Э – эмиттер (испускающий заряды)
К – коллектор (собирающий заряды)
Б – база
Эмиттерный переход – ЭП
Коллекторный переход – КП
Различают три схемы включения биполярного транзистора:
а) с общей базой
б) с общим эмиттером
в) с общим коллектором
а) Самая распространенная – обеспечивает усиление по U и I
б) Усиливает только по U
в) Усиливает только I
Токи транзистора связаны равенством Iэ=IБ+Iк
2.1.5.2 Устройство и принцип действия транзистора.
Основные уравнения токов транзистора
Рассмотрим принцип действия биполярного транзистора на примере схемы ОЭ
Биполярные транзисторы функционируют при следующих начальных условиях:
Ширина базы меньше длины свободного пробега неосновных носителей заряда (ННЗ)
Концентрация примесей в Э и К значительно больше, чем в базе (база легируется слабо)
На ЭП подается прямое напряжение
На КП подается обратное напряжение
5) UКЭ>>UБЭ
В данном случае непосредственно к КП источник не подключен, но, так как UКБ=UКЭ-UБЭ и UБЭ<<UКЭ, UКБ имеют ту же полярность, что и UКЭ, то есть обратную к КП. На ЭП подано прямое U и электроны инжектируют из Э в Б (инжекцией дырок из Б в Э пренебрегаем ввиду их малой концентрации).
Пусть m-число электронов, инжектированных в базу. Так как ширина базы меньше длины свободного пробега носителей заряда, большинство электронов достигают КП и пересекая его, в результате экстракции попадают в К (действующее в районе КП поле является ускоряющим для ННЗ, которыми являются электроны в базе.
Пусть αm – число электронов, экстрактированных в коллектор
α- коэффициент передачи тока эмиттера α=0,9-0,99 тогда (1-α)m – число электронов, рекомбинировавших с дырками базы.
Из Э уходят электроны, создавая ток IЭ.
Из К во внешнюю цепь уходят электроны, создавая ток IK.
Из базы во внешнюю цепь уходят электроны, освобождающиеся в процессе рекомбинации, создавая ток IБ.
Согласно первому закону Кирхгофа:
IЭ=IK+IБ
m=mα+(1-α)m кроме этого необходимо учесть обратный ток коллекторного перехода IКБО, образованный движением ННЗ через КП, совпадающий по направлению с IК и направленный навстречу IБ, следовательно
IK=αIЭ+IКБО
IБ=(1-α)IЭ-IКБО
IЭ=IК+IБ
В схеме ОЭ вход – IБ, а для выходного управляемого IK необходимо получить уравнение в виде IK=f(IБ)
IK=αIЭ+IКБО=α(IK+IБ)+IКБО
α 1
IK = IБ+ IБКО
1-α 1-α
=β – коэффициент передачи тока базы = 10÷1000
1-α
=1+β
1-α
IK=βIБ+(1+β)IКБО
βIБ- управляемая составляющая коллекторного тока, показывающая что изменение малого IБ вызывает в β раз больше изменение Ik.
Биполярный транзистор сам по себе не усиливает мощность, а лишь регулирует отдачу мощности от источника коллекторного напряжения Uкэ.
2.1.5.3 ВАХ БТ
| Икэ = 5 |
IБ=f(UБЭ)
ИКЭ=С
Семейство входных характеристик для БТ с ОЭ.
Увеличение Uкэ смещает ВАХ в область малых токов, так как увеличивается ширина КП за счет базы, ширина базы уменьшается, вероятность рекомбинации ОНЗ в базе уменьшается. IБ – уменьшается. Это явление называется «модуляцией ширины базы».
IБ”’
IБ”
IБ’
IБ=0
IКБО
Семейство выходных характеристик для БТ с ОЭ.
IБ’”>IБ”>IБ’
I-обл. отсечки
Ik=βIБ+(1+β)IКБО
при IБ=0, Ik=(1+β)IКБО
при IБ=-IКБО, Ikmin=IКБО
транзистор заперт. UКБ- обр
UБЭ-обр
II – область насыщения
Ik зависит от Uкэ и практически не зависит от IБ
UБЭ – прямое
UКЭ – прямое
UКЭ<UБЭ