Биполярлық транзисторлар. Қосылу схемасы. Статикалық сипаттамалары, h-параметрлері.

Екі немесе бірнеше электрлік р-п өткелі бар, қуатты күшейтуге жарайтын, үш немесе одан да көп сыртқы қосылғышы бар электрлік түрлендіргіш шала өткізгіш аспапты биполярлық транзисторлар дейміз. Транзисторларды күшейту және электрлік толқындарды генерациялау немесе электрлік тізбекті коммутациялау үшін қолданылады. Биполярлық транзисторыларды түрлеріне байланысты p-n-p және n-p-n типтерге (сурет 4.1.а,б), қуат бойынша (кіші, орташа және үлкен), жұмыстық жиілік бойынша (төменгі, орташа және үлкен жиілікті) және де басқа жағдайлар бойынша бөледі. Сурет 4.1.- биполярлық транзистордың құрылымдық схемасы мен шартты белгісі көрсетілген.

а)	б)
Сурет 4.1 БТ құрылымы және шартты белгісі

п-р-п типі транзистордың шынайы құрылымы 4.2. суретте көрсетілген. Бұл құрылымда екі ауыспаның аудандары бірдей емес: сол жақ ауыспаның ауданы n₁⁺-p, n₂-p ауыспага қарағанда кіші. Сондай-ақ көптеген БТ шеткі аудандарында (n₁ кіші ауданмен) басқа шеткі ауданға қарағанда қиылуы көбірек легирленген (n₂).

Сурет 4.2. Шынайы п-р-п типті БТ құрылымы

Көп легирленген ауданы “+”(n⁺) үстінгі индекспен белгіленген. Сондықтан БТ ассиметриялы аспап болып табылады. Ассиметрия шеткі аудандардың да аттарынада әсер етеді: кіші аймақпен көп легирленген аудан (n₁⁺) эмиттер деп аталады, ал n₂ ауданы – коллектор деп аталады. (р) ауданы бойынша базалық деп аталады (немесе база). Оң n⁺ аудан n₁⁺-р өткел үшін қызмет атақарады, осыны эмиттерлі, ал n₂-p коллекторлық.Ортанғысы коллектордың кедергісін төмендету үшін керек. БТ аудандарымен байланыс сурет 4.1 және 4.2 - де әріптермен көрсетілген: Э - эмиттер; Б - база; К- коллектор. БТ негізгі қасиеттері базалық ауданнын процесстерімен анықталады, эмиттерлі және коллекторлы өткелдердің өзара әсерлерімен қамтамасыз етеді. Сондықтан базалық ауданнын ені кіші болу керек (1мкм кіші болу керек). Егер базада қоспаларды үлестіруі эмиттерден коллекторға біртекті ( бір тегісті), онда электрлік өріс жоқ және тасмалдаушылар базада тек қана диффузиялық қозғалыс жасайды. Базада қоспалардың үлестірілуі бір тегісті болмаған жағдайда (біртекті база) “ішкі” электрлік өріс туады, тасмалдаушылардың дрейфтік қозғалыстар болуын шақырады: нәтижелі қозғалыс диффузимен және дрейфпен анықталады. Бір текті базасы бар БТ дрейфсіз дейді, бір тексізбазасы барды-дрейфті дейді.

Биполярлық трназистор, үшполюсты аспап болатын, үш схемада қосып қолдануға болады: ортақ базамен (ОБ) (сурет 4.3,а), және ортақ эмиттермен (ОЭ) (сурет 4.3, б), және ортақ коллектормен (ОК) (сурет 4.3,в).

БТ шартты суреттінде бағыт (стрелка) (сурет 4.1 сияқты) эмиттерлік өткердің тұрақты тогын көрсетіледі. Кернеуді белгілеуде индекстің екінші әріппі екі қорек көзі үшін жалпы электродты көрсетеді. Жалпы жағдайда өткелдегі полярлықтың төрт варианты болу мүмкін, транзистордың төрт жұмыс режимін анықтайды. Олардың атаулары: қалыпты(нормальный)активтірежим,инвертті активтірежим,қанығурежимі (немесе екішетті инжекция режимі)және қиылурежимі.

а)	б)	в)
Сурет 4.3 БТ қосылу схемасы.

Қалыпты активті режимде (ҚАР) эмиттерлік өткелде түра кернеу әсер етеді (эмиттер-база кернеуі U_ЭБ), ал коллекторлық өткелде – кері (коллектор-база кернеуі U_КБ ). Бұл режимге қорек көздердің полярлығы сәйкес келеді сурет 4.4. және р-п-р транзисторлар үшін токтардын бағытты. П-р-п транзистор жағдайында кернеу полярлықтары және токтардын бағыттары қарама-қарсы.

Сурет 4.4. БТ физикалық процестер.

Бұл жұмыстың режимі (ҚАР) негізгі болады және транзистор элементтерінің аттары мен белгілеулерін анықтайды. Эмиттерлік өткел тасмалдаушылардың инжекциясын тар базалық ауданға жүзеге асырады, коллекторлық өткелге дейін инжекцияланған тасмалдаушылардың практикалық шығынсыз орын ауыстыруын қамтамасыз етеді.Коллекторлық өткел жақындаған тасамалдаушылар үшін потенциалдық тосқауылды тудырмайды, базалық ауданда негізгі емес заряд тасмалдаушылар болған, ал керісінше, оларды жылдамдаттырады және сондықтан бұл тасмалдаушыларды коллекторлық ауданға аударады. Коллектор мен эмиттер рольдерімен ауысу мүмкін, егер коллекторлық өткелге тура кернеу берсек U_КБ, ал эмиттерге – кері U_ЭБ. Мұндай жұмыс режимі инвертті активті режим деп аталады (ИАР). Бұл жағдайда транзистор”жұмыс істейді” коллектордан кері бағытта кемтіктер инжекциясы келеді, база арқылы өтетін және эмиттерлік өткелмен жиналатын, бірақ оның параметрі біріншіден қарағанда ерекшелінеді. Жұмыс режимі, эмиттерлік және коллекторлық өткелдердегі кернеу біруақытта тура болады, екішетті инжекциялық режим деп аталады (ЕШИР) немесе қанығу режимі деп атауға ыңғайлы (ҚР). Бұл жағдайда эмиттер мен коллектор бір-біріне қарама-қарсы базада заряд тасмалдаушылармен инжекцияланады және біруақыттта басқа өткелден оған келетін әрбір өткел тасмалдаушыларды жинайды,.

Екі өткелде де біруақытта кері кернеу әсер еткендегі режим, қиылу режимі (ҚР) дейді, өйткені бұл жағдайда өткел арқылы кіші кері токтар өтеді.

Активті режим жұмысы кезінде дрейфсіз биполярлық транзистордағы физикалық процестер.

Эмиттерлік өткел арқылы базаға негізгі емес тасмалдаушылардың инжекциясы болады, сондықтан эмиттерлік өткелмен база шекарасында олардың концентрациясы жоғарғы тепе – теңдікте болады. Концентрация градиентті есебінде бұл тасмалдаушылар коллекторлық өткелге өтеді, экстракция режимінде жұмыс істейтін.

Тасмалдаушылардың көбісі, базаға инжекцияланған, мұнда рекомбинациялануға үлгермейді, егер оның қалындығы w<L, және коллекторға жеткеннен кейін, оған тартылады және коллектор тогын тудырады. Сонымен қатар, коллектор тогы эмиттер тогы арқылы тудырылады: I_к=aI_э+I_кб0; мұндағы a- эмиттердің токты беру коэффициенті, I_кб0 – эмиттер өшірілген кезде, коллектор өткеліндегі кері ток, яғни I_э=0 кезде, a кіші 1, яғни ток I_к – бұл I_э тогынын бөлігі. Біріншіден, эмиттерлік өткелдегі шығындарды, a шамасы кезінде ескереді және базаға тасмалдаушылар инжекциясы есебінде барлық эмиттер тогына, оның қалғандары басқа тасмалдаушылардың инжекция есебінде эмиттерге беріледі.

Инжекция коэффициенті: . Екіншіден, негізгі емес тасмалдаушылар рекомбинация есебіндегі шығын, коллекторға жол салды.

Тасмалдау коэффициенті . База жіңішке болған сайын w, соғұрлым c ®1. Сонымен, a=gc. g®1 көтермелеу үшін, эмиттер базаға қарағанда, көбірек лигерация жасайды: эмиттер ауданы-төменомды, база ауданы-үлкеномды.

Ток I_кб0,– коллекторлық токтың басқарылмайтын бөліг көп емес, температураға тәуелді, өйткені коллектор мен база ауданында негізгі емес тасмалдаушылардың концентрациясы анықталады. Базада рекомбинацияланған негізгі емес тасмалдаушылардың база тогы қаланады, базадан эмиттерге және токқа инжекция тогы I_кб0: I_б=(1-a)I_э- I_кб0 . Токтар балансы (Кирхгоф заңы): I_э= I_к+ I_б. База тогы кіші I_б << I_э . Өйткені a»1 (от 0,95 до 0,995), I_к » I_э.

Транзистордың статикалық сипаттамасы. Ортақ базамен транзистордың статикалық сипаттамасы. Кіріс сипаттамасы – тұрақты шығыс кернеу кезінде, кіріс кернеуден кіріс токтың тәуелділігі I_э=j(U_эб) тең болады U_кб –const болғанда (сурет 4.5,а).

а)	б)
Сурет 4.5 Кіріс (а) және шығыс (б) сипаттамасы БТ қосылу схемасында ОБ

Шығыс сипаттамасы – I_к және U_кб тәуелді

I_к=j(U_кб) болғанда I_э = const. (сурет 4.5,б).

Ортақ эмиттермен транзистордың статикалық сипаттамсы. Кіріс сипаттамасы: I_б=j(U_бэ) болғанда U_кэ= const (сурет 4.6,а).

а)	б)
Сурет 4.6 Кіріс (а) және шығыс (б) сипаттамасы БТ қосылу схемасында ОЭ

Шығыс сипаттамасы – I_к және U_кэ тәуелді

I_к=j(U_кэ) болғанда I_б = const. (сурет 4.6, б).

Транзистордың h-параметрін анықтау. Транзисторлар сұлбаларын есептегенде және талдағанда транзистордың эквивалентті схемасын және оған арналған параметрлер жүйесіне сүйенеміз.Транзисторлардың физикалық параметрлер жүесінің кемшілігі, олардың ішінен барлығы да өлшене бермейді.h-параметрлер жүйесінде транзисторлардың параметрлері активті сызықты 4-ұштықты параметрлермен анықталады. h-параметрлер жүйесінде тәуелді емес айнымалы бойынша кіріс токты қабылдайды (I₁) және шығыс кернеу(U₂). Осыдан , U₁ = h₁₁ I₁ + h₁₂ U₂, I₂ = h₂₁ I₁ + h₂₂ U₂ біз төрт параметрді анықтаймыз, ол қысқаша тұйықталу режимінде (U₂=0) және бос жүріс режимінде болады (I₁=0). h₁₁- кіріс сипаттамасы, h₁₂-кері байланыс коэффициентті, h₂₁- токты беру коэффициентті, h₂₂- шығыс өткізгіштік.

Дәріс тақырыбы