transistores bipolares
El término «transistor bipolar» está relacionado con el hecho de que en estos transistores se utilizan dos tipos de portadores de carga: electrones y huecos. Para la fabricación de transistores se utilizan los mismos materiales semiconductores que para diodos.
Los transistores bipolares utilizan una estructura de semiconductores de tres capas hecha de semiconductores diferente conductividad eléctrica se crean dos uniones p — n con tipos alternos de conductividad eléctrica (p — n — p o n — p — n).
Los transistores bipolares se pueden desempaquetar estructuralmente (Fig. 1, a) (para usar, por ejemplo, como parte de circuitos integrados) y cerrarse en un caso típico (Fig. 1, b). Los tres pines de un transistor bipolar se llaman base, colector y emisor.
Arroz. 1. Transistor bipolar: a) estructuras p-n-p sin paquete, b) estructuras n-p-n en paquete
Dependiendo de la conclusión general, puede obtener tres esquemas de conexión para un transistor bipolar: con una base común (OB), un colector común (OK) y un emisor común (OE). Consideremos la operación de un transistor en un circuito de base común (Fig. 2).
Arroz. 2. Esquema del transistor bipolar
El emisor inyecta (entrega) en la base los portadores de base, en nuestro ejemplo de dispositivo semiconductor de tipo n, estos serán electrones. Las fuentes se eligen de tal manera que E2 >> E1. La resistencia Re limita la corriente de la unión p — n abierta.
En E1 = 0, la corriente a través del nodo del colector es pequeña (debido a los portadores minoritarios), se denomina corriente de colector inicial Ik0. Si E1> 0, los electrones superan la unión p — n del emisor (E1 se enciende en la dirección de avance) y entran en la región del núcleo.
La base está fabricada con alta resistencia (baja concentración de impurezas), por lo que la concentración de agujeros en la base es baja. Por lo tanto, los pocos electrones que ingresan a la base se recombinan con sus huecos, formando la corriente de base Ib. Al mismo tiempo, un campo mucho más fuerte actúa en la unión p — n del colector en el lado E2 que en la unión del emisor, lo que atrae electrones al colector. Por lo tanto, la mayoría de los electrones llegan al colector.
Las corrientes de emisor y colector están relacionadas con el coeficiente de transferencia de corriente del emisor
en Ukb = const.
¿Es siempre ∆Ik < ∆Ie, y a = 0,9 — 0,999 para los transistores modernos?
En el esquema considerado Ik = Ik0 + aIe »Ie. Por lo tanto, el transistor bipolar de base común del circuito tiene una relación de corriente baja. Por lo tanto, rara vez se usa, principalmente en dispositivos de alta frecuencia, donde en términos de ganancia de voltaje es preferible a otros.
El circuito de conmutación básico de un transistor bipolar es un circuito de emisor común (Fig. 3).
Arroz. 3. Encendido de un transistor bipolar según el esquema con un emisor común
para ella en Primera ley de Kirchhoff podemos escribir Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.
Dado que 1 — a = 0.001 — 0.1, tenemos Ib << Ie » Ik.
Encuentre la relación entre la corriente del colector y la corriente base:
Esta relación se denomina coeficiente de transferencia de corriente base... En a = 0.99, obtenemos b = 100. Si se incluye una fuente de señal en el circuito base, entonces la misma señal, pero amplificada por la corriente b veces, fluirá en el circuito del colector, formando un voltaje a través de la resistencia Rk mucho mayor que el voltaje de la fuente de señal...
Evaluar el funcionamiento de un transistor bipolar en una amplia gama de corrientes, potencias y voltajes pulsados y de CC, y calcular el circuito de polarización, el modo de estabilización, las familias de características de voltios-amperios (VCA) de entrada y salida.
Una familia de características de entrada I — V establece la dependencia de la corriente de entrada (de base o de emisor) con respecto a la tensión de entrada Ube en Uk = constante, fig. 4, a) Las características I — V de entrada del transistor son similares a las características I — V de un diodo en conexión directa.
La familia de características de salida I — V establece la dependencia de la corriente del colector del voltaje que lo atraviesa en una determinada base o corriente del emisor (según el circuito con un emisor común o una base común), fig. 4, b.
Arroz. 4. Características de corriente-voltaje del transistor bipolar: a — entrada, b — salida
Además de la unión eléctrica n-p, una unión de barrera de semiconductores de metal Schottky se usa ampliamente en circuitos de alta velocidad. En tales transiciones, no se asigna tiempo para la acumulación y reabsorción de cargas en la base, y la operación del transistor depende solo de la tasa de recarga de la barrera de capacitancia.
Arroz. 5. Transistores bipolares
Parámetros de transistores bipolares
Los principales parámetros se utilizan para evaluar los modos de funcionamiento máximos permitidos de los transistores:
1) voltaje colector-emisor máximo permitido (para diferentes transistores Uke max = 10 — 2000 V),
2) disipación de potencia máxima permitida del colector Pk max — según él, los transistores se dividen en baja potencia (hasta 0,3 W), potencia media (0,3 - 1,5 W) y alta potencia (más de 1, 5 W), Los transistores de potencia media y alta a menudo están equipados con un disipador de calor especial: un disipador de calor,
3) corriente de colector máxima permitida Ik max — hasta 100 A y más,
4) limitando la frecuencia de transmisión actual fgr (la frecuencia a la que h21 se vuelve igual a la unidad), los transistores bipolares se dividen de acuerdo con esto:
- para baja frecuencia — hasta 3 MHz,
- frecuencia media — de 3 a 30 MHz,
- alta frecuencia — de 30 a 300 MHz,
- Frecuencia ultra alta: más de 300 MHz.
Doctor en ciencias técnicas, profesor L.A. Potapov