fon1

Биполярный транзистор:
устройство и схемы включения

Транзисторы являются полупроводниковыми приборами, основной задачей которых - усиление электрических сигналов. Они бывают биполярные и полевые. Наиболее распространенные - это биполярные транзисторы.

Типы биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы классифицируются по следующим типам:
1. По исходному материалу - германий или кремний.
2. По технологии производства - сплавные, эпитаксиально-планарные, конверсионные и пр.
3. По механизму движения носителей зарядов - дрейфовые и диффузионные.
4. По рассеиваемой мощности - маломощные (до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 3 Вт) и мощные (больше 3 Вт).
5. По диапазону рабочих частот - низкой частоты (до 3 МГц), средней (от 3 до 30 МГц), высокой (от 30 до 300 МГЦ), сверх высокой частоты (более 300 МГц).

Устройство биполярного транзистора

tranzistor1

Основой биполярного транзистора является небольшой кристалл, называемый базой (Б). На нем с противоположных сторон кристалла находятся две спайки (области) из индия, сплава олова с фосфором и др., которые называются эмиттером (Э) и коллектором (К). При образовании спаек, между базой с эмиттером и коллектором, образуются два p-n перехода. Эти области всегда имеют одинаковый тип проводимости (p или n), а средняя область (база) - другого типа(n или р). Поэтому биполярные транзисторы разделяются на типы: с р-n-p и n-p-n проводимостью. Принцип действиия у них одинаковый, но имеют противоположную полярность питания.

tranzistor2

Коллекторный переход больше по площади эмиттерного и эти переходы расположены на очень малом расстоянии мажду собой ( до десятков микрон).

Если взять отдельно Б-Э и Б-К переходы, то они представляют собой два соединенных диода. Но соединив два отдельных диода мы не получим транзистора, потому, что эти переходы находятся на двух отдельных кристаллах диодов. А в биполярном транзисторе - на одном кристалле , где и происходит между ними взаимодействие - транзисторный эффект, который и делает транзистор усилительным устройством.

Процесс усиления биполярного транзистора

tranzistor4

Чтобы биполярный транзистор с n-p-n переходом (обратной проводимости) начал усиливать, на него нужно подать, кроме питания на эмиттер и коллектор, еще и небольшое напряжение смещения на базу. Это смещение открывает транзистор и через него, в направлении от эмиттера к коллектору, начнет протекать управляемый ток. Между базой и эмиттером тоже течет управляющий ток, но по величине он намного меньше, чем коллекторно - эмиттерный.

Можно сделать вывод, что основное свойство биполярного транзистора - это управление малым базовым током большим коллекторным током.

tranzistor5

Для наглядности на рисунке приведен водно - механический аналог биполярного транзистора с n-p-n проводимостью. На нем видно, что небольшая струя из базовой трубы управляет большой струей воды из коллекторной и эмиттерных труб. При этом струя из змиттерной трубы будет состоять из сумм потоков базовой и коллекторных труб.

tranzistor67

Напряжение смещения меряют на базе, относительно напряжению на эмиттере.

Напряжения эти разные по полярности и величине напряжения, в зависимости от типа проводимости транзистора.
На базе биполярных транзисторов прямой проводимости (p-n-p, германиевые) - минус 0,1-0,4 вольта, а у транзисторов обратной проводимости (n-p-n, кремний) - плюс 0,4-0,8 вольта.

Схемы включения биполярного транзистора

У биполярного транзистора есть три вывода: эмиттер, коллектор и база. На два из них приходит сигнал, а с двух других он снимается, т.к. один из них общий для входа и выхода. Так вот, какой электрод включен на общую шину, такова и cхема включения: с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) или общим коллектором (ОК).

а) Схема включения биполярного транзистора с ОЭ на практике применяется наиболее часто. В приведенной схеме входной сигнал подается между базой и эмиттером через разделительный конденсатор Ср, чтобы отсечь постоянное напряжение от предыдущего каскада и не влиять по питанию на следующий каскад.
Усиленное переменное напряжение снимается с коллектора и общего вывода. Эта схема включения дает усиление как по току, так и по напряжению. Такое включение будет иметь большое выходное сопротивление (до десятков килоОм и зависит от значения Rк), но малое входное (500-1000 Ом).

tranzistor8

б) На следующей схеме показано включение с ОК. Биполярный транзистор в этом случае работает как усилитель тока и величина напряжения на входе и выходе почти не отличаются друг от друга. Особенностью такого включения является большое входное сопротивление (от 10 кОм до 500 кОм), что дает хорошее согласование с каскадом источника сигнала. Также фаза выходного напряжения совпадает с фазой входного (нет "перевертывания" выходного сигнала, как в схеме с ОЭ). Поэтому такое включение называют эмиттерным повторителем. А вот выходное сопротивление его мало, которое очень зависит от сопротивления нагрузки Rэ.

в) В схеме с ОБ базу "заземляем" на общий провод через конденсатор Сб. В этом случае транзистор усиливает только по напряжению, а по току усиления нет. Входное сопротивление его небольшое (десятки Ом), и используется такое включение, в основном, в генераторах.

Влияние величины напряжения смещения на выходной сигнал

Для работы биполярного транзистора необходимо подать начальное базовое смещение, чтобы между базой и эмиттером протекал постоянный управляющий ток. Регулируют смещение при помощи изменения величины сопротивления Rб. Ток выбирают в зависимости от
a) типа транзистора,
b) для чего нужен этот каскад,
c) какова амплитуда входного сигнала,
d) какой величины нужен выходной сигнал,
e) величины коэффициента передачи транзистора.

В качестве примера рассмотрим схему каскада, где для подачи смещения на базу стоит переменный резистор.
1. При движке резистора в верхнем положении базовый ток будет мал и недостаточен для открытия транзистора. Если амплитуда входного сигнального напряжения будет выше минимального напряжения открытия транзистора, то он начнет пропускать часть отрицательной полуволны. Но т.к. сигнал "перевертывается" по фазе каскадом, то на выходе он будет положительным.

tranzistor9

2. При движении движка вниз напряжение смещения увеличивается и каскад входит в нормальный режим при котором выходной сигнал уже не искажается.
3. Чем ниже движок резистора, тем больше смещение. Транзистор уже не "реагирует" на отрицательный полупериод сигнала и пропускает только часть положительной полуволны.
Если двигать движок еще ниже, то базовый ток войдет в режим насыщения, при котором входной сигнал не вызывает изменение тока коллектора и сигнал на выходе исчезает.
Поэтому, при настройке усилителей важно определить такой ток смещения, чтобы при нужном усилении не было искажения выходного сигнала. И это можно сделать при помощи осциллографа.

<< Предыдущая Cледующая >>

Вверх

radionet