Биполярные транзисторы

Недостатки:

• Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем»

5. Основные параметры биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по току – соотношение тока коллектора I_С к току базы I_B. Обозначается β, hfe или h21e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов.

β - величина постоянная для одного транзистора, и зависит от физического  строения прибора. Высокий коэффициент  усиления исчисляется в сотнях единиц, низкий - в десятках. Для двух отдельных  транзисторов одного типа, даже если во время производства они были “соседями  по конвейеру”, β может немного  отличаться. Эта характеристика биполярного  транзистора является, пожалуй, самой  важной. Если другими параметрами прибора довольно часто можно пренебречь в расчетах, то коэффициентом усиления по току практически невозможно.

Входное сопротивление – сопротивление в транзисторе, которое «встречает» ток базы. Обозначается R_in (R_вх). Чем оно больше - тем лучше для усилительных характеристик прибора, поскольку со стороны базы обычно находиться источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока. Идеальный вариант – это когда входное сопротивление равняется бесконечность.

R_вх для среднестатистического биполярного транзистора составляет несколько сотен КΩ (килоом). Здесь биполярный транзистор очень сильно проигрывает полевому транзистору, где входное сопротивление доходит до сотен ГΩ (гигаом).

Выходная проводимость - проводимость транзистора между коллектором и эмиттером. Чем больше выходная проводимость, тем больше тока коллектор-эмиттер сможет проходить через транзистор при меньшей мощности.

Также с увеличением выходной проводимости (или уменьшением выходного сопротивления) увеличивается максимальная нагрузка, которую может выдержать усилитель  при незначительных потерях общего коэффициента усиления. Например, если транзистор с низкой выходной проводимостью  усиливает сигнал в 100 раз без  нагрузки, то при подсоединении нагрузки в 1 КΩ, он уже будет усиливать  всего в 50 раз. У транзистора, с  таким же коэффициентом усиления, но с большей выходной проводимостью, падение усиления будет меньше. Идеальный  вариант – это когда выходная проводимость равняется бесконечность (или выходное сопротивление R_out = 0 (R_вых = 0)).

Частотная характеристика – зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты входящего сигнала. С повышением частоты, способность транзистора усиливать сигнал постепенно падает. Причиной тому являются паразитные емкости, образовавшиеся в PN-переходах. На изменения входного сигнала в базе транзистор реагирует не мгновенно, а с определенным замедлением, обусловленным затратой времени на наполнение зарядом этих емкостей. Поэтому, при очень высоких частотах, транзистор просто не успевает среагировать и полностью усилить сигнал.

Параметры транзистора делятся  на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют  свойства транзистора, не зависимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

• коэффициент усиления по току α;
• сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r_э, r_к, r_б, которые представляют собой:
• r_э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
• r_к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
• r_б — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного  транзистора с использованием h-параметров

 

Вторичные параметры различны для  различных схем включения транзистора  и, вследствие его нелинейности, справедливы  только для низких частот и малых  амплитуд сигналов. Для вторичных  параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются  смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h» (к ним относятся Входное сопротивление, Коэффициент обратной связи по напряжению, Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току), Выходная проводимость).

 

6. Технология изготовления биполярных транзисторов

 

При изготовлении биполярных транзисторов используют различные  технологии выполнения p-n -  переходов.  Вот так, например, может быть изготовлен транзистор методом вплавления. Базой транзистора служит пластинка германия (или кремния) n-типа, на которую ч двух сторон наплавляют капли акцепторной примеси, например индия. В приграничных слоях между германием и индием образуются p-области, представляющие  эмиттер и коллектор, расстояние между которыми (толщина базы) должно быть очень маленьким (не больше нескольких микрометров). Кроме того, концентрация атомов примеси в области базы должна быть во много раз ниже, чем в области эмиттера. Это условие очень важно для работы транзистора.

Более совершенным является диффузионный метод изготовления транзисторов, при котором в пластинке кремния n-  типа с помощью фотолитографии вытравливают окна и подвергают ее воздействию борной кислоты. Бор диффундирует в кремний на глубину нескольких микрометров, создавая в окне слой p- типа – базу будущей транзисторной структуры. Затем подобным же образом с помощью пятиокиси, образуя во внутренней части окна эмиттерную область проводимости n⁺ - типа с повышенной концентрацией примеси.

Коллектором в такой n-p-n структуре служит исходная пластинка кремния n- типа, а ее нижний слой с повышенной концентрацией доноров (n⁺) обеспечивает пониженное электрическое сопротивление коллектора, что важно для снижения нагрева транзистора протекающим через него током, особенно у мощных транзисторов.

Транзистор является основным элементом в интегральных микросхемах. Даже диоды, если они нужны в соответствии с электрической схемой, выполняют на основе транзисторов (используют либо база-эмиттерный переход, либо база- коллекторный, либо оба перехода вместе).

 

7. Применение транзисторов

 

• Усилители, каскады усиления
• Генератор
• Модулятор
• Демодулятор (Детектор)
• Инвертор (лог. элемент)
• Микросхемы на транзисторной логике (см. транзисторно-транзисторная логика, диодно-транзисторная логика, резисторно-транзисторная логика)

 

 

8. Литература

 

1. Электроника О. В.  Миловзоров, И. Г. Панков, Москва, «Высшая школа», 2005 г., 288 с.;

2. Интернет