Биполярные транзисторы: устройство и принцип работы, входные и выходные характеристики, схемы включения




ТЭО.18 (14.05.2020)

Преподаватель Жерневская И.Е.

ОП.02 Электротехника и электроника

Тема: Определение и классификация транзисторов. Принцип работы, характеристики. Схемы включения биполярного транзистора

Цель занятия: Изучить устройство и работу биполярных и полевых транзисторов, их назначение и применение. Рассмотреть классификацию и характеристики транзисторов

Задание:

1. Изучить лекционный материал. Краткий опорный конспект лекционного материала оформить в рабочей тетради.

2. Изучить:

Данилов И. А., Иванов Г. М., Общая электротехника с основами электроники. Стр. 489-503.

Посмотреть обучающее видео «P-n переход, биполярные и полевые транзисторы

» по ссылке:

https://www.youtube.com/watch?time_continue=5&v=AdH8Q8xoq-I&feature=emb_logo

5. Дать ответы на контрольные вопросы.

Ответы на контрольные вопросы (с указанием даты и темы) оформить в рабочей тетради, сфотографировать на телефон и выслать на дистанционную почту (адреса для обратной связи указаны ниже).

 

Срок выполнения задания — до 18.05.2020!

Обратная связь:

1. zhernevskaja.inna@mail.ru

2. https://vk.com/zhernevskaya

3. https://ok.ru/profile/519483261262

4. Viber (+380713844123)

5. WhatsApp (+380713844123)

6. dist-obuchenie@mail.ru

Рекомендуемая литература:

1. Данилов И. А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники — М.: Мастерство, 2001

2. В. Е. Китаев Электротехника с основами промышленной электроники. Учебное пособие для проф.-тех. училищ. — М.: Высш. школа, 1980. - 254 с.

Лекция

Тема: Определение и классификация транзисторов. Принцип работы, характеристики. Схемы включения биполярного транзистора

План

Определение и классификация транзисторов

Биполярные транзисторы: устройство и принцип работы, входные и выходные характеристики, схемы включения

Полевые транзисторы

Применение транзисторов

Определение и классификация транзисторов

Транзистор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора – изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.

Классификация транзисторов

По основному полупроводниковому материалу

1. Кремний,

2. Германий,

3. Арсенид,

4. Галлий.

По структуре

1. Биполярные n-p-n структуры, «обратной проводимости»; p-n-p структуры, «прямой проводимости».

2. Полевые с p-n переходом; с изолированным затвором–МДП-транзистор.

По мощности

1.Маломощные транзисторы до 100мВт.

2. Транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт.

3. Мощные транзисторы (больше 1 Вт).

По исполнению

1. Дискретные транзисторы.

2. Корпусные.

3. Для свободного монтажа.

4. Для установки на радиатор.

5. Для автоматизированных систем пайки.

6. Бескорпусные.

7. Транзисторы в составе интегральных схем.

По материалу и конструкции корпуса

1. Металлостеклянный.

2. Металлокерамический.

3. Пластмассовый.

 

Транзисторы подразделяют на две большие подгруппы — биполярные и полевые. Они обычно используются для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В 1956 г. за изобретение биполярного транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике.

 

Биполярные транзисторы: устройство и принцип работы, входные и выходные характеристики, схемы включения

Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами, имеющий три вывода. Действие биполярного транзистора основано на использовании носителей заряда обоих знаков (дырок и элект­ронов), а управление протекающим через него током осу­ществляется с помощью управляющего тока.

Биполярный транзистор является наиболее распространенным активным полупроводниковым прибором.

Устройство транзистора. Биполярный транзистор в своей основе содержит три слоя полупроводника (р-n-р или n-р-n) и соответственно два p-n-перехода. Каждый слой полупроводника через невыпрямляющий контакт металл-полупроводник подсоединен к внешнему выводу.

Средний слой и соответствующий вывод называют базой, один из крайних слоев и соответствующий вывод на­зывают эмиттером, а другой крайний слой и соответству­ющий вывод — коллектором.

Дадим схематическое, упрощенное изображение струк­туры транзистора типа n-р-n (рисунок 1, а) и два допусти­мых варианта условного графического обозначения (рисунок 1, б). Транзистор типа р-n-р устроен аналогично. При этом "стрелочка" эмиттера будет направлена в противоположном направлении - в сторону базы. Стрелки эмиттеров показывают направление токов через транзистор.

Рисунок 1 — Cхематическое изображение струк­туры транзистора

 

Транзистор называют биполярным, так как в процессе протекания электрического тока участвуют носители элект­ричества двух знаков — электроны и дырки. Но в различных типах транзисторов роль электронов и дырок различна.

Транзисторы типа n-р-n более распространены в сравнении с транзисторами типа р-n-р, так как обычно имеют луч­шие параметры. Это объясняется следующим образом: ос­новную роль в электрических процессах в транзисторах типа n-р-n играют электроны, а в транзисторах р-n-р — дыр­ки. Электроны же обладают подвижностью в два-три раза большей, чем дырки.

Важно отметить, что реально площадь коллекторного перехода значительно больше площади эмиттерного перехода, так как такая несимметрия значительно улучшает свойства транзистора.

Количественное своеобразие структуры транзистора. Для определенности обратимся к транзистору типа n-р-n. В основе работы биполярного транзистора лежат не какие-либо новые физические процессы, еще не рассмотренные при изучении полупроводникового диода: своеобразие транзистора определяется особенностями его конструкции.

Основными элементами транзистора являются два соединенных p-n -перехода. Это позволяет дать формальное представление структуры транзистора, представленное на рисунке 2, а.

Для понимания принципа работы транзистора исключительно важно учитывать, что p-n -переходы транзисто­ра сильно взаимодействуют. Это означает, что ток одного перехода сильно влияет на ток другого, и наоборот. Имен­но это взаимодействие радикально отличает транзистор от схемы с двумя диодами (рисунок 2, б).

 

Рисунок 2 — Структура транзистора

 

В схеме с диодами ток каждого диода зависит только от напряжения на нем самом и никак не зависит от тока другого диода.

Указанное взаимодействие имеет исключительно простую главную причину, а именно: очень малое расстояние между переходами транзистора. Это расстояние называют толщиной базы. Именно эта количественная особенность структуры создает ка­чественное своеобразие транзистора.

Вообще полезно отметить, что в электронике достаточно часто реализуется следующий способ получения устрой­ства, обладающего новым качеством: особым образом со­единяют два одинаковых, уже хорошо изученных элемента.

Основные физические процессы. Концентрация атомов примеси (и свободных электронов) в эмиттере сравнительно велика, поэтому этот слой низкоомный. Концен­трация атомов примеси (и дырок) в базе сравнительно низка, поэтому этот слой высокоомный. Концентрация атомов примеси (и свободных электронов) в коллекторе может быть как больше концентрации атомов примеси в базе, так и меньше ее. С помощью источников напряжения сместим эмиттерный переход в прямом, а коллекторный — в обратном направлении (рисунок 3). Тогда через эмиттерный переход потечет ток Iэ, который будет обеспечиваться главным образом инжекцией электронов из эмиттера в базу. Инжекция дырок из базы в эмиттер будет незначительной вследствие указанного выше различия в концентрациях атомов примесей.

 

Рисунок 3 — Физические процессы в транзисторе

 

Из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, через так называемое время пролета достигают коллектора. Только малая доля электронов рекомбинирует в базе с дырками. Убыль этих дырок компенсируется протеканием тока базы iэ. Из изложенного следует, что iб «iэ.

Обратное смещение коллекторного перехода способ­ствует тому, что электроны, подошедшие к нему, захваты­ваются электрическим полем перехода и переносятся в коллектор. В то же время это поле препятствует переходу электронов из коллектора в базу. Ток коллектора iK лишь незначительно меньше тока эмиттера, т. е. iK= iЭ.

Более точно:

iK= аст iЭ + Iко,

где аст так называемый статический коэффициент передачи эмиттерного тока (термин статический подчеркивает тот факт, что этот коэффициент связывает по­стоянные токи); Iко — так называемый обратный ток коллектора. Природа обратного тока коллектора такая же, как и у обратного тока диода (т. е. тока диода, включенного в об­ратном направлении). Ток Iко протекает и тогда, когда ток эмиттера равен нулю.

Работа транзистора. Поскольку биполярные транзисторы состоят из двух p-n -переходов, то проверку целостности транзистора можно осуществить, контролируя сопротивление этих переходов при прямом и обрат­ном подключении напряжения к ним. Транзистор n-р-n проверяется по сопротивлениям переходов.

Для нормальной работы n-р-n -транзистора требуется положительное напряжение на коллектор. Базовый переход открывается положительным напряжением. Базовый ток вызывает появление коллекторного тока (рисунок 4, а). При отрицательном напряжении в базе транзистор закрывается. Если плавно менять напряжение Uб, то ток Iб меняется, как показано на рисунке 4, б. Если дискретно задавать значения Iб1, Iб2 и т.д. и плавно менять напряжение UK, то получим семейство коллекторных (выходных) характеристик (рисунок 4, в).

Для нормаль­ной работы р-n-p -транзистора требуется отрицательное напряжение на коллекторе. Открывается базовый переход отрицательным напряжением (рисунок 4, г). При положительном напряжении в базе транзистор закрывается. Если плавно менять напряжение Uб, то ток Iб меняется, как показано на рис. 4, д. Если дискретно задавать значении Iб1, Iб2 и т. д. и плавно менять напряжение UK, то получим семейство кол­лекторных (выходных) характеристик (рис. 4, е).

Рисунок 4 — Входные и выходные характеристики транзисторов

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-06-05 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: