Transistor bipolar

Istilah "transistor bipolar" terkait dengan fakta bahwa dua jenis pembawa muatan digunakan dalam transistor ini: elektron dan lubang. Untuk pembuatan transistor, bahan semikonduktor yang sama digunakan untuk dioda.

Transistor bipolar menggunakan struktur semikonduktor tiga lapis yang terbuat dari semikonduktor konduktivitas listrik yang berbeda dua persimpangan p - n dibuat dengan jenis konduktivitas listrik bolak-balik (p - n - p atau n - p - n).

Transistor bipolar dapat dibongkar secara struktural (Gbr. 1, a) (untuk digunakan, misalnya, sebagai bagian dari sirkuit terpadu) dan ditutup dalam wadah tipikal (Gbr. 1, b). Tiga pin transistor bipolar disebut basis, kolektor, dan emitor.

Beras. 1. Transistor bipolar: a) struktur p-n-p tanpa paket, b) struktur n-p-n dalam paket

Bergantung pada kesimpulan umum, Anda bisa mendapatkan tiga skema koneksi untuk transistor bipolar: dengan basis umum (OB), kolektor umum (OK) dan emitor umum (OE). Mari kita pertimbangkan pengoperasian transistor dalam rangkaian basis-bersama (Gbr. 2).

Beras. 2. Skema transistor bipolar

Emitor menyuntikkan (menghantarkan) ke basis pembawa basis, dalam contoh perangkat semikonduktor tipe-n kami, ini akan menjadi elektron. Sumber dipilih sedemikian rupa sehingga E2 >> E1. Resistor Re membatasi arus sambungan p-n terbuka.

Pada E1 = 0, arus yang melalui simpul kolektor kecil (karena pembawa minoritas), ini disebut arus kolektor awal Ik0. Jika E1> 0, elektron melewati sambungan p-n emitor (E1 menyala ke arah depan) dan memasuki wilayah inti.

Basis dibuat dengan resistansi tinggi (konsentrasi pengotor rendah), sehingga konsentrasi lubang di alas rendah. Oleh karena itu, beberapa elektron yang memasuki basis bergabung kembali dengan lubangnya, membentuk arus basis Ib. Pada saat yang sama, medan yang jauh lebih kuat bekerja di persimpangan p-n kolektor di sisi E2 daripada di persimpangan emitor, yang menarik elektron ke kolektor. Oleh karena itu, sebagian besar elektron mencapai kolektor.

Arus emitor dan kolektor terkait koefisien transfer arus emitor

di Ukb = const.

Selalu ∆Ik < ∆Ie, dan a = 0.9 — 0.999 untuk transistor modern.

Dalam skema yang dipertimbangkan Ik = Ik0 + aIe »Ie. Oleh karena itu, rangkaian transistor bipolar basis umum memiliki rasio arus yang rendah. Oleh karena itu, ini jarang digunakan, terutama pada perangkat frekuensi tinggi, di mana dalam hal penguatan voltase lebih disukai daripada yang lain.

Sirkuit switching dasar dari transistor bipolar adalah sirkuit emitor bersama (Gbr. 3).

Beras. 3. Mengaktifkan transistor bipolar sesuai skema dengan emitor bersama

Untuknya hukum pertama Kirchhoff kita dapat menulis Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Diketahui bahwa 1 — a = 0,001 — 0,1, kita memiliki Ib << Ie » Ik.

Temukan rasio arus kolektor dengan arus basis:

Hubungan ini disebut koefisien transfer arus basis... Pada a = 0,99, kita mendapatkan b = 100. Jika sumber sinyal dimasukkan ke dalam rangkaian basis, maka sinyal yang sama, tetapi diperkuat oleh arus b kali, akan mengalir masuk rangkaian kolektor, membentuk tegangan melintasi resistor Rk jauh lebih besar dari tegangan sumber sinyal ...

Untuk mengevaluasi pengoperasian transistor bipolar pada berbagai arus pulsa dan DC, daya dan tegangan, dan untuk menghitung rangkaian bias, mode stabilisasi, keluarga karakteristik volt-ampere input dan output (VAC).

Keluarga input I — V karakteristik menetapkan ketergantungan arus input (basis atau emitor) pada tegangan input Ube pada Uk = const, gbr. 4, a Karakteristik input I - V dari transistor mirip dengan karakteristik I - V dari dioda dalam hubungan langsung.

Keluarga karakteristik output I - V menetapkan ketergantungan arus kolektor pada tegangan yang melintasinya pada arus basis atau emitor tertentu (tergantung pada rangkaian dengan emitor umum atau basis umum), gbr. 4, b.

Beras. 4. Karakteristik arus-tegangan dari transistor bipolar: a — input, b — output

Selain persimpangan n-p listrik, persimpangan penghalang logam-semikonduktor Schottky banyak digunakan di sirkuit berkecepatan tinggi. Dalam transisi seperti itu, tidak ada waktu yang dialokasikan untuk akumulasi dan penyerapan muatan di pangkalan, dan pengoperasian transistor hanya bergantung pada laju pengisian ulang kapasitansi penghalang.

Beras. 5. Transistor bipolar

Parameter transistor bipolar

Parameter utama digunakan untuk mengevaluasi mode operasi maksimum yang diizinkan dari transistor:

1) tegangan kolektor-emitor maksimum yang diizinkan (untuk berbagai transistor Uke max = 10 — 2000 V),

2) disipasi daya kolektor maksimum yang diizinkan Pk max — menurutnya, transistor dibagi menjadi daya rendah (hingga 0,3 W), daya sedang (0,3 — 1,5 W) dan daya tinggi (lebih dari 1,5 W), transistor daya sedang dan tinggi sering dilengkapi dengan heatsink khusus - heatsink,

3) arus kolektor maksimum yang diizinkan Ik max — hingga 100 A dan lebih banyak,

4) membatasi frekuensi transmisi saat ini fgr (frekuensi di mana h21 menjadi sama dengan satu), transistor bipolar dibagi menurutnya:

• untuk frekuensi rendah — hingga 3 MHz,

• frekuensi sedang — dari 3 hingga 30 MHz,

• frekuensi tinggi — dari 30 hingga 300 MHz,

• frekuensi sangat tinggi — lebih dari 300 MHz.

Doktor ilmu teknik, profesor L.A. Potapov