Биполярные транзисторы

Ассортимент категории Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы: устройство, принцип и режимы работы

Основная функция биполярного транзистора это увеличение мощности входного электрического сигнала. Эти полупроводниковые радиокомпоненты появились, как альтернатива электровакуумных триодов, и со временем практически вытеснили их. Справедливости ради отметим, что лампы применяются и сейчас, но в очень узком сегменте аппаратуры специального назначения. В массовой же радиотехнике используются, в основном, транзисторы биполярные и их ближайшие «родственники» полевые.

Ключевое преимущество этих элементов состоит в миниатюрности. Электровакуумный усилитель с похожими характеристиками оказывается в несколько раз больше биполярного транзистора. В результате применения биполярного транзистора в радиоэлектронике приводит к существенному уменьшению габаритных размеров конечной радиотехнической продукции.

Биполярным транзистор называется потому, что в физических процессах, протекающих во время его функционирования, участвуют оба типа носителей заряда - и электроны, и дырки. Это влияет на принцип управления выходным сигналом. В биполярных транзисторах выходными параметрами управляет ток, а не электрическое поле, как в полевых.

Биполярные транзисторы состоят из 3 частей - эмиттера, коллектора и базы. Таким образом, ключевыми элементами биполярного транзистора есть два p-n переходы, а не один, как в полевых. Эмиттер выполняет функцию генератора носителей заряда, которые формируют рабочий ток, протекающий в приемник - коллектор. База необходима для подачи напряжения, которое управляет.

Если рассматривать плоскую модель биполярного транзистора, то радиокомпонент имеет две области с p- или n-проводимостью (эмиттер и коллектор), разделены тонким слоем полупроводника с проводимостью обратного знака (база). Полупроводниковый кристалл со стороны коллектора физически больше. Такое соотношение обеспечивает правильную работу биполярного транзистора.

В зависимости от типа проводимости эмиттера, коллектора и базы различают PNP и NPN транзисторы. В принципе, они функционируют одинаково с той лишь разницей, что к ним подключается напряжения различной полярности. Выбор того или иного типа определяется особенностями конкретных радиотехнических устройств.

Принцип работы биполярного транзистора.

При подключении эмиттера и коллектора к источнику питания создаются почти все условия для протекания тока. Однако свободному перемещению носителей заряда препятствует база, и для устранения этого препятствия на нее подается напряжение открывания.

Если ток, протекающий через базу, меняется по какому-то закону, то точно так же меняется и мощный ток между эмиттером и коллектором. Итак, мы получаем на выходе биполярного транзистора такой же сигнал, как и на базе, но с большей мощностью. В этом и заключается усилительная функция биполярного транзистора.

Режимы работы.

Существуют 4 режима, в одном из которых может работать биполярный транзистор. В этот список входят следующие:

• ключевой режим;
• активный режим;
• насыщения;
• барьерный режим.

Существует еще так называемый инверсный режим, но он на практике не используется и интересен только при теоретических исследованиях поведения полупроводников. Поэтому описываем только четыре режима.

Ключевой режим
В том случае, если разность потенциалов между эмиттером и базой ниже некоторого значения (примерно 0.6 В), то база-эмиттерный p-n переход оказывается закрытым, поскольку ток базы не возникает. В связи с этим коллекторный ток не протекает по той причине, что в базовом слое отсутствуют свободные электроны. Таким образом, транзистор переходит в закрытое состояние и сигнал не усиливает. Этот режим используется в цифровых схемах, когда биполярный транзистор работает как ключ в положении «разомкнут».

Активный режим
В этом режиме радиокомпонент усиливает сигнал, то есть выполняет свою основную функцию. На базу подается разность потенциалов вследствие этого открывается база-эмиттерный p-n переход. Как следствие, в транзисторе начинают протекать токи коллектора и базы. Значение коллекторного тока вычисляется как арифметическое производное величины тока базы и коэффициента усиления.

Насыщение
В этот режим биполярный транзистор входит при увеличении тока базы к какому-то пороговому значению, при котором p-n переход полностью открывается. Значение тока, протекающего через биполярный транзистор при его насыщении, зависит только от напряжения питания и величины нагрузки в коллекторе цепи. В данном режиме входной сигнал не усиливается, ведь коллекторный ток не воспринимает изменений тока базы. Способность транзистора к переходу в насыщения используется в цифровой технике, когда транзистор играет роль ключа в замкнутом положении.

Барьерный режим
Здесь транзистор работает как диод с последовательно включенным резистором. Для этого базу непосредственно или через низкоомное сопротивление соединяют с коллектором. В данном режиме биполярные транзисторы хорошо показывают себя в высокочастотных схемах. Кроме того, использование транзистора в барьерном режиме целесообразно на реальном производстве для снижения общего количества комплектующих.