, являются NPN. Это связано с тем, что у них подвижность электронов выше, чем подвижность дырок.

Транзистор PNP

Он состоит из слоя n-легированного слоя полупроводника между двумя p-легированными.

Когда небольшой ток покидает базу, то он усиливается на выходе коллектора. То есть транзистор PNP включен, когда его основание опущено относительно эмиттера. В PNP-транзисторе область эмиттер-база смещена вперед. В связи с этим отверстия вводятся в базу в качестве миноритарных носителей. Основание очень тонкое, и большинство отверстий пересекают обратное смещение соединения база-коллектор с коллектором.

Стрелки на символах транзистора NPN и PNP указывают на PN-соединение между базой и эмиттером. Когда устройство находится в прямом активном или прямом насыщенном режиме, стрелка, расположенная на ножке эмиттера, указывает в направлении обычного тока.

Биполярные транзисторы можно классифицировать по другим характеристикам.

Наибольшая распространяемая мощность:

0-0,3 Вт;
0,3-3 Вт;
выше 3 Вт.

Материал производства:

кремний;
арсенид галия.

Размер частот:

низкая (до 3 мГц);
средняя (до 30 мГц);
высокая (до 300 мГц)
сверхвысокая (свыше 300 мГц).

Статические характеристики биполярного транзистора c ОЭ

Статические характеристики биполярного транзистора отражают зависимость между напряжениями и токами на его входе и

выходе при отсутствии нагрузки.

Эти характеристики будут разные в зависимости от выбранного способа включения транзистора.
В основном применяются характеристики со схемами включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).

Для снятия входных и выходных характеристик биполярного транзистора с ОЭ можно использовать схему как на рис.1. В ней при помощи потенциометров

R1 и R2 подаются нужные напряжения в базовую и коллекторную цепи с определенным током.

Входные характеристики биполярного транзистора

На рис.2, для сравнения, показаны входные характеристики биполярного транзистора с ОЭ германиевого и кремневого транзисторов. Они выражают (при

определенном напряжении между коллектором и эмиттером Uкэ) зависимость базового тока Iб от приложенного между базой и

эмиттером напряжением Uбэ.
По форме они нелинейны и похожи на характеристики диодов, т.к. эмиттерный переход транзистора можно представить в виде диода

включенным в прямом направлении.
Для каждого типа транзисторов при увеличении коллекторного напряжения характеристики

немного смещаются в сторону увеличения базового напряжения, но на практике это увеличение не учитывается.
Из графиков еще видно , что в схеме с ОЭ базо-эмиттерное напряжение в германиевых транзисторах не превышает 0,4В, а в

кремниевых — 0,8В. При превышении этих входных напряжений токи, проходящие через транзистор, могут стать недопустимо

большими, которые приведут к пробою транзистора.

Так как входная характеристика биполярного транзистора нелинейна, значит и входное сопротивление, зависящее от входного напряжения и

тока, тоже нелинейно.
Для примера определим базовый и коллекторный токи транзистора МП42Б с коэффициентом усиления β=50 (рис.3) в разных точках

характеристики.
В точке А базовый ток Iб=0,02mA и тогда коллекторный ток равен
Iк=β•Iб=50•0.02=1mA.
Можно наоборот определить на графике по известному коллекторному току Iк=13mA базовое напряжение Uэб. Базовый ток при таком

Iк равен:
Iб=Iк/β=13/50=0,26mA.
Значит Uэб=0,25В (точка В).
На этой же характеристике так же можно найти входное сопротивление транзистора для постоянного и переменного

(дифференциально динамического) токов.

Сопротивление по постоянному току относится к постоянной составляющей сигнала, а по переменному току — к переменной

составляющей сигнала.
Входное сопротивление по переменному току имеет существенное значение для согласования между собой транзисторных каскадов.
Сопротивление по постоянному току определяется по закону Ома: R_=U/I.
В точке А на графике оно будет равно:
Rвх_= Uбэ/Iб = 0,1/ 0,02•10ˉ³ = 5 кОм.
Таким же образом находим сопротивление в точке Б — Rвх_= 1,6 кОм, и в точке В — Rвх_= 1 кОм.

Сопротивление по переменному току находим тоже по закону Ома, но в только в дифференциальной форме: Rвх~= ∆U/∆I,
где ∆U) и ∆I) — приращения напряжения и тока возле выбранной точки.
Для примера определим сопротивление по переменному току в точке Б) (рис.4). Задаем приращения (желтый треугольник на рисунке):
∆Uбэ = 0,225-0,175 = 0,05 В,
∆Iэ = 0,16-0,06 = 0,1 mA.
Тогда сопротивление по переменному току равно:
Rвх~=0,05/0,1•10ˉ³ = 500 Ом
Аналогично вычислим сопротивление по переменному току в точке А — Rвх~= 4кОм, а в точке В — 400 Ом. Обычно в схеме с ОЭ это

сопротивление бывает в пределах от 500 Ом до 5 кОм.

Выходные характеристики биполярного транзистора

Выходные характеристики биполярного транзистора показывают зависимость коллекторного тока Iк) от выходного напряжения Uэк) при

определенном базовом токе Iб.

На рис.5 приведено семейство выходных характеристик транзистора.
На графике видно, что выходные характеристики нелинейны, и что при увеличении напряжения Uэк от нуля до 0,4÷0,8 вольт

коллекторный ток увеличивается быстро, а затем приращение уже мало и почти не зависит от величины Uэк, а зависит от базового

тока. Отсюда можно сделать вывод: в основном базовый ток управляет коллекторным током.

По выходной характеристике транзистора МП42Б (рис.6) определим в точке Б коллекторный ток при Uкэ = 5,7 В и Iб = 40 μA. Он

будет равен Iк = 4,5 mA.
А для точки А ток базы при коллекторном напряжении Uкэ = 5,7 В и Iк = 8 mA будет Iб = 80 μA.

Так же по выходной характеристике этого транзистора можно найти выходные сопротивления для постоянного и переменного токов.

Сопротивление по постоянному току в точке Б будет равно:
Rвых_= Uкэ/Iк = 5,7/4,5•10ˉ³ = 1,3 кОм.
Сопротивление по переменному току при приращении:
∆U = 8-3 = 5 В; ∆I = 4,5-4 = 0,5 mA
равно:
Rвых~= ∆U/∆I = 5/0,5•10ˉ³ = 10 кОм.
Это cопротивление может достигать 50 кОм.

Биполярный транзистор: внешний вид, составные элементы, конструкция корпуса — кратко

Сразу стоит определиться, что биполярный транзистор (bipolar transistor) создан для работы в цепях постоянного тока, где и используется. Сократим его название до БТ.

На фотографии ниже показал насколько разнообразные формы он имеет. А ведь этот небольшой ассортимент мной высыпан из одной маленькой коробочки.

Транзисторный корпус может быть изготовлен из пластмассы или металла в виде параллелепипеда, цилиндра, таблетки различной величины. Общими элементами являются три контактных штыря, созданные для подключения к электрической схеме.

Эти выводы необходимо различать в технической документации, правильно подключать при монтаже. Поэтому их назвали:

Э (E) — эмиттер;
К (C) — коллектор;
Б (B) — база.

Буквы в скобках используются в международной документации.

Основной метод соединения БТ в электрических схемах — пайка, хотя допускаются и другие.

Габариты корпуса и контактных выводов зависят от мощности, которую способен коммутировать этот модуль. Чем выше проектная нагрузка, тем большие размеры вынуждены создавать производители для обеспечения надежной работы и отвода опасного тепла.

Общеизвестно, что полупроводниковые переходы не способны выдерживать высокий нагрев — они банально перегорают. Поэтому все мощные корпуса выполняются из металла и снабжаются теплоотводящими радиаторами.

В особо ответственных узлах для них дополнительно создается принудительный обдув струями воздуха. Этим приемом значительно повышается надежность работы системных блоков компьютеров, ноутбуков, сложной электронной техники.

Любой БТ состоит из трех полупроводниковых переходов p и n типа, как обычный диод. Только у диода их меньше: всего два. Он способен пропускать ток всего в одну сторону, а в противоположную — блокирует.

Bipolar transistor создается по одной из двух схем соединения полупроводниковых элементов:

p-n-p, называемую прямым включением;
n-p-n — обратным.

При обозначении на схемах их рисуют одинаково, но с небольшими отличиями вывода эмиттера:

прямое направление: стрелка нацелена на базу;
обратное — стрелка показывается выходом из базы наружу элемента.

Указатель стрелки эмиттера показывает положительное направление тока через полупроводниковый переход.

Что такое биполярный транзистор и какие схемы включения существуют