Контрольная работа по Физике (стр. 2 из 5)
Среди большого разнообразия видов транзисторов наибольшее распространение получили биполярные и полевые транзисторы, которые различаются способом управления током, протекающим через транзистор.
Принцип работы биполярного транзистора.
Биполярные транзисторы представляют собой тонкую пластинку слаболегированного германия или кремния с электронной или дырочной проводимостью, на которой методом вплавления или диффузии получены два электронно-дырочных перехода.
Биполярные транзисторы (или просто транзисторы) имеют три вывода: коллектор К, базу Б и эмиттер Э (рис 3). В зависимости от комбинации р-п перехода транзисторы делятся на два типа: р-п-р и п-р-п.
Рис. 3. Схема транзисторов типа р-п-р с прямой (а) и п-р-п с обратной (б) проводимостями и их условные обозначения для р-п-р («) и для п-р-п (г): Э - эмиттер; Б - база; К - коллектор; рпt - открытый р-п переход; рп2 - закрытый р-п переход.
При соединении полупроводников с различным типом проводимости на границе раздела образуется область, обеднённая носителями тока {запирающий слой). Наличие трёх полупроводников в плоском триоде приводит к образованию двух запирающих слоев по обе стороны среднего полупроводника (рт и pni). Таким образом, полупроводниковый триод в отличие от диодов содержит два электронно-дырочных перехода.
Устройство германиевого биполярного транзистора типа р-п-р показано на рис. 3,а. В кристалл германия с электронной проводимостью с двух сторон вплавлены кусочки индия, образующие области кристалла с дырочной проводимостью. Кристалл с электронной проводимостью имеет неинжектирующий вывод и называется базой транзистора. Область кристалла с дырочной проводимостью с п-р переходом малой площади называется эмиттером, а переход соответственно называется эмиттерным п-р переходом. Область кристалла с дырочной проводимостью и п-р переходом большой площади называется коллектором, а переход называется коллекторным. Условное обозначение транзистора типа р-п-р в электронных схемах показано на рис. 3, в.
Биполярный транзистор типа п-р-п (рис. 3,а) отличается от транзистора типа р-п-р тем, что основной кристалл, образующий базу транзистора, имеет дырочную проводимость, а благодаря вплавлению или диффузии создаются у поверхности области кристалла, имеющие электронную проводимость. Условное обозначение транзистора типа п-р-п показано на рис. 3, г.
Обе разновидности транзистора отличаются только типом основных носителей заряда и полярностью внешних напряжений. Принцип действия у них один и тот же. Поясним его на примере транзистора типа р-п-р, включение которого в цепь источников питания показано на рис. 4.
Рис. 4. Принцип действия транзистора типа р-п-р.
Для того чтобы полупроводниковый триод усиливал входной сигнал, его надо соединить с двумя внешними источниками тока так, чтобы один электронно-дырочный переход был включен в прямом направлении, а второй - в обратном (рис. 4.).
Переход, включаемый в прямом направлении, называют эмиттерным, а переход, включаемый в обратном направлении - коллекторным.
Источник ЭДС Еквыходной цепи транзистора включен между коллектором и базой в непроводящем направлении, поэтому коллекторный п-р переход закрыт и через него проходит только небольшой тепловой ток IКБО, обусловленный дрейфом через коллекторный переход неосновных носителей зарядов: электронов (-) из коллектора в базу и дырок (+) из базы в коллектор.
Если во входную цепь транзистора включить в прямом направлении источник Еэ, то эмиттерный п-р переход откроется и через него в обоих направлениях пойдут основные носители зарядов: электроны из базы в эмиттер и дырки из эмиттера в базу через открытый рп1переход.
Поскольку дырки в базе являются неосновными носителями зарядов, а ширина базы меньше диффузионной длины, на которую успевают продвинуться дырки до рекомбинации (нейтрализации) с электронами, то подавляющее большинство дырок, инжектированных из эмиттера в базу, создадут диффузионный ток в направлении к коллекторному п-р переходу и там, попадая в электрическое поле закрытого коллекторного перехода, создадут дрейфовый ток, вызывая резкое увеличение коллекторного тока. В силу закона электрической нейтральности заряды дырок, прошедших из эмиттера через базу в коллектор, будут компенсированы свободными электронами, приходящими в коллектор из внешней цепи и создающими в ней ток коллектора IК.
Электроны, являющиеся основными носителями зарядов в базовой области транзистора, под действием электрического поля источника ЭДС Еэпройдут через эмиттерный п-р переход и создадут ток базы транзистора
Одной из характеристик транзистора является коэффициент передачи по току а = (при U=const).Как правило, а = 0,92-0,99.
Если не учитывать очень малый по величине тепловой ток коллектора Iкбо, то можно в соответствии с первым законом Кирхгофа написать:
откуда
или
4. Схема включения транзистора с общей базой.
Схема с общей базой «ОБ» (рис. 5) названа так потому, что базовый электрод транзистора VT является общим для входной и выходной цепей транзистора. В схеме с общей базой входной ток равен току эмиттера IЭ, который обычно на один-два порядка больше тока базы IS, поэтому входное сопротивление транзистора мало. Усиление по току отсутствует, так как IК<IЭ.
Рис. 5. Схема включения транзистора с общей базой; (RH - сопротивление нагрузки, Rx - сопротивление между эмиттером и базой)
Коэффициент усиления по току:
Усиления по току не происходит, так как Кi< 1.
Коэффициент усиления по напряжению:
Определим Rвх:
Усиление по напряжению происходит, так как Ku >1.
Коэффициент усиления по мощности:
Усиление по мощности происходит, так как КP>1.
Схема с общей базой применяется в некоторых усилителях сигналов с трансформаторной связью между каскадами. Недостатком схемы является трудность согласования большого выходного сопротивления предыдущего каскада с малым входным сопротивлением последующего каскада.
5. Схема включения транзистора с общим эмиттером.
Схема с общим эмиттером «ОЭ» (рис. 6) является наиболее распространенной схемой включения транзистора. Во входной цепи протекает сравнительно маленький ток базы iБ, поэтому входное сопротивление транзисторов VT в схеме с ОЭ достаточно велико.
Рис. 6. Схема включения транзистора с общей эмиттером; (RH - сопротивление нагрузки, Rx - сопротивление между эмиттером и базой)
Выходное сопротивление меньше, чем в схеме с общей базой, что позволяет осуществить согласование между каскадами усилителя без применения согласующих трансформаторов.
Коэффициент усиления по току:
Ток в схеме с общим эмиттером усиливается, так как Ki>1.
Коэффициент усиления по напряжению:
Определим Rвх:
так как
так как RH >>RЭБ, то напряжение в схеме с общим эмиттером усиливается, Ки>1.
Коэффициент усиления по мощности:
Мощность также усиливается, так как КP>1.
Схема с «ОЭ» широко применяется в усилительных каскадах, так как усиливаются ток, напряжение и мощность.
Схема с общим эмиттером «ОЭ», называемая также "усилителем напряжения" или "инвертором", изображена на рис. 7.
Рис. 7. Схема с общим эмиттером (инвертор)