Биполярные транзисторы: характеристики, схемы включения и параметры

характеристики транзисторов

маркировка транзисторов
2) Устройство биполярных транзисторов
3) Принцип действия биполярных транзисторов

не менее трёх выводов и способный усиливать мощность. Классификация транзисторов

производится по следующим признакам:
По материалу полупроводника – обычно германиевые или кремниевые;
По типу проводимости областей (только биполярные транзисторы): с прямой проводимостью (p-n-p - структура) или с обратной проводимостью (n-p-n -структура);
По принципу действия транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные);
По частотным свойствам;
НЧ (<3 МГц);
СрЧ (3 ÷ 30 МГц);
ВЧ и СВЧ (>30 МГц);
По мощности. Маломощные транзисторы ММ (<0,3 Вт), средней мощности СрМ (0,3 ÷ 3Вт), большой мощности (>3 Вт).

– тип транзистора по принципу действия: Т – биполярные, П

– полевые.
III – три или четыре цифры – группа транзисторов по электрическим параметрам. Первая цифра показывает частотные свойства и мощность транзистора в соответствии с ниже приведённой таблицей.

IV – модификация транзистора в 3-й группе.

p-типа или n-типа проводимости, который также как и вывод от

него называется базой.
Диффузией примеси или сплавлением с двух сторон от базы образуются области с противоположным типом проводимости, нежели база.

Область, имеющая большую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют коллектором.
Область, имеющая меньшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют эмиттером.
p-n переход между коллектором и базой называют коллекторным переходом, а между эмиттером и базой – эмиттерным переходом.

устройства биполярных транзисторов является неравномерность концентрации основных носителей зарядов в

эмиттере, базе и коллекторе. В эмиттере концентрация носителей заряда максимальная. В коллекторе – несколько меньше, чем в эмиттере. В базе – во много раз меньше, чем в эмиттере и коллекторе (См. рис.).

режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. Это достигается

соответствующим включением источников питания.

Так как эмиттерный переход открыт, то через него будет протекать ток эмиттера, вызванный переходом электронов из эмиттера в базу и переходом дырок из базы в эмиттер. Следовательно, ток эмиттера будет иметь две составляющие – электронную и дырочную

зарядов называется переход носителей зарядов из области, где они были

основными в область, где они становятся неосновными. В базе электроны рекомбинируют, а их концентрация в базе пополняется от «+» источника Еэ, за счёт чего в цепи базы будет протекать очень малый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под ускоряющим действием поля закрытого коллекторного перехода как неосновные носители будут переходить в коллектор, образуя ток коллектора. Переход носителей зарядов из области, где они были не основными, в область, где они становятся основными, называется экстракцией зарядов.

зарядов δ:
Дырки из коллектора как неосновные носители зарядов будут переходить

в базу, образуя обратный ток коллектора Iкбо.
Iк = α ∙ Iэ + Iкбо
Из трёх выводов транзистора на один подаётся входной сигнал, со второго – снимается выходной сигнал, а третий вывод является общим для входной и выходной цепи. Таким образом, рассмотренная выше схема получила название схемы с общей базой.

(См. рис. далее…)

того, между какими выводами транзистора эти напряжения измеряются.
Так как все

токи и напряжения в транзисторе, помимо постоянной составляющей имеют ещё и переменную составляющую, то её можно представить как приращение постоянной составляющей и при определении любых параметров схемы пользоваться либо переменной составляющей токов и напряжений, либо приращением постоянной составляющей.

где Iк, Iэ – переменные составляющие коллекторного и эмиттерного тока,
ΔIк, ΔIэ – постоянные составляющие.

включения с общим эмиттером ОЭ
3) Схема включения с общим

коллектором ОК

(Схемы включения транзисторов получили своё название в зависимости от того, какой из выводов транзисторов будет являться общим для входной и выходной цепи.)

4) Усилительные свойства биполярного транзистора

характеризуется двумя основными показателями:
- коэффициент усиления по току Iвых/Iвх (для

схемы с общей базой Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1])
- входное сопротивление Rвхб=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и составляет десятки Ом, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.
Недостатки схемы с общей базой:
Схема не усиливает ток α<1
Малое входное сопротивление
Два разных источника напряжения для питания.
Достоинства – хорошие температурные и частотные свойства.

рисунке, является наиболее распространённой, так как она даёт наибольшее усиление

по мощности.

Iвх = Iб Iвых = Iк
Uвх = Uбэ Uвых = Uкэ
β = Iвых / Iвх = Iк / Iб (n: 10 ÷ 100)
Rвх.э = Uвх / Iвх = Uбэ / Iб [Ом] (n: 100 ÷1000)

Коэффициент усиления по току такого каскада представляет собой отношение амплитуд (или действующих значений) выходного и входного переменного тока, то есть переменных составляющих токов коллектора и базы. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, то коэффициент усиления по току составляет десятки единиц. Коэффициент усиления каскада по напряжению равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение база - эмиттер Uбэ, а выходным - переменное напряжение на резисторе нагрузки Rн или, что то же самое, между коллектором и эмиттером – Uкэ.

выходное напряжение при достаточном сопротивлении резистора нагрузки и напряжении источника

Ек достигает единиц, а в некоторых случаях и десятков вольт. Поэтому коэффициент усиления каскада по напряжению имеет значение от десятков до сотен. Отсюда следует, что коэффициент усиления каскада по мощности получается равным сотням, или тысячам, или даже десяткам тысяч. Этот коэффициент представляет собой отношение выходной мощности к входной. Каждая из этих мощностей определяется половиной произведения амплитуд соответствующих токов и напряжений. Входное сопротивление схемы с общим эмиттером мало (от 100 до 1000 Ом). Каскад по схеме ОЭ при усилении переворачивает фазу напряжения, т. е. между выходным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180°.
Достоинства схемы с общим эмиттером:
Большой коэффициент усиления по току
Бoльшее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление
Для питания схемы требуются два однополярных источника, что позволяет на практике обходиться одним источником питания.
Недостатки: худшие, чем у схемы с общей базой, температурные и частотные свойства. Однако за счёт преимуществ схема с ОЭ применяется наиболее часто.

Iэ
Uвх = Uбк Uвых = Uкэ
Iвых / Iвх = Iэ /

Iб = (Iк + Iб) / Iб = β + 1 = n
n = 10 … 100
Rвх = Uбк / Iб = n (10 ÷100) кОм

В схеме с ОК (смотрите рисунок) коллектор является общей точкой входа и выхода, поскольку источники питания Еб и Ек всегда шунтированы конденсаторами большой ёмкости и для переменного тока могут считаться короткозамкнутыми. Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. с. очень сильна отрицательная обратная связь. Нетрудно видеть, что входное напряжение равно сумме переменного напряжения база - эмиттер Uбэ и выходного напряжения. Коэффициент усиления по току каскада с общим коллектором почти такой же, как и в схеме с ОЭ, т. е. равен нескольким десяткам.

напряжению схемы с ОК близок к единице, причем всегда меньше

её. Переменное напряжение, поданное на вход транзистора, усиливается в десятки раз (так же, как и в схеме ОЭ), но весь каскад не даёт усиления. Коэффициент усиления по мощности равен примерно нескольким десяткам. Рассмотрев полярность переменных напряжений в схеме, можно установить, что фазового сдвига между Uвых и Uвх нет. Значит, выходное напряжение совпадает по фазе с входным и почти равно ему. То есть, выходное напряжение повторяет входное. Именно поэтому данный каскад обычно называют эмиттерным повторителем и изображают схему так, как показано на рисунке.

эмиттера и выходное напряжение снимается с эмиттера (относительно корпуса). Так

как входная цепь представляет собой закрытый коллекторный переход, входное сопротивление каскада по схеме ОК составляет десятки килоом, что является важным достоинством схемы. Выходное сопротивление схемы с ОК, наоборот, получается сравнительно небольшим, обычно единицы килоом или сотни ом. Эти достоинства схемы с ОК побуждают использовать её для согласования различных устройств по входному сопротивлению.
Недостатком схемы является то, что она не усиливает напряжение – коэффициент усиления чуть меньше 1.

характеризуется тремя коэффициентами усиления:
KI = Iвых / Iвх – по

току;
KU = Uвых / Uвх = (Iвых ∙ Rн) / (Iвх ∙ Rвх) = KI ∙ Rн / Rвх – по напряжению;
KP = Pвых / Pвх = (Uвых ∙ Iвых) / (Uвх ∙ Iвх) = KI∙KU – по мощности.
Для схемы с общей базой:
KI = Iк / Iэ = α (α<1) KU = α ∙ (Rн / Rвх)
Rн ≈ n ∙ 1кОм Rвх ≈ n ∙ 10 Ω
KU ≈ n ∙ 100 KP = KU ∙ KI = n ∙ 100
Для схемы с общим коллектором:
KI = Iэ / Iб = β + 1 = n KU = β ∙ (Rн / Rвх) ≈ n KU < 1
Для схемы с общим эмиттером:
KI = Iк / Iб = β = n (10 ÷100)
KU = β ∙ (Rн / Rвх) KP = KI ∙ KU = n ∙ (1000 ÷10000)

транзистора по схеме ОЭ

называется такой режим, при котором изменение входного тока или напряжения

не вызывает изменение выходного напряжения. Статические характеристики каскада, включённого по схеме с ОБ, измеряются по общей схеме, изображённой на рисунке.

Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные.

– это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном

выходном напряжении(Для схемы с ОБ).
Iвх = f (Uвх) при Uвых = const
Iэ = f (Uбэ) при Uбк = const
Входные характеристики представляют собой прямую ветвь открытого p-n перехода. При увеличении выходного напряжения Uкэ носители заряда быстрее пролетают базу, рекомбинируют, следовательно, и ток базы уменьшается. Поэтому характеристика при Uкэ>0 будет проходить ниже.
Для схемы включения с общим эмиттером Iвых=f(Uвых) при Iвх=Const, Iк=f(Uкэ) при Iб=Const даны иллюстрации Рис. 1 –3.

постоянным Uбк. Обычно входные характеристики измеряются при двух значениях постоянного

напряжения Uбк (смотрите Рис.).

Входные характеристики представляют собой прямую ветвь открытого эмиттерного перехода.

постоянном входном токе.
Для схемы включения с общей базой Iк=f(Uбк) при

Iэ=Const дана иллюстрация, из которой видно, что выходные характеристики представляют собой прямые линии, почти параллельные оси напряжения.

Это объясняется тем, что коллекторный переход закрыт независимо от величины напряжения база-коллектор, и ток коллектора определяется только количеством носителей заряда, проходящих из эмиттера через базу в коллектор, то есть током эмиттера.

установки для измерения статических характеристик транзистора, включённого по схеме с

ОЭ.
Iвх=f(Uвх) при Uвых=Const
Iб=f(Uбэ) при Uкэ=Const