Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора — большая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.
Обозначение биполярных транзисторов на схемах
Простейшая наглядная схема устройства транзистора
Принцип действия транзистора
В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении. Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно примерно равны
Режимы работы биполярного транзистора
- Нормальный активный режим;
- Инверсный активный режим;
- Режим насыщения;
- Режим отсечки;
Нормальный активный режим
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт)
Инверсный активный режим
Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.
Режим насыщения
Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).
Режим отсечки
В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты).
Схемы включения
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
- Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
- Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх
Схема включения с общей базой
- Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=? [?<1]
- Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.
Недостатки схемы с общей базой :
- малое усиление по току, так как < 1
- Малое входное сопротивление
- Два разных источника напряжения для питания.
Достоинства:
- Хорошие температурные и частотные свойства.
- Высокое допустимое напряжение
Схема включения с общим эмиттером
- Iвых = Iк
- Iвх = Iб
- Uвх = Uбэ
- Uвых = Uкэ
- Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/Iэ-Iк = a/1-a = a [a>>1]
- Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб
Достоинства:
- Большой коэффициент усиления по току
- Большой коэффициент усиления по напряжению
- Наибольшее усиление мощности
- Можно обойтись одним источником питания
- Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
Недостатки:
- Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой
Схема с общим коллектором
- Iвых = Iэ
- Iвх = Iб
- Uвх = Uбк
- Uвых = Uкэ
- Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/Iэ-Iк = 1/1-a = a [a>>1]
- Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб
Достоинства:
- Большое входное сопротивление
- Малое выходное сопротивление
Недостатки:
- Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.
Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем»
Технология изготовления транзисторов
- эпитаксиально-Планарная
- Сплавная
- Диффузионный метод
- Диффузионносплавной метод
