Биполярные транзисторы

К этому времени в базе накопится избыточное количество электронов Δn =Δn1⋅((р /(прол) и, следовательно, стационарный ток коллектора будет превышать ток базы в (р /(прол раз. Важно, что время установления стационарного тока в транзисторе определяется временем жизни неосновных носителей в базе. Таким образом, быстродействие транзистора в схеме с ОБ (определяемое временем пролета) гораздо выше, чем в схеме с ОЭ (определяемое временем жизни свободных носителей).

6 СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА

В общем случае транзистор можно представить как активный и нелинейный четырехполюсник (рис.

7), который характеризуется семейством нелинейных статических характеристик, связывающих постоянные напряжения V1, V2 и токи J1, J2 на входе и выходе транзистора. Все эти величины являются взаимосвязанными, причем достаточно задать две из них для того, чтобы однозначно определить по статическим характеристикам две другие. Задаваемые величины являются независимыми переменными, две другие представляют собой некоторые функции независимых переменных. Хотя возможно большое число комбинаций задания переменных величин, на практике, исходя из удобства и простоты измерений, для полного описания свойств транзистора в каждой схеме включения используют только два семейства статических входных и выходных вольтамперных характеристик транзисторов.

Семейство выходных ВАХ транзистора с ОЭ (рис.

8) представляет собой зависимость JК (VК-Э), причем параметром семейства является ток базы JБ. Выходная ВАХ транзистора при фиксированном токе базы имеет два ярко выраженных участка: крутой (начальный) и пологий. Крутой участок соответствует режиму насыщения транзистора, когда базовый ток удовлетворяет условию:

(10)

При этом оба перехода оказываются в прямом смещении и уравнение ВАХ на этом участке (в первом приближении) можно записать в виде

(11)

где rк — так называемое сопротивление насыщения транзистора.

Фактически это есть сопротивление растекания тела коллектора на пути от коллекторного перехода до омического контакта к коллектору. При более пристальном рассмотрении можно показать, что сопротивление rк может зависеть от тока базы, т. е. на этом участке вольтамперные характеристики могут и не сливаться в одну кривую. На пологом участке ВАХ (активный режим) может быть описана выражением:

(12)

где JКЭ0 — начальный ток коллектора транзистора в схеме с ОЭ. По сути дела это обратный ток коллекторного p-n-перехода (JКБ0), усиленный самим транзистором (JКЭ0 ≈h21E⋅JКБ0). Если бы коэффициент передачи h21E не зависел от напряжения на коллекторе, то выходная статическая характеристика транзистора на этом участке изображалась бы горизонтальной линией. Однако, из-за эффекта Эрли (изменение ширины активной базы с изменением напряжения на коллекторном переходе) h21E является возрастающей функцией VКЭ. Наклон характеристики в этом режиме можно характеризовать дифференциальным сопротивлением RK = dVКЭ/dJК. Чем больше RK, тем больше можно получить коэффициент усиления по мощности.

При анализе выходных статических характеристик транзистора следует помнить, что существует ограничение, во-первых, на максимальный ток коллектора (связанное с рядом эффектов высокого уровня инжекции), во-вторых, на максимально допустимое напряжение VК-Э (определяемое электрическим пробоем транзистора) и, в-третьих, на максимально допустимую рассеиваемую мощность Pmax (связанную с эффектом саморазогрева и определяемую тепловым сопротивлением конструкции прибора и условиями эксплуатации).

Семейство входных характеристик транзистора в схеме с ОЭ (рис. 9)

представляет собой зависимость JБ (VБЭ), причем параметром семейства является напряжение на коллекторе VКЭ.

Начальная входная характеристика (при VКЭ = 0) есть ни что иное, как прямая ветвь ВАХ p-n-перехода. Правда, следует учесть, что ток базы — это только электронная составляющая полного прямого тока p±n-перехода, которая целиком расходуется на рекомбинацию с дырками в различных областях транзистора. Если же на коллекторный переход подать обратное смещение, то вследствие расширения ОПЗ коллекторного перехода толщина активной базы уменьшится и, следовательно, уменьшится процесс рекомбинации в активной базе. За счет этого базовый ток при этом же напряжении на эмиттерном переходе будет меньше, и вся ВАХ (при VКЭ < 0) идет ниже.

Заключение

Биполярные транзисторы являются основными полупроводниковыми приборами современной твердотельной электроники. В реферате рассмотрены конструкция и режимы работы биполярных транзисторов. Представлены схемы включения транзисторов с общей базой (ОБ) с общим эмиттером (ОЭ), а также рассмотрены статические характеристики транзисторов.

Лысенко А. П. Биполярные транзисторы. Учебное пособие — М.: Московский государственный институт электроники и математики, 2006. — 78 с.

Тогатов В.В., Балобей Ф. П. Биполярные транзисторы. Учебное пособие по курсу «Электроника» — СПб.: ИТМО, 2004. — 43 с.

Рисунок 2 — Схемы включения биполярных транзисторов: а) ОБ; б) ОЭ; в) ОК Рисунок 9 — Входные статические характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ Рисунок 8 — Выходные статические характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ Рисунок 7 — Четырехполюсник, эквивалентный транзистор Рисунок 6 — Временные диаграммы изменения тока базыи тока коллектора Рисунок 5 — Схема усилительного каскада на р-п-р-транзисторе, включенном по схеме с ОЭ Рисунок 4 — Биполярный транзистор р-п-р-типа и его зонная диаграмма при активном режиме Рисунок 3 — Схема включения биполярного транзистора с ОБ Рисунок 1 — Вариант конструкции биполярного транзистора