transistores bipolares

O termo «transistor bipolar» está relacionado com o facto de serem utilizados dois tipos de portadores de carga nestes transístores: eletrões e lacunas. Para a fabricação de transistores, os mesmos materiais semicondutores são usados ​​para diodos.

Os transistores bipolares usam uma estrutura semicondutora de três camadas feita de semicondutores condutividade elétrica diferente duas junções p — n são criadas com tipos alternados de condutividade elétrica (p — n — p ou n — p — n).

Transistores bipolares podem ser estruturalmente desempacotados (Fig. 1, a) (para uso, por exemplo, como parte de circuitos integrados) e fechados em um caso típico (Fig. 1, b). Os três pinos de um transistor bipolar são chamados de base, coletor e emissor.

Arroz. 1. Transistor bipolar: a) estruturas p-n-p sem embalagem, b) estruturas n-p-n em embalagem

Dependendo da conclusão geral, você pode obter três esquemas de conexão para um transistor bipolar: com uma base comum (OB), um coletor comum (OK) e um emissor comum (OE). Vamos considerar a operação de um transistor em um circuito de base comum (Fig. 2).

Arroz. 2. Esquema do transistor bipolar

O emissor injeta (entrega) na base os portadores de base, em nosso exemplo de dispositivo semicondutor tipo n, estes serão elétrons. As fontes são escolhidas de forma que E2 >> E1. O resistor Re limita a corrente da junção aberta p — n.

Em E1 = 0, a corrente através do nó coletor é pequena (devido aos portadores minoritários), é chamada de corrente inicial do coletor Ik0. Se E1> 0, os elétrons superam a junção p - n do emissor (E1 liga na direção direta) e entram na região do núcleo.

A base é feita com alta resistência (baixa concentração de impurezas), então a concentração de furos na base é baixa. Portanto, os poucos elétrons que entram na base se recombinam com suas lacunas, formando a corrente de base Ib. Ao mesmo tempo, um campo muito mais forte atua na junção p — n do coletor no lado E2 do que na junção do emissor, o que atrai elétrons para o coletor. Portanto, a maioria dos elétrons chega ao coletor.

As correntes de emissor e coletor estão relacionadas coeficiente de transferência de corrente de emissor

em Ukb = const.

É sempre ∆Ik < ∆Ie, e a = 0,9 — 0,999 para transistores modernos.

No esquema considerado Ik = Ik0 + aIe »Ie. Portanto, o transistor bipolar de base comum do circuito tem uma relação de corrente baixa. Portanto, é pouco utilizado, principalmente em aparelhos de alta frequência, onde em termos de ganho de tensão é preferível a outros.

O circuito de comutação básico de um transistor bipolar é um circuito emissor comum (Fig. 3).

Arroz. 3. Ligar um transistor bipolar de acordo com o esquema com um emissor comum

Para ela em primeira lei de Kirchhoff podemos escrever Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Dado que 1 — a = 0,001 — 0,1, temos Ib << Ie » Ik.

Encontre a razão entre a corrente do coletor e a corrente da base:

Essa relação é chamada de coeficiente de transferência de corrente de base... Em a = 0,99, obtemos b = 100. Se uma fonte de sinal for incluída no circuito de base, o mesmo sinal, mas amplificado pela corrente b vezes, fluirá em o circuito coletor, formando tensão através do resistor Rk muito maior que a tensão da fonte de sinal...

Avaliar a operação de um transistor bipolar em uma ampla faixa de correntes, potências e tensões pulsadas e contínuas e calcular o circuito de polarização, modo de estabilização, famílias de características de volt-ampère (VAC) de entrada e saída.

Uma família de características de entrada I — V estabelece a dependência da corrente de entrada (base ou emissor) na tensão de entrada Ube em Uk = const, fig. 4, a. As características I — V de entrada do transistor são semelhantes às características I — V de um diodo em conexão direta.

A família de características de saída I - V estabelece a dependência da corrente do coletor na tensão através dela em uma determinada base ou corrente de emissor (dependendo do circuito com um emissor comum ou base comum), fig. 4, b.

Arroz. 4. Características de corrente-tensão do transistor bipolar: a — entrada, b — saída

Além da junção n-p elétrica, uma junção Schottky metal-semicondutor-barreira é amplamente utilizada em circuitos de alta velocidade. Em tais transições, nenhum tempo é alocado para acúmulo e reabsorção de cargas na base, e a operação do transistor depende apenas da taxa de recarga da capacitância de barreira.

Arroz. 5. Transistores bipolares

Parâmetros de transistores bipolares

Os principais parâmetros são usados ​​para avaliar os modos de operação máximos permitidos dos transistores:

1) tensão coletor-emissor máxima admissível (para diferentes transistores Uke max = 10 - 2000 V),

2) dissipação de potência máxima admissível do coletor Pk max — segundo ele, os transistores são divididos em baixa potência (até 0,3 W), média potência (0,3 — 1,5 W) e alta potência (mais de 1, 5 W), os transistores de média e alta potência geralmente são equipados com um dissipador de calor especial - um dissipador de calor,

3) corrente de coletor máxima permitida Ik max - até 100 A e mais,

4) limitando a frequência de transmissão de corrente fgr (a frequência na qual h21 se torna igual à unidade), os transistores bipolares são divididos de acordo com ela:

• para baixa frequência — até 3 MHz,

• frequência média — de 3 a 30 MHz,

• alta frequência — de 30 a 300 MHz,

• frequência ultra-alta — mais de 300 MHz.

Doutor em ciências técnicas, professor L.A. Potapov