Биполярный транзистор

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет» (НИУ)

Факультет «Механико-технологический»

Кафедра «Станки и инструменты»

Реферат на тему:

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

Руководитель, преподаватель

А.В. Соколов

Автор работы студент группы МТ-357

Т.С. Паршукова

Челябинск, 2013

План

1. Определение транзистора, общие сведения

2. Включение p - n - p транзистора по схеме общего эммитера

3. Включение p - n - p транзистора по схеме общего коллектора

4. Включение p - n - p транзистора по схеме общей базы

5. Библиографический список

1. Определение транзистора, общие сведения

Транзистор - полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического тока и управления им.

В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Биполярные транзисторы также часто называют обычными транзисторами. Биполярные транзисторы используются наиболее широко.

Немного о происхождении данного термина. Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer - преобразователь и resistor - сопротивление. В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 1), которые образуют два р - n перехода. Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя - электропроводностью другого типа. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то такой прибор называют транзистором структуры p - n - р. У транзистора структуры n - p - n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними - область с дырочной электропроводностью (рис. 1, б).

Рис. 1 Схематическое устройство и графическое обозначение на схемах транзисторах структуры p - n - p и n - p - n

Если мысленно прикрыть любую из крайних областей транзисторов, изображенных схематически на Рис.1., то можно увидеть, что оставшиеся две области есть не что иное, как плоскостной диод. Если прикрыть другую крайнюю область, то тоже получится диод. Значит, транзистор можно представить себе как два плоскостных диода с одной общей областью, включенных навстречу друг другу. Общую (среднюю) область транзистора называют базой, одну крайнюю область - эмиттером, вторую крайнюю область - коллектором. Это три электрода транзистора. Во время работы транзистора его эмиттер вводит (эмитирует) в базу дырки (в транзисторе структуры p - n - р) или электроны (в транзисторе структуры n - p - n), коллектор собирает эти электрические заряды, вводимые в базу эмиттером. Различие в обозначениях транзисторов разных структур на схемах заключается лишь в направлении стрелки эмиттера: в p - n - р транзисторах она обращена в сторону базы, а в n - p - n транзисторах - от базы.

Электронно - дырочные переходы в транзисторе могут быть получены так же, как в плоскостных диодах. Например, чтобы изготовить транзистор структуры p - n - р, берут тонкую пластину германия с электронной электропроводностью и наплавляют на ее поверхность кусочки индия. Атомы индия диффундируют (проникают) в тело пластины, образуя в ней две области типа р - эмиттер и коллектор, а между ними остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника типа n - база. Транзисторы, изготовляемые по такой технологии, называют сплавными. Следует определить наименования р - n переходов транзистора: между коллектором и базой - коллекторный, между эмиттером и базой - эмиттерный.

Схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора показаны на Рис. 2.

Рис. 2(левый) Устройство и конструкция сплавного транзистора структуры p - n - p; Рис. 3 (правый): Устройство и конструкция диффузиозно - сплавного транзистора структуры p - n - p

транзистор полупроводниковый электрический ток

Прибор собран на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристалло-держатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу - ее наружный проволочный вывод. Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проволочкам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов.

Цельнометаллический колпак защищает прибор от механических повреждений и влияния света. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные транзисторы серий МП39, МП40, МП41, МП42 и их разновидности. Буква (М) в обозначении говорит о том, что корпус транзистора холодно-сварной, буква (П)- первоначальная буква слов «плоскостной», а цифры - порядковые заводские номера приборов. В конце обозначения могут быть буквы А, Б, В (например, МП39Б), указывающие разницу в параметрах транзистора данной серии.

Существуют другие способы изготовления транзисторов, например, диффузионно - сплавной (рис. 3). Коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного полупроводника. На поверхность пластины наплавляют очень близко один от другого два маленьких шарика примесных элементов. Во время нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластинку полупроводника. При этом один шарик (на рис. 3 - правый) образует в коллекторе тонкую базовую область, а второй (на рис. 3 - левый) эмиттерную область.

В результате в пластине исходного полупроводника получаются два р - n перехода, образующие транзистор структуры р - n - р. По такой технологии изготовляют, в частности, наиболее массовые маломощные высокочастотные транзисторы серий П401-П403, П422, П423, ГТ308. В настоящее время действует система обозначения транзисторов, по которой выпускаемые серийно приборы имеют обозначения, состоящие из четырех элементов, например: ГТ109А, КТ315В, ГТ403И:

ѕ Первый элемент этой системы обозначения - буква Г, К или А (или цифра 1, 2 и 3) - характеризует полупроводниковый материал транзистора и температурные условия работы прибора. Буква Г (или цифра 1) присваивается германиевым транзисторам, буква К (или цифра 2) - кремниевым транзисторам, буква А (или цифра 3) - транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия. Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзистор может работать при повышенных температурах (германиевый - выше 4- 60°С, кремниевый - выше +85°С);

ѕ Второй элемент - буква Т - начальная буква слова «транзистор».

ѕ Третий элемент - трехзначное число от 101 до 999 - указывает порядковый номер разработки и назначение прибора. Это число присваивается транзистору по признакам, приведенным в таблице.

Рис. 4 Признаки транзистора

ѕ Четвертый элемент обозначения - буква, указывающая разновидность транзисторов данной серии.

Вот некоторые примеры расшифровки обозначений транзисторов по этой системе: ГТ109А - германиевый маломощный низкочастотный транзистор, разновидность А; ГТ404Г - германиевый средней мощности низкочастотный транзистор, разновидность Г; КТЗ15В - кремниевый маломощный высокочастотный транзистор, разновидность В. Наряду с такой системой продолжает действовать и прежняя система обозначения транзисторов, например П27, П401, П213, МП39 и т.д. Объясняется это тем, что такие или подобные транзисторы были разработаны до введения современной маркировки полупроводниковых приборов. Внешний вид некоторых биполярных транзисторов показан на Рис. 5. Маломощный низкочастотный транзистор ГТ109 (структуры р - n - р) имеет в диаметре всего 3, 4 мм. Транзисторы этой серии предназначены для миниатюрных радиовещательных приемников. Их используют также в слуховых аппаратах, в электронных медицинских приборах т.д. Диаметр транзисторов ГТ309 (р - n - р) 7,4 мм. Такие транзисторы применяют в различных малогабаритных электронных устройствах для усиления и генерирования колебаний высокой частоты. Транзисторы КТЗ15 (n - p - n) выпускают в пластмассовых корпусах. Эти маломощные транзисторы предназначены для усиления и генерирования колебаний высокой частоты. Транзисторы МП39 - МП42 (р - n - р) - самые массовые среди маломощных низкочастотных транзисторов. Точно так выглядят и аналогичные им, но структуры n - p - n, транзисторы МП35 - МП38.

Диаметр корпуса любого из этих транзисторов 11,5 мм. Наиболее широко их используют в усилителях звуковой частоты. Так выглядят и маломощные высокочастотные р - n - р транзисторы серий П401 - П403, П416, П423, используемые для усиления высокочастотных сигналов как в промышленных, так и любительских радиовещательных приемниках. Транзистор ГТ402 (р - n - р) - представитель низкочастотных транзисторов средней мощности. Такую же конструкцию имеет его «близнец» ГТ404, но он структуры (n - p - n). Их, обычно используют в паре, в каскадах усиления мощности колебаний звуковой частоты. Транзистор П213 (германиевый структуры р - n - р) - один из мощных низкочастотных транзисторов, широко используемых в оконечных каскадах усилителей звуковой частоты. Диаметр этого, а также аналогичных ему транзисторов П214 - П216 и некоторых других, 24 мм. Такие транзисторы крепят на шасси или панелях при помощи фланцев. Во время работы они нагреваются, поэтому их обычно ставят на специальные теплоотводящие радиаторы, увеличивающие поверхности охлаждения. КТ904 - сверхвысокочастотный кремниевый n - p - n транзистор большой мощности. Корпус металлокерамический с жесткими выводами и винтом М5, с помощью которого транзистор крепят на теплопроводящем радиаторе. Функцию радиатора может выполнять массивная металлическая пластина или металлическое шасси радиотехнического устройства. Высота транзистора вместе с выводами и крепежным винтом чуть больше 20 мм. Транзисторы этой серии предназначаются для генераторов и усилителей мощности радиоаппаратуры, работающей на частотах выше 100 МГц, например диапазона УКВ.

Рис. 5 Внешний вид некоторых транзисторов

Итак, биполярный транзистор, независимо от его структуры, является трехэлектродным прибором. Его электроды - эмиттер, коллектор и база. Для использования транзистора в качестве усилителя напряжения, тока или мощности входной сигнал, который надо усилить, можно подавать на два каких - либо электрода и с двух электродов снимать усиленный сигнал. При этом один из электродов обязательно будет общим. Он - то и определяет название способа включения транзистора: по схеме общего эмиттера (ОЭ), по схеме общего коллектора (ОК), по схеме общей базы (ОБ). Разберем каждую из данных схем.

2. Включение p - n - p транзистора по схеме общего эммитера

Рис. 6 Включение p - n - p транзистора по схеме ОЭ

Напряжение источника питания на коллекторе транзистора V подается через резистор Rк, являющийся нагрузкой, на эмиттер - через общий «заземленный» проводник, обозначаемый на схемах специальным знаком. Входной сигнал через конденсатор связи Ссв. Подается к выводам базы и эмиттера, т.е. к участку база - эмиттер транзистора, а усиленный сигнал снимается с выводов эмиттера и коллектора. Эмиттер, следовательно, при таком включении транзистора является общим для входной и выходной цепей. Транзистор, по схеме с ОЭ, в зависимости от его усилительных свойств может дать 10 - 200 - кратное усиление сигнала по напряжению и 20 - 100 - кратное усиление сигнала по току. Такой способ включения транзистора по схеме с ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью. Существенным недостатком усилительного каскада на транзисторе, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопротивление - всего 500-1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых включают по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р - n переход транзистора включен в прямом, т.е. пропускном, направлении. А сопротивление пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно большое (2-20 кОм) и зависит от сопротивления нагрузки Rк и усилительных свойств транзистора.

3. Включение p - n - p транзистора по схеме общего коллектора

Рис. 7 Включение p - n - p транзистора по схеме ОК

Входной сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный резистор Rэ, который является частью коллекторной цепи. С этого же резистора, выполняющего функцию нагрузки транзистора, снимается и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для входной и выходной цепей, поэтому и название способа включения транзистора - ОК. Каскад с транзистором, включенным по такой схеме, по напряжению дает усиление меньше единицы. Усиление же по току получается примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление такого каскада может составлять 10 - 500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ.

По существу, каскад не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, включаемые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что выходное напряжение на эмиттере транзистора практически полностью повторяет входное напряжение. Почему каскад не усиливает напряжение? Давайте мысленно соединим резистором цепь базы транзистора с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резистора Rэ, как показано на рис. 7 штриховыми линиями. Этот резистор - эквивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала Rвх., например микрофона или звукоснимателя. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор Rвх. С базой. Когда на вход усилителя подается напряжение сигнала, на резисторе Rэ, являющемся нагрузкой транзистора, выделяется напряжение усиленного сигнала, которое через резистор Rвх. Оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиления получается такое же, как и при включении транзистора по схеме с ОЭ.

4. Включение p - n - p транзистора по схеме общей базой

Рис. 8 Включение p - n - p транзистора по схеме ОБ

В этом случае база через конденсатор Сб по переменному току заземлена, т. е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор Ссв. Подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает усиление по току меньше единицы, а по напряжению - такое же, как транзистор, включенный по схеме с ОЭ (10 - 200). Из-за очень малого входного сопротивления, БК превышающего нескольких десятковом (30-100) Ом, включение транзистора по схеме ОБ используют, главным образом, в генераторах электрических колебаний, в сверхгенеративных каскадах, применяемых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями.

Библиографический список

1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. Москва: «Высшая школа», 1991.

2. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. М. радио и связь, 1990.

3. Электронный ресурс http://ru.wikipedia.org/wiki/%C1%E8%EF%EE%EB %FF%F0%ED%FB%E9_%F2%F0%E0%ED%E7%E8%F1%F2%EE%F0.

Размещено на Allbest.ru