ทรานซิสเตอร์สองขั้ว

คำว่า «ทรานซิสเตอร์สองขั้ว» เกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าทรานซิสเตอร์เหล่านี้ใช้ตัวพาประจุสองประเภท: อิเล็กตรอนและโฮล สำหรับการผลิตทรานซิสเตอร์จะใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดเดียวกัน ไดโอด.

ทรานซิสเตอร์สองขั้วใช้โครงสร้างสารกึ่งตัวนำสามชั้นที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ การนำไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ทางแยก p — n สองทางถูกสร้างขึ้นด้วยการนำไฟฟ้าแบบสลับ (p — n — p หรือ n — p — n)

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์สามารถแยกโครงสร้างออกได้ (รูปที่ 1, a) (สำหรับการใช้งาน เช่น เป็นส่วนหนึ่งของวงจรรวม) และปิดในกรณีทั่วไป (รูปที่ 1, b) ขาสามขาของทรานซิสเตอร์สองขั้วเรียกว่า ฐาน ตัวสะสม และตัวส่งสัญญาณ

ข้าว. 1. ทรานซิสเตอร์สองขั้ว: a) โครงสร้าง p-n-p ที่ไม่มีแพ็คเกจ b) โครงสร้าง n-p-n ในแพ็คเกจ

ขึ้นอยู่กับข้อสรุปทั่วไป คุณจะได้รับโครงร่างการเชื่อมต่อสามแบบสำหรับทรานซิสเตอร์สองขั้ว: ด้วยฐานร่วม (OB) ตัวสะสมทั่วไป (OK) และตัวส่งสัญญาณทั่วไป (OE) ให้เราพิจารณาการทำงานของทรานซิสเตอร์ในวงจรฐานร่วม (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. แผนผังของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

อิมิตเตอร์ฉีด (ส่ง) เข้าไปในฐานของพาหะฐาน ในตัวอย่างอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำชนิด n ของเรา สิ่งเหล่านี้จะเป็นอิเล็กตรอน แหล่งที่มาถูกเลือกเช่น E2 >> E1 ตัวต้านทาน Re จำกัด กระแสของทางแยกเปิด p — n

ที่ E1 = 0 กระแสที่ไหลผ่านโหนดตัวเก็บรวบรวมจะมีค่าน้อย ถ้า E1> 0 อิเล็กตรอนจะข้ามจุดเชื่อมต่อ p — n ของตัวปล่อย (E1 เปิดในทิศทางไปข้างหน้า) และเข้าสู่บริเวณแกนกลาง

ฐานทำด้วยความต้านทานสูง (ความเข้มข้นต่ำของสิ่งเจือปน) ดังนั้นความเข้มข้นของรูในฐานจึงต่ำ ดังนั้นอิเล็กตรอนไม่กี่ตัวที่เข้าสู่ฐานจะรวมตัวกับรูของมันอีกครั้ง ก่อตัวเป็น Ib ปัจจุบันของฐาน ในเวลาเดียวกัน สนามไฟฟ้าที่แรงกว่ามากจะทำหน้าที่ในทางแยก p — n ทางด้าน E2 มากกว่าในทางแยกของอิมิตเตอร์ ซึ่งจะดึงดูดอิเล็กตรอนไปยังตัวสะสม ดังนั้นอิเล็กตรอนส่วนใหญ่จึงไปถึงตัวสะสม

กระแสอิมิตเตอร์และกระแสคอลเลกเตอร์เป็นค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสอิมิตเตอร์ที่เกี่ยวข้องกัน

ที่ Ukb = คงที่

เป็น ∆Ik < ∆Ie เสมอ และ a = 0.9 — 0.999 สำหรับทรานซิสเตอร์สมัยใหม่

ในรูปแบบที่พิจารณา Ik = Ik0 + aIe »เช่น ดังนั้นวงจรทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์ฐานร่วมจึงมีอัตราส่วนกระแสต่ำ ดังนั้นจึงไม่ค่อยมีใครใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ความถี่สูงซึ่งเป็นที่นิยมกว่าอุปกรณ์อื่นในแง่ของการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า

วงจรสวิตช์พื้นฐานของทรานซิสเตอร์สองขั้วคือวงจรอิมิตเตอร์ทั่วไป (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. การเปิดทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์ตามโครงร่างด้วยอีซีแอลทั่วไป

สำหรับเธอบน กฎข้อที่หนึ่งของ Kirchhoff เราสามารถเขียน Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0

ระบุว่า 1 — a = 0.001 — 0.1 เรามี Ib << Ie » Ik

ค้นหาอัตราส่วนของกระแสสะสมต่อกระแสฐาน:

ความสัมพันธ์นี้เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสฐาน... ที่ a = 0.99 เราจะได้ b = 100 หากรวมแหล่งสัญญาณไว้ในวงจรฐาน สัญญาณเดียวกันแต่ขยายด้วยกระแส b ครั้งจะไหลเข้า วงจรสะสมสร้างแรงดันคร่อมตัวต้านทาน Rk มากกว่าแรงดันแหล่งสัญญาณ...

เพื่อประเมินการทำงานของทรานซิสเตอร์สองขั้วในช่วงกว้างของกระแสพัลซิ่งและกระแสตรง กำลังไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า และเพื่อคำนวณวงจรไบอัส โหมดความเสถียร ตระกูลของคุณลักษณะโวลต์แอมแปร์ของอินพุตและเอาต์พุต (VAC)

ตระกูลของอินพุต I — ลักษณะ V สร้างการพึ่งพาของกระแสอินพุต (ฐานหรืออิมิตเตอร์) กับแรงดันอินพุต Ube ที่ Uk = const, มะเดื่อ 4, a. ลักษณะอินพุต I - V ของทรานซิสเตอร์คล้ายกับคุณสมบัติ I - V ของไดโอดในการเชื่อมต่อโดยตรง

ตระกูลของเอาท์พุต I — V ลักษณะเฉพาะสร้างการพึ่งพาของกระแสคอลเลกเตอร์กับแรงดันคร่อมที่ฐานหรือกระแสอิมิตเตอร์ที่แน่นอน (ขึ้นอยู่กับวงจรที่มีอิมิตเตอร์ร่วมหรือฐานร่วม) 4, ข.

ข้าว. 4. ลักษณะแรงดันไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์สองขั้ว: a - อินพุต, b - เอาต์พุต

นอกจากทางแยกไฟฟ้าแล้ว ทางแยกโลหะ-เซมิคอนดักเตอร์-สิ่งกีดขวางชอตต์กียังใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรความเร็วสูง ในช่วงการเปลี่ยนภาพดังกล่าว จะไม่มีเวลาจัดสรรสำหรับการสะสมและการสลายประจุในฐาน และการทำงานของทรานซิสเตอร์ขึ้นอยู่กับอัตราการเติมประจุของความจุของสิ่งกีดขวางเท่านั้น

ข้าว. 5. ทรานซิสเตอร์สองขั้ว

พารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์สองขั้ว

พารามิเตอร์หลักใช้เพื่อประเมินโหมดการทำงานสูงสุดที่อนุญาตของทรานซิสเตอร์:

1) แรงดันคอลเลกเตอร์-อิมิตเตอร์สูงสุดที่อนุญาต (สำหรับทรานซิสเตอร์ที่แตกต่างกัน Uke max = 10 — 2000 V)

2) การกระจายพลังงานของตัวสะสมสูงสุดที่อนุญาต Pk max — ตามที่เขาพูด ทรานซิสเตอร์ถูกแบ่งออกเป็นพลังงานต่ำ (สูงถึง 0.3 W) พลังงานปานกลาง (0.3 - 1.5 W) และพลังงานสูง (มากกว่า 1, 5 W) ทรานซิสเตอร์กำลังปานกลางและสูงมักจะติดตั้งฮีทซิงค์พิเศษ — ฮีทซิงค์

3) กระแสสะสมสูงสุดที่อนุญาต Ik สูงสุด — สูงสุด 100 A ขึ้นไป

4) จำกัด ความถี่การส่งในปัจจุบัน fgr (ความถี่ที่ h21 เท่ากับเอกภาพ) ทรานซิสเตอร์สองขั้วจะถูกแบ่งตาม:

• สำหรับความถี่ต่ำ — สูงสุด 3 MHz

• ความถี่กลาง — ตั้งแต่ 3 ถึง 30 MHz

• ความถี่สูง — ตั้งแต่ 30 ถึง 300 MHz

• ความถี่สูงพิเศษ — มากกว่า 300 MHz

วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต ศาสตราจารย์ L.A. Potapov