Ang pagtatalaga ng mga bipolar transistor sa mga diagram

bipolar transistor- isang three-electrode semiconductor device, isa sa mga uri ng transistors. Sa istruktura ng semiconductor, 2 p-n junction at ang paglipat ng singil sa aparato ay isinasagawa ng mga carrier ng 2 uri - mga electron at butas. Kaya naman tinawag na "bipolar" ang device.

Ginagamit ito sa mga elektronikong aparato upang mapahusay ang pagbuo ng mga de-koryenteng oscillations at bilang isang kasalukuyang elemento ng paglipat, halimbawa, sa mga electronic logic circuit.

Ang mga electrodes ay konektado sa tatlong magkakasunod na layer ng isang semiconductor na may isang alternating uri ng impurity conduction. Ayon sa pamamaraang ito ng paghahalili, n-p-n at p-n-p transistor ( n (negatibo) - elektronikong uri ng kondaktibiti ng karumihan, p (positibo) - butas).

Ang pagpapatakbo ng isang bipolar transistor, hindi katulad ng isang field effect transistor, ay batay sa paglipat ng dalawang uri ng mga singil nang sabay-sabay, ang mga carrier ay mga electron at butas (mula sa salitang "bi" - "dalawa"). Ang schematic diagram ng transistor ay ipinapakita sa pangalawang figure.

Ang elektrod na konektado sa gitnang layer ay tinatawag base, ang mga electrodes na konektado sa mga panlabas na layer ay tinatawag emitter at kolektor. Mula sa punto ng view ng conductivities, ang emitter at collector layer ay hindi makikilala. Ngunit sa pagsasagawa, sa paggawa ng mga transistors, upang mapabuti ang mga de-koryenteng parameter ng aparato, malaki ang pagkakaiba nila sa antas ng doping na may mga impurities. Ang layer ng emitter ay mabigat na doped, ang layer ng kolektor ay bahagyang doped, na nagpapataas ng pinapayagang boltahe ng kolektor. Ang halaga ng breakdown reverse boltahe ng emitter junction ay hindi kritikal, dahil kadalasan ay nasa mga electronic circuit ang mga transistor ay nagpapatakbo sa isang forward-biased emitter p-n junction, bilang karagdagan, ang mabigat na doping ng emitter layer ay nagbibigay ng mas mahusay na pag-iniksyon ng mga minoryang carrier sa base layer, na nagpapataas ng kasalukuyang transfer coefficient sa mga common-base circuit. Bilang karagdagan, ang lugar ng collector p-n junction sa panahon ng paggawa ay ginawang mas malaki kaysa sa lugar ng emitter junction, na nagbibigay ng mas mahusay na koleksyon ng mga carrier ng minorya mula sa base layer at pinapabuti ang transmission coefficient.

Upang mapataas ang bilis (mga parameter ng dalas) ng isang bipolar transistor, ang kapal ng base layer ay dapat gawing mas payat, dahil ang kapal ng base layer, bukod sa iba pang mga bagay, ay tumutukoy sa oras ng "flight" (pagsasabog sa mga drift-free device ) ng mga carrier ng minorya, ngunit, na may pagbaba sa kapal ng base, ang paglilimita boltahe ng kolektor, kaya ang kapal ng base layer ay pinili batay sa isang makatwirang kompromiso.

Device at prinsipyo ng pagpapatakbo

Ang mga naunang transistor ay gumamit ng metal na germanium bilang materyal na semiconductor. Sa kasalukuyan (2015), ang mga ito ay pangunahing ginawa mula sa single-crystal silicon at single-crystal gallium arsenide. Dahil sa napakataas na mobility ng mga carrier sa gallium arsenide, ang mga device na nakabatay dito ay may mataas na bilis at ginagamit sa ultra-high-speed logic circuits at sa microwave amplifier circuits.

Ang isang bipolar transistor ay binubuo ng tatlong magkakaibang doped na mga layer ng semiconductor: isang emitter E(E), mga base B(B) at kolektor C(TO). Depende sa alternation ng uri ng conductivity ng mga layer na ito, mayroong n-p-n(emitter − n-semiconductor, base − p- semiconductor, kolektor − n- semiconductor) at p-n-p mga transistor. Ang mga conductive non-rectifying contact ay konektado sa bawat isa sa mga layer.

Ang base layer ay matatagpuan sa pagitan ng emitter at collector layer at bahagyang doped, samakatuwid ito ay may mataas na electrical resistance. Ang kabuuang base-emitter contact area ay makabuluhang mas maliit kaysa sa collector-base contact area (ito ay ginagawa para sa dalawang dahilan - isang malaking collector-base junction area ay nagpapataas ng posibilidad ng mga menor de edad na charge carrier na mahuli mula sa base patungo sa collector at, dahil ang collector-base junction ay karaniwang pinagana sa operating mode na may reverse bias, kapag nagpapatakbo sa collector junction, ang pangunahing bahagi ng init na naalis ng device ay inilabas, ang pagtaas sa lugar ay nag-aambag sa mas mahusay na pag-alis ng init mula sa collector junction ), samakatuwid, ang isang tunay na pangkalahatang layunin na bipolar transistor ay isang asymmetric na aparato (ito ay teknikal na hindi praktikal na palitan ang emitter at kolektor at makakuha ng isang katulad na orihinal na bipolar transistor - kabaligtaran na koneksyon).

Sa aktibong amplifying mode ng operasyon, ang transistor ay naka-on upang ang emitter junction nito ay forward biased (bukas) at ang collector junction ay reverse biased (sarado).

Para sa katiyakan, isaalang-alang ang gawain n-p-n transistor, ang lahat ng mga argumento ay paulit-ulit sa eksaktong parehong paraan para sa kaso p-n-p transistor, na may kapalit ng salitang "mga electron" na may "mga butas", at kabaliktaran, pati na rin sa pagpapalit ng lahat ng mga boltahe na may kabaligtaran na mga palatandaan. AT n-p-n Sa isang transistor, ang mga electron, ang pangunahing tagadala ng singil sa emitter, ay dumadaan sa isang bukas na emitter-base junction (ay ini-inject) sa base na rehiyon. Ang ilan sa mga electron na ito ay muling pinagsama sa karamihan ng mga carrier ng singil sa base (mga butas). Gayunpaman, dahil sa ang katunayan na ang base ay ginawang napaka manipis at medyo magaan na doped, karamihan sa mga electron na na-inject mula sa emitter ay nagkakalat sa rehiyon ng kolektor, dahil ang oras ng recombination ay medyo mahaba. Malakas electric field Kinukuha ng reverse biased collector junction ang mga carrier ng minorya mula sa base (mga electron) at inililipat ang mga ito sa layer ng kolektor. Ang kasalukuyang kolektor ay halos katumbas ng kasalukuyang emitter, maliban sa isang maliit na pagkawala ng recombination sa base, na bumubuo sa base kasalukuyang ( I e \u003d I b + I to).

Ang coefficient α na nauugnay sa kasalukuyang emitter at kasalukuyang kolektor ( I k \u003d α ko e) ay tinatawag na koepisyent ng paglipat ng kasalukuyang emitter. Ang numerical value ng coefficient α ay 0.9-0.999. Ang mas mataas na koepisyent, mas mahusay ang transistor na naglilipat ng kasalukuyang. Ang koepisyent na ito ay bahagyang nakasalalay sa mga boltahe ng kolektor-base at base-emitter. Samakatuwid, sa isang malawak na hanay ng mga operating voltages, ang kasalukuyang kolektor ay proporsyonal sa kasalukuyang base, ang proportionality factor ay β = α / (1 - α), mula 10 hanggang 1000. Kaya, ang isang maliit na base kasalukuyang ay maaaring kontrolin ng isang mas malaking collector current.

Mga mode ng pagpapatakbo ng isang bipolar transistor

Boltahe sa emitter base, kolektor ()	Bias paglipat base-emitter para sa uri n-p-n	Bias paglipat base-collector para sa uri n-p-n	Mode para sa uri n-p-n
	direkta	reverse	normal aktibong mode
	direkta	direkta	mode ng saturation
	reverse	reverse	cutoff mode
	reverse	direkta	kabaligtaran aktibong mode
Boltahe sa emitter base, kolektor ()	Bias paglipat base-emitter para sa uri ng p-n-p	Bias paglipat base-collector para sa uri ng p-n-p	Mode para sa uri ng p-n-p
	reverse	direkta	kabaligtaran aktibong mode
	reverse	reverse	cutoff mode
	direkta	direkta	mode ng saturation
	direkta	reverse	normal aktibong mode

Normal na active mode

Naka-on ang emitter-base junction sa pasulong na direksyon (bukas), at ang collector-base junction ay nasa reverse na direksyon (sarado):

U EB > 0; U KB< 0 (para sa transistor n-p-n uri), para sa transistor p-n-p uri ng kondisyon ang magiging hitsura U EB<0; U KB > 0.

Inverse active mode

Ang emitter junction ay reverse biased at ang collector junction ay forward biased: U KB > 0; U EB< 0 (para sa transistor n-p-n uri).

Mode ng saturation

pareho pn ang mga transition ay forward biased (parehong bukas). Kung emitter at collector distrito-Ang mga transition ay kumonekta sa mga panlabas na mapagkukunan sa pasulong na direksyon, ang transistor ay nasa saturation mode. Ang diffusion electric field ng emitter at collector junctions ay bahagyang mababawasan electric field nabuo ng mga panlabas na mapagkukunan Web at Ukb. Bilang resulta, ang potensyal na hadlang na naglilimita sa pagsasabog ng mga pangunahing tagadala ng singil ay bababa, at ang pagtagos (pag-iniksyon) ng mga butas mula sa emitter at kolektor sa base ay magsisimula, iyon ay, ang mga alon ay dadaloy sa emitter at kolektor ng ang transistor, na tinatawag na emitter saturation currents ( ako E. amin) at kolektor ( ako K. amin).

Boltahe ng saturation ng kolektor-emitter(U KE. us) ay ang pagbaba ng boltahe sa isang bukas na transistor (semantic analogue R SI. bukas field effect transistors). Ganun din base-emitter saturation boltahe(U BE us) ay ang pagbaba ng boltahe sa pagitan ng base at emitter sa isang bukas na transistor.

Cutoff mode

Sa mode na ito, pareho pn ang mga transition ay nababaligtad. Ang cutoff mode ay tumutugma sa kondisyon U EB<0, U KB<0.

hadlang na rehimen

Sa ganitong mode base transistor sa pamamagitan ng direktang kasalukuyang short-circuited o sa pamamagitan ng isang maliit na risistor sa nito kolektor, at sa kolektor o sa emitter ang transistor circuit ay lumiliko sa isang risistor na nagtatakda ng kasalukuyang sa pamamagitan ng transistor. Sa ganitong pagsasama, ang transistor ay isang uri ng diode na konektado sa serye na may kasalukuyang-setting na risistor. Ang ganitong mga cascade circuit ay nakikilala sa pamamagitan ng isang maliit na bilang ng mga bahagi, magandang high-frequency decoupling, isang malaking hanay ng temperatura ng operating, at insensitivity sa mga parameter ng transistor.

Pagpapalit ng mga scheme

Ang anumang transistor switching circuit ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang pangunahing tagapagpahiwatig:

• kasalukuyang pakinabang ako labas / ako input
• Input impedance R sa = U sa / ako input

Wiring diagram na may karaniwang base

Paglipat ng scheme na may isang karaniwang base.

Karaniwang base amplifier.

• Sa lahat ng tatlong mga pagsasaayos, mayroon itong pinakamaliit na input at pinakamalaking output impedance. Ito ay may kasalukuyang nakuha na malapit sa pagkakaisa at isang malaking boltahe na nakuha. Hindi binabaligtad ang yugto ng signal.
• ako labas / ako sa = ako sa / ako e = α [α<1].
• Input impedance R sa = U sa / ako sa = U eb / ako e.

Ang input resistance (input impedance) ng isang amplifier stage na may karaniwang base ay maliit, depende sa emitter current, na may pagtaas sa kasalukuyang bumababa ito at hindi lalampas sa mga unit - daan-daang ohms para sa mga low-power stages, dahil ang input circuit ng stage ay isang open emitter junction ng transistor.

Mga kalamangan

• Magandang temperatura at malawak na saklaw ng dalas, dahil ang epekto ng Miller ay pinigilan sa circuit na ito.
• Mataas na pinapayagang boltahe ng kolektor.

Mga disadvantages ng karaniwang base scheme

• Maliit na kasalukuyang nakuha na katumbas ng α, dahil ang α ay palaging bahagyang mas mababa sa 1
• Mababang input impedance

Ang paglipat ng circuit na may isang karaniwang emitter

Ang paglipat ng circuit na may isang karaniwang emitter.
ako labas = ako sa
ako sa = ako b
U sa = U bae
U labas = U ke.

• Kasalukuyang Nakuha: ako labas / ako sa = ako sa / ako b = ako sa /( ako e -I k) = α/(1-α) = β [β>>1].
• Input impedance: R sa = U sa / ako sa = U bae / ako b.

Mga kalamangan

• Malaking kasalukuyang pakinabang.
• Malaking boltahe na nakuha.
• Pinakamalaking pagpapalakas ng kapangyarihan.
• Makakamit ka sa isang power supply.
• Ang output AC boltahe ay baligtad na may kaugnayan sa input.

Bahid

• Ito ay may mas kaunting katatagan ng temperatura. Ang mga katangian ng dalas ng naturang pagsasama ay makabuluhang mas masahol pa kumpara sa isang circuit na may isang karaniwang base, na dahil sa epekto ng Miller.

Common Collector Circuit

Paglipat ng scheme sa isang karaniwang kolektor.
ako labas = ako eh
ako sa = ako b
U sa = U bq
U labas = U ke.

• Kasalukuyang Nakuha: ako labas / ako sa = ako e/ ako b = ako e /( ako e -I k) = 1/(1-α) = β [β>>1].
• Input impedance: R sa = U sa / ako sa = ( U bae + U ke)/ ako b.

Mga kalamangan

• Malaking input impedance.
• Mababang output impedance.

Bahid

• Ang pagtaas ng boltahe ay bahagyang mas mababa sa 1.

Ang isang circuit na may ganitong pagsasama ay madalas na tinatawag na " tagasunod ng emitter».

pangunahing mga parameter

• Kasalukuyang transfer coefficient.
• input impedance.
• kondaktibiti ng output.
• Baliktarin ang kasalukuyang kolektor-emitter.
• Oras ng pag-on.
• Ang nililimitahan ang dalas ng base current transfer ratio.
• Baliktarin ang kasalukuyang kolektor.
• Ang maximum na pinapayagang kasalukuyang.
• Ang cutoff frequency ng kasalukuyang transfer coefficient sa isang common-emitter circuit.

Ang mga parameter ng transistor ay nahahati sa sarili (pangunahin) at pangalawa. Ang mga sariling parameter ay nagpapakilala sa mga katangian ng transistor, anuman ang pamamaraan ng pagsasama nito. Ang mga sumusunod ay tinatanggap bilang pangunahing sariling mga parameter:

• kasalukuyang pakinabang α;
• emitter, kolektor at base AC resistances r eh, r sa, r b, na kung saan ay:
  • r e - ang kabuuan ng mga resistances ng emitter region at ang emitter junction;
  • r k ay ang kabuuan ng mga resistensya ng rehiyon ng kolektor at ang kantong ng kolektor;
  • r b - transverse resistance ng base.

Bipolar transistor equivalent circuit gamit ang h-mga parameter.

Ang mga pangalawang parameter ay iba para sa iba't ibang transistor switching circuit at, dahil sa hindi linearity nito, ay may bisa lamang para sa mababang frequency at maliliit na signal amplitudes. Para sa mga pangalawang parameter, ilang mga sistema ng mga parameter at ang kanilang katumbas na katumbas na mga circuit ay iminungkahi. Ang mga pangunahing ay halo-halong (hybrid) na mga parameter, na tinutukoy ng titik " h».

Input impedance- paglaban ng transistor sa input alternating current sa short circuit sa labasan. Ang pagbabago sa kasalukuyang input ay ang resulta ng pagbabago sa input boltahe, nang walang epekto ng feedback mula sa output boltahe.

h 11 = U m1 / ako m1 , sa U m2 = 0.

Salik ng feedback ng boltahe nagpapakita kung anong porsyento ng output AC boltahe ay ipinadala sa input ng transistor dahil sa feedback sa loob nito. Walang alternating current sa input circuit ng transistor, at ang pagbabago sa input boltahe ay nangyayari lamang bilang resulta ng pagbabago sa output boltahe.

h 12 = U m1 / U m2 , sa ako m1 = 0.

Kasalukuyang ratio ng paglipat(kasalukuyang pakinabang) ay nagpapahiwatig ng nakuha ng kasalukuyang AC sa zero load resistance. Ang kasalukuyang output ay nakasalalay lamang sa kasalukuyang input nang walang impluwensya ng boltahe ng output.

h 21 = ako m2 / ako m1 , sa U m2 = 0.

Output Conductance- panloob na pagpapadaloy para sa alternating kasalukuyang sa pagitan ng mga terminal ng output. Ang kasalukuyang output ay nagbabago sa ilalim ng impluwensya ng output boltahe.

h 22 = ako m2 / U m2 , sa ako m1 = 0.

Ang ugnayan sa pagitan ng alternating currents at transistor voltages ay ipinahayag ng mga equation:

U m1 = h 11 ako m1+ h 12 U m2 ; ako m2 = h 21 ako m1+ h 22 U m2 .

Depende sa switching circuit ng transistor, ang mga titik ay idinagdag sa mga digital na indeks ng h-parameter: "e" - para sa OE circuit, "b" - para sa OB circuit, "k" - para sa OK circuit.

Para sa OE scheme: ako m1 = ako mb, ako m2 = ako mk, U m1 = U mb-e, U m2 = U mk-e. Halimbawa, para sa schema na ito:

h 21e = ako mk / ako mb = β.

Para sa OB scheme: ako m1 = ako ako, ako m2 = ako mk, U m1 = U ako-b, U m2 = U mk-b.

Ang mga intrinsic na parameter ng transistor ay nauugnay sa h-parameter, halimbawa para sa OE scheme:

;

;

;

.

Up-Dalas masamang impluwensya ang capacitance ng collector junction ay nagsisimulang gumana sa transistor C k. Ang capacitance resistance ay bumababa, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng load resistance ay bumababa at, dahil dito, ang mga nadagdag α at β. Emitter junction capacitance resistance C e bumababa din, gayunpaman, ito ay nalalayuan ng isang maliit na paglaban sa paglipat r at sa karamihan ng mga kaso ay maaaring balewalain. Bilang karagdagan, sa pagtaas ng dalas, ang isang karagdagang pagbaba sa koepisyent β ay nangyayari bilang isang resulta ng lag ng kasalukuyang yugto ng kolektor mula sa kasalukuyang yugto ng emitter, na sanhi ng pagkawalang-kilos ng proseso ng paglipat ng mga carrier sa pamamagitan ng base mula sa emitter. junction sa collector junction at ang inertia ng mga proseso ng akumulasyon ng singil at resorption sa base. Tinatawag ang mga frequency kung saan ang mga coefficient na α at β ay bumaba ng 3 dB nililimitahan ang mga frequency ng kasalukuyang transfer coefficient para sa mga scheme ng OB at OE, ayon sa pagkakabanggit.

Sa pulsed mode, ang kasalukuyang pulso ng kolektor ay nagsisimula sa isang pagkaantala ng oras ng pagkaantala τc na may kaugnayan sa kasalukuyang pulso ng input, na sanhi ng may hangganan na oras ng transit ng mga carrier sa base. Habang nag-iipon ang mga carrier sa base, tumataas ang kasalukuyang kolektor sa tagal ng front τ f. Tamang oras transistor ay tinatawag na τ on = τ c + τ f.

Mga Teknolohiya sa Paggawa ng Transistor

• Pagsasabog-haluang metal.

Application ng mga transistor

• Mga amplifier, mga yugto ng amplification
• Demodulator (Detektor)
• Inverter (log. element)
• Microcircuits sa transistor logic (tingnan ang.

Sa isang pagkakataon, dumating ang mga transistor upang palitan mga vacuum tubes. Ito ay dahil sa ang katunayan na mayroon silang mas maliit na sukat, mataas na pagiging maaasahan at mas murang mga gastos sa produksyon. Ngayon, bipolar transistorsay ang mga pangunahing elemento sa lahat ng amplifying circuit.

Ito ay isang elemento ng semiconductor na mayroong tatlong-layer na istraktura, na bumubuo ng dalawang electron-hole junctions. Samakatuwid, ang isang transistor ay maaaring kinakatawan bilang dalawang back-to-back diodes. Depende sa kung ano ang magiging pangunahing tagadala ng singil, mayroon p-n-p at n-p-n mga transistor.

Base- isang semiconductor layer, na siyang batayan ng disenyo ng transistor.

emitter tinatawag na semiconductor layer, ang function nito ay ang pag-iniksyon ng mga charge carrier sa base layer.

Kolektor tinatawag na semiconductor layer, ang tungkulin nito ay upang mangolekta ng mga carrier ng singil na dumaan sa base layer.

Bilang isang tuntunin, ang emitter ay naglalaman ng mas malaking bilang ng mga pangunahing singil kaysa sa base. Ito ang pangunahing kondisyon para sa pagpapatakbo ng transistor, dahil sa kasong ito, na may forward bias ng emitter junction, ang kasalukuyang ay matutukoy ng mga pangunahing carrier ng emitter. Magagawa ng emitter ang pangunahing pag-andar nito - ang pag-iniksyon ng mga carrier sa base layer. Ang reverse emitter current ay karaniwang sinusubukan na maging kasing liit hangga't maaari. Ang pagtaas sa karamihan ng mga carrier ng emitter ay nakakamit sa pamamagitan ng paggamit ng mataas na konsentrasyon ng impurity.

Ang base ay ginawa bilang manipis hangga't maaari. Ito ay nauugnay sa haba ng buhay ng mga pagsingil. Ang mga carrier ng singil ay dapat tumawid sa base at muling pagsamahin hangga't maaari sa mga pangunahing carrier ng base upang maabot ang kolektor.

Upang mas ganap na makolekta ng kolektor ang mga carrier na dumaan sa base, sinisikap nilang gawing mas malawak ito.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng transistor

Isaalang-alang sa p-n-p halimbawa transistor.

Sa kawalan ng mga panlabas na boltahe, ang isang potensyal na pagkakaiba ay itinatag sa pagitan ng mga layer. Ang mga potensyal na hadlang ay itinakda sa mga tawiran. Bukod dito, kung ang bilang ng mga butas sa emitter at kolektor ay pareho, kung gayon ang mga potensyal na hadlang ay magkakaroon ng parehong lapad.

Para gumana ng maayos ang transistor, dapat na forward biased ang emitter junction at reverse biased ang collector junction.. Ito ay tumutugma sa aktibong mode ng transistor. Upang makagawa ng gayong koneksyon, kailangan ang dalawang mapagkukunan. Ang isang pinagmulan na may boltahe Ue ay konektado sa isang positibong poste sa emitter, at isang negatibong poste sa base. Ang isang mapagkukunan na may boltahe Uk ay konektado sa isang negatibong poste sa kolektor, at positibo sa base. At si Ue< Uк.

Sa ilalim ng pagkilos ng boltahe Ue, ang emitter junction ay inilipat sa pasulong na direksyon. Tulad ng nalalaman, kapag ang paglipat ng electron-hole ay forward bias, ang panlabas na patlang ay nakadirekta sa tapat ng patlang ng paglipat at samakatuwid ay binabawasan ito. Ang mga pangunahing carrier ay nagsisimulang dumaan sa paglipat, sa emitter ito ay mga butas 1-5, at sa mga base electron 7-8. At dahil ang bilang ng mga butas sa emitter ay mas malaki kaysa sa bilang ng mga electron sa base, ang kasalukuyang emitter ay higit sa lahat dahil sa kanila.

Ang kasalukuyang emitter ay ang kabuuan ng bahagi ng butas ng kasalukuyang emitter at ang elektronikong bahagi ng base.

Dahil ang bahagi lamang ng butas ay kapaki-pakinabang, sinisikap nilang gawing maliit ang elektronikong bahagi hangga't maaari. Ang husay na katangian ng emitter junction ay ratio ng iniksyon.

Sinisikap nilang ilapit ang koepisyent ng iniksyon sa 1.

Ang mga butas 1-5 na dumaan sa base ay naipon sa hangganan ng emitter junction. Kaya, ang isang mataas na konsentrasyon ng mga butas ay nilikha malapit sa emitter at isang mababang konsentrasyon malapit sa collector junction, bilang isang resulta kung saan ang diffusion movement ng mga butas mula sa emitter hanggang collector junction ay nagsisimula. Ngunit malapit sa junction ng kolektor, ang konsentrasyon ng butas ay nananatiling zero, dahil sa sandaling maabot ng mga butas ang kantong, sila ay pinabilis ng panloob na larangan nito at nakuha (iginuhit) sa kolektor. Ang mga electron ay tinataboy ng field na ito.

Habang ang mga butas ay tumatawid sa base layer, sila ay muling pinagsama sa mga electron na matatagpuan doon, halimbawa, bilang hole 5 at electron 6. At dahil ang mga butas ay patuloy na pumapasok, sila ay lumikha ng isang labis na positibong singil, samakatuwid, ang mga electron ay dapat ding pumasok, na iginuhit. sa pamamagitan ng base terminal at bumuo ng base kasalukuyang Ibr. Ito ay isang mahalagang kondisyon para sa pagpapatakbo ng transistor – ang konsentrasyon ng mga butas sa base ay dapat na humigit-kumulang katumbas ng konsentrasyon ng mga electron. Sa ibang salita dapat tiyakin ang electrical neutrality ng base.

Ang bilang ng mga butas na umabot sa kolektor ay mas mababa kaysa sa bilang ng mga butas na umalis sa emitter sa pamamagitan ng dami ng mga recombined na butas sa base. Yan ay, Ang kasalukuyang kolektor ay naiiba mula sa kasalukuyang emitter sa pamamagitan ng kasalukuyang base.

Dito nanggagaling koepisyent ng paglipat carrier, na sinusubukan din nilang ilapit sa 1.

Ang kasalukuyang collector ng transistor ay binubuo ng hole component Icr at ang collector reverse current.

Ang reverse collector current ay nangyayari bilang resulta ng reverse bias ng collector junction, samakatuwid ito ay binubuo ng minority carriers ng isang hole 9 at isang electron 10. Ito ay tiyak dahil ang reverse current ay nabuo ng minority carriers na ito ay nakasalalay lamang sa proseso ng pagbuo ng thermal, iyon ay, sa temperatura. Samakatuwid, ito ay madalas na tinatawag thermal kasalukuyang.

Ang kalidad ng transistor ay depende sa magnitude ng thermal current, mas maliit ito, mas mabuti ang transistor.

Ang kasalukuyang kolektor ay isinama sa emitter kasalukuyang ratio ng paglipat.

Ang mga alon sa isang transistor ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod

Basic ratio para sa transistor currents

Ang kasalukuyang kolektor ay maaaring ipahayag bilang

Mula sa itaas, mahihinuha na Sa pamamagitan ng pagpapalit ng kasalukuyang sa base-emitter circuit, makokontrol natin ang kasalukuyang output ng kolektor. Bukod dito, ang isang bahagyang pagbabago sa kasalukuyang base ay nagiging sanhi ng isang makabuluhang pagbabago sa kasalukuyang kolektor.

Depende sa prinsipyo ng pagpapatakbo at mga tampok ng disenyo, ang mga transistor ay nahahati sa dalawang malalaking klase: bipolar at patlang.

bipolar transistor- Ito ay isang semiconductor device na may dalawang nakikipag-ugnayan na pn junction at tatlo o higit pang mga konklusyon.

Ang semiconductor crystal ng isang transistor ay binubuo ng tatlong rehiyon na may mga alternating uri ng electrical conductivity, kung saan mayroong dalawang r-p-transisyon. Ang gitnang rehiyon ay kadalasang ginagawang napakanipis (mga fraction ng isang micron), kaya r-p ang mga transition ay malapit sa isa't isa.

Depende sa pagkakasunud-sunod ng paghahalili ng mga rehiyon ng semiconductor na may iba't ibang uri Ang electrical conductivity ay nakikilala ang mga transistor r-p-r at p-r-p- mga uri . Mga pinasimpleng istruktura at UGO iba't ibang uri ang mga transistor ay ipinapakita sa figure 1.23, a, b.

Figure 1.23 - Istraktura at UGO ng bipolar transistors

Ang bipolar transistor ay ang pinakakaraniwang aktibong semiconductor device. Ang Silicon ay kasalukuyang ginagamit bilang pangunahing materyal para sa paggawa ng mga bipolar transistors. Sa kasong ito, ang mga transistor ay pangunahing ginawa p-r-p-uri, kung saan ang mga pangunahing tagadala ng singil ay mga electron na may kadaliang dalawa hanggang tatlong beses na mas mataas kaysa sa mobility ng mga butas.

Ang kontrol ng halaga ng kasalukuyang dumadaloy sa output circuit (sa kolektor o emitter circuit) ng bipolar transistor ay isinasagawa gamit ang kasalukuyang sa circuit ng control electrode - base. base tinawag karaniwan layer sa istruktura ng transistor. Ang mga panlabas na layer ay tinatawag emitter (maglabas, maglabas) at kolektor (magtipon). Ang konsentrasyon ng mga impurities (at, dahil dito, ang mga pangunahing tagadala ng singil) sa emitter ay mas mataas kaysa sa base at mas mataas kaysa sa kolektor. Samakatuwid, ang rehiyon ng emitter ay ang pinaka mababang paglaban.

Upang ilarawan ang mga pisikal na proseso sa transistor, ginagamit namin ang pinasimpleng istraktura ng transistor p-r-p- uri na ipinapakita sa Figure 1.24. Upang maunawaan ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang transistor, napakahalaga na isaalang-alang iyon r-p Ang mga transistor junction ay malakas na nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Nangangahulugan ito na ang agos ng isang junction ay malakas na nakakaapekto sa agos ng isa, at vice versa.

Sa aktibong mode (kapag ang transistor ay gumagana bilang isang amplifying element), dalawang power supply ay konektado sa transistor sa paraang emitter ang paglipat ay inilipat pasulong, a kolektor - sa kabaligtaran(Larawan 1.24). Sa ilalim ng pagkilos ng electric field ng pinagmulan E BE sa pamamagitan ng emitter junction ay dumadaloy ng isang sapat na malaking pasulong na kasalukuyang ako E, na pangunahing ibinibigay ng iniksyon mga electron mula sa emitter hanggang sa base Ang pag-iniksyon ng mga butas mula sa base papunta sa emitter ay magiging hindi gaanong mahalaga dahil sa pagkakaiba sa itaas sa mga konsentrasyon ng mga atom ng impurity.

Figure 1.24 - Mga pisikal na proseso sa isang bipolar transistor

Ang daloy ng elektron ay nagbibigay ng kasalukuyang ako Ang E sa pamamagitan ng transition emitter - base ay ipinapakita sa Figure 1.24 na may malawak na arrow. Bahagi ng mga electron na iniksyon sa base na rehiyon (1 ... 5%) muling pagsamahin na may pangunahing mga carrier ng singil para sa rehiyon na ito - mga butas, na bumubuo ng isang kasalukuyang sa panlabas na circuit ng base ako B. Dahil sa malaking pagkakaiba sa mga konsentrasyon ng mga pangunahing carrier ng singil sa emitter at base, Ang mga hindi nabayarang electron na na-inject sa base ay gumagalaw nang malalim dito patungo sa kolektor.

Malapit sa kolektor r-p- mga elektron ng paglipat ay sumasailalim sa isang accelerating electric field itong reverse biased transition. At dahil sila ay mga menor de edad na carrier sa database, nangyayari ito pagbawi (pagkuha ) mga electron sa rehiyon ng kolektor. Sa kolektor, ang mga electron ay nagiging pangunahing tagadala ng singil at madaling maabot ang terminal ng kolektor, na lumilikha ng isang kasalukuyang sa panlabas na circuit ng transistor.

Sa ganitong paraan, Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng base terminal ng transistor ay tinutukoy ng dalawang magkasalungat na direksyon ng kasalukuyang mga bahagi. Kung walang mga proseso ng recombination sa base, kung gayon ang mga alon na ito ay magiging katumbas ng isa't isa, at ang resultang base current ay magiging katumbas ng zero. Ngunit dahil ang mga proseso ng recombination ay naroroon sa anumang tunay na transistor, ang kasalukuyang emitter pn-transition bahagyang higit pa kaysa sa kasalukuyang kolektor pn-transisyon.

Para sa kasalukuyang kolektor, maaari nating isulat ang sumusunod na equation

, (1.9)

saan a st- static emitter kasalukuyang transfer koepisyent;

KBO ako- reverse current ng collector junction (thermal current) (para sa mababang power transistors sa normal na temperatura ito ay 0.015 ... 1 μA).

Sa pagsasanay, ang static emitter kasalukuyang transfer koepisyent a st, depende sa uri ng transistor, ay maaaring tumagal ng mga halaga sa hanay na 0.95 ... 0.998.

Ang emitter kasalukuyang sa transistor ay ayon sa bilang ang pinakamalaking at katumbas ng

, (1.11)

kung saan ang static na kasalukuyang transfer coefficient ng base sa isang circuit na may isang karaniwang emitter (sa reference na panitikan, ang pagtatalaga ay ginagamit h 21E, karaniwang kumukuha ng halaga b st= 20 ... 1000 depende sa uri at kapangyarihan ng transistor).

Ito ay sumusunod mula sa itaas na ang transistor ay isang kinokontrol na elemento, dahil ang halaga ng kasalukuyang kolektor (output) nito ay nakasalalay sa mga halaga ng emitter at base currents.

Tinatapos ang pagsasaalang-alang ng prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang bipolar transistor, dapat tandaan na ang paglaban ng isang reverse-biased collector junction (kapag ang isang reverse boltahe ay inilapat dito) ay napakataas (daan-daang kilo-ohms). kaya lang sa circuit ng kolektor, maaari mong isama ang mga resistor ng pagkarga na may napaka mahusay na pagtutol , sa gayon halos hindi nagbabago ang halaga ng kasalukuyang kolektor. Alinsunod dito, ang makabuluhang kapangyarihan ay ilalaan sa circuit ng pagkarga.

Ang paglaban ng isang forward-biased emitter junction, sa kabaligtaran, ay napakaliit (sampu hanggang daan-daang ohms). Samakatuwid, sa halos ang parehong mga halaga emitter at collector currents, ang kapangyarihang natupok sa emitter circuit ay lumalabas na makabuluhang mas mababa kaysa sa kapangyarihan na inilabas sa load circuit. Ito ay nagpapahiwatig na Ang transistor ay isang semiconductor device na nagpapalakas ng kapangyarihan..

Ang teknolohiya ng pagmamanupaktura ng mga bipolar transistor ay maaaring magkakaiba: pagsasanib, pagsasabog , epitaxy. Ito ay higit na tumutukoy sa mga katangian ng device. Mga karaniwang istruktura ng bipolar transistors na ginawa iba't ibang pamamaraan ay ipinapakita sa Figure 1.25. Sa partikular, sa figure 1.25, a ipinakitang istraktura nalulutang, sa figure 1.25, b - epitaxially-pagsasabog, sa figure 1.25, sa - planar, sa figure 1.25, G - mesaplanar mga transistor.

Figure 1.25 - Mga pamamaraan para sa paggawa ng mga bipolar transistor

Mga operating mode at transistor switching circuit

Para sa bawat isa r-p- ang transistor junction ay maaaring pakainin sa parehong pasulong at reverse boltahe. Alinsunod dito, ang apat na mga mode ng pagpapatakbo ng isang bipolar transistor ay nakikilala: mode putulin, mode saturation, aktibo mode at kabaligtaran mode.

Aktibo ang mode ay ibinibigay sa pamamagitan ng pagbibigay ng direktang boltahe sa emitter junction, at isang reverse boltahe sa collector junction (ang pangunahing operating mode ng transistor). Ang mode na ito ay tumutugma sa maximum na halaga ng emitter current transfer coefficient at tinitiyak ang pinakamababang distortion ng amplified signal.

AT kabaligtaran mode na naka-attach sa collector junction pasulong na boltahe, sa emitter - ang kabaligtaran (a st®min; napakabihirang ginagamit).

Nasa mode saturation parehong junctions ay nasa ilalim ng forward bias. Sa kasong ito, ang kasalukuyang output ay hindi nakasalalay sa kasalukuyang input at tinutukoy lamang ng mga parameter ng pagkarga.

Nasa mode putulin ang parehong mga junction ay reverse-biased. Ang kasalukuyang output ay malapit sa zero.

Ang mga mode ng saturation at cutoff ay ginagamit nang sabay-sabay sa mga pangunahing scheme(kapag ang transistor ay gumagana sa key mode).

Kapag gumagamit ng transistor sa mga elektronikong aparato, dalawang pin ang kailangan para ibigay ang input signal at dalawang pin para ikonekta ang load (alisin ang output signal). Dahil ang transistor ay may tatlong pin lamang, ang isa sa mga ito ay dapat na karaniwan sa mga signal ng input at output.

Depende sa kung aling output ng transistor ang karaniwan kapag kumokonekta sa pinagmumulan ng signal at pagkarga, mayroong tatlong mga scheme ng paglipat ng transistor: na may karaniwang base(OB) (Larawan 1.26, a); Sa karaniwang emitter(OE) (Larawan 1.26, b); Sa karaniwang kolektor(OK) (Larawan 1.26, sa).

Sa mga diagram na ito, mga mapagkukunan pare-pareho ang boltahe at ang mga resistors ay nagbibigay ng mga operating mode ng transistors para sa direktang kasalukuyang, iyon ay, ang mga kinakailangang halaga ng mga boltahe at paunang mga alon. Ang mga signal ng input ng AC ay nabuo ng mga mapagkukunan at sa. Binago nila ang kasalukuyang emitter (base) ng transistor, at, nang naaayon, ang kasalukuyang kolektor. Mga kasalukuyang pagtaas ng kolektor (Figure 1.26, a, b) at kasalukuyang emitter (Larawan 1.26, sa) ay lilikha, ayon sa pagkakabanggit, sa mga resistor R K at R E mga pagtaas ng boltahe, na siyang mga signal ng output at palabas.

isang B C

Figure 1.26 - Transistor switching circuits

Kapag tinutukoy ang transistor switching circuit, kinakailangang isaalang-alang ang katotohanan na ang paglaban ng pinagmulan ng boltahe ng DC para sa AC ay malapit sa zero.

Mga katangian ng kasalukuyang boltahe ng transistor

Ang mga katangian ng isang bipolar transistor ay lubos na inilarawan gamit ang mga katangian ng static na kasalukuyang boltahe. Sa kasong ito, ang input at output I–V na mga katangian ng transistor ay nakikilala. Dahil ang lahat ng tatlong mga alon (base, kolektor at emitter) sa isang transistor ay malapit na magkakaugnay, kapag pinag-aaralan ang operasyon ng isang transistor, kinakailangang gamitin ang parehong input at output na mga katangian ng I-V.

Ang bawat switching circuit ng transistor ay may sariling kasalukuyang-boltahe na mga katangian, na kung saan ay ang functional dependence ng mga alon sa pamamagitan ng transistor sa mga inilapat na boltahe. Dahil sa hindi linear na katangian ng mga dependency na ito, kadalasang ipinapakita ang mga ito sa graphical na anyo.

Ang transistor, bilang isang quadripole, ay nailalarawan input at katapusan ng linggo static na mga katangian ng I-V, na nagpapakita, ayon sa pagkakabanggit, ang pag-asa ng input kasalukuyang sa input boltahe (sa isang pare-pareho ang halaga ng output boltahe ng transistor) at ang output kasalukuyang sa output boltahe (sa isang pare-pareho ang input kasalukuyang ng transistor ).

Ipinapakita ng Figure 1.27 ang mga static na katangian ng I–V r-p-r-transistor konektado ayon sa scheme na may OE (ang pinaka-karaniwang ginagamit sa pagsasanay).

a b

Figure 1.27 - Mga katangian ng Static IV ng isang bipolar transistor na konektado ayon sa circuit na may OE

Input CVC (Larawan 1.27, a) ay katulad ng direktang sangay ng CVC ng diode. Ito ay kumakatawan sa pag-asa ng kasalukuyang ako B mula sa boltahe MAGING IKAW U CE, iyon ay, isang dependence ng form

. (1.12)

Mula sa figure 1.27, a Ito ay makikita na mas mataas ang boltahe U CE, mas pakanan ang sangay ng input CVC ay inilipat. Ito ay dahil habang tumataas ang reverse bias na boltahe, U CE mayroong pagtaas sa taas ng potensyal na hadlang ng kolektor R-P-transisyon. At dahil sa isang transistor ang kolektor at emitter R-P-malakas na nakikipag-ugnayan ang mga junction, ito naman, ay humahantong sa pagbaba sa kasalukuyang base sa isang pare-parehong boltahe MAGING IKAW.

Mga katangian ng Static IV, na ipinakita sa Figure 1.27, a kinuha sa normal na temperatura (20°C). Habang tumataas ang temperatura, lilipat ang mga katangiang ito sa kaliwa, at habang bumababa, lilipat sila sa kanan. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa pagtaas ng temperatura, ang intrinsic electrical conductivity ng semiconductors ay tumataas.

Para sa output circuit ng isang transistor na konektado ayon sa OE circuit, ang isang pamilya ng output I–V na mga katangian ay binuo (Larawan 1.27, b). Ito ay dahil sa ang katunayan na ang kasalukuyang kolektor ng transistor ay nakasalalay hindi lamang (at hindi gaanong, tulad ng makikita mula sa figure) sa boltahe na inilapat sa junction ng kolektor, kundi pati na rin sa kasalukuyang base. Kaya, ang output kasalukuyang-boltahe na katangian para sa isang circuit na may OE ay ang pag-asa ng kasalukuyang ako K mula sa boltahe U CE sa nakapirming kasalukuyang ako B, iyon ay, isang dependence ng form

. (1.13)

Ang bawat isa sa mga katangian ng output I-V ng isang bipolar transistor ay nailalarawan sa simula sa pamamagitan ng isang matalim na pagtaas sa kasalukuyang output. ako K na may pagtaas ng output boltahe U CE, at pagkatapos, habang ang boltahe ay tumataas pa, isang bahagyang pagbabago sa kasalukuyang.

Tatlong rehiyon ay maaaring makilala sa output I-V na katangian ng transistor, na naaayon sa iba't ibang mga operating mode ng transistor: saturation, rehiyon putulin at lugar aktibong gawain(makakuha) , naaayon sa aktibong estado ng transistor, kapag ½ MAGING IKAW½ > 0 at ½ U CE½> 0.

Ang input at output na static na I–V na katangian ng mga transistor ay ginagamit sa graph-analytical na pagkalkula ng mga cascades na naglalaman ng mga transistor.

Mga katangian ng static na input at output IV ng isang bipolar transistor R-P-R-type para sa switching circuit na may OB ay ipinapakita sa Figure 1.28, a at 1.28, b ayon sa pagkakabanggit.

a b

Figure 1.28 - Static IV na katangian ng isang bipolar transistor para sa switching circuit na may TUNGKOL

Para sa isang circuit na may TUNGKOL sa input static na I–V na katangian, ang kasalukuyang dependence ay tinatawag ako E mula sa boltahe U EB sa isang nakapirming halaga ng boltahe U KB, iyon ay, isang dependence ng form

. (1.14)

Ang output na static na I-V na katangian para sa isang circuit na may OB ay tinatawag na kasalukuyang pag-asa ako K mula sa boltahe U KB sa nakapirming kasalukuyang ako E, iyon ay, isang dependence ng form

. (1.15)

Sa figure 1.28, b dalawang rehiyon ay maaaring makilala, na tumutugma sa dalawang mga mode ng pagpapatakbo ng transistor: aktibo mode ( U KB< 0 и коллекторный переход смещен в обратном направлении); режим saturation(U KB > 0 at ang collector junction ay forward biased).

Modelo ng matematika ng isang bipolar transistor

Sa ngayon, maraming mga de-koryenteng modelo ng bipolar transistors ang kilala. Sa mga design automation system (CAD) ng mga elektronikong paraan, ang pinakakaraniwang ginagamit ay ang: Ebers-Moll models, ang generalized Hummel-Poon charge control model, ang Linville model, pati na rin ang mga lokal na P- at T-shaped na modelo ng Giacolleto ng mga linear increment. .

Isaalang-alang, bilang isang halimbawa, ang isa sa mga variant ng modelo ng Ebers-Moll (Larawan 1.29), na sumasalamin sa mga katangian ng istraktura ng transistor sa linear mode ng operasyon at sa cutoff mode.

Figure 1.29 - Bipolar transistor equivalent circuit (modelo ng Ebers-Moll)

Ginagamit ng Figure 1.29 ang notasyon: r e, r b, r sa- paglaban, ayon sa pagkakabanggit, ng mga rehiyon ng emitter, base at kolektor ng transistor at mga contact sa kanila; ako b , ako to - kontrolado ang boltahe sa input junction, ang kasalukuyang mga mapagkukunan na sumasalamin sa paglipat ng kasalukuyang sa pamamagitan ng transistor; R eb- paglaban sa pagtagas ng base-emitter junction; R kb - leakage resistance ng base-collector junction. Pinagmulan ng kasalukuyang ako b ay nauugnay sa boltahe sa kantong sa pamamagitan ng kaugnayan

, (1.15)

saan AKO BO- saturation kasalukuyang ng base-emitter transition (reverse kasalukuyang);

y sa= (0.3 ... 1.2) V - potensyal na pagkakaiba sa pakikipag-ugnay (depende sa uri ng materyal na semiconductor);

t- empirical coefficient.

Parallel sa base-emitter junction na kasama harang kapasidad C bae at pagsasabog kapasidad C de paglipat. Halaga C bae determinado baligtad na boltahe sa tawiran at n at legal na umaasa sa kanya

, (1.16)

kung saan С 0 b - paglipat ng kapasidad sa at n = 0;

g = 0.3 ... 0.5 - koepisyent depende sa pamamahagi ng mga impurities sa base na rehiyon ng transistor.

Kapasidad ng pagsasabog ay isang function ng kasalukuyang ako b, na dumadaloy sa paglipat, at tinutukoy ng expression

saan PERO - koepisyent depende sa mga katangian ng paglipat at temperatura nito.

Ang collector-base junction ay katulad ng modelo, ang pagkakaiba lamang ay ang barrier capacitance ng junction lamang ang isinasaalang-alang.

, (1.18)

dahil kapag ang transistor ay tumatakbo sa isang linear na mode at sa kasalukuyang cut-off mode ng kolektor, ang paglipat na ito ay sarado. Expression para sa kasalukuyang kinokontrol na kasalukuyang mapagkukunan ng kolektor, ang pagmomodelo ng mga katangian ng amplifying ng transistor, ay may anyo

, (1.19)

saan b st- static na kasalukuyang transfer coefficient ng base ng transistor sa isang circuit na may isang karaniwang emitter.

Ang mga parameter ng modelong Ebers-Moll ay maaaring makuha alinman sa pamamagitan ng pagkalkula batay sa pagsusuri ng physico-topological na modelo ng transistor, o sinusukat sa eksperimentong paraan. Ang mga static na parameter ng modelo ay pinakamadaling matukoy sa direktang kasalukuyang.

Global ang de-koryenteng modelo ng isang discrete bipolar transistor, na isinasaalang-alang ang inductance at capacitance ng mga output nito, ay ipinapakita sa Figure 1.30.

Figure 1.30 - Pandaigdigang modelo ng isang bipolar transistor

Mga pangunahing parameter ng isang bipolar transistor

Kapag tinutukoy ang mga variable na bahagi ng mga alon at boltahe (iyon ay, kapag sinusuri mga de-koryenteng circuit sa alternating current) at sa kondisyon na ang transistor ay nasa aktibong mode, madalas itong kinakatawan bilang isang linear quadripole (Larawan 1.31, a). Ang mga pangalan (pisikal na kakanyahan) ng input at output na mga alon at boltahe ng naturang apat na terminal na network ay nakasalalay sa transistor switching circuit.

a b

Figure 1.31 - Representasyon ng isang bipolar transistor ng isang linear quadripole

Para sa switching circuit ng isang transistor na may karaniwang emitter, ang mga alon at boltahe ng quadripole (Larawan 1.31, b) tumutugma sa mga sumusunod na transistor currents at voltages:

- i 1 - variable na bahagi ng base kasalukuyang;

- u 1 - variable na bahagi ng boltahe sa pagitan ng base at ng emitter;

- i 2 - variable na bahagi ng kasalukuyang kolektor;

- u 2 - ang variable na bahagi ng boltahe sa pagitan ng kolektor at emitter.

Ang transistor ay maginhawang inilarawan gamit ang tinatawag na h-mga pagpipilian. Sa kasong ito, ang sistema ng mga equation ng quadripole sa matrix form ay tumatagal ng form

. (1.20)

Odds h ij(yan ay h-parameter) tukuyin empirically, gamit naman ang short circuit at idle mode sa input at output ng quadripole.

Kakanyahan h- Ang mga parameter para sa switching circuit ng isang transistor na may OE ay ang mga sumusunod:

- - input resistance ng transistor para sa variable signal na may short circuit sa output;

- - output conductivity ng transistor sa idle sa input;

- - koepisyent ng feedback ng boltahe sa walang-load sa input;

- - kasalukuyang transfer coefficient ng transistor sa kaso ng isang maikling circuit sa output.

Gamit ang transistor equivalent circuit, mahahanap mo ang dependence h-parameter mula sa mga parameter ng transistor.

Sa partikular, maipapakita na para sa switching circuit ng isang transistor na may OE, ang mga sumusunod na relasyon ay nagaganap:

Sa mga formula sa itaas, sumusunod na mga opsyon transistor:

- r b- ohmic resistance ng base body. Para sa mga tunay na transistor, umabot ito sa mga halaga ng 100 ... 200 Ohms;

- r e- paglaban R-P-transition, ang halaga nito ay nakasalalay sa operating mode ng transistor at mga pagbabago sa aktibong mode sa loob ng mga fraction - sampu-sampung ohms;

B- kadahilanan ng pagkakaiba base kasalukuyang transmission, na tinutukoy mula sa expression

; (1.25)

Ang paglaban sa rehiyon ng kolektor, na tinutukoy mula sa expression

, (1.26)

saan r sa- differential resistance ng collector junction (karaniwan ay nasa loob ng isang fraction - sampu ng MΩ), na tinutukoy mula sa expression

(1.27)

Idinagdag noong Oktubre 21, 2016 nang 05:45 ng hapon

Kabanata 2 - Teorya ng Solid State Devices

Ang bipolar transistor ay pinangalanan dahil ang operasyon nito ay nagsasangkot ng paggalaw ng dalawang carrier ng singil: mga electron at mga butas sa parehong kristal. Ang unang bipolar transistor ay naimbento sa Bell Labs nina William Shockley, Walter Brattain, at John Bardeen noong huling bahagi ng 1947, at sa gayon ay hindi nai-publish hanggang 1948. Kaya, maraming mga teksto ang naiiba sa petsa ng pag-imbento. Gumawa si Brattain ng germanium point transistor, na may pagkakahawig sa isang point diode. Sa loob ng isang buwan, nagkaroon ng mas praktikal na junction bipolar transistor si Shockley, na inilalarawan namin sa ibaba. Noong 1956, para sa pag-imbento ng transistor, sila ay iginawad Nobel Prize sa pisika.

Ang bipolar transistor na ipinapakita sa Figure sa ibaba (a) ay isang NPN three-layer semiconductor sandwich na may isang emitter at collector sa mga dulo at isang base sa pagitan. Ito ay parang isang ikatlong layer ay idinagdag sa isang dalawang-layer na diode. Ngunit kung iyon lang ang kinakailangan, sapat na ang isang pares ng back-to-back diode. At mas madaling gumawa ng isang pares ng mga diode na matatagpuan "pabalik sa likod". Ngunit ang batayan ng paggawa ng isang bipolar transistor ay upang gawin ang gitnang layer, ang base, bilang manipis hangga't maaari nang hindi pinaikli ang mga panlabas na layer, emitter at base. Ang kahalagahan ng manipis na lugar ng base ay hindi maaaring overemphasized.

Ang semiconductor device sa Figure sa ibaba (a) ay may dalawang junction, sa pagitan ng emitter at base at sa pagitan ng base at collector, at dalawang depletion region.

(a) Bipolar NPN transistor.
(b) Paglalapat ng reverse bias sa base-collector junction.

Nakaugalian na maglapat ng reverse bias sa base-collector junction ng isang bipolar transistor, tulad ng ipinapakita sa figure sa itaas (b). Tandaan na pinapataas nito ang lapad ng rehiyon ng pagkaubos. Ang reverse bias na boltahe para sa karamihan ng mga transistor ay maaaring mula sa ilang volts hanggang sampu-sampung volts. Sa kasalukuyan ay walang kasalukuyang sa collector circuit maliban sa leakage current.

Sa figure sa ibaba (a), isa pang mapagkukunan ng boltahe ang idinagdag sa circuit sa pagitan ng emitter at base. Kadalasan, nag-aaplay kami ng forward bias sa emitter-base junction na nagtagumpay sa potensyal na hadlang na 0.6V. Ito ay katulad ng forward biasing ng isang semiconductor diode. Ang pinagmumulan ng boltahe ay dapat lumampas sa 0.6V upang ang karamihan sa mga carrier (mga electron para sa NPN) ay magsimulang dumaloy mula sa emitter patungo sa base, na nagiging minority charge carrier sa P-type na semiconductor.

Kung ang base region ay makapal, tulad ng sa isang pares ng back-to-back diodes, ang lahat ng kasalukuyang dumadaloy sa base ay dadaloy sa base lead. Sa aming halimbawang NPN transistor, ang mga electron na umaalis sa emitter sa base ay magsasama sa mga butas sa base, na magbibigay ng puwang para sa mas maraming butas na malikha sa (+) terminal ng baterya na konektado sa base kapag umalis na ang mga electron.

Gayunpaman, ang base ay ginawang manipis. Maraming mayoryang carrier sa emitter na ipinakilala bilang minority carrier sa base ang aktwal na muling pinagsama. Tingnan ang figure sa ibaba (b). Ang ilang mga electron na ipinakilala ng emitter sa base ng NPN transistor ay nahulog sa mga butas. Gayundin, ang ilang mga electron na pumapasok sa base ay direktang dadaloy sa base patungo sa positibong terminal ng baterya. Karamihan sa emitter electron flux ay kumakalat sa manipis na base papunta sa kolektor. Bilang karagdagan, ang isang maliit na pagbabago sa kasalukuyang base ay nagreresulta sa isang malaking pagbabago sa kasalukuyang kolektor. Kung ang base boltahe ay bumaba sa ibaba tungkol sa 0.6 volts para sa isang silicon transistor, pagkatapos ay hihinto ito sa pag-agos. mataas na agos kolektor-emitter.

Collector-Base Reverse Bipolar NPN Bipolar Transistor: (a) Ang pagdaragdag ng forward bias sa base-emitter junction ay nagreresulta sa (b) mababang base current at mataas na emitter at collector currents.

Sa figure sa ibaba, mas malapitan nating tingnan ang kasalukuyang mekanismo ng amplification. Mayroon kaming pinalaki na pagtingin sa mga junction ng isang NPN bipolar transistor na may diin sa manipis na base na rehiyon. Bagama't hindi ipinakita, ipinapalagay namin na ang mga panlabas na pinagmumulan ng boltahe ay konektado: (1) forward-biased emitter-base junction, (2) reverse-biased base-collector junction. Ang mga electron, ang karamihan sa mga carrier, ay pumapasok sa emitter mula sa (-) terminal ng baterya. Ang base current ay tumutugma sa mga electron na umaalis sa base terminal sa (+) terminal ng baterya. Gayunpaman, ito ay isang maliit na kasalukuyang kumpara sa kasalukuyang emitter.

Mga electron na kasama sa base:
(a) Nawala dahil sa recombination sa mga base hole.
(b) Papalabas na base output.
(c) Karamihan ay nagkakalat mula sa emitter sa pamamagitan ng manipis na base papunta sa base-collector depletion region,
at (d) ay mabilis na nakuha ng malakas na rehiyon ng pagkaubos ng electric field sa kolektor.

Ang karamihan sa mga carrier sa loob ng isang N-type na emitter ay mga electron na nagiging minority carrier kapag sila ay pumasok sa isang P-type na base. Ang mga electron na ito na tumatama sa P-type na manipis na base ay may apat na posibilidad. Ang ilang mga electron (sa figure (a) sa itaas) ay pumapasok sa mga butas sa base, na nagpapahintulot sa kasalukuyang dumaloy sa base terminal mula sa (+) terminal ng baterya. Hindi ito ipinapakita, ngunit ang mga butas sa base ay maaaring kumalat sa emitter at pagsamahin sa mga electron, na nagpapahintulot sa kasalukuyang dumaloy sa base lead. Maraming (b) ang dumadaloy sa base patungo sa (+) terminal ng baterya, na parang isang risistor lamang ang base. Ang parehong mga grupo ng mga electron (a) at (b) ay nag-aambag ng napakakaunting sa base kasalukuyang. Para sa mababang power transistors, ang base current ay karaniwang 1% ng emitter o collector current. Karamihan sa mga electron ng emitter ay nagkakalat sa manipis na base (c) sa rehiyon ng pagkaubos ng base-collector. Pansinin ang polarity ng rehiyon ng pagkaubos na nakapalibot sa electron sa (d). Ang isang malakas na electric field ay mabilis na nagwawalis ng elektron sa kolektor. Ang lakas ng field ay proporsyonal sa boltahe ng baterya ng kolektor. Kaya, 99% ng kasalukuyang emitter ay napupunta sa kolektor. Ito ay kinokontrol ng base kasalukuyang, na 1% ng kasalukuyang emitter. Ito ay isang potensyal na kasalukuyang amplification ng 99 beses, ang ratio I K / I B, na kilala rin bilang beta β.

Ito ay kamangha-manghang, 99% ng mga carrier ng emitter na nagpapalaganap sa base ay posible lamang kung ang base ay napakanipis. Ano ang mangyayari sa mga pangunahing tagadala ng emitter kung ang base ay 100 beses na mas makapal? Inaasahan ng isa ang pagtaas ng recombination, ang bilang ng mga electron na nahuhulog sa mga butas ay magiging mas malaki. Siguro 99%, hindi 1%, ang nakapasok sa mga butas, hindi na umabot sa kolektor. Ang pangalawang punto ay ang base current ay maaaring magmaneho ng 99% ng emitter current lamang kung 99% ng emitter current ay kumakalat sa kolektor. Kung ang lahat ng kasalukuyang dumaloy mula sa base, walang kontrol na magiging posible.

Ang isa pang tampok na kinakailangan upang ilipat ang 99% ng mga electron mula sa emitter patungo sa kolektor ay ang tunay na bipolar transistors ay gumagamit ng isang maliit na heavily doped emitter. Ang mataas na konsentrasyon ng mga emitter electron ay nagiging sanhi ng mas maraming mga electron na nagkakalat sa base. Ang mas mababang konsentrasyon ng dopant sa base ay nangangahulugan na ang mas kaunting mga butas ay nagkakalat sa emitter, na maaaring tumaas ang base kasalukuyang. Ang pagpapalaganap ng mga carrier ng singil mula sa emitter hanggang sa base ay may malaking kalamangan.

Ang manipis na base at mabigat na doped emitter ay nakakatulong na panatilihing mataas ang kahusayan ng emitter, gaya ng 99%. Ito ay tumutugma sa 100% ng kasalukuyang emitter na ibinabahagi sa pagitan ng base (1%) at kolektor (99%). Ang kahusayan ng emitter ay kilala bilang α = I K / I E.

Ang mga bipolar transistor ay maaaring magkaroon ng parehong istruktura ng NPN at PNP. Ihahambing natin ang dalawang istrukturang ito sa figure sa ibaba. Ang pagkakaiba ay nakasalalay sa polarity ng base-emitter PN junctions, na ipinahiwatig ng direksyon ng emitter arrow sa simbolo. Ito ay tumuturo sa parehong direksyon tulad ng arrow sa anode ng diode, kabaligtaran sa direksyon ng mga electron.

Tingnan ang simbolo sa larawan sa P-N transition. Ang simula ng arrow at ang dulo nito ay tumutugma sa P-type at N-type semiconductors, ayon sa pagkakabanggit. Para sa NPN at PNP emitters, ang arrow ay tumuturo mula sa base hanggang sa base, ayon sa pagkakabanggit. Walang arrow sa manifold sa simbolo. Gayunpaman, ang base-collector junction ay may parehong polarity bilang diode bilang base-emitter junction. Tandaan na pinag-uusapan natin ang polarity ng diode, hindi ang power supply.

Ihambing ang isang NPN transistor (a) sa isang PNP transistor (b). Bigyang-pansin ang emitter arrow at ang polarity ng power supply.

Ang mga pinagmumulan ng boltahe para sa mga transistor ng PNP ay baligtad kumpara sa mga transistor ng NPN, tulad ng ipinapakita sa figure sa itaas. Ang base-emitter junction ay dapat na forward bias sa parehong mga kaso. Ang base ng PNP transistor ay may bias na negatibo (b), kumpara sa positibo (a) para sa NPN transistor. Sa parehong mga kaso, ang base-collector junction ay bias sa tapat na direksyon. Ang collector power supply ng isang PNP transistor ay may negatibong polarity, kumpara sa positive polarity para sa isang NPN transistor.

Bipolar Junction Transistor (BJT): (a) indibidwal na cross section ng device, (b) simbolo, (c) integrated circuit cross section.

Tandaan na ang bipolar transistor (BJT) sa Figure (a) sa itaas ay may mabigat na doped emitter, na may denote na N+. Ang base ay may normal na antas ng P-doping. Ang base ay mas manipis kaysa sa ipinapakita sa cross section na hindi sukat. Ang kolektor ay bahagyang doped, na ipinahiwatig ng N - . Ang kolektor ay dapat na i-doped nang napakagaan na ang collector-base junction ay mayroon mataas na boltahe pagkasira. Nagreresulta ito sa isang mataas na pinahihintulutang boltahe ng supply ng kuryente ng kolektor. Ang boltahe ng breakdown para sa mga low-power na silicon transistors ay 60-80 volts. Para sa mga transistor na may mataas na boltahe, maaari itong umabot ng daan-daang volts. Ang kolektor ay dapat ding mabigat na doped upang mabawasan ang resistive na pagkalugi kung ang transistor ay hahawak ng matataas na alon. Ang mga salungat na kinakailangan na ito ay natutugunan ng isang mas malakas na alloying ng kolektor sa lugar ng metal contact. Ang kolektor na malapit sa base ay bahagyang doped kumpara sa emitter. Ang mabigat na doping sa emitter ay nagreresulta sa mababang boltahe ng breakdown ng emitter-base, na humigit-kumulang 7 volts para sa mga transistor na mababa ang kapangyarihan. Ang heavily doped emitter ay gumagawa ng emitter-base junction sa ilalim ng reverse bias na katulad sa pagganap sa isang zener diode.

Ang base ng isang bipolar junction transistor, isang semiconductor plate, ay isang collector na naka-mount (sa kaso ng high-power transistors) sa isang metal case. Iyon ay, ang kaso ng metal ay konektado sa kuryente sa kolektor. Ang base ng mababang kapangyarihan transistors ay maaaring encapsulated sa epoxy. Sa high-power transistors, aluminyo pagkonekta ng mga wire ay konektado sa base at emitter at konektado sa mga lead ng katawan. Ang mga base ng low-power transistors ay maaaring direktang mai-install sa mga output conductor. Maraming mga transistor ang maaaring gawin sa isang chip, na tatawaging integrated circuit. Maaaring mai-install ang kolektor hindi sa kaso, ngunit sa output. Ang isang integrated circuit ay maaaring maglaman ng mga panloob na konduktor na nagkokonekta sa mga transistor at iba pang pinagsamang mga bahagi. Ang built-in na bipolar transistor na ipinapakita sa figure (c) sa itaas ay mas manipis kaysa sa ipinapakita sa "not to scale" figure. Ang rehiyon ng P+ ay naghihiwalay ng maraming transistor sa isang chip. Ang isang aluminum plating layer (hindi ipinapakita) ay nag-uugnay sa ilang transistor at iba pang mga bahagi. Ang rehiyon ng emitter ay mabigat na doped sa N+ kumpara sa base at kolektor upang mapataas ang kahusayan ng emitter.

Ang mga discrete PNP transistors ay halos kasing taas ng kalidad ng NPN transistors. Gayunpaman, ang pinagsamang mga transistor ng PNP ay hindi kasing ganda ng mga NPN sa isang katulad na integrated circuit chip. Kaya, ang mga pinagsama-samang circuit ay gumagamit ng NPN transistors sa maximum.

Summing up

• Ang mga bipolar transistor ay nagsasagawa ng kasalukuyang gamit ang parehong mga electron at butas sa parehong aparato.
• Ang paggana ng bipolar transistor bilang kasalukuyang amplifier ay nangangailangan na ang collector-base junction ay reverse-biased at ang emitter-base junction ay forward-biased.
• Ang isang transistor ay naiiba sa isang pares ng back-to-back diodes dahil ang base (gitnang layer) ay masyadong manipis. Nagbibigay-daan ito sa karamihan ng mga carrier ng charge mula sa emitter na mag-diffuse, bilang minority carrier, sa pamamagitan ng base papunta sa depletion region ng base-collector junction, kung saan sila ay dinadala ng isang malakas na electric field.
• Ang kahusayan ng emitter ay pinabuting sa pamamagitan ng mas mabigat na doping kumpara sa kolektor. Ang kahusayan ng emitter: α = I C / I E , ay 0.99 para sa mga transistor na mababa ang kapangyarihan.
• Kasalukuyang nakuha: β=I C /I B , para sa mababang power transistor ay nasa hanay mula 100 hanggang 300.

Kung isasaalang-alang namin ang mga mekanikal na analogue, kung gayon ang pagpapatakbo ng mga transistor ay kahawig ng prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang hydraulic power steering sa isang kotse. Ngunit, ang pagkakatulad ay totoo lamang sa unang pagtataya, dahil walang mga balbula sa mga transistor. Sa artikulong ito, hiwalay nating isasaalang-alang ang pagpapatakbo ng isang bipolar transistor.

Bipolar transistor device

Ang batayan ng bipolar transistor device ay isang semiconductor material. Ang unang semiconductor crystals para sa mga transistor ay ginawa mula sa germanium, ngayon ang silicon at gallium arsenide ay mas karaniwang ginagamit. Una, ang isang purong semiconductor na materyal ay ginawa na may maayos na pagkakasunod-sunod kristal na sala-sala. Pagkatapos ang kristal ay binibigyan ng kinakailangang hugis at isang espesyal na karumihan ay ipinakilala sa komposisyon nito (materyal ay alloyed), na nagbibigay ng ilang mga katangian ng electrical conductivity. Kung ang conductivity ay dahil sa paggalaw ng labis na mga electron, ito ay tinukoy bilang donor (electronic) n-type. Kung ang conductivity ng isang semiconductor ay dahil sa sunud-sunod na pagpapalit ng mga bakanteng lugar, ang tinatawag na mga butas, ng mga electron, kung gayon ang naturang conductivity ay tinatawag na acceptor (hole) at tinutukoy ng p-type conductivity.

Larawan 1.

Ang transistor crystal ay binubuo ng tatlong bahagi (mga layer) na may sequential alternation ng uri ng conductivity (n-p-n o p-n-p). Ang mga paglipat mula sa isang layer patungo sa isa pa ay bumubuo ng mga potensyal na hadlang. Ang paglipat mula sa base hanggang sa emitter ay tinatawag emitter(EP), sa kolektor - kolektor(KP). Ipinapakita ng Figure 1 ang istruktura ng transistor bilang simetriko, idealized. Sa pagsasagawa, sa panahon ng produksyon, ang mga sukat ng mga rehiyon ay makabuluhang asymmetric, humigit-kumulang tulad ng ipinapakita sa Figure 2. Ang lugar ng collector junction ay makabuluhang lumampas sa emitter junction. Ang base layer ay masyadong manipis, sa pagkakasunud-sunod ng ilang microns.

Figure 2.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang bipolar transistor

Ang anumang p-n junction ng isang transistor ay gumagana nang katulad. Kapag ang isang potensyal na pagkakaiba ay inilapat sa mga pole nito, ang "shift" nito ay nangyayari. Kung ang inilapat na potensyal na pagkakaiba ay may kondisyon na positibo, at ang p-n junction ay bubukas, ang junction ay sinasabing forward-biased. Kapag inilapat ang isang kondisyon na negatibong potensyal na pagkakaiba, ang paglipat ay reverse-biased, kung saan ito ay naka-lock. Ang isang tampok ng operasyon ng transistor ay na may positibong bias ng hindi bababa sa isang paglipat, ang karaniwang lugar, na tinatawag na base, ay puspos ng mga electron, o mga bakante sa elektroniko (depende sa uri ng conductivity ng base material), na nagiging sanhi ng isang makabuluhang pagbaba sa potensyal na hadlang ng pangalawang paglipat at, bilang isang resulta, ang conductance nito sa ilalim ng reverse bias.

Mga mode ng pagpapatakbo

Ang lahat ng transistor switching circuit ay maaaring nahahati sa dalawang uri: normal at kabaligtaran.

Larawan 3

Normal na transistor switching circuit nagsasangkot ng pagbabago ng electrical conductivity ng collector junction sa pamamagitan ng pagkontrol sa offset ng emitter junction.

Baliktad na circuit, sa kaibahan sa normal, ay nagpapahintulot sa iyo na kontrolin ang kondaktibiti ng emitter junction sa pamamagitan ng pagkontrol sa bias ng kolektor. Ang kabaligtaran na circuit ay isang simetriko analog ng normal, ngunit dahil sa istruktura na kawalaan ng simetrya ng bipolar transistor, ito ay hindi epektibo para sa paggamit, may mas mahigpit na mga paghihigpit sa maximum na pinapayagang mga parameter at halos hindi ginagamit.

Sa anumang switching scheme, ang transistor ay maaaring gumana sa tatlong mga mode: Cutoff mode, aktibong mode at mode ng saturation.

Upang ilarawan ang direksyon ng trabaho agos ng kuryente sa artikulong ito, ito ay may kondisyong kinuha bilang direksyon ng mga electron, i.e. mula sa negatibong poste ng power supply hanggang sa positibo. Gamitin natin ang diagram sa Figure 4 para dito.

Larawan 4

Cutoff mode

Para sa pn junction, mayroong isang halaga para sa minimum na forward bias na boltahe kung saan ang mga electron ay magagawang pagtagumpayan ang potensyal na hadlang ng junction na ito. Iyon ay, sa isang forward bias boltahe hanggang sa threshold na ito, walang kasalukuyang maaaring dumaloy sa kantong. Para sa mga silicon transistors, ang halaga ng naturang threshold ay humigit-kumulang 0.6 V. Kaya, sa isang normal na switching circuit, kapag ang forward bias ng emitter junction ay hindi lalampas sa 0.6 V (para sa mga silicon transistors), walang kasalukuyang dumadaloy sa base, ito ay hindi puspos ng mga electron, at bilang kinahinatnan, walang paglabas ng mga base electron sa rehiyon ng kolektor; walang kasalukuyang kolektor (zero).

Kaya, para sa cutoff na rehimen, ang mga sumusunod na pagkakakilanlan ay isang kinakailangang kondisyon:

MAGING IKAW<0,6 В

I B \u003d 0

Active mode

Sa aktibong mode, ang emitter junction ay biased sa forward na direksyon hanggang sa sandali ng pag-unlock (ang pagsisimula ng kasalukuyang daloy) na may boltahe na higit sa 0.6 V (para sa mga silicon transistors), at ang collector junction ay biased sa tapat na direksyon. . Kung ang base ay may p-type na conductivity, mayroong isang paglipat (iniksyon) ng mga electron mula sa emitter hanggang sa base, na agad na ipinamamahagi sa isang manipis na layer ng base at halos lahat ay umabot sa hangganan ng kolektor. Ang saturation ng base na may mga electron ay humahantong sa isang makabuluhang pagbaba sa laki ng collector junction, kung saan ang mga electron, sa ilalim ng pagkilos ng isang negatibong potensyal mula sa emitter at base, ay inilipat sa rehiyon ng kolektor, na dumadaloy pababa sa kolektor. terminal, sa gayon nagiging sanhi ng kasalukuyang kolektor. Nililimitahan ng napakanipis na layer ng base ang pinakamataas nitong kasalukuyang dumadaan sa isang napakaliit na cross section sa direksyon ng base lead. Ngunit ang maliit na kapal ng base ay nagiging sanhi ng mabilis na saturation nito sa mga electron. Ang junction area ay may malaking sukat, na lumilikha ng mga kondisyon para sa daloy ng isang makabuluhang emitter-collector current, na sampu at daan-daang beses na mas mataas kaysa sa base kasalukuyang. Kaya, sa pamamagitan ng pagpasa ng hindi gaanong halaga sa base, maaari tayong lumikha ng mga kondisyon para sa pagpasa ng mas malalaking alon sa pamamagitan ng kolektor. Kung mas malaki ang kasalukuyang base, mas malaki ang saturation nito, at mas malaki ang kasalukuyang kolektor. Ang mode na ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang maayos na kontrolin (regulate) ang conductivity ng collector junction sa pamamagitan ng isang kaukulang pagbabago (regulasyon) ng base kasalukuyang. Ang pag-aari na ito ng aktibong mode ng transistor ay ginagamit sa mga circuit ng iba't ibang mga amplifier.

Sa aktibong mode, ang emitter current ng transistor ay ang kabuuan ng base at collector currents:

I E \u003d Ako K + ako B

Ang kasalukuyang kolektor ay maaaring ipahayag bilang:

ako K = α ako E

kung saan ang α ay ang emitter current transfer coefficient

Mula sa mga equation sa itaas, maaari mong makuha ang sumusunod:

kung saan ang β ay ang base kasalukuyang amplification factor.

Mode ng saturation

Ang limitasyon ng pagtaas sa kasalukuyang base hanggang sa sandali kapag ang kasalukuyang kolektor ay nananatiling hindi nagbabago ay tumutukoy sa punto ng maximum na saturation ng base na may mga electron. Ang isang karagdagang pagtaas sa kasalukuyang base ay hindi magbabago sa antas ng saturation nito, at sa anumang paraan ay hindi makakaapekto sa kasalukuyang kolektor, maaari itong humantong sa overheating ng materyal sa base contact area at pagkabigo ng transistor. Sa reference na data para sa mga transistor, ang saturation current at ang maximum na pinapahintulutang base current, o ang emitter-base saturation voltage at ang maximum na pinapayagang emitter-base voltage, ay maaaring ipahiwatig. Tinutukoy ng mga limitasyong ito ang saturation mode ng transistor sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng operating.

Ang cutoff mode at saturation mode ay epektibo kapag ang mga transistor ay gumagana bilang mga electronic switch para sa switching signal at power circuits.

Ang pagkakaiba sa prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga transistor na may iba't ibang mga istraktura

Ang kaso ng trabaho ay isinasaalang-alang sa itaas transistor n-p-n mga istruktura. Ang mga transistor ng P-n-p ay gumagana sa katulad na paraan, ngunit may mga pangunahing pagkakaiba na dapat mong malaman. Ang isang semiconductor na materyal na may p-type na acceptor conductivity ay may medyo mababang kapasidad ng paghahatid ng elektron, dahil ito ay batay sa prinsipyo ng paglipat ng elektron mula sa isang bakante (hole) patungo sa isa pa. Kapag ang lahat ng mga bakante ay pinalitan ng mga electron, ang kanilang paggalaw ay posible lamang kapag lumilitaw ang mga bakante mula sa direksyon ng paggalaw. Sa isang makabuluhang haba ng seksyon ng naturang materyal, magkakaroon ito ng makabuluhang elektrikal na resistensya, na humahantong sa malalaking problema kapag ginamit ito bilang ang pinaka-napakalaking kolektor at emitter ng bipolar transistors. uri ng pnp kaysa kapag ginamit sa isang napakanipis na base layer ng NPN transistors. Ang n-type na donor semiconductor na materyal ay may mga de-koryenteng katangian ng conductive metal, na ginagawang mas kapaki-pakinabang na gamitin bilang isang emitter at collector, tulad ng sa n-p-n type transistors.

Ang natatanging tampok na ito ng iba't ibang mga istraktura ng bipolar transistors ay humahantong sa malaking kahirapan sa paggawa ng mga pares ng mga bahagi na may iba't ibang mga istraktura at mga katangian ng elektrikal na katulad ng bawat isa. Kung binibigyang pansin mo ang data ng sanggunian ng mga katangian ng mga pares ng mga transistor, makikita mo na kapag ang parehong mga katangian ng dalawang transistor ng iba't ibang uri, halimbawa, KT315A at KT361A, ay nakamit, sa kabila ng kanilang magkaparehong kapangyarihan ng kolektor (150 mW) at humigit-kumulang sa parehong kasalukuyang nakuha (20-90) , naiiba sila sa maximum na pinapayagang mga alon ng kolektor, mga boltahe ng emitter-base, atbp.

P.S. Ang paglalarawan ng prinsipyo ng pagpapatakbo ng transistor ay binibigyang kahulugan mula sa pananaw ng Teorya ng Russia, samakatuwid walang paglalarawan ng pagkilos ng mga electric field sa mga gawa-gawang positibo at negatibong singil. Ginagawang posible ng Russian Physics na gumamit ng mas simple, mas nauunawaan na mga mekanikal na modelo na pinakamalapit sa realidad kaysa sa mga abstraction sa anyo ng mga electric at magnetic field, positibo at electric charge, na kung saan ang tradisyunal na paaralan ay mapanlinlang na nadudulas sa atin. Para sa kadahilanang ito, hindi ko inirerekomenda ang paggamit ng nakasaad na teorya nang walang paunang pagsusuri at pagmumuni-muni kapag naghahanda para sa paghahatid ng kontrol, term paper at iba pang mga uri ng trabaho, ang iyong mga guro ay maaaring hindi tumanggap ng hindi pagsang-ayon, kahit na mapagkumpitensya at medyo pare-pareho mula sa punto ng pananaw ng sentido komun at lohika. Bilang karagdagan, para sa aking bahagi, ito ang unang pagtatangka upang ilarawan ang pagpapatakbo ng isang semiconductor device mula sa posisyon ng Russian Physics, na maaaring pinuhin at pupunan sa hinaharap.