3,БТ 2022

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 2
3. Биполярные транзисторы
3.1 Классификация и маркировка транзисторов
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
Транзистором называется полупроводниковый преобразовательный прибор, способный усиливать мощность.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 3
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
I – материал полупроводника: Г или 1 – германий, К или 2– кремний, А или 3 – арсенид галлия, И или 4 – соединения индия.
II – тип транзистора по принципу действия: Т – биполярные, П – полевые.
III – три или четыре цифры – группа транзисторов по электрическим параметрам. Первая цифра показывает частотные свойства и мощность транзистора в соответствии с ниже приведённой таблицей.
МАРКИРОВКА:
IV – модификация транзистора
в 3-й группе.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 4
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
3.2 Устройство биполярных транзисторов
лекция3
Рис. 1 Структура и условное графическое изображение биполярных транзисторов
Направление стрелки в транзисторе показывает направление протекающего тока.
Основной особенностью устройства биполярных транзисторов является неравномерность концентрации основных носителей зарядов в эмиттере, базе и коллекторе.
Рис. 2 Различие в концентрациях носителей заряда

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 5
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
3.3 Принцип действия биполярных транзисторов
При работе транзистора в усилительном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. Это достигается соответствующим включением источников питания.
Рис.3 Движение основных носителей заряда в БТ
Эффективность эмиттера оценивается коэффициентом инжекции:
(0.999);
.
Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода носителей зарядов δ:
.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 6
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
Основное соотношение токов в транзисторе следующее:
;
где α – коэффициент передачи тока транзистора или коэффициент усиления по току:
.
Дырки из коллектора как неосновные носители зарядов будут переходить в базу,
образуя обратный ток коллектора Iкбо:
.
Инжекцией зарядов называется переход носителей зарядов из области, где они были основными в область, где они становятся неосновными.
Переход носителей зарядов из области, где они были не основными, в область, где они становятся основными, называется экстракцией зарядов.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 7
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
Рис.4 Схема включения БТ с общей базой
t
Рис. 5 Постоянная и переменная составляющие
эмиттерного тока
Показатели схемы с ОБ:
коэффициент усиления по току Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1])
входное сопротивление Rвхб=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.
Входное сопротивление для схемы с общей базой (рисунок 4) мало и составляет десятки Ом, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора. Недостатки схемы с общей базой:
схема не усиливает ток α<1
малое входное сопротивление
два разнополярных источника напряжения для питания.
Достоинства – хорошие температурные и частотные свойства.
3.4 Схема включения БТ с общей базой

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 8
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
3.5 Схема включения БТ с общим эмиттером
Рис.6 Схема включения БТ с ОЭ
Достоинства схемы с общим эмиттером:
большой коэффициент усиления по току
большее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление
для питания схемы требуются два однополярных источника, что позволяет на практике обходиться одним источником питания.
Недостатки: худшие, чем у схемы с общей базой, температурные и частотные свойства. Однако за счёт преимуществ схема с ОЭ применяется наиболее часто.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 9
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
Рис.7 Схема включения БТ с ОК
3.6 Схема включения БТ с общим коллектором
(эмиттерный повторитель)
Так как входная цепь представляет собой закрытый коллекторный переход, входное сопротивление каскада по схеме ОК составляет десятки килоом, что является важным достоинством схемы. Выходное сопротивление схемы с ОК, наоборот, получается сравнительно небольшим, обычно единицы килоом или сотни Ом. Эти достоинства схемы с ОК побуждают использовать её для согласования различных устройств по входному сопротивлению.
Недостатком схемы является то, что она не усиливает напряжение – коэффициент усиления чуть меньше 1.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 10
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
3.7 Усилительные свойства БТ
Независимо от схемы включения, транзистор характеризуется
тремя коэффициентами усиления:
– по току;
– по напряжению;
– по мощности.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 11
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
Для схемы с ОБ:
Для схемы с ОК:
Для схемы с ОЭ:

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 12
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
3.7 Статические характеристики БТ
Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные.
Входная характеристика. Iвх = f(Uвх) при Uвых = const
Входная характеристика – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении.
Выходная характеристика. Iвых = f(Uвых) при Iвх = const
Выходная характеристика – это зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе.
Рис.8 Схема измерения статических характеристик
каскада с ОБ
Рис.9 Схема измерения статических характеристик
каскада с ОЭ

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 13
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
Рис.10 Входные характеристики для схемы с ОБ (а) и схемы с ОЭ (б)
Рис.11 Выходные характеристики для схемы с ОБ и схемы с ОЭ

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 14
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
Рис.12 БТ, включённый по схеме с ОЭ
3.7 Динамический режим работы БТ
Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выходной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напряжения будет вызывать изменение выходного напряжения.
– уравнение динамического режима работы БТ

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 15
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
3.8 Динамические характеристики и понятие рабочей точки
Уравнение динамического режима является уравнением выходной динамической характеристики. Так как это уравнение линейное, выходная динамическая характеристика представляет собой прямую линию и строится на выходных статических характеристиках.
Рис.13 Выходные статические характеристики и нагрузочная прямая

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 16
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
3.9 Режимы работы транзистора
Рис. 14 Режимы работы биполярного транзистора
I) Режим отсечки – это режим, при котором оба его
перехода закрыты (и эмиттерный и коллекторный). Ток
базы в этом случае равен нулю. Ток коллектора будет
равен обратному току. Уравнение динамического
режима будет иметь вид:
Произведение Iкбо ∙ Rк будет равно нулю. Значит,
Uкэ → Eк.
II) Режим насыщения – это режим, когда оба перехода – и эмиттерный, и коллекторный открыты, в транзисторе происходит свободный переход носителей зарядов, ток базы будет максимальный, ток коллектора будет равен току коллектора насыщения.
Произведение Iк.н ∙ Rк будет стремиться к Eк. Значит, Uкэ → 0.
III) Линейный режим – это режим, при котором эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
слайд 17
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
лекция3
3.10 Ключевой режим работы транзистора
Ключевым режимом работы транзистора называется такой режим, при котором рабочая точка транзистора скачкообразно переходит из режима отсечки в режим насыщения и наоборот, минуя линейный режим.
Рис.15 Временные диаграммы входного и выходного напряжения в ключевом режиме работы БТ