Bipolar transistor
Ang terminong «bipolar transistor» ay nauugnay sa katotohanan na ang dalawang uri ng mga carrier ng singil ay ginagamit sa mga transistor na ito: mga electron at mga butas. Para sa paggawa ng mga transistor, ang parehong mga materyales ng semiconductor ay ginagamit bilang para sa mga diode.
Gumagamit ang mga bipolar transistor ng tatlong-layer na istruktura ng semiconductor na gawa sa mga semiconductor iba't ibang electrical conductivity dalawang p — n junctions ang nilikha gamit ang mga alternating uri ng electrical conductivity (p — n — p o n — p — n).
Ang mga bipolar transistors ay maaaring i-structurally unpackaged (Fig. 1, a) (para sa paggamit, halimbawa, bilang bahagi ng integrated circuits) at sarado sa isang tipikal na kaso (Fig. 1, b). Ang tatlong pin ng isang bipolar transistor ay tinatawag na base, collector at emitter.
kanin. 1. Bipolar transistor: a) p-n-p-structure na walang package, b) n-p-n-structure sa isang package
Depende sa pangkalahatang konklusyon, maaari kang makakuha ng tatlong mga scheme ng koneksyon para sa isang bipolar transistor: na may isang karaniwang base (OB), isang karaniwang kolektor (OK) at isang karaniwang emitter (OE). Isaalang-alang natin ang pagpapatakbo ng isang transistor sa isang common-base circuit (Larawan 2).
kanin. 2. Schematic ng bipolar transistor
Ang emitter ay nag-inject (naghahatid) sa base ng mga base carrier, sa aming n-type na semiconductor device na halimbawa, ang mga ito ay mga electron. Ang mga mapagkukunan ay pinili tulad na E2 >> E1. Nililimitahan ng Resistor Re ang kasalukuyang ng bukas na p — n junction.
Sa E1 = 0, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng collector node ay maliit (dahil sa minority carriers), ito ay tinatawag na initial collector current Ik0. Kung E1> 0, ang mga electron ay nagtagumpay sa p — n junction ng emitter (E1 ay lumiliko sa pasulong na direksyon) at pumasok sa pangunahing rehiyon.
Ang base ay ginawa na may mataas na pagtutol (mababang konsentrasyon ng mga impurities), kaya ang konsentrasyon ng mga butas sa base ay mababa. Samakatuwid, ang ilang mga electron na pumapasok sa base ay muling pinagsama sa mga butas nito, na bumubuo ng base kasalukuyang Ib. Kasabay nito, ang isang mas malakas na field ay kumikilos sa kolektor p - n junction sa gilid ng E2 kaysa sa emitter junction, na umaakit ng mga electron sa kolektor. Samakatuwid, ang karamihan sa mga electron ay umaabot sa kolektor.
Ang emitter at collector current ay magkaugnay na emitter current transfer coefficient
sa Ukb = const.
Palaging ∆Ik < ∆Ie, at a = 0.9 — 0.999 para sa mga modernong transistor.
Sa isinasaalang-alang na pamamaraan Ik = Ik0 + aIe »Ie. Samakatuwid, ang circuit Common base bipolar transistor ay may mababang kasalukuyang ratio. Samakatuwid, ito ay bihirang ginagamit, pangunahin sa mga high-frequency na aparato, kung saan sa mga tuntunin ng boltahe na nakuha ito ay mas kanais-nais sa iba.
Ang pangunahing switching circuit ng isang bipolar transistor ay isang karaniwang emitter circuit (Larawan 3).
kanin. 3. Paglipat sa isang bipolar transistor ayon sa scheme na may isang karaniwang emitter
Para sa kanya Ang unang batas ni Kirchhoff maaari nating isulat ang Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.
Dahil sa 1 — a = 0.001 — 0.1, mayroon tayong Ib << Ie » Ik.
Hanapin ang ratio ng kasalukuyang kolektor sa kasalukuyang base:
Ang relasyon na ito ay tinatawag na base current transfer coefficient... Sa a = 0.99, nakukuha natin ang b = 100. Kung ang isang pinagmumulan ng signal ay kasama sa base circuit, kung gayon ang parehong signal, ngunit pinalakas ng kasalukuyang b beses, ay dadaloy sa ang collector circuit, na bumubuo ng boltahe sa risistor Rk na mas malaki kaysa sa signal source voltage...
Upang suriin ang pagpapatakbo ng isang bipolar transistor sa isang malawak na hanay ng pulsed at DC na mga alon, kapangyarihan at boltahe, at upang kalkulahin ang bias circuit, patatagin ang mode, mga pamilya ng input at output volt-ampere na mga katangian (VAC).
Ang isang pamilya ng input I — V na mga katangian ay nagtatatag ng dependence ng input current (base o emitter) sa input voltage Ube sa Uk = const, fig. 4, a. Ang input I — V na katangian ng transistor ay katulad ng I — V na katangian ng isang diode sa direktang koneksyon.
Ang pamilya ng mga katangian ng output I - V ay nagtatatag ng pag-asa ng kasalukuyang kolektor sa boltahe sa kabuuan nito sa isang tiyak na base o kasalukuyang emitter (depende sa circuit na may isang karaniwang emitter o karaniwang base), fig. 4, b.
kanin. 4. Mga katangian ng kasalukuyang boltahe ng bipolar transistor: a — input, b — output
Bilang karagdagan sa electrical n-p junction, ang isang Schottky metal-semiconductor-barrier junction ay malawakang ginagamit sa mga high-speed circuit. Sa ganitong mga transition, walang oras ang inilalaan para sa akumulasyon at resorption ng mga singil sa base, at ang pagpapatakbo ng transistor ay nakasalalay lamang sa rate ng recharge ng barrier capacitance.
kanin. 5. Bipolar transistors
Mga parameter ng bipolar transistors
Ang pangunahing mga parameter ay ginagamit upang suriin ang maximum na pinapayagan na mga mode ng pagpapatakbo ng mga transistor:
1) maximum na pinapayagang collector-emitter voltage (para sa iba't ibang transistors Uke max = 10 — 2000 V),
2) maximum na pinahihintulutang pagwawaldas ng kapangyarihan ng kolektor Pk max - ayon sa kanya, ang mga transistor ay nahahati sa mababang kapangyarihan (hanggang sa 0.3 W), medium-power (0.3 - 1.5 W) at mataas na kapangyarihan (higit sa 1, 5 W), katamtaman at mataas na kapangyarihan transistors ay madalas na nilagyan ng isang espesyal na heatsink - isang heatsink,
3) maximum na pinapayagang collector kasalukuyang Ik max — hanggang 100 A at higit pa,
4) nililimitahan ang kasalukuyang dalas ng paghahatid fgr (ang dalas kung saan ang h21 ay nagiging katumbas ng pagkakaisa), ang mga bipolar transistor ay nahahati ayon dito:
- para sa mababang dalas - hanggang sa 3 MHz,
- katamtamang dalas - mula 3 hanggang 30 MHz,
- mataas na dalas - mula 30 hanggang 300 MHz,
- ultra-high frequency — higit sa 300 MHz.
Doktor ng mga teknikal na agham, propesor L.A. Potapov