Транзистор прямой проводимости. Биполярный транзистор: устройство, принцип работы и применение

Что такое биполярный транзистор. Как устроен биполярный транзистор. Какие типы биполярных транзисторов существуют. Как работает биполярный транзистор. Где применяются биполярные транзисторы. Какие преимущества и недостатки у биполярных транзисторов.

Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами — эмиттером, базой и коллектором. Он состоит из трех областей с чередующимся типом проводимости:

• Эмиттер (Э) — сильнолегированная область, служащая источником носителей заряда
• База (Б) — тонкая слаболегированная область
• Коллектор (К) — область, собирающая носители заряда из базы

В зависимости от типа проводимости областей различают два типа биполярных транзисторов:

• n-p-n транзисторы: эмиттер и коллектор имеют электронную проводимость, база — дырочную
• p-n-p транзисторы: эмиттер и коллектор имеют дырочную проводимость, база — электронную

Принцип работы биполярного транзистора

Принцип действия биполярного транзистора основан на управлении потоком основных носителей заряда через базу. Рассмотрим работу n-p-n транзистора:

1. При подаче положительного напряжения на базу относительно эмиттера эмиттерный p-n переход открывается
2. Электроны из эмиттера инжектируются в базу
3. Так как база тонкая, большая часть электронов достигает коллекторного перехода
4. Коллекторный переход находится под обратным смещением и собирает электроны
5. В результате небольшой ток базы управляет значительно большим током коллектора

Таким образом, биполярный транзистор усиливает входной сигнал по току. Коэффициент усиления по току β может достигать нескольких сотен.

Основные схемы включения биполярных транзисторов

Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:

1. Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Это наиболее распространенная схема, обеспечивающая усиление как по току, так и по напряжению. Особенности:

• Входной сигнал подается между базой и эмиттером
• Выходной сигнал снимается с коллектора относительно эмиттера
• Обеспечивает наибольшее усиление по мощности
• Выходной сигнал инвертирован относительно входного

2. Схема с общей базой (ОБ)

Эта схема обеспечивает усиление по напряжению, но ослабление по току. Особенности:

• Входной сигнал подается между эмиттером и базой
• Выходной сигнал снимается с коллектора относительно базы
• Имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление
• Применяется на высоких частотах

3. Схема с общим коллектором (ОК)

Эта схема называется эмиттерным повторителем. Особенности:

• Входной сигнал подается между базой и коллектором
• Выходной сигнал снимается с эмиттера относительно коллектора
• Обеспечивает усиление по току без усиления по напряжению
• Имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление

Применение биполярных транзисторов

Благодаря своим свойствам биполярные транзисторы нашли широкое применение в электронике:

• Усилители сигналов (аудио, радио, видео)
• Генераторы электрических колебаний
• Коммутационные элементы в цифровых схемах
• Стабилизаторы напряжения и тока
• Преобразователи уровней сигналов
• Датчики температуры
• Источники опорного напряжения

Преимущества и недостатки биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы имеют ряд преимуществ:

• Высокий коэффициент усиления по току
• Хорошая температурная стабильность
• Низкий уровень шума
• Способность работать на высоких частотах
• Высокая надежность

К недостаткам можно отнести:

• Относительно низкое входное сопротивление
• Необходимость обеспечения режима по постоянному току
• Зависимость параметров от температуры
• Меньшее быстродействие по сравнению с полевыми транзисторами

Основные параметры биполярных транзисторов

При выборе и применении биполярных транзисторов важно учитывать их основные параметры:

• Коэффициент усиления по току (β или h21) — отношение изменения тока коллектора к вызвавшему его изменению тока базы
• Максимально допустимый ток коллектора (Iк max)
• Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (Uкэ max)
• Максимальная рассеиваемая мощность (Pmax)
• Граничная частота коэффициента передачи тока (fгр) — частота, на которой коэффициент усиления уменьшается в √2 раз
• Емкости переходов (Cэб, Cкб)

Маркировка биполярных транзисторов

Для идентификации биполярных транзисторов используется буквенно-цифровая маркировка. Рассмотрим основные принципы:

1. Первый элемент — буква, обозначающая материал:
   • Г — германий
   • К — кремний
2. Второй элемент — буква, указывающая на тип транзистора:
   • Т — биполярный транзистор
3. Третий элемент — цифра, обозначающая мощность:
   • 1-3 — маломощные
   • 4-6 — средней мощности
   • 7-9 — мощные
4. Последующие цифры — порядковый номер разработки

Например, КТ315 — кремниевый биполярный маломощный транзистор.

Заключение

Биполярные транзисторы остаются одними из важнейших элементов современной электроники, несмотря на распространение полевых транзисторов. Их уникальные свойства делают их незаменимыми во многих областях применения, от простых усилителей до сложных интегральных схем. Понимание принципов работы и основных характеристик биполярных транзисторов является важной частью образования любого специалиста в области электроники.

Устройство, принцип работы и различие N-P-N и P-N-P транзисторов | Энергофиксик

Существуют два основных вида транзисторов: полевые и биполярные. Биполярные транзисторы, в свою очередь, также разделяются на тип с P-N-P и N-P-N переходом. В этом материале я вам расскажу об устройстве биполярных транзисторов и мы поговорим о принципе работы и в чем их основное различие. Итак, поехали.

Немного истории

Согласно записям официальной истории дату 16.12.1947 года можно считать официальным днем рожденья одного из главных элементов всей электроники современности. Именно в этот день был представлен общественности первый транзистор, который был собран тремя учеными, а именно: Д. Бардин, У. Шокли и У. Браттейн.

yandex.ru

yandex.ru

Появление биполярного транзистора позволило отказаться от использования электронных ламп. Вся современная электроника была бы невозможна без этого изделия. Вот такое важное открытие было совершено в середине 20-го столетия. Теперь от истории перейдем к нашим биполярным транзисторам.

Как устроен биполярный транзистор

Итак, биполярный транзистор схематически можно представить следующим образом:

Посмотрите внимательно на изображение, вам оно ничего не напоминает? Да, вы правы, если присмотреться и мысленно разделить зону N – перехода, то перед нами два соединенных между собой диода (запомните этот момент, в дальнейшем он нам понадобится).

Для определения какой проводимости перед нами диод, достаточно прочитать направление P-N перехода. На рисунке выше у нас проводимость типа P-N-P. Это означает, что перед нами транзистор прямой проводимости (так как принято считать, что ток проходит от плюса к минусу).

А вот у транзистора N-P-N типа проводимость обратная

Вы заметили, что в обоих вариантах исполнения присутствуют три вывода под названием:

Эмиттер (источник, генератор), База (основа) и Коллектор (сборщик, накопитель).

Схематическое обозначение транзисторов

Из всего выше написанного вы уже наверняка поняли, что есть транзисторы обратной и прямой последовательности, а это значит, что и на схемах такие элементы должны иметь различия. Давайте их рассмотрим.

Итак, обозначение транзистора прямой проводимости на схемах будет следующее:

А вот транзистор обратной проводимости обозначается уже так:

В старых советских мануалах транзисторы маркировались буквой «Т», а теперь обозначение сменили на «VT».

Как по схеме определить N-P-N или P-N-P транзистор перед вами

На самом деле определить по схеме тип биполярного транзистора довольно просто, достаточно помнить следующее правило:

Как известно в N – полупроводнике имеется большое количество свободных электронов, а в полупроводнике P–типа расположены «дырки» — положительно заряженные частицы. А по общепринятой теории ток протекает от «плюса» к «минусу».

Если вы посмотрите на схему, то увидите, что эмиттер изображен со стрелкой, которая либо направлена к базе либо от нее. Так вот если транзистор N-P-N типа, то есть база выполнена из P– полупроводника, то ток течет от базы (стрелка эмиттера от базы). Если же база выполнена из N — полупроводника, то ток (стрелка) втекает в базу.

Как работает P-N-P транзистор

С обозначением и устройством вроде все понятно, а вот как он работает давайте разбираться:

Давайте представим биполярный транзистор в виде водяной трубы с задвижкой с пружинным механизмом.

Как видно из рисунка сверху беспрепятственному протеканию воды по трубе мешает задвижка с пружинным механизмом, если мы приложим небольшое усилие (откроем задвижку сжав пружину), то вода беспрепятственно потечет по трубе. Если же мы отпустим пружину, то она распрямится и вернет задвижку на место, тем самым перекрыв трубу и поток воды будет остановлен.

Теперь вообразите, что данная труба — это транзистор P-N-P типа, значит его выводы можно представить следующим образом:

Получается, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору (напоминаю, что направление тока совпадает с направлением стрелки на эмиттере) нужно сделать так, чтобы ток выходил из базы, или говоря по простому: подать на базу минус.

Давайте наглядно проверим работу такого транзистора. Для этого возьмем КТ814Б и соберем простенькую схему с двумя источниками питания.

Для того, чтобы правильно подключить транзистор необходимо знать какой вывод является эмиттером, базой и коллектором. Для этого находим техническую документацию и определяем:

Лампочку я буду использовать самую обычную автомобильную, рассчитанную на 12 Вольт. Собранная схема будет выглядеть так:

Итак, чтобы наша схема заработала выставляем на источнике питания №2 12 Вольт. А на первом источнике питания начинаем очень плавно (с нуля) поднимать напряжение ровно до того момента, пока не загорится наша лампа.

Схема заработала при напряжении 0,66 Вольт на первом источнике.

То есть произошло «открытие» транзистора и через цепь эмиттер-коллектор начал проходить ток.

Иначе говоря, напряжение, которое открыло наш транзистор — это ни что иное как падение напряжения на P-N переходе база-эмиттер, которое как раз и находится в пределах от 0,5 до 0,7 В для кремниевых транзисторов.

А как дела обстоят с транзисторами, где используется N-P-N переход.

Принцип работы N-P-N транзистора

Если внимательно посмотреть на техническую документацию к транзистору КТ814Б, то можно найти запись о том, что комплиментарной парой к этому транзистору является КТ815Б, а он различается лишь тем что здесь используется N-P-N переход.

yandex.ru

yandex.ru

И схема подключения будет выглядеть так:

Посмотрите внимательно на эту схему и схему включения КТ814Б, вы ничего не заметили? Все верно, единственное различие между этими двумя транзисторами заключено в том, что транзистор с P-N-P переходом открывается «минусом» (так как на базу подается отрицательный потенциал), а вот транзистор N-P-N открывается «плюсом».

Заключение

В этом материале мы с вами познакомились с устройством биполярных транзисторов, их устройстве и принципе работы, а также с тем как они обозначаются на схемах. Если статья оказалась вам интересна или полезна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

что делает, где применяется, режимы работы биополярного транзистора

Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что делает, и как работает транзистор.

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для управления электрическим током.

Где применяются транзисторы? Да везде! Без транзисторов не обходится практически ни одна современная электрическая схема. Они повсеместно используются при производстве вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.

Времена, когда советские микросхемы были самыми большими в мире, прошли, и размер современных транзисторов очень мал. Так, самые маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!

Приставка нано- обозначает величину порядка десять в минус девятой степени.

Однако существуют и гигантские экземпляры, использующиеся преимущественно в областях энергетики и промышленности.

Транзисторы

Существуют разные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Тем не менее, в основе работы этих приборов лежит один и тот же принцип. Транзистор — прибор полупроводниковый. Как известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или дырки.

Область с избытком электронов обозначается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью  – p (positive).

Как работает транзистор?

Чтобы все было предельно ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (самый популярный вид).

Биполярный транзистор (далее – просто транзистор) представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего используется кремний или германий), разделенный на три зоны с разной электропроводностью. Зоны называются соответственно коллектором, базой и эмиттером. Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же

Биполярный транзистор

Разделяют транзисторы прямой и обратной проводимости.  Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.

Транзисторы

Теперь о том, какие есть два режима работы транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу водопроводного крана или вентиля. Только вместо воды – электрический ток. Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).

Что это значит? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток. В открытом состоянии, когда на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.

Физические процессы в транзисторе

А теперь подробнее о том, почему все происходит именно так, то есть почему транзистор открывается и закрывается. Возьмем биполярный транзистор. Пусть это будет n-p-n транзистор.

Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, однако тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.

 

Транзистор закрыт

Если же подключить дополнительный источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (большая часть) направится к коллектору.

Таким образом, транзистор получается открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор. Если напряжение на базе увеличить, увеличится и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения наблюдается значительный рост тока через коллектор-эмиттер. Именно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.

Транзистор открыт

Вот вкратце и вся суть работы транзисторов. Нужно рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже для новичка, если воспользоваться помощью специалистов нашего студенческого сервиса.

Не стесняйтесь обращаться за профессиональной помощью в таких важных вопросах, как учеба! А теперь, когда у вас уже есть представление о транзисторах, предлагаем расслабиться и посмотреть клип группы Korn “Twisted transistor”! Например, вы решили купить отчет по практике, обращайтесь в Заочник.

 

устройство, принцип действия, схемы включения

Слово “транзистор” составлено из слов TRANSfer и resISTOR – преобразователь сопротивления. Он пришел на смену лампам в начале 1950-х. Это прибор с тремя выводами, используется для усиления и переключения в электронных схемах. Прилагательное “биполярный” (bipolar junction transistor) служит для отличия от полевых транзисторов (FET – field effect transistor). Принцип действия биполярного транзистора состоит в использовании двух p-n переходов, образующих запорный слой, который позволяет малому току управлять большим током. Биполярный транзистор используется и как управляемое сопротивление, и как ключ. Транзисторы бывают двух типов: pnp и npn.

P-N переход

Германий (Ge) и кремний (Si) – это полупроводники. Сейчас главным образом используют кремний. Валентность Si и Ge равна четырем. Поэтому если добавить в кристаллическую решетку кремния пятивалентный мышьяк (As), мы получим “лишний” электрон, а если добавить трехвалентный бор (B) – мы получим вакантное место для электрона. В первом случае говорят о “донорном” материале, дающем электроны, во втором случае – об “акцепторном”, принимающем электроны. Также первый тип материала называют N (negative), а второй – P (positive).

Если привести в контакт материалы P и N типов, то между ними возникнет ток и установится динамическое равновесие с обедненной областью, где концентрация носителей заряда – электронов и вакантных мест (“дырок”) – мала. Этот слой обладает односторонней проводимостью и служит основой прибора, называемого диод. Непосредственный контакт материалов не создаст качественный переход, необходимо сплавление (диффузия) или “забивание” в кристалл ионов легирующих примесей в вакууме.

PNP-транзистор

Впервые биполярный транзистор изготовили, вплавляя в кристалл германия (материал n-типа) капли индия. Индий (In) – трехвалентный металл, материал p-типа. Поэтому такой транзистор назвали диффузным (сплавным), имеющим структуру p-n-p (или pnp). Биполярный транзистор на рисунке ниже изготовлен в 1965 году. Его корпус обрезан для наглядности.

Кристалл германия в центре называется базой, а вплавленные в него капли индия – эмиттером и коллектором. Можно рассматривать переходы ЭБ (эмиттерный) и КБ (коллекторный) как обычные диоды, но переход КЭ (коллектор-эмиттерный) имеет особое свойство. Поэтому невозможно изготовить биполярный транзистор из двух отдельных диодов.

Если в транзисторе типа pnp приложить между коллектором (-) и эмиттером (+) напряжение в несколько вольт, в цепи пойдет очень слабый ток, несколько мкА. Если затем приложить небольшое (открывающее) напряжение между базой (-) и эмиттером (+) – для германия оно составляет около 0,3 В (а для кремния 0,6 В) – то ток некоторой величины потечет из эмиттера в базу. Но так как база сделана очень тонкой, то она быстро насытится дырками (“растеряет” свой избыток электронов, которые уйдут в эмиттер). Поскольку эмиттер сильно легирован дырочной проводимостью, а в слабо легированной базе рекомбинация электронов немного запаздывает, то существенно большая часть тока пойдет из эмиттера в коллектор. Коллектор сделан больше эмиттера и слабо легирован, что позволяет иметь на нем большее пробивное напряжение (U_{проб.КЭ} > U_{проб.ЭБ}). Также, поскольку основная часть дырок рекомбинирует в коллекторе, то он и греется сильнее остальных электродов прибора.

Между током коллектора и эмиттера имеется соотношение:

Обычно α лежит в пределах 0,85-0,999 и обратно зависит от толщины базы. Эта величина называется коэффициент передачи тока эмиттера. На практике чаще используют обратную величину (также обозначается как h_21e):

Это коэффициент передачи тока базы, один из самых важных параметров биполярного транзистора. Он чаще определяет усилительные свойства на практике.

Транзистор pnp называют транзистором прямой проводимости. Но бывает и другой тип транзистора, структура которого отлично дополняет pnp в схемотехнике.

NPN-транзистор

Биполярный транзистор может иметь коллектор с эмиттером из материала N-типа. Тогда база делается из материала P-типа. И в этом случае, транзистор npn работает точно, как pnp, за исключением полярности – это транзистор обратной проводимости.

Транзисторы на основе кремния подавляют своим числом все остальные типы биполярных транзисторов. Донорным материалом для коллектора и эмиттера может служить As, имеющий “лишний” электрон. Также изменилась технология изготовления транзисторов. Сейчас они планарные, что дает возможность использовать литографию и делать интегральные схемы. На картинке ниже изображен планарный биполярный транзистор (в составе интегральной схемы при сильном увеличении). По планарной технологии изготавливаются как pnp, так и npn-транзисторы, в том числе и мощные. Сплавные уже сняты с производства.

Планарный биполярный транзистор в разрезе на следующей картинке (упрощенная схема).

Из картинки видно, насколько удачно устроена конструкция планарного транзистора – коллектор эффективно охлаждается подложкой кристалла. Также изготовлен и планарный pnp транзистор.

Условные графические обозначения биполярного транзистора показаны на следующей картинке.

Эти УГО являются международными, и также действительны по ГОСТ 2.730-73.

Схемы включения транзисторов

Обычно биполярный транзистор всегда используется в прямом включении – обратная полярность на КЭ переходе ничего интересного не дает. Для прямой схемы подключения есть три схемы включения: общий эмиттер (ОЭ), общий коллектор (ОК), и общая база (ОБ). Все три включения показаны ниже. Они поясняют только сам принцип работы – если предположить, что рабочая точка каким-то образом, с помощью дополнительного источника питания или вспомогательной цепи установлена. Для открывания кремниевого транзистора (Si) необходимо иметь потенциал ~0,6 В между эмиттером и базой, а для германиевого хватит ~0,3 В.

Общий эмиттер

Напряжение U1 вызывает ток Iб, ток коллектора Iк равен базовому току, умноженному на β. При этом напряжение +E должно быть достаточно большим: 5 В-15 В. Эта схема хорошо усиливает ток и напряжение, следовательно, и мощность. Выходной сигнал противоположен по фазе входному (инвертируется). Это используется в цифровой технике как функция НЕ.

Если транзистор работает не в ключевом режиме, а как усилитель малых сигналов (активный или линейный режим), то при помощи подбора базового тока устанавливают напряжение U₂ равным E/2, чтобы выходной сигнал не искажался. Такое применение используется, например, при усилении аудиосигналов в усилителях высокого класса, с низкими искажениям и, как следствие, низким КПД.

Общий коллектор

По напряжению схема ОК не усиливает, здесь коэффициент усиления равен α ~ 1. Поэтому эта схема называется эмиттерный повторитель. Ток в цепи эмиттера получается в β+1 раз больше, чем в цепи базы. Эта схема хорошо усиливает ток и имеет низкое выходное и очень высокое входное сопротивление. (Тут самое время вспомнить о том, что транзистор называется трансформатором сопротивления.)

Эмиттерный повторитель имеет свойства и рабочие параметры, очень подходящие для пробников осциллографов. Здесь используют его огромное входное сопротивление и низкое выходное, что хорошо для согласования с низкоомным кабелем.

Общая база

Эта схема отличается наиболее низким входным сопротивлением, но усиление по току у нее равно α. Схема с общей базой хорошо усиливает по напряжению, но не по мощности. Ее особенностью является устранение влияния обратной связи по емкости (эфф. Миллера). Каскады с ОБ идеально подходят в качестве входных каскадов усилителей в радиочастотных трактах, согласованных на низких сопротивлениях 50 и 75 Ом.

Каскады с общей базой очень широко используются в технике СВЧ и их применение в радиоэлектронике с каскадом эмиттерного повторителя очень распространено.

Два основных режима работы

Различают режимы работы с использованием “малого” и “большого” сигнала. В первом случае биполярный транзистор работает на маленьком участке своих характеристик и это используется в аналоговой технике. В таких случаях важна линейность усиления сигналов и малые шумы. Это линейный режим.

Во втором случае (ключевой режим), биполярный транзистор работает в полном диапазоне – от насыщения до отсечки, как ключ. Это значит, что если посмотреть на ВАХ p-n перехода – следует для полного запирания транзистора приложить между базой и эмиттером небольшое обратное напряжение, а для полного открывания, когда транзистор переходит в режим насыщения, немного увеличить базовый ток, по сравнению с малосигнальным режимом. Тогда транзистор работает как импульсный ключ. Этот режим используется в импульсных и силовых устройствах, применяется для импульсных источников питания. В таких случаях стараются добиться малого времени переключения транзисторов.

Для цифровой логики характерно промежуточное положение между “большим” и “малым” сигналами. Низкий логический уровень ограничивают 10% от напряжения питания, а высокий 90%. Время задержек и переключения стремятся уменьшить до предела. Такой режим работы является ключевым, но мощность здесь стремятся свести к минимальной. Любой логический элемент – это ключ.

Другие виды транзисторов

Основные, уже описанные виды транзисторов, не ограничивают их устройство. Выпускают составные транзисторы (схема Дарлингтона). Их β очень большой и равен произведению коэффициентов обеих транзисторов, поэтому их называют еще “супербета” транзисторами.

Электротехника уже хорошо освоила IGBT-транзисторы (insulated gate bipolar transistor), с изолированным затвором. Затвор полевого транзистора, действительно, изолирован от его канала. Правда, есть вопрос перезарядки его входной емкости при переключениях, так что, без тока и здесь не обходится.

Такие транзисторы используют в мощных силовых ключах: импульсные преобразователи, инверторы и т.д. По входу IGBT очень чувствительны, за счет высокого сопротивления затворов полевых транзисторов. По выходу – дают возможность получать огромные токи и могут быть изготовлены на высокое напряжение. Например, в США есть новая солнечная электростанция, где такие транзисторы в мостовой схеме нагружены на мощные трансформаторы, отдающие энергию в промышленную сеть.

В заключение отметим, что транзисторы, говоря простыми словами, являются “рабочей лошадкой” всей современной электроники. Их используют везде: от электровозов до мобильников. Любой современный компьютер состоит практически из одних транзисторов. Физические основы работы транзисторов хорошо изучены и обещают еще немало новых достижений.

Материалы по теме:

Биполярный транзистор: принцип работы, характеристики, схемы

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента (например, в схемах ТТЛ).

Внешний вид биполярного транзистора средней мощности и его цоколевка

Содержание статьи

Устройство

Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E), базы («Б», англ. B) и коллектора («К», англ. C). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер — n-полупроводник, база — p-полупроводник, коллектор — n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты.

Обозначение биполярных транзисторов на схемах и их структура. Направление стрелки показывает направление тока через эмиттерный переход, и служит для идентификации n-p-n и p-n-p транзисторов. Наличие окружности символизирует транзистор в индивидуальном корпусе, отсутствие — транзистор в составе микросхемы.

PNP — транзистор прямой проводимости.

NPN — транзистор обратной проводимости.

Определить структура транзистора и проверить его исправность можно при помощи мультиметра.

С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора. Коллекторный слой легируется слабо, что повышает допустимое коллекторное напряжение. Эмиттерный слой — сильно легированный: величина пробойного обратного напряжения эмиттерного перехода не критична, так как обычно в электронных схемах транзисторы работают с прямосмещённым эмиттерным переходом. Кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Слой базы легируется слабо, так как располагается между эмиттерным и коллекторным слоями и должен иметь большое электрическое сопротивление.

Упрощенная схема поперечного разреза планарного биполярного n-p-n транзистора

Общая площадь перехода база-эмиттер выполняется значительно меньше площади перехода коллектор-база, что увеличивает вероятность захвата неосновных носителей из базового слоя и улучшает коэффициент передачи. Так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включён с обратным смещением, в нём выделяется основная доля тепла, рассеиваемого прибором, и повышение его площади способствует лучшему охлаждению кристалла. Поэтому на практике биполярный транзистор общего применения является несимметричным устройством (то есть инверсное включение, когда меняют местами эмиттер и коллектор, нецелесообразно).

Для повышения частотных параметров (быстродействия) толщину базового слоя делают меньше, так как этим, в том числе, определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей. Но при снижении толщины базы снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса.

В первых транзисторах в качестве полупроводникового материала использовался металлический германий. Полупроводниковые приборы на его основе имеют ряд недостатков, и в настоящее время биполярные транзисторы изготавливают в основном из монокристаллического кремния и монокристаллического арсенида галлия. Благодаря очень высокой подвижности носителей в арсениде галлия приборы на его основе обладают высоким быстродействием и используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах СВЧ-усилителей.

Принцип работы

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт).

В транзисторе типа n-p-n основные носители заряда в эмиттере (электроны) проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того, что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико. Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны) и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно большим током коллектора.

Режимы работы

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0.

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ>0; UЭБ<0 (для транзистора n-p-n типа).

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ. нас) и коллектора (IК. нас).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ. нас) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ. нас) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.

Схема включения с общей базой

• Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по

  Схема включения с общей базой

  току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.

• Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ.

Входное сопротивление (входной импеданс) усилительного каскада с общей базой мало зависит от тока эмиттера, при увеличении тока — снижается и не превышает единиц — сотен Ом для маломощных каскадов, так как входная цепь каскада при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

• Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
• Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

• Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1.
• Малое входное сопротивление.

Схема включения с общим эмиттером

• Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].

  Схема включения с общим эмиттером

• Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.

• Большой коэффициент усиления по напряжению.
• Наибольшее усиление мощности.
• Можно обойтись одним источником питания.
• Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором

• Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].

  Схема включения с общим коллектором

• Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

• Большое входное сопротивление.
• Малое выходное сопротивление.

Недостатки

• Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры

• Коэффициент передачи по току.
• Входное сопротивление.
• Выходная проводимость.
• Обратный ток коллектор-эмиттер.
• Время включения.
• Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
• Обратный ток коллектора.
• Максимально допустимый ток.
• Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

• коэффициент усиления по току α;
• сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r_э, r_к, r_б, которые представляют собой:
  • r_э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
  • r_к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
  • r_б — поперечное сопротивление базы.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h₁₁ = U_m1/I_m1, при U_m2 = 0

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h₁₂ = U_m1/U_m2, при I_m1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h₂₁ = I_m2/I_m1, при U_m2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h₂₂ = I_m2/U_m2, при I_m1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

U_m1 = h₁₁I_m1 + h₁₂U_m2;

I_m2 = h₂₁I_m1 + h₂₂U_m2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: I_m1 = I_mб, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mб-э, U_m2 = U_mк-э. Например, для данной схемы:

h_21э = I_mк/I_mб = β.

Для схемы ОБ: I_m1 = I_mэ, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mэ-б, U_m2 = U_mк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

;

;

;

.

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода C_к. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода C_э также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода r_э и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τ_з относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τ_ф. Временем включения транзистора называется τ_вкл = τ_з + τ_ф.

Биполярный СВЧ-транзистор

Биполярные СВЧ-транзисторы (БТ СВЧ) служат для усиления колебаний с частотой свыше 0,3 ГГЦ. Верхняя граница частот БТ СВЧ с выходной мощностью более 1 Вт составляет около 10 ГГц. Большинство мощных БТ СВЧ по структуре относится к n-p-n типу. По методу формирования переходов БТ СВЧ являются эпитакcиально-планарными. Все БТ СВЧ, кроме самых маломощных, имеют многоэмиттерную структуру (гребёнчатую, сетчатую). По мощности БТ СВЧ разделяются на маломощные (рассеиваемая мощность до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 1,5 Вт) и мощные (свыше 1,5 Вт). Выпускается большое число узкоспециализированных типов БТ СВЧ.

Биполярный СВЧ-транзистор КТ3109А (PNP)

Технологии изготовления транзисторов

• Эпитаксиально-планарная.
• Диффузионно-сплавная.

Применение транзисторов

• Усилители, каскады усиления
• Генератор сигналов
• Модулятор
• Демодулятор (детектор)
• Инвертор (лог. элемент)
• Микросхемы на транзисторной логике (см. транзисторно-транзисторная логика, диодно-транзисторная логика, резисторно-транзисторная логика)

Транзисторы (полевые, биполярные) — обозначение, типы, применение

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД) и другие инженерно технические системы (ИТС)

Транзистор был изобретен в 50-х годах прошлого века, его появление произвело настоящий фурор — достаточно сказать, что его изобретатели получили Нобелевскую премию.

Здесь будут рассмотрены основные типы транзисторов, принцип их работы в объеме, соответствующем основам схемотехники, поскольку начинающим тонкости работы транзистора на электронно — молекулярном уровне, на мой взгляд, ни к чему.

Технология изготовления транзисторов определяет основные их типы:

• биполярные,
• полевые.

Кроме того, каждый из перечисленных типов можно классифицировать по типу проводимости, определяемой материалами, комбинациями (сочетаниями) полупроводников, используемых при их производстве.

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Принцип действия, условные обозначения биполярного транзистора.

1. Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника, называемых «база» (Б), «коллектор» (К), «эмиттер» (Э). Ток, протекающий через переход база — эмиттер (Iб) вызывает изменения сопротивления зоны эмиттер — коллектор, соответственно изменяется ток коллектора Iк, причем его значения больше нежели базового. Это основной принцип работы биполярного транзистора, его практические приложения рассмотрим позже.
2. Поскольку материал транзистора полупроводник, то ток может протекать только в одном направлении, определяемом типом перехода. Соответственно этим определяется полярность подключения (тип проводимости) транзистора (прямая — p-n-p, обратная — n-p-n. Вот, собственно, вся теория, которая Вам первоначально необходима.

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Полевой транзистор имеет несколько иную конструкцию. Замечу — это достаточно простой вариант, но для понимания принципа действия полевого транзистора вполне подходит.

Принцип действия, условные обозначения полевого транзистора.

1. Выводы здесь называются «затвор» (З), «сток» (С), «исток» (И). Сток — исток соединены между собой зоной полупроводника, называемой каналом. Сопротивление этого канала зависит от величины напряжения, приложенного к затвору, значит ток, протекающий от истока к стоку (Iс) зависит от напряжения между затвором и истоком.
2. В зависимости от проводимости кристалла различают полевые приборы с p каналом и n каналом.

ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ

Область применения транзисторов определяется не только их типом, но также характеристиками конкретного прибора, однако можно выделить два основных режима работы:

• динамический — при нем любое входного сигнала вызывает соответствующее изменение выходного. Иначе этот режим называют усилительным.
• ключевой — при этом режиме транзистор или полностью открыт или полностью закрыт. В идеале, переходные процессы между этими состояниями должны отсутствовать. Ключевой режим позволяет применять транзистор для управления значительными нагрузками при сравнительно слабых управляющих сигналах.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Как работает биполярный транзистор | Volt-info

Если рассматривать механические аналоги, то работа транзисторов напоминает принцип действия гидравлического усилителя руля в автомобиле. Но, сходство справедливо только при первом приближении, поскольку в транзисторах нет клапанов. В этой статье мы отдельно рассмотрим работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора

Основой устройства биполярного транзистора является полупроводниковый материал. Первые полупроводниковые кристаллы для транзисторов изготавливали из германия, сегодня чаще используется кремний и арсенид галлия. Сначала производят чистый полупроводниковый материал с хорошо упорядоченной кристаллической решеткой. Затем придают необходимую форму кристаллу и вводят в его состав специальную примесь (легируют материал), которая придаёт ему определённые свойства электрической проводимости. Если проводимость обуславливается движением избыточных электронов, она определяется как донорная (электронная) n-типа. Если проводимость полупроводника обусловлена последовательным замещением электронами вакантных мест, так называемых дырок, то такая проводимость называется акцепторной (дырочной) и обозначается проводимостью p-типа.

 Рисунок 1.

Кристалл транзистора состоит из трёх частей (слоёв) с последовательным чередованием типа проводимости (n-p-n или p-n-p). Переходы одного слоя в другой образуют потенциальные барьеры. Переход от базы к эмиттеру называется эмиттерным (ЭП), к коллектору – коллекторным (КП). На рисунке 1 структура транзистора показана симметричной, идеализированной. На практике при производстве размеры областей значительно ассиметричны, примерно как показано на рисунке 2. Площадь коллекторного перехода значительно превышает эмиттерный. Слой базы очень тонкий, порядка нескольких микрон.

 Рисунок 2.

Принцип действия биполярного транзистора

Любой p-n переход транзистора работает аналогично диоду. При приложении к его полюсам разности потенциалов происходит его «смещение». Если приложенная разность потенциалов условно положительна, при этом p-n переход открывается, говорят, что переход смещён в прямом направлении. При приложении условно отрицательной разности потенциалов происходит обратное смещение перехода, при котором он запирается. Особенностью работы транзистора является то, что при положительном смещении хотя бы одного перехода, общая область, называемая базой, насыщается электронами, или электронными вакансиями (в зависимости от типа проводимости материала базы), что обуславливает значительное снижение потенциального барьера второго перехода и как следствие, его проводимость при обратном смещении.

Режимы работы

Все схемы включения транзистора можно разделить на два вида: нормальную и инверсную.

 Рисунок 3.

Нормальная схема включения транзистора предполагает изменение электрической проводимости коллекторного перехода путём управления смещением эмиттерного перехода.

Инверсная схема, в противоположность нормальной, позволяет управлять проводимостью эмиттерного перехода посредством управления смещением коллекторного. Инверсная схема является симметричным аналогом нормальной, но в виду конструктивной асимметрии биполярного транзистора малоэффективна для применения, имеет более жёсткие ограничения по максимально допустимым параметрам и практически не используется.

При любой схеме включения транзистор может работать в трёх режимах: Режим отсечки, активный режим и режим насыщения.

Для описания работы направление электрического тока в данной статье условно принято за направление электронов, т.е. от отрицательного полюса источника питания к положительному. Воспользуемся для этого схемой на рисунке 4.

Рисунок 4.

Режим отсечки

Для p-n перехода существует значение минимального напряжения прямого смещения, при котором электроны способны преодолеть потенциальный барьер этого перехода. То есть, при напряжении прямого смещения до этой пороговой величины через переход не может протекать ток. Для кремниевых транзисторов величина такого порога равна примерно 0,6 В. Таким образом, при нормальной схеме включения, когда прямое смещение эмиттерного перехода не превышает 0,6 В (для кремниевых транзисторов), ток через базу не протекает, она не насыщается электронами, и как следствие отсутствует эмиссия электронов базы в область коллектора, т.е. ток коллектора отсутствует (равен нулю).

Таким образом, для режима отсечки необходимым условием являются тождества:

U_БЭ<0,6 В

или

I_Б=0

Активный режим

В активном режиме эмиттерный переход смещается в прямом направлении до момента отпирания (начала протекания тока) напряжением больше 0,6 В (для кремниевых транзисторов), а коллекторный – в обратном. Если база обладает проводимостью p-типа, происходит перенос (инжекция) электронов из эмиттера в базу, которые моментально распределяются в тонком слое базы и почти все достигают границы коллектора. Насыщение базы электронами приводит к значительному уменьшению размеров коллекторного перехода, через который электроны под действием отрицательного потенциала со стороны эмиттера и базы вытесняются в область коллектора, стекая через вывод коллектора, обуславливая тем самым ток коллектора. Очень тонкий слой базы ограничивает её максимальный ток, проходящий через очень малое сечение поперечного разреза в направлении вывода базы. Но эта малая толщина базы обуславливает её быстрое насыщение электронами. Площадь переходов имеет значительные размеры, что создаёт условия для протекания значительного тока эмиттер-коллектор, в десятки и сотни раз превышающий ток базы. Таким образом, пропуская через базу незначительные токи, мы можем создавать условия для прохождения через коллектор токов гораздо большей величины. Чем больше ток базы, тем больше её насыщение, и тем больше ток коллектора. Такой режим позволяет плавно управлять (регулировать) проводимостью коллекторного перехода соответствующим изменением (регулированием) тока базы. Это свойство активного режима транзистора используется в схемах различных усилителей.

В активном режиме ток эмиттера транзистора складывается из тока базы и коллектора:

I_Э=I_К+I_Б

Ток коллектора можно выразить соотношением:

I_К=αI_Э

где α – коэффициент передачи тока эмиттера

Из приведённых равенств можно получить следующее:

где β – коэффициент усиления тока базы.

Режим насыщения

Предел увеличения тока базы до момента, когда ток коллектора остаётся неизменным определяет точку максимального насыщения базы электронами. Дальнейшее увеличение тока базы не будет изменять степень её насыщения, и ни как не будет влиять на ток коллектора, может привести к перегреву материала в области контакта базы и выходу транзистора из строя. В справочных данных на транзисторы могут быть указаны величины тока насыщения и максимально допустимого тока базы, либо напряжения насыщения эмиттер-база и максимально допустимого напряжения эмиттер-база. Эти пределы определяют режим насыщения транзистора при нормальных условиях его работы.

Режим отсечки и режим насыщения эффективны при работе транзисторов в качестве электронных ключей для коммутации сигнальных и силовых цепей.

 

Отличие в принципе работы транзисторов с различными структурами

Выше был рассмотрен случай работы транзистора n-p-n структуры. Транзисторы p-n-p структуры работают аналогично, но есть принципиальные отличия, которые следует знать. Полупроводниковый материал с акцепторной проводимостью p-типа обладает сравнительно низкой пропускной способностью электронов, так как основан на принципе перехода электрона от одного вакантного места (дырки) к другому. Когда все вакансии замещены электронами, то их движение возможно только по мере появления вакансий со стороны направления движения. При значительной протяжённости участка такого материала он будет обладать значительным электрическим сопротивлением, что приводит к большим проблемам при его использовании в качестве наиболее массивных коллекторе и эмиттере биполярных транзисторов p-n-p типа, чем при использовании в очень тонком слое базы транзисторов n-p-n типа. Полупроводниковый материал с донорной проводимостью n-типа обладает электрическими свойствами проводящих металлов, что делает его более выгодным для использования в качестве эмиттера и коллектора, как в транзисторах n-p-n типа.

Эта отличительная особенность различных структур биполярных транзисторов приводит к большим затруднениям при производстве пар компонент с различными структурами и аналогичными друг другу электрическими характеристиками. Если обратить внимание на справочные данные характеристик пар транзисторов, можно заметить, что при достижении одинаковых характеристик двух транзисторов различных типов, например КТ315А и КТ361А, несмотря на их одинаковую мощность коллектора (150 мВт) и примерно одинаковый коэффициент усиления по току (20-90), у них отличаются максимально допустимые токи коллектора, напряжения эмиттер-база и пр.

 

P.S. Данное описание принципа действия транзистора было интерпретировано с позиции Русской Теории, поэтому здесь нет описания действия электрических полей на вымышленные положительные и отрицательные заряды. Русская Физика даёт возможность пользоваться более простыми, понятными механическими моделями, наиболее приближенными к действительности, чем абстракции в виде электрических и магнитных полей, положительных и электрических зарядов, которые вероломно подсовывает нам традиционная школа. По этой причине не рекомендую без предварительного анализа и осмысления пользоваться изложенной теорией при подготовке к сдаче контрольных, курсовых и иных видов работ, Ваши преподаватели могут просто не принять инакомыслие, даже конкурентоспособное и вполне состоятельное с точки зрения здравого смысла и логики. Кроме того, с моей стороны это первая попытка описания работы полупроводникового прибора с позиции Русской Физики, может уточняться и дополняться в дальнейшем.

Биполярные транзисторы. Назначение, виды, характеристики

Транзисторы предназначены  для решения задач усиления  и переключения электрических сигналов. Время бурного развития транзисторов –  50 –  80 годы прошлого столетия. В настоящее время следует признать, что транзисторы как отдельные компоненты используются в схемах не так часто. Массово они применяются только внутри интегральных схем.

Различают  транзисторы  двух  видов:  биполярные  и  униполярные  (полевые).

В  биполярных транзисторах  в создании токов участвуют как электроны (отрицательно  заряженные  частицы),  так  и  дырки  (положительно  заряженные частицы). Отсюда название вида транзисторов.

Биполярные транзисторы устроены сложнее полупроводниковых диодов, они имеют два pn-перехода и три вывода,  называемых  база,  эмиттер  и  коллектор.  Различают  два  вида  БТ:  NPN и PNP.

Устройство, особенности и схемотехнику  будем рассматривать на при-мере  NPN-транзисторов  –  наиболее  используемых  в  современной  практике, для  PNP-транзисторов рассуждения аналогичны и различия заключаются толь-ко в подключении питающих напряжений.

Устройство и принцип действия биполярных транзисторов

Устройство и принцип действия  NPN-транзисторов  показаны  на  рисунке 2.19.

NPN-транзистор  имеет  три  микроэлектронные  области:  две  –  с  N-проводимостью и одну  –  с  P  –  проводимостью. Каждая область имеет вывод с указанными на рисунке названиями.

Структуру  NPN-БТ можно также представить в уже более понятных обозначениях: как два диода, соединённых анодами в области базы.

На рисунке  2.20   показан наиболее распространённый способ использования биполярных транзисторов, когда на базу и коллектор подаются положительные (+) потенциалы  по отношению  к  эмиттеру.  При  этом  положительный  потенциал  коллектора выше потенциала базы!  Другими словами, коллекторный  pn-переход  смещён в обратном направлении  (смотрите,  коллекторный диод формально  закрыт), а базовый – в прямом.

При этом если в базу задать ток, то в силу структурной особенности кристалла  биполярного транзистора,  этот  базовый  ток  Iб будет  «подсасывать»  из  коллекторной  области электроны и формировать коллекторный ток

Iк= β_*I_б ,  (2.7)

где β> 1 называется коэффициентом усиления тока базы.

Типовые паспортные значения β = 20÷500. Ток эмиттера, таким образом, в соответствии с первым законом Кирхгофа

Iэ = (β +1)_*Iб   (2.8)

Линейный режим работы биполярных транзисторов

В линейном режиме работы биполярный транзистор усиливает входные сигналы.

Простейшие транзисторные схемы, с помощью которых можно усиливать малые напряжения  показаны на рисунке 2.21.  Схемы  такой конфигурации  принято называть схемами (каскадами) с общим эмиттером (схемы ОЭ), т.к. один из выводов БТ  –  эмиттер,  используется для  формирования как входного, так и выходного сигнала  –  является общим для них.  Поясним работу такого усилителя.

Пусть  усиливаемый  сигнал  –  переменное  синусоидальное  напряжение, которое  подаётся  на  вход  схемы  общего эмиттера.  Усиленный  сигнал  снимается  с  выхода схемы ОЭ.  Усиленный сигнал имеет ту же форму синусоиды, но следует в противофазе с входным: когда входная синусоида возрастает, выходная синусоида спадает.

Основная  характеристика  усилителя  –  коэффициент  усиления  входного напряжения, который рассчитывается как

К_ус=ΔU_вых/ΔU_вх ≈ R₂/r_э,   (2.9)

где  r_э  –  сопротивление  эмиттера.  Сопротивление  эмиттера  можно  подсчитать по формуле:

r_э= ϕ_т/I_э = k_*T/q_*I_э ≈ k_*T/q_*I_к,    (2.10)

где  k — постоянная Больцмана,

Т – температура в кельвинах,

q – заряд электрона.

При температуре +25ºС (300 К) ϕт = 26 мВ.

Примечания

1. Существует графический  способ  оценки  r_э.  Для  этого  требуется  знание  входной вольт-амперной характеристики выбранного биполярного транзистора;
2. Коэффициент усиления сигнала по напряжению, как видно из формулы, зависит от температуры. В том случае, когда диапазон работы усилительной схемы широк, применяют чуть более сложные модификации схемы объединенных эмиттеров, более устойчивые к изменению температуры.

Следует иметь в виду, что выражение для  К_ус приблизительное и оно будет тем более справедливо, чем больше β, хорошо, если β >100.

Расчёт схемы ОЭ по постоянному току

На этом этапе нам необходимо рассчитать значения  R1и  R2, которые  задают  режим по постоянному току, а  R2кроме  того входит в выражение для К_ус.

Работа биполярного транзистора описывается входными и выходными характеристиками (показано  на  рисунке  2.22).  Входная  характеристика  I_б=ʄ(U_э),  как  и  следовало  ожидать,  аналогична  характеристике  п/п  диода.  Однако  у  транзистора  поведение этой  характеристики  зависит  (несильно)  ещё  и  от  напряжения  U_кэ.  Поэтому  в технических  описаниях  на  выбранный  транзистор  даются  семейства  входных характеристик, где параметром является  U_кэ. Выходная характеристика ‒ также семейство зависимостей типа I_к= ʄ (U_кэ), параметром для которых является базовый ток I_б.

Оба семейства имеют принципиально нелинейное поведение, однако, это не мешает их использовать для режима линейного усиления. Для этого надо построить  нагрузочную прямую  на выходном семействе,  рассчитать положение на ней рабочей точки (РТ) и определить из графика начальный ток базы.

Нагрузочная прямая строится, как и раньше для диода, между двумя аналогичными точками: 

I_к=  E_пит/R₂  и  U_кэ=Е_пит. В нашем расчёте  мы задались  значениями  Епит=15 В и  I_к =  E_пит/R₂  =30 мА. Тогда  R2=15/0,03 = 500 Ом. Строим прямую и выбираем положение РТ  –  это середина  линейного участка    (показано  на  рисунке  2.22). Линейным участком  будем называть участок нагрузочной прямой  между  напряжением  насыщения  и  напряжением  отсечки.  Параметры РТ в нашем примере соответствуют следующим значениям (показано  на рисунке 2.23): 

U_кэ.рт  ≈ 7 В,  I_к.рт  ≈ 16 мА,  I_б.рт ≈ 0,3 мА.

Далее: выбираем из семейства входных ту характеристику, которая соответствует найденному значению U_кэ≈ 7,0 В, задаём I_б = 0,3 мА, и определяем U_бэ≈ 0,65 В. Строим актуальный участок входной нагрузочной прямой и рассчитываем R₁= (15-0,65) В/ 0,3 мА = 45 кОм.

Примечание   –  На практике расчёт проводиться несколько сложнее.

Рассчитаем коэффициент усиления каскада при t°=25 °С.

К_ус = I_э R₂/ ϕ_т = 16 мА × 500 Ом/ 26 мВ ≈ 308.

Важно  теперь  проверить:  не  превышает  ли  мощность,  рассеиваемая  на коллекторе, номинальное паспортное значение выбранного биполярного транзистора.

Расчёт ведётся в рабочей точке:  U_кэ.рт  ×I_к.рт  = 7 В×16 мА=112 мВт. Это значение постоянно и не меняется в режиме усиления входного сигнала, когда напряжения и токи коллектора меняются в широком диапазоне. Это объясняется тем, что напряжение и ток коллектора меняются в этой схеме в  противофазе: когда ток увеличивается, напряжения уменьшается, и наоборот.

Расчёт схемы ОЭ по переменному току

Пример формирования выходных сигналов схемы с ОЭ под воздействием изменения тока базы показан на рисунке 2.23. Под воздействием синусоидально изменяющегося тока базы (синусоида, изображённая пунктиром)  РТ смещается вдоль нагрузочной прямой  сначала вверх до своего максимума, а затем вниз до своего минимума.

По рисунку видим, что при изменении тока базы в диапазоне  от  0,05  до 0,55  мА  с  амплитудой  (0,55-0,05)/2  =  250  мкА,  ток  коллектора  изменяется  в диапазоне примерно от 3 мА до 29 мА с амплитудой (29-3)/2 =  13 мА. Имеем отсюда следующее значение коэффициента усиления по току:

К_i= 13 000/250 = 52

Напряжение коллектора изменяется в диапазоне примерно от 0,5 В до 13 В с амплитудой (13-0,5)/2 = 6,25 В. Ещё раз подчеркнём, что изменение напряжения коллектора осуществляется в противофазе  с изменением входного (усиливаемого) тока: при увеличении тока базы увеличивается коллекторный ток и уменьшается коллекторное напряжение!

Пока мы ничего не говорили о конденсаторах  С1и  С2.  Это  так называемые    разделительные конденсаторы. Они не пропускают  постоянные составляющие усиливаемых напряжений  и пропускают только переменные. Их значения  должны  быть  достаточно  большими:  чем  больше  значения  ёмкостей,  тем меньше  ʄ_н –  минимальная  усиливаемая  частота.  Обычно  эти  конденсаторы имеют значения от 1 до 100 мкФ.

Ключевой режим работы биполярных транзисторов

Смотрим на выходные характеристики БТ.  При  подаче большого тока  в базу (>0,3 мА) напряжение  U_кэ уменьшается до своего минимального значения (типовое  значение  0,2  В).  Говорят  «транзистор  переходит  в  режим  насыщения».

С  другой  стороны,  если  в  базу  ток  не  подавать  (I_{б ~} 0),  то  коллекторный ток прерывается и напряжение на выходе каскада будет равно напряжению питания Е_пит ‒ биполярный транзистор будет находится в «режиме отсечки».

Собственно эти два состояния БТ и описывают  ключевой режим его работы:  ключ (транзистор) включён или выключен, нагрузка подключена к питанию или отключена. Простейшие  ключевые схемы  на БТ показаны на рисунке 2.24.  На  представленных  принципиальных  схемах  показано,  что  управление схемами осуществляется с помощью цифровых сигналов: логического нуля  («0»)и  логической единицы  («1»). В современной практике такие сигналы формируются чаще всего микроконтроллерами.

Обращаем внимание, что оба вида БТ используется в схемах с плюсовым (положительным) питанием (+Е_пит) и нагрузка  в обоих случаях расположена в коллекторной  цепи  БТ.  При  этом:  логическая  единица  в  одном  из  случаев (NPN-транзистор) замыкает ключ, а в другом (PNP-транзистор) – размыкает.

Условие замыкания ключа: I_{б  *}  β  >I_к.нас  ≈  Е_пит/R_нагр. Ток базы приближённо можно рассчитать для обоих случаев так: I_б= (Е_пит-0,6)/R₁.

Зная  напряжение  питания,  сопротивление  нагрузки  и  коэффициент  усиления тока базы β, можно рассчитать по указанным формулам R_1.

Конструктивные разновидности биполярных транзисторов

Конструктивные разновидности биполярных транзисторов показаны на рисунке 2.25.

Проверка работоспособности биполярных транзисторов

Многие  мультиметры  позволяют  измерять  коэффициент  усиления  тока базы (β; h₂₁) транзисторов  с гибкими выводами.  На рисунке  2.26    показано типовое решение этой задачи. В специальный разъём, соблюдая указанный на лицевой панели порядок, подключается транзистор.  Значение  β  высвечивается на дисплее.

Примечания 

1. NPN- и PNP-транзисторы имеют раздельные гнёзда для подключения.
2. Для обоих типов транзисторов предусмотрено по два гнезда для подключения эмиттера. Это связано с возможными конструктивными различиями в цоколёвках транзисторов.

Теория транзисторов — Биполярные транзисторы

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Вы должны вспомнить из предыдущего обсуждения, что смещенный в прямом направлении PN-переход сравним с элементом схемы с низким сопротивлением, поскольку он пропускает большой ток при заданном напряжении. В свою очередь, PN-переход с обратным смещением сопоставим с высокоомным элементом схемы. Используя формулу закона Ома для мощности (P = I ² R) и предполагая, что ток остается постоянным, вы можете сделать вывод, что мощность, развиваемая на высоком сопротивлении, больше, чем на низком сопротивлении.Таким образом, если бы кристалл содержал два PN-перехода (один с прямым смещением, а другой с обратным смещением), сигнал малой мощности мог бы быть введен в переход с прямым смещением и произвести сигнал высокой мощности на обратном смещении. соединение. Таким образом можно было бы получить усиление мощности на кристалле. Эта концепция является основной теорией усиления транзистора. Вспомнив эту свежую информацию, давайте перейдем непосредственно к транзистору NPN.

Работа транзистора NPN

Так же, как и в случае диода с PN-переходом, материал N, составляющий две концевые секции транзистора N P N , содержит некоторое количество свободных электронов, в то время как центральная P-часть содержит избыточное количество дырок.Действие на каждом переходе между этими секциями такое же, как описано ранее для диода; то есть развиваются области истощения и появляется переходной барьер. Чтобы использовать транзистор в качестве усилителя, каждый из этих переходов должен быть модифицирован некоторым внешним напряжением смещения. Чтобы транзистор мог работать в этой емкости, первый PN переход (переход эмиттер-база) смещен в прямом направлении или с низким сопротивлением. В то же время второй PN переход (переход база-коллектор) смещен в обратном или высокоомном направлении.Простой способ запомнить, как правильно смещать транзистор, — это наблюдать за элементами NPN или PNP, из которых состоит транзистор. Буквы этих элементов указывают, какую полярность напряжения использовать для правильного смещения. Например, обратите внимание на транзистор NPN ниже:

1. Излучатель, который является первой буквой в последовательности N PN, подключен к исходной стороне батареи n , в то время как база, которая является второй буквой (N P N), подключена к положительная сторона p .

2. Однако, поскольку для правильной работы транзистора требуется обратное смещение второго PN перехода, коллектор должен быть подключен к напряжению противоположной полярности ( p ), чем указано его буквенным обозначением (NP N ). . Напряжение на коллекторе также должно быть более положительным, чем на базе, как показано ниже:

Теперь у нас есть правильно смещенный NPN-транзистор.

Таким образом, база транзистора N P N должна быть положительной относительно эмиттера, а коллектор должен быть более положительным, чем база.

NPN разветвление с прямым смещением

Важный момент, который следует отметить в это время, который не обязательно упоминался при объяснении диода, — это тот факт, что материал N на одной стороне смещенного в прямом направлении перехода более сильно легирован, чем материал P. Это приводит к большему току, переносимому через переход электронами основного носителя из материала N, чем дырками основного носителя из материала P. Следовательно, проводимость через смещенный в прямом направлении переход, как показано на рисунке ниже, в основном обеспечивается электронами основных носителей, из материала N (эмиттер).

Прямо смещенный переход в NPN-транзисторе.

Когда переход эмиттер-база на рисунке смещен в прямом направлении, электроны покидают отрицательную клемму батареи и входят в материал N (эмиттер). Поскольку электроны являются основными носителями тока в материале N, они легко проходят через эмиттер, пересекают переход и соединяются с отверстиями в материале P (основание). Для каждого электрона, который заполняет дыру в материале P, другой электрон покидает материал P (создавая новую дыру) и входит в положительный полюс батареи.

Соединение с обратным смещением NPN

Второй PN-переход (база-коллектор), или переход с обратным смещением, как его называют (рисунок ниже), блокирует переход основных носителей тока через переход. Однако через этот переход проходит очень небольшой ток, о котором говорилось ранее. Этот ток называется током меньшинства или обратным током . Как вы помните, этот ток создавался электронно-дырочными парами. Неосновными носителями для обратносмещенного PN перехода являются электронов, в P-материале и -дырки в N-материале.Эти неосновные носители фактически проводят ток для обратносмещенного перехода, когда электроны из P-материала входят в N-материал, а дырки из N-материала входят в P-материал. Однако электроны неосновного тока (как вы увидите позже) играют наиболее важную роль в работе NPN-транзистора.

Обратно-смещенный переход в NPN-транзисторе.

На этом этапе вы можете задаться вопросом, почему второй PN-переход (база-коллектор) не имеет прямого смещения, как первый PN-переход (эмиттер-база).Если бы оба перехода были смещены в прямом направлении, электроны имели бы тенденцию течь из каждой концевой секции транзистора N P N (эмиттер и коллектор) к центральной P-секции (базе). По сути, у нас было бы два переходных диода с общей базой, что исключает любое усиление и сводит на нет назначение транзистора. Сейчас уместно сделать одно предостережение. Если вы ошибочно смещаете второй PN переход в прямом направлении, чрезмерный ток может выработать достаточно тепла, чтобы разрушить переходы, что сделает транзистор бесполезным.Поэтому перед выполнением любых электрических подключений убедитесь, что полярность напряжения смещения правильная.

NPN Junction Взаимодействие

Теперь мы готовы посмотреть, что произойдет, когда мы введем в действие два перехода NPN-транзистора одновременно. Чтобы лучше понять, как эти два соединения работают вместе, во время обсуждения обратитесь к рисунку ниже.

Работа транзистора NPN.

Батареи смещения на этом рисунке обозначены как Vcc для источника напряжения коллектора и Vbb для источника напряжения базы.Также обратите внимание, что базовая батарея питания довольно мала, на что указывает количество ячеек в батарее, обычно 1 вольт или меньше. Однако напряжение коллектора обычно намного выше, чем базовое, обычно около 6 вольт. Как вы увидите позже, эта разница в напряжениях питания необходима для протекания тока от эмиттера к коллектору.

Как было сказано ранее, ток во внешней цепи всегда связан с движением свободных электронов. Следовательно, электроны текут от отрицательных выводов батарей питания к эмиттеру N-типа.Это комбинированное движение электронов известно как ток эмиттера (Ie). Поскольку электроны являются основными носителями в материале N, они будут перемещаться через эмиттер материала N к переходу эмиттер-база. Когда этот переход смещен вперед, электроны продолжают движение в базовую область. Как только электроны находятся в основе, которая представляет собой материал P-типа, , они теперь становятся неосновными носителями . Некоторые электроны, перемещающиеся в основание, рекомбинируют с доступными дырками. Для каждого электрона, который рекомбинирует, другой электрон движется через вывод базы как базовый ток Ib (создавая новое отверстие для возможной комбинации) и возвращается в базовую батарею питания Vbb.Электроны, которые рекомбинируют, теряются, что касается коллектора. Поэтому, чтобы сделать транзистор более эффективным, базовая область сделана очень тонкой и слегка легированной. Это уменьшает возможность рекомбинации электрона с дыркой и его потери. Таким образом, большинство электронов, которые перемещаются в базовую область, попадают под влияние большого обратного смещения коллектора. Это смещение действует как прямое смещение для неосновных носителей (электронов) в базе и, как таковое, ускоряет их через переход база-коллектор и далее в область коллектора.Поскольку коллектор изготовлен из материала N-типа, электроны, которые достигают коллектора , снова становятся основными носителями тока . Попав в коллектор, электроны легко проходят через материал N и возвращаются к положительному выводу батареи питания коллектора Vcc как ток коллектора (Ic).

Чтобы еще больше повысить эффективность транзистора, коллектор делают физически больше, чем база по двум причинам: (1) для увеличения вероятности сбора носителей, которые диффундируют в сторону, а также непосредственно через область базы, и (2) ), чтобы коллектор мог обрабатывать больше тепла без повреждений.

Таким образом, полный ток в транзисторе NPN проходит через вывод эмиттера. Следовательно, в процентном отношении, т.е. 100 процентов. С другой стороны, поскольку база очень тонкая и слегка легированная, то меньший процент от общего тока (ток эмиттера) будет течь в цепи базы, чем в цепи коллектора. Обычно от 2 до 5 процентов общего тока составляет базовый ток (Ib), а оставшиеся 95-98 процентов — ток коллектора (Ic). Между этими двумя токами существует очень простая взаимосвязь:

Т.е. = Ib + Ic

Проще говоря, это означает, что ток эмиттера разделен на ток базы и ток коллектора.Поскольку величина тока, выходящего из эмиттера, является исключительно функцией смещения эмиттер-база, и поскольку коллектор принимает большую часть этого тока, то небольшое изменение смещения эмиттер-база будет иметь гораздо большее влияние на величину тока коллектора. чем он будет иметь на базе тока. В заключение, относительно небольшое смещение эмиттер-база управляет относительно большим током эмиттер-коллектор.

Работа транзистора PNP

Транзистор PNP работает практически так же, как транзистор NPN.Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор в транзисторе PNP изготовлены из материалов, которые отличаются от материалов, используемых в транзисторе NPN, в блоке PNP протекают разные носители тока. Большинство носителей тока в транзисторе PNP — это дырки. Это контрастирует с NPN-транзистором, где основными носителями тока являются электроны. Для поддержки этого другого типа тока (дырочного потока) батареи смещения для транзистора PNP меняются местами. Типичная установка смещения для транзистора PNP показана на рисунке ниже.Обратите внимание, что процедура, использованная ранее для правильного смещения транзистора NPN, здесь также применима к транзистору PNP. Первая буква (P) в последовательности P NP указывает полярность напряжения, необходимого для эмиттера ( p ositive), а вторая буква (N) указывает полярность базового напряжения (пример n ). . Так как переход база-коллектор всегда имеет обратное смещение, то для коллектора необходимо использовать напряжение противоположной полярности ( отрицательное, ).Таким образом, база транзистора P N P должна иметь отрицательную полярность относительно эмиттера n , а коллектор должен быть более отрицательным, чем база. Помните, что, как и в случае с NPN-транзистором, эта разница в напряжении питания необходима для протекания тока (дырочного потока в случае PNP-транзистора) от эмиттера к коллектору. Хотя поток дырок является преобладающим типом протекания тока в транзисторе PNP, поток дырок происходит только внутри самого транзистора, в то время как электроны текут во внешней цепи.Однако именно поток внутренних отверстий приводит к потоку электронов во внешних проводах, подключенных к транзистору.

Транзистор PNP с правильным смещением.

Переход PNP с прямым смещением

Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда переход эмиттер-база на рисунке ниже смещен в прямом направлении. При показанной настройке смещения положительный вывод батареи отталкивает эмиттерные отверстия к базе, в то время как отрицательный вывод направляет электроны базы к эмиттеру.Когда эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, они объединяются. Для каждого электрона, который соединяется с отверстием, другой электрон покидает отрицательный полюс батареи и входит в базу. В то же время электрон покидает эмиттер, создавая новое отверстие, и входит в положительный полюс батареи. Это движение электронов в базу и из эмиттера составляет ток базы (Ib), и путь, по которому проходят эти электроны, называется цепью эмиттер-база.

Переход в прямом смещении в транзисторе PNP.

Соединение с обратным смещением PNP

В переходе с обратным смещением (рисунок ниже) отрицательное напряжение на коллекторе и положительное напряжение на базе блокируют основных носителей тока от пересечения перехода. Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как прямое смещение для отверстий неосновного тока в базе, которые пересекают переход и входят в коллектор. Электроны неосновного тока в коллекторе также воспринимают прямое смещение — положительное напряжение базы — и перемещаются в базу.Отверстия в коллекторе заполняются электронами, которые текут с отрицательной клеммы аккумулятора. В то же время электроны покидают отрицательную клемму батареи, другие электроны в основании разрывают свои ковалентные связи и входят в положительную клемму батареи. Хотя в переходе с обратным смещением протекает только неосновной ток, он все еще очень мал из-за ограниченного количества неосновных носителей тока.

Обратно-смещенный переход в PNP-транзисторе.

PNP-соединение, взаимодействие

Взаимодействие между переходами с прямым и обратным смещением в транзисторе PNP очень похоже на взаимодействие в транзисторе NPN, за исключением того, что в транзисторе PNP большинство носителей тока представляют собой дырки. В транзисторе PNP, показанном на рисунке ниже, положительное напряжение на эмиттере отталкивает отверстия к базе. Попав в базу, дырки соединяются с электронами базы. Но опять же, помните, что базовая область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с электронами.Следовательно, более 90 процентов отверстий, которые входят в основание, притягиваются к большому отрицательному напряжению коллектора и проходят прямо через основание. Однако для каждого электрона и дырки, которые объединяются в области основания, другой электрон покидает отрицательный вывод базовой батареи (Vbb) и входит в базу как базовый ток (Ib). В то же время электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает эмиттер как Ie (создавая новое отверстие) и входит в положительную клемму Vbb.Между тем, в коллекторной цепи электроны из коллекторной батареи (Vcc) попадают в коллектор как Ic и объединяются с избыточными дырками от базы. Для каждой дырки, которая нейтрализуется в коллекторе электроном, другой электрон покидает эмиттер и начинает свой путь обратно к положительному выводу Vcc.

Работа транзистора PNP.

Хотя ток во внешней цепи PNP-транзистора противоположен направлению тока NPN-транзистора, большинство носителей всегда течет от эмиттера к коллектору.Этот поток основных носителей также приводит к образованию двух отдельных токовых петель внутри каждого транзистора. Один контур — это путь базового тока, а другой — путь тока коллектора. Комбинация тока в обоих контурах (Ib + Ic) дает полный ток транзистора (Ie). Самая важная вещь, которую следует помнить о двух разных типах транзисторов, заключается в том, что напряжение эмиттер-база транзистора PNP оказывает такое же регулирующее влияние на ток коллектора, как и у транзистора NPN.Проще говоря, увеличение напряжения прямого смещения транзистора уменьшает барьер перехода эмиттер-база. Это действие позволяет большему количеству носителей достигать коллектора, вызывая увеличение тока, протекающего от эмиттера к коллектору и через внешнюю цепь. И наоборот, уменьшение напряжения прямого смещения снижает ток коллектора.

Смещение транзисторов и смещение транзисторов

Устойчивый режим работы транзистора во многом зависит от его базового тока, напряжения коллектора и значений тока коллектора, и поэтому, если транзистор должен правильно работать как линейный усилитель, он должен быть правильно смещен вокруг своей рабочей точки.

Установление правильной рабочей точки требует выбора резисторов смещения и нагрузочных резисторов, чтобы обеспечить соответствующие условия входного тока и напряжения коллектора. Правильная точка смещения для биполярного транзистора, NPN или PNP, обычно находится где-то между двумя крайними положениями в отношении того, что он либо «полностью включен», либо «полностью выключен» вдоль линии нагрузки постоянного тока. Эта центральная рабочая точка называется «рабочая точка покоя», или Q-точка для краткости.

Когда биполярный транзистор смещен так, что точка Q находится примерно в середине его рабочего диапазона, то есть примерно на полпути между отсечкой и насыщением, говорят, что он работает как усилитель класса А. Этот режим работы позволяет выходному напряжению увеличиваться и уменьшаться вокруг точки Q усилителя без искажений, поскольку входной сигнал колеблется в течение одного полного цикла. Другими словами, выход доступен в течение полного цикла ввода 360 ^–.

Так как же нам установить это смещение Q-точки транзистора? — Правильное смещение транзистора достигается с помощью процесса, известного как Base Bias .

Но прежде чем мы начнем рассматривать возможные различные схемы смещения транзистора , давайте сначала вспомним простую схему с одним транзистором, а также ее напряжения и токи, как показано слева.

Функция «Уровень смещения постоянного тока» состоит в том, чтобы правильно установить Q-точку транзистора, установив его ток коллектора (I _C ) на постоянное и установившееся значение без какого-либо внешнего входного сигнала, подаваемого на базу транзисторов.

Эта установившаяся рабочая точка или рабочая точка постоянного тока задается значениями напряжения питания цепей постоянного тока (Vcc) и значениями резисторов смещения, подключенных к клемме базы транзистора.

Поскольку базовые токи смещения транзисторов представляют собой установившиеся постоянные токи, соответствующее использование разделительных и шунтирующих конденсаторов поможет блокировать любые токи смещения от другого каскада транзистора, влияющие на условия смещения следующего каскада. Сети с базовым смещением могут использоваться для транзисторов с общей базой (CB), с общим коллектором (CC) или с общим эмиттером (CE). В этом простом руководстве по смещению транзистора мы рассмотрим различные схемы смещения, доступные для усилителя с общим эмиттером.

База смещения усилителя с общим эмиттером

Одна из наиболее часто используемых схем смещения для транзисторной схемы связана с самосмещением схемы смещения эмиттера, когда один или несколько резисторов смещения используются для установки начальных значений постоянного тока для трех токов транзистора, (I _B ), (I _C ) и (I _E ).

Двумя наиболее распространенными формами смещения биполярных транзисторов являются: бета-зависимый и бета-независимый .Напряжения смещения транзистора в значительной степени зависят от бета транзистора (β), поэтому смещение, установленное для одного транзистора, не обязательно может быть одинаковым для другого транзистора, поскольку их значения бета могут быть разными. Смещение транзистора может быть достигнуто либо с помощью одного резистора обратной связи, либо с помощью простой схемы делителя напряжения для обеспечения необходимого напряжения смещения.

Ниже приведены пять примеров конфигураций смещения базы транзистора от одного источника питания (Vcc).

Фиксированная база смещения транзистора

Показанная схема называется «схемой смещения с фиксированной базой», поскольку базовый ток транзисторов I _B остается постоянным для данных значений Vcc, и поэтому рабочая точка транзисторов также должна оставаться фиксированной.Эта схема смещения с двумя резисторами используется для установления начальной рабочей области транзистора с использованием фиксированного тока смещения.

Этот тип устройства смещения транзистора также является бета-зависимым смещением, поскольку установившееся состояние работы является функцией значения бета-β транзистора, поэтому точка смещения будет варьироваться в широком диапазоне для транзисторов того же типа, что и характеристики транзисторы не будут точно такими же.

Эмиттерный диод транзистора имеет прямое смещение за счет приложения необходимого положительного напряжения смещения базы через токоограничивающий резистор R _B .При использовании стандартного биполярного транзистора прямое падение напряжения база-эмиттер составит 0,7 В. Тогда значение R _B будет просто: (V _CC — V _BE ) / I _B , где I _B определяется как I _C / β.

При использовании этого типа смещения с одним резистором напряжения и токи смещения не остаются стабильными во время работы транзистора и могут сильно различаться. Также рабочая температура транзистора может отрицательно повлиять на рабочую точку.

Обратная связь коллектора, смещающая транзистор

Эта конфигурация обратной связи коллектора с самосмещением является еще одним методом бета-зависимого смещения, для которого требуются два резистора для обеспечения необходимого смещения постоянного тока для транзистора. Конфигурация обратной связи между коллектором и базой гарантирует, что транзистор всегда смещен в активной области независимо от значения Beta (β). Напряжение смещения базы постоянного тока получается из напряжения коллектора V _C , что обеспечивает хорошую стабильность.

В этой схеме резистор смещения базы R _B подключен к коллектору C транзистора, а не к шине напряжения питания Vcc. Теперь, если ток коллектора увеличивается, напряжение коллектора падает, уменьшая базовый привод и, таким образом, автоматически уменьшая ток коллектора, чтобы точка Q транзистора оставалась неизменной. Следовательно, этот метод смещения обратной связи коллектора создает отрицательную обратную связь вокруг транзистора, поскольку существует прямая обратная связь от выходного контакта к входному контакту через резистор R _B .

Поскольку напряжение смещения определяется падением напряжения на нагрузочном резисторе R _L , при увеличении тока нагрузки будет большее падение напряжения на R _L и соответствующее пониженное напряжение коллектора, V _C . Этот эффект вызовет соответствующее падение базового тока I _B , что, в свою очередь, вернет I _C в нормальное состояние.

Противоположная реакция также будет иметь место при уменьшении тока коллектора транзисторов.Тогда этот метод смещения называется самосмещением, при этом стабильность транзисторов с использованием этого типа цепи смещения обратной связи обычно хороша для большинства конструкций усилителей.

Смещение транзистора с двойной обратной связью

Добавление дополнительного резистора к цепи смещения базы предыдущей конфигурации еще больше улучшает стабильность по отношению к вариациям Beta, (β) за счет увеличения тока, протекающего через резисторы смещения базы.

Ток, протекающий через R _B1 , обычно устанавливается равным примерно 10% тока коллектора, I _C .Очевидно, он также должен быть больше, чем базовый ток, необходимый для минимального значения Beta, β.

Одним из преимуществ этого типа конфигурации самосмещения является то, что два резистора одновременно обеспечивают как автоматическое смещение, так и обратную связь Rƒ.

Смещение транзистора с эмиттерной обратной связью

Этот тип конфигурации смещения транзистора, часто называемый самоэмиттерным смещением, использует обратную связь как эмиттер, так и база-коллектор, чтобы еще больше стабилизировать ток коллектора.Это связано с тем, что резисторы R _B1 и R _E , а также переход база-эмиттер транзистора эффективно соединены последовательно с напряжением питания V _CC .

Обратной стороной этой конфигурации обратной связи эмиттера является то, что она снижает выходное усиление из-за подключения базового резистора. Напряжение коллектора определяет ток, протекающий через резистор обратной связи R _B1 , создавая так называемую «дегенеративную обратную связь».

Ток, протекающий от эмиттера, I _E (который представляет собой комбинацию I _C + I _B ) вызывает падение напряжения на R _E в таком направлении, что оно смещает базу в обратном направлении. -эмиттерный переход.

Таким образом, если ток эмиттера увеличивается, из-за увеличения тока коллектора, падение напряжения I * R _E также увеличивается. Поскольку полярность этого напряжения смещает в обратном направлении переход база-эмиттер, I _B автоматически уменьшается. Следовательно, ток эмиттера увеличивается меньше, чем это было бы, если бы не было резистора самосмещения.

Обычно значения резистора устанавливаются таким образом, чтобы падение напряжения на эмиттерном резисторе R _E составляло приблизительно 10% от V _CC , а ток, протекающий через резистор R _B1 , составлял 10% от тока коллектора I _C .

Таким образом, этот тип конфигурации смещения транзистора лучше всего работает при относительно низких напряжениях источника питания.

Смещение транзистора делителя напряжения

Здесь конфигурация транзистора с общим эмиттером смещена с использованием схемы делителя напряжения для повышения стабильности. Название этой конфигурации смещения происходит от того факта, что два резистора R _B1 и R _B2 образуют сеть делителя напряжения или потенциала на источнике питания, а их центральный переход соединен с базовым выводом транзисторов, как показано.

Эта конфигурация смещения делителя напряжения является наиболее широко используемым методом смещения транзистора. Эмиттерный диод транзистора смещен в прямом направлении на величину напряжения, возникающего на резисторе R _B2 . Кроме того, смещение цепи делителя напряжения делает схему транзистора независимой от изменений бета, поскольку напряжения смещения, устанавливаемые на клеммах базы, эмиттера и коллектора транзистора, не зависят от значений внешней схемы.

Чтобы рассчитать напряжение, развиваемое на резисторе R _B2 и, следовательно, напряжение, приложенное к клемме базы, мы просто используем формулу делителя напряжения для резисторов, включенных последовательно.

Обычно падение напряжения на резисторе R _B2 намного меньше, чем на резисторе R _B1 . Очевидно, что базовое напряжение транзистора V _B относительно земли будет равно напряжению на R _B2 .

Величина тока смещения, протекающего через резистор R _B2 , обычно устанавливается равной 10-кратному значению требуемого базового тока I _B , так что она достаточно высока, чтобы не влиять на ток делителя напряжения или изменения в бета. .

Цель смещения транзистора — установить известную рабочую точку покоя или точку Q для биполярного транзистора, чтобы он работал эффективно и создавал неискаженный выходной сигнал. Правильное смещение постоянного тока транзистора также устанавливает его начальную рабочую область переменного тока с практическими схемами смещения, использующими схему смещения с двумя или четырьмя резисторами.

В схемах биполярных транзисторов точка Q представлена ​​(V _CE , I _C ) для транзисторов NPN или (V _EC , I _C ) для транзисторов PNP.Стабильность основной цепи смещения и, следовательно, точка Q обычно оценивается путем рассмотрения тока коллектора как функции как от бета (β), так и от температуры.

Здесь мы кратко рассмотрели пять различных конфигураций «смещения транзистора» с использованием резистивных цепей. Но мы также можем смещать транзистор, используя кремниевые диоды, стабилитроны или активные цепи, подключенные к клемме базы транзистора. Мы также могли бы правильно смещать транзистор от источника питания с двойным напряжением, если бы захотели.

Radartutorial

npn- Работа транзистора

Прямо смещенный pn-переход сопоставим с элементом схемы с низким сопротивлением. потому что он пропускает большой ток при заданном напряжении. В свою очередь, обратносмещенный pn-переход сравним с высокоомным элементом схемы. Используя формулу закона Ома для мощности (P = I ² · R) и предполагая, что ток остается постоянным, можно сделать вывод, что мощность, развиваемая через высокое сопротивление больше, чем при низком сопротивлении.Таким образом, если бы кристалл содержал два pn-переходы (один с прямым смещением, а другой с обратным смещением), маломощный сигнал может быть введен в переход с прямым смещением и генерировать мощный сигнал на обратном смещении. соединение. Таким образом можно было бы получить усиление мощности на кристалле. Эта концепция, которая является просто продолжением материала, рассмотренного в предыдущих разделах, это основная теория усиления транзистора. С этой свежей информацией в памяти, перейдем непосредственно к npn-транзистору.

коллектор

база

излучатель

прямое смещение

Рисунок 1: Прямо смещенный переход в npn-транзисторе

коллектор

база

излучатель

прямое смещение

Рисунок 1: Прямо смещенный переход в npn-транзисторе

Так же, как и в случае диода pn-перехода, материал n-типа состоящий из двух концевых секций npn-транзистора, содержит некоторое количество свободных электронов, в то время как центральная секция p содержит избыточное количество отверстий.Действие на каждом стыке между эти разделы такие же, как и ранее описанные для диод; то есть развиваются области истощения и появляется переходной барьер. Чтобы использовать транзистор в качестве усилителя, каждый из этих переходов должен быть изменен некоторым внешним напряжением смещения. Для транзистора чтобы функционировать в этом качестве, первый pn-переход (переход эмиттер-база) смещен в прямое направление или направление с низким сопротивлением. В то же время второй pn-переход (переход база-коллектор) смещен в обратном или высокоомном направлении.Буквы этих элементы указывают, какую полярность напряжения использовать для правильного смещения. Например, обратите внимание на транзистор npn, показанный на рисунке 2:

.

Эмиттер, который является первой буквой в последовательности n pn, подключен к n отрицательная сторона батареи, в то время как основание, которое является второй буквой (n p n), соединяется с положительной стороной p . Однако, поскольку второй pn-переход требуется обратное смещение для правильной работы транзистора, коллектор должен быть подключен к напряжению противоположной полярности (положительному), чем указано его буквенным обозначением (npn).Напряжение на коллекторе также должно быть более положительным, чем на базе, как показано рядом:

Теперь у нас есть нормально смещенный npn-транзистор.

Таким образом, база npn-транзистора должна быть положительной относительно к эмиттеру, а коллектор должен быть положительнее базы.

коллектор

база

излучатель

обратное смещение

прямое смещение

Рисунок 2: Переходы в npn-транзисторе.

коллектор

база

излучатель

обратное смещение

прямое смещение

Рисунок 2: Переходы в npn-транзисторе.

переход npn с прямым смещением

Важный момент, который необходимо отметить в это время, который не обязательно упоминался во время объяснение диода, это тот факт, что n-материал на одной стороне перехода с прямым смещением более сильно легирован, чем материал p.Это приводит к тому, что через переход переносится больший ток электронами основных носителей заряда. из n-материала, чем большинство несущих отверстий из p-материала. Следовательно, проводимость через смещенный в прямом направлении переход, как показано на рисунке 3, В основном это электроны-носители из n-материала (эмиттера).

отверстие потока

электронный поток

Bild 3: Strom durch den pn- Übergang in Durchlasspolung

отверстие потока

электронный поток

Bild 3: Strom durch den pn- Übergang in Durchlasspolung

Когда переход эмиттер-база на рисунке смещен в прямом направлении, электроны покидают отрицательную клемму батареи и попадают в материал n-типа (эмиттер).Поскольку электроны являются основными носителями тока в n-материале, они легко проходят через эмиттер, пересеките соединение и совместите с отверстиями в материале p (основание). Для с каждым электроном, заполняющим дырку в материале p, другой электрон покидает p материала (создавая новое отверстие) и введите положительный полюс батареи.

переход с обратным смещением npn

коллектор

база

излучатель

обратный
смещенный
переход

отверстие потока

электрон
поток

Рис. 4. Обратносмещенный переход в npn-транзисторе.

коллектор

база

излучатель

обратный
смещенный
переход

отверстие потока

электрон
поток

Рис. 4. Обратносмещенный переход в npn-транзисторе.

Второй pn-переход (база-коллектор), или переход с обратным смещением, как его называют (рисунок 4), блокирует основной ток перевозчикам от пересечения перекрестка. Однако есть очень слабый ток, что действительно проходит через этот перекресток.Этот ток называется током меньшинства или обратным. Текущий. Как вы помните, этот ток создавался электронно-дырочными парами. В неосновными носителями для обратносмещенного pn-перехода являются электроны в p-материале и дырки в n-материале. Эти неосновные носители фактически проводят ток для перехода с обратным смещением, когда электроны из материала p входят в материал n, а дырки из n-материала войдите в p-материал. Однако неосновные электроны тока играют наиболее важную роль в работе. транзистора npn.

Взаимодействие npn-переходов

Батареи смещения на рисунке 5 имеют маркировку V _CC для коллектора. напряжение питания, и V _BB для источника напряжения базы. Также обратите внимание на базу Батарея питания довольно мала, на что указывает количество ячеек в батарее, обычно 1 вольт или меньше. Однако запас коллектора в целом намного выше базового. питание, обычно около 6 вольт. Эта разница в напряжениях питания необходима для есть ток от эмиттера к коллектору.

коллектор

база

излучатель

обратное
смещение

вперед
смещение

отверстие потока

электрон
поток

В _BB

В _CC

Рисунок 5: Работа npn-транзистора — это, в основном, действие относительно небольшое напряжение смещения эмиттер-база, управляющее относительно большим током эмиттер-коллектор.

коллектор

база

излучатель

обратное
смещение

вперед
смещение

отверстие потока

электрон
поток

В _BB

В _CC

Рисунок 5: Работа npn-транзистора — это, в основном, действие относительно небольшое напряжение смещения эмиттер-база, управляющее относительно большим током эмиттер-коллектор.

Ток во внешней цепи всегда связан с движение свободных электронов. Следовательно, электроны текут с отрицательных выводов подавать батареи к эмиттеру n-типа. Это комбинированное движение электронов известно как эмиттер. ток (I _E ). Поскольку электроны являются основными носителями в n-материале, они будут двигаться через эмиттер из n-материала к переходу эмиттер-база. С этим переход смещен вперед, электроны продолжают движение в базовую область.Как только электроны находятся в основе, которая представляет собой материал p-типа, они становятся неосновными носителями. Некоторые из электроны, которые движутся в базу, рекомбинируют с доступными дырками. Для каждого электрона который рекомбинирует, другой электрон движется через вывод базы как ток базы I _B (создавая новое отверстие для возможной комбинации) и возвращается к базовой аккумуляторной батарее V.

Электроны, которые рекомбинируют, теряются в отношении коллектора. Поэтому, чтобы сделать транзистор более эффективным, базовая область сделана очень тонкой и слегка допированный.Это уменьшает возможность рекомбинации электрона с дыркой и Потерянный. Таким образом, большинство электронов, которые перемещаются в базовую область, попадают под влияние обратного смещения большого коллектора. Это смещение действует как смещение вперед для неосновных носителей (электронов) в базе и, как таковые, ускоряет их через переход база-коллектор и далее в коллекторную область. Поскольку коллектор выполнен из материал n-типа, электроны, которые достигают коллектора, снова становятся большинством текущие носители.Попадая в коллектор, электроны легко проходят через n материала и возврат к плюсовой клемме коллекторной аккумуляторной батареи V _CC как ток коллектора (I _C ).

Для дальнейшего повышения КПД транзистора выполнен коллектор физически больше, чем база, по двум причинам: (1) для увеличения вероятности сбора носители, которые диффундируют в сторону, а также непосредственно через основную область, и (2) к позволить коллектору обрабатывать больше тепла без повреждений.

Рисунок 6: Полный ток, протекающий через npn-транзистор

Рисунок 6: Полный ток, протекающий через npn-транзистор

Таким образом, полный ток в npn-транзисторе проходит через вывод эмиттера. Следовательно, в процентном отношении I _E — это 100 процентов. С другой стороны, поскольку база очень тонкая и слегка легированная, меньший процент от общего тока (ток эмиттера) будет течь в цепи базы, чем в цепи коллектора.Обычно нет от 2 до 5 процентов общего тока составляет базовый ток (I _B ), в то время как оставшиеся от 95 до 98 процентов — это ток коллектора (I _C ). Очень простые отношения существует между этими двумя токами:

I _E = I _B + I _C

Проще говоря, это означает, что ток эмиттера разделен на базовый и коллекторный ток. Поскольку количество тока, выходящего из эмиттера, зависит исключительно от смещение эмиттер-база, и поскольку коллектор принимает большую часть этого тока, небольшой изменение смещения эмиттер-база будет иметь гораздо большее влияние на величину коллектора. тока, чем он будет иметь на базе тока.В заключение, относительно небольшой Смещение эмиттер-база управляет относительно большим током эмиттер-коллектор.

Radartutorial

pnp- Работа транзистора

Коллектор

База

Излучатель

прямое смещение

обратное смещение

Рисунок 1. Правильно смещенный pnp-транзистор

Коллектор

База

Излучатель

прямое смещение

обратное смещение

Рисунок 1. Правильно смещенный pnp-транзистор

Транзистор pnp работает практически так же, как транзистор npn.Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор в pnp-транзисторе изготовлены из материалы, которые отличаются от материалов, используемых в транзисторе npn, в блоке pnp протекают разные носители тока. Большинство носителей тока в pnp-транзисторе — это дырки. Это в отличие от npn-транзистор, в котором основными носителями тока являются электроны. Чтобы поддержать это другой тип тока (поток в дырке), батареи смещения поменяны местами для pnp-транзистора.Типичная установка смещения для pnp-транзистора показана на рисунке 1.

Обратите внимание, что процедура, использованная ранее для правильного смещения npn-транзистора, также применима. здесь к транзистору pnp. Первая буква (p) в последовательности pnp указывает полярность напряжения, необходимого для эмиттера ( p ositive), а вторая буква (n) указывает полярность базового напряжения ( n egative). Поскольку переход база-коллектор всегда имеет обратное смещение, тогда напряжение противоположной полярности (отрицательное) необходимо использовать для коллектора.Таким образом, база pnp-транзистора должна быть отрицательной. по отношению к эмиттеру, а коллектор должен быть более отрицательным, чем база. Помните, что, как и в случае транзистора npn, эта разница в питающем напряжении равна необходимо, чтобы ток (поток дырок в случае транзистора pnp) от эмиттер к коллектору. Хотя ток через отверстие является преобладающим типом протекания тока в pnp-транзистор, дырочный поток происходит только внутри самого транзистора, в то время как электроны текут во внешней цепи.Однако именно внутренний поток дырок приводит к к потоку электронов во внешних проводах, подключенных к транзистору.

Коллектор

База

Излучатель

прямое смещение

Рис. 2. Смещенный в прямом направлении переход в pnp-транзисторе.

Коллектор

База

Излучатель

прямое смещение

Рис. 2. Смещенный в прямом направлении переход в pnp-транзисторе.

pnp разветвление с прямым смещением

Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда переход эмиттер-база смещен в прямом направлении.При показанной настройке смещения положительный полюс батареи отталкивает эмиттерные отверстия. к базе, в то время как отрицательный вывод направляет электроны базы к эмиттеру. Когда эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, они объединяются. Для каждого электрона, который объединяет с отверстием другой электрон покидает отрицательную клемму аккумулятора и попадает в база. В то же время электрон покидает эмиттер, создавая новую дырку, и входит в положительный полюс аккумуляторной батареи.Это движение электронов в базу и из эмиттера составляет ток базы (I _B ), и путь, по которому проходят эти электроны, называется схемой эмиттер-база.

Соединение с обратным смещением pnp

В обратносмещенном переходе (рисунок 3) отрицательное напряжение на коллекторе и положительное напряжение на базовом блоке основных носителей тока от пересечения перекрестка.

Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как прямое смещение для меньшинства. текущие отверстия в основании, которые пересекают переход и входят в коллектор.Меньшинство Текущие электроны в коллекторе также воспринимают прямое смещение — положительная база напряжение — и двигайся в базу. Отверстия в коллекторе заполнены электронами, которые течь с минусовой клеммы АКБ. При этом электроны покидают отрицательный полюс батареи, другие электроны в основании разрывают свои ковалентные связи и введите положительный полюс аккумуляторной батареи. Хотя есть только меньшинство текущих расход в обратносмещенном переходе, он все еще очень мал из-за ограниченного количества неосновных носителей тока.

Коллектор

База

Излучатель

обратное
смещение
переход

Рис. 3. Обратносмещенный переход в pnp-транзисторе.

Коллектор

База

Излучатель

обратное
смещение
переход

Рис. 3. Обратносмещенный переход в pnp-транзисторе.

pnp Junction Взаимодействие

Коллектор

База

Излучатель

обратное
смещение
переход

вперед
смещение
переход

отверстие
поток

электронный поток

Я _С

I _B

Рисунок 4: Работа pnp-транзистора.

Коллектор

База

Излучатель

обратное
смещение
переход

вперед
смещение
переход

отверстие
поток

электронный поток

Я _С

I _B

Рисунок 4: Работа pnp-транзистора.

Взаимодействие между переходы с прямым и обратным смещением в Транзистор pnp очень похож на транзистор npn, за исключением того, что в pnp-транзисторе большинство носителей тока представляют собой дырки.В pnp-транзисторе, показанном на рисунке 4, положительное напряжение на эмиттере отталкивает отверстия к основанию. Один раз в основании дырки объединяются с электронами базы. Но опять же, помните, что база область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с электронами. Следовательно, более 90 процентов отверстий, которые входят в основание, притягиваются к большим отрицательное напряжение коллектора и проходит прямо через базу. Однако для каждого электрона и дырки, которые объединяются в основной области, другой электрон покидает отрицательный вывод базовый аккумулятор (V _BB ) и поступает в базу как базовый ток (I _B ).На В то же время один электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает эмиттер как IE (создающий новое отверстие) и входит в положительный вывод V _BB . Между тем в коллекторной цепи электроны от коллекторной батареи (V _CC ) введите коллектор как Ic и объедините с лишними отверстиями от основания. Для каждой лунки который нейтрализуется в коллекторе электроном, другой электрон покидает эмиттер и начинает свой путь обратно к положительному выводу V _CC .

Рисунок 5: Полный ток, протекающий через pnp-транзистор.

Рисунок 5: Полный ток, протекающий через pnp-транзистор.

Хотя ток во внешней цепи pnp-транзистора противоположен направлении к направлению npn-транзистора, основные носители всегда текут из эмиттер к коллектору. Этот поток основных носителей также приводит к формированию две отдельные токовые петли в каждом транзисторе.Один контур — это путь базового тока, а другой контур — это путь коллекторного тока. Комбинация тока в обоих этих контуров (I _B + I _C ) приводит к общему току транзистора (I _E ). Самое важное, что нужно помнить о двух разных типах транзисторов, это то, что напряжение эмиттер-база pnp-транзистора имеет такое же управляющее воздействие на коллекторный ток как у npn-транзистора. Проще говоря, увеличение Напряжение прямого смещения транзистора уменьшает барьер перехода эмиттер-база.Этот действие позволяет большему количеству носителей достигать коллектора, вызывая увеличение тока от эмиттера к коллектору и через внешнюю цепь. И наоборот, уменьшение в прямом смещении снижает ток коллектора.

2.8: Биполярные переходные транзисторы — Workforce LibreTexts

Биполярный переходной транзистор, показанный на рисунке ниже (а), представляет собой трехслойный полупроводниковый сэндвич NPN с эмиттером и коллектором на концах и базой между ними.Это как если бы к двухслойному диоду был добавлен третий слой. Если бы это было единственным требованием, у нас было бы не более пары встречных диодов. На самом деле, гораздо проще построить пару встречных диодов. Ключ к созданию транзистора с биполярным переходом состоит в том, чтобы сделать средний слой, основание, как можно более тонким, без короткого замыкания внешних слоев, эмиттера и коллектора. Мы не можем переоценить важность тонкой базовой области.

Устройство на рисунке ниже (а) имеет пару переходов, эмиттер-база и база-коллектор, а также две области истощения.

(a) Биполярный транзистор с переходом NPN. (b) Подайте обратное смещение к коллекторному переходу.

Обычно используется обратное смещение перехода база-коллектор биполярного переходного транзистора, как показано на (Рисунок выше (b). Обратите внимание, что это увеличивает ширину обедненной области. Напряжение обратного смещения может составлять от нескольких вольт до десятков напряжение для большинства транзисторов. В цепи коллектора нет протекания тока, кроме тока утечки.

На рисунке ниже (а) к базовой цепи эмиттера добавлен источник напряжения.Обычно мы смещаем в прямом направлении переход эмиттер-база, преодолевая потенциальный барьер 0,6 В. Это похоже на прямое смещение переходного диода. Этот источник напряжения должен превышать 0,6 В, чтобы основные носители (электроны для NPN) текли из эмиттера в базу, становясь неосновными носителями в полупроводнике P-типа.

Если бы область базы была толстой, как в паре встречных диодов, весь ток, входящий в базу, потек бы через вывод базы. В нашем примере с NPN-транзистором электроны, покидающие эмиттер для базы, будут объединяться с отверстиями в базе, освобождая место для создания большего количества отверстий на (+) клемме батареи на базе по мере выхода электронов.

Однако основание изготавливается тонким. Несколько основных носителей в эмиттере, введенные в качестве неосновных носителей в базу, фактически рекомбинируют. См. Рисунок ниже (b). Немногочисленные электроны, введенные эмиттером в базу NPN-транзистора, попадают в дырки. Кроме того, небольшое количество электронов, попадающих в основание, проходит непосредственно через основание к положительной клемме аккумулятора. Большая часть эмиттерного тока электронов диффундирует через тонкое основание в коллектор. Более того, модуляция малого тока базы приводит к большему изменению тока коллектора.Если базовое напряжение для кремниевого транзистора падает ниже примерно 0,6 В, большой ток эмиттер-коллектор перестает течь.

Биполярный транзистор с NPN переходом и обратным смещением коллектор-база: (a) Добавление прямого смещения к переходу база-эмиттер приводит к (b) небольшому току базы и большим токам эмиттера и коллектора.

На рисунке ниже мы более подробно рассмотрим механизм усиления тока. У нас есть увеличенный вид транзистора с переходом NPN с акцентом на тонкую базовую область.Хотя это не показано, мы предполагаем, что внешние источники напряжения 1) смещают в прямом направлении переход эмиттер-база, 2) обратное смещение переходят между базой и коллектором. Электроны, основные носители заряда, попадают в эмиттер с клеммы (-) батареи. Ток базы соответствует выходу электронов из клеммы базы на клемму (+) батареи. Это небольшой ток по сравнению с током эмиттера.

Расположение электронов, попадающих в базу: (а) потеряны из-за рекомбинации с дырками в базе.(b) Вытекает из основания. (c) Наиболее распространены из эмиттера через тонкое основание в обедненную область база-коллектор, и (d) быстро уносятся сильным электрическим полем обедненной области в коллектор.

Основными носителями в эмиттере N-типа являются электроны, которые становятся неосновными носителями при входе в базу P-типа. Эти электроны сталкиваются с четырьмя возможными судьбами, попадая в тонкую основу P-типа. Некоторые из них на Рисунке выше (а) попадают в отверстия в основании, которые способствуют протеканию тока базы к (+) клемме батареи.Не показано, отверстия в базе могут диффундировать в эмиттер и объединяться с электронами, внося вклад в ток на клеммах базы. Немногочисленные в точке (b) протекают через базу к (+) клемме аккумулятора, как если бы база была резистором. Оба элемента (а) и (б) вносят свой вклад в очень небольшой базовый ток. Базовый ток обычно составляет 1% от тока эмиттера или коллектора для транзисторов с малым сигналом. Большая часть электронов эмиттера диффундирует прямо через тонкую базу (c) в область обеднения база-коллектор. Обратите внимание на полярность обедненной области, окружающей электрон в точке (d).Сильное электрическое поле быстро перемещает электрон в коллектор. Сила поля пропорциональна напряжению коллекторной батареи. Таким образом, 99% эмиттерного тока проходит в коллектор. Он контролируется базовым током, который составляет 1% от тока эмиттера. Это потенциальный коэффициент усиления по току 99, отношение I _C / I _B , также известное как бета, β.

Эта магия, диффузия 99% носителей эмиттера через базу, возможна только в том случае, если база очень тонкая.Какова будет судьба базы неосновных авианосцев в базе в 100 раз толще? Можно было бы ожидать, что скорость рекомбинации электронов, попадающих в дырки, будет намного выше. Возможно, 99% вместо 1% упали бы в ямы, так и не дойдя до коллектора. Во-вторых, необходимо отметить, что базовый ток может контролировать 99% тока эмиттера, только если 99% тока эмиттера диффундируют в коллектор. Если все это вытекает из базы, управление невозможно.

Другая особенность, объясняющая прохождение 99% электронов от эмиттера к коллектору, заключается в том, что в реальных транзисторах с биполярным переходом используется небольшой сильно легированный эмиттер.Высокая концентрация эмиттерных электронов заставляет многие электроны диффундировать в базу. Более низкая концентрация легирования в базе означает, что меньше дырок диффундирует в эмиттер, что приведет к увеличению тока базы. Диффузия носителей от эмиттера к базе настоятельно рекомендуется.

Тонкая база и сильно легированный эмиттер помогают поддерживать эффективность эмиттера на высоком уровне, например, 99%. Это соответствует 100% -ному разделению эмиттерного тока между базой как 1% и коллектором как 99%.Эффективность эмиттера известна как α = I _C / I _E .

Биполярные переходные транзисторы доступны как в устройствах PNP, так и в исполнении NPN. Мы представляем сравнение этих двух на рисунке ниже. Разница заключается в полярности диодных переходов база-эмиттер, что обозначено направлением стрелки эмиттера на схематическом символе. Он указывает в том же направлении, что и стрелка анода для переходного диода, против потока электронов. См. Диодный переход на предыдущем рисунке. Острие стрелки и полоски соответствуют полупроводникам P-типа и N-типа соответственно.Для излучателей NPN и PNP стрелка указывает в сторону основания соответственно. На коллекторе нет схематической стрелки. Однако переход база-коллектор имеет ту же полярность, что и переход база-эмиттер, по сравнению с диодом. Обратите внимание, мы говорим о диоде, а не о питании, полярности.

Сравните транзистор NPN на (a) с транзистором PNP на (b). Обратите внимание на направление стрелки эмиттера и полярность питания.

Источники напряжения для транзисторов PNP перевернуты по сравнению с транзисторами NPN, как показано на рисунке выше.В обоих случаях переход база-эмиттер должен иметь прямое смещение. База PNP-транзистора смещена отрицательно (b) по сравнению с положительным (a) для NPN. В обоих случаях переход база-коллектор имеет обратное смещение. Источник питания коллектора PNP является отрицательным по сравнению с положительным для транзистора NPN.

Транзистор с биполярным переходом: (a) поперечное сечение дискретного устройства, (b) схематическое изображение, (c) поперечное сечение интегральной схемы.

Обратите внимание, что биполярный транзистор на рисунке выше (а) имеет сильное легирование в эмиттере, как указано обозначением N ⁺ .База имеет нормальный уровень P-легирующей примеси. Основание намного тоньше, чем показано на поперечном сечении без соблюдения масштаба. Коллектор слегка легирован, что обозначено обозначениями N ^— . Коллектор должен быть слегка легирован, чтобы переход коллектор-база имел высокое напряжение пробоя. Это означает высокое допустимое напряжение источника питания коллектора. Кремниевые малосигнальные транзисторы имеют напряжение пробоя 60-80 В. Хотя для высоковольтных транзисторов он может достигать сотен вольт.Коллектор также должен быть сильно легирован, чтобы минимизировать омические потери, если транзистор должен выдерживать большой ток. Эти противоречивые требования удовлетворяются за счет более сильного легирования коллектора в области металлического контакта. Коллектор у базы слегка легирован по сравнению с эмиттером. Сильное легирование эмиттера дает основанию эмиттера низкое напряжение пробоя, примерно 7 В в транзисторах с малым сигналом. Сильнолегированный эмиттер придает переходу эмиттер-база характеристики стабилитрона при обратном смещении.

Матрица BJT , кусок нарезанной полупроводниковой пластины, монтируется коллектором вниз к металлическому корпусу для силовых транзисторов. То есть металлический корпус электрически подключен к коллектору. Маленькая сигнальная матрица может быть залита эпоксидной смолой. В силовых транзисторах алюминиевые соединительные провода соединяют базу и эмиттер с выводами корпуса. Матрицы малосигнальных транзисторов могут устанавливаться непосредственно на выводные провода. Несколько транзисторов могут быть изготовлены на одном кристалле, называемом интегральной схемой .Даже коллектор может быть прикреплен к проводу вместо корпуса. Интегральная схема может содержать внутреннюю разводку транзисторов и других интегральных компонентов. Интегрированный BJT, показанный на (Рисунок (c) выше), намного тоньше, чем рисунок «без масштаба». Область P ⁺ изолирует несколько транзисторов в одном кристалле. Слой металлизации алюминия (не показан) соединяет несколько транзисторов и другие компоненты. Область эмиттера сильно легирована, N ⁺ по сравнению с базой и коллектором для повышения эффективности эмиттера.

Дискретные PNP-транзисторы почти такого же высокого качества, как и NPN-аналоги. Однако интегрированные PNP-транзисторы не так хороши, как NPN-транзисторы в одном кристалле интегральной схемы. Таким образом, интегральные схемы максимально используют разнообразие NPN.

Обзор

• Биполярные транзисторы проводят ток, используя как электроны, так и дырки в одном устройстве.
• Для работы биполярного транзистора в качестве усилителя тока требуется, чтобы переход коллектор-база был смещен в обратном направлении, а переход эмиттер-база был смещен в прямом направлении.
• Транзистор отличается от пары встречных диодов тем, что база, центральный слой, очень тонкая. Это позволяет основным носителям из эмиттера диффундировать в качестве неосновных носителей через базу в обедненную область перехода база-коллектор, где их собирает сильное электрическое поле.
• Эффективность эмиттера повышена за счет более сильного легирования по сравнению с коллектором. Эффективность излучателя: α = I _C / I _E , 0,99 для малых сигнальных устройств
• Коэффициент усиления по току β = I _C / I _B , от 100 до 300 для малосигнальных транзисторов.

Прямое напряжение — обзор

Температурная зависимость прямого напряжения

Другим определяющим фактором прямого напряжения является температура. i _s в уравнении диода имеет экспоненциальную температурную зависимость, которая определяет температурный коэффициент напряжения устройства, который для кремния составляет около -2 мВ / ° C для постоянного тока (рис. 4.2).

Рисунок 4.2. Символы диодов.

Эта характеристика имеет множество желательных применений и имеет некоторые нежелательные эффекты.Это означает, например, что зависимость v _f : i _f не является прямой экспоненциальной, потому что ток, протекающий через устройство, нагревает его, что приводит к сложной взаимозависимости между температурой и Текущий. По этой причине кривые v _f / i _f кривые обычно указываются как «мгновенные» и измеряются в импульсных условиях, что может привести к путанице, если эти кривые применяются к установившимся параметрам. государственная операция.

Температурный коэффициент напряжения не позволяет принять стабильное значение для v _f , даже если диод работает при постоянном токе. Это имеет значение всякий раз, когда диод используется в линейной цепи.

Уравнение для схемы выпрямителя выходного напряжения, показанное на рис. 4.3, дается формулой. (4.2):

Рисунок 4.3. Схема диодного выпрямителя.

(4,2) V0 = R2R1 + R2 × (Vin − VF)

В качестве простого примера вы можете использовать диод, чтобы дать выпрямляющую (униполярную) характеристику делителю потенциала (рис.4.3).

Соотношение делителя потенциала сразу усложняется добавлением V _F . В коммерческом температурном диапазоне 0–70 ° C он будет изменяться примерно на 150 мВ (более подробные сведения о влиянии допусков на компоненты и вариаций в целом см. В главе 3 этой книги).

Если R ₁ и R ₂ составляют 10K, а V _в равно +5 В, V _F принимается равным 0.45–0,6 В, затем В ₀ будет изменяться от 2,275 до 2,2 В во всем диапазоне температур — это , а не половина В _из !

С положительной стороны, кремниевый диодный переход действительно образует дешевый и достаточно воспроизводимый, хотя и несколько неточный датчик температуры. Кроме того, можно ожидать, что два соединения в непосредственной близости будут отслеживать изменения в V _F неоднократно, что позволяет при необходимости довольно простую компенсацию температуры.Эта характеристика является общей для всех кремниевых p-n-переходов, так что, например, вы можете использовать пару кремниевых диодов для компенсации условий постоянного тока однотранзисторного каскада усиления, как показано на рис. 4.4.

Рисунок 4.4. Температурная компенсация с помощью подмагничивающих диодов.

Эта схема работает по принципу, что до тех пор, пока резисторы смещения R ₁ и R ₂ равны, прямое напряжение диодов (2 В _F ) компенсирует напряжение база-эмиттер транзистора В _BE , так что ток эмиттера устанавливается только резистором эмиттера R _E .

(4.3) VB≈ [R2R2 + R1] × [VS − 2VF] + 2VF

(4.4) IE = (VB − VBE) × RE

(4.5) IE = [R2R2 + R1] × VS × RE

ifVBE≈VFandR1 = R2

Обратите внимание, что эта схема требует, чтобы два диода и резисторы смещения были равны, поскольку объединенное прямое напряжение делится на соотношение резисторов. Компенсация неточна, потому что переходы диода и транзистора не имеют одинаковых температур и, как правило, несут одинаковый ток. Если R ₁ >> R ₂ , то можно обойтись одним диодом и принять грубую температурную компенсацию, которая может быть адекватной для вашего приложения.

В качестве альтернативы можно использовать сдвоенные транзисторы, чтобы обеспечить одинаковые температуры перехода, с более сложной схемой для достижения очень точной компенсации. Последнее является основой для многих схем температурной компенсации операционных усилителей, поскольку дополнительные транзисторы по существу свободны и, находясь на одном кристалле, максимально приближены к требуемой температуре.

Транзистор Pnp — обзор

5.7.3 Дополнительные усилители класса B

Интригующая комбинация транзисторов npn и pnp представляет собой схему с комплементарной симметрией, показанную на рис.5.14a. Он подходит для интегральных схем (ИС), поскольку имеет прямую связь, что исключает использование конденсаторов связи или громоздких и дорогих трансформаторов. Один недостаток в том, что необходимы две батареи или два блока питания с противоположной полярностью.

Рис. 5.14. (а) Бестрансформаторный двухтактный усилитель, подходящий для ИС. (b) Передаточные характеристики усилителя, демонстрирующие сильные кроссоверные искажения.

Операция следующая: при отсутствии входного сигнала смещение базы на обоих транзисторах равно нулю, поэтому оба транзистора отключены.Кроме того, оба транзистора остаются выключенными для входных сигналов в диапазоне от -0,7 В до 0,7 В. Поскольку ни один из транзисторов не проводит ток, выходное напряжение υ равно нулю. Когда υ _i увеличивается до значения выше 0,7 В, транзистор T1 npn включается и подает ток на нагрузку R _L , в то время как T2 остается выключенным. Аналогично, когда υ _i уменьшается до менее чем — 0.7 В транзистор pnp T2 включается и подает ток на нагрузку, в то время как T1 выключен. Таким образом, выходное напряжение на нагрузке равно. ¹⁹

(5,40) υo = υi − 0,7 В, когда υi> 0,7 В, υo = υi + 0,7 В, когда υi <−0,7 В

и график зависимости от входного напряжения показан на рис. 5.14b. Такая кривая называется передаточной характеристикой. В этом случае это показывает, что коэффициент усиления по напряжению усилителя (наклон кривой) равен единице, за исключением плоской центральной области, где усилитель имеет нулевое усиление.Именно в плоской области проводимость смещается от одного транзистора к другому. Эта нелинейность передаточных характеристик усилителя вызывает искажения, которые называются кроссоверными искажениями. Даже если такой усилитель не имеет усиления по напряжению, он может иметь значительное усиление по току и, следовательно, значительный выигрыш по мощности.

На рис. 5.15a показано, как можно модифицировать дополнительный усилитель для устранения перекрестных искажений. Путем добавления батарей с напряжением смещения около В _b = 0.5–0,6 В оба транзистора будут на грани включения при отсутствии входного сигнала, то есть υ _i = 0. Даже небольшое положительное входное напряжение теперь приведет к тому, что Tl будет проводить, и аналогично небольшое отрицательное напряжение заставит T2 проводить, тем самым устраняя большую часть перекрестных искажений. Усилитель без искажений имел бы передаточную характеристику прямой линии на рис. 5.14b.

Рис. 5.15. (а) Добавление смещающих батарей снижает перекрестные искажения.(b) Замена батарей на диоды дает напряжения смещения, которые автоматически компенсируют колебания температуры.

Схема усилителя на рис. 5.15a, помимо смещающих батарей V _b , которые неудобны и трудны для реализации в интегральной схеме, имеет более серьезный недостаток, который может привести к разрушению транзисторы при повышении температуры даже умеренно. Напомним, что кремниевые устройства очень чувствительны к повышению температуры.В примере 4.3 мы показали, что обратный ток в диоде увеличивается с ростом температуры. На рис. 4.14 мы показали, что добавление эмиттерного сопротивления к цепи смещения защитит транзистор от теплового разрушения из-за разгона, вызванного уменьшением сопротивления кремниевого материала с повышением температуры. Повышение температуры может быстро привести к неуправляемому процессу, поскольку возрастающий ток вызывает увеличение потерь I ² R , что еще больше увеличивает тепло и температуру в кремниевом устройстве.Соответственно, можно констатировать, что если напряжение включения для кремния комнатной температуры составляет 0,7 В, то более теплый кремний будет иметь меньшее напряжение включения; обычно В _— будет уменьшаться на 2,5 мВ на каждый 1 ° C повышения. Следовательно, поддержание постоянного напряжения смещения на транзисторе при повышении температуры фактически увеличивает прямое смещение на транзисторе, ускоряя процесс разгона до тех пор, пока большие токи не разрушат транзистор. Этот эффект критичен для усилителей мощности, которые пропускают значительные токи.Для защиты от теплового повреждения усилители мощности имеют эффективные и часто большие радиаторы — обычно толстые алюминиевые пластины, непосредственно прикрепленные к силовым транзисторам.

Чтобы избежать этого типа разрушения, мы модифицируем схему на рис. 5.15a на схему на рис. 5.15b, заменив батареи смещения диодами D, прямое напряжение которых будет отслеживать напряжения база-эмиттер транзисторов. На практике диоды устанавливаются на том же радиаторе, что и транзисторы, что гарантирует одинаковые изменения температуры.Теперь, когда температура повышается, напряжение смещения В, , _{, , ,} , будет уменьшаться автоматически, потому что прямое падение напряжения на диоде уменьшается. Ток через транзистор уменьшается, и цепь стабилизируется. Часто диоды заменяют термисторами, которые представляют собой тип резистора, сопротивление которого уменьшается при повышении температуры.

Теперь у нас есть схема усилителя, которая идеально подходит для интегральных схем. Он эффективен, поскольку относится к классу B, и его можно производить с низкими затратами из-за отсутствия разделительных конденсаторов и трансформаторов.Это класс B, потому что смещение базы на обоих транзисторах настроено так, что при отсутствии сигнала транзисторы отключаются. Следовательно, ток течет в каждом транзисторе только тогда, когда входной сигнал смещает его переход эмиттер-база в прямом направлении.