Биполярный транзистор

Первый точечный транзистор
Изображение первого промышленного образца

Принцип действия биполярного транзистора
Так как ЭП смещен в прямом направлении, то потенциальный барьер (как в обычном p-n-переходе) в этом переходе понижен, поэтому электроны легко, его преодолевая, инжектируются из эмиттера в базу. Небольшая часть электронов (≈5%) в базе рекомбинируют с дырками и в результате возникает сравнительно небольшой базовый ток Iб (дырок в базе мало, т.к. толщина база мала), а бóльшая оставшаяся часть электронов (≈95%) достигает коллекторного перехода. Поскольку КП смещен в обратном направлении, то на этом переходе образуются объемные заряды (подобно обычному p-n-переходу при обратном напряжении). Между зарядами возникает электрическое поле, которое способствует продвижению (экстракции) через КП электронов из эмиттера. Эти электроны и создают коллекторный ток. Ток коллектора Iк получается меньше тока эмиттера Iэ на величину тока базы Iб. В соответствии с 1 законом Кирхгофа между токами всегда справедливо соотношение:
Напряжения на переходах задаются внешними источниками постоянного напряжения Eб и Eк : Eб (десятые доли В) < Eк (единицы сотни В). Их полярность и величина обеспечивают смещение ЭП в прямом направлении, а КП – в обратном.

Основные параметры биполярного транзистора

Схемы включения биполярного транзистора

Статические вольт- амперные характеристики

Схема с ОЭ
При Uкэ=0 входная характеристика представляет собой прямую ветвь ВАХ двух параллельно включенных диодов. Смещение характеристик вправо обусловлено эффектом модуляции базы: с ростом Uкэ растет Uкб => толщина обратно смещенного КП увеличивается, а толщина базы уменьшается => в базе рекомбинирует меньше носителей и => ток Iб уменьшается.

Схема с ОЭ
Характеристика при Iб = 0 соответствует режиму отсечки, при этом из Э в К течет ток неосновных носителей заряда Iк0.
На выходных характеристиках можно выделить области.
1. Нелинейная область с сильной зависимостью Iк от Uкэ. При малых Uкэ КП смещен в прямом направлении (режим насыщения).
2. Линейная область. КП смещен в обратном направлении (активный режим). Здесь наблюдается слабая зависимость Iк от Uкэ. Небольшой подъем характеристик объясняется эффектом модуляции базы.
Эффект модуляции. При увеличении Uкэ толщина базы уменьшается => ток Iб уменьшается (аналогично случаю для входной характеристики), но т.к. ток базы необходимо поддерживать постоянным (Iб = const) приходится увеличивать по модулю Uбэ. За счет этого ток Iб увеличивается, и ток Iк = Iб·β тоже возрастает.

Режимы работы БТ
активный (усилительный) используется в усилителях и генераторах:
КП смещен в обратном направлении;
ЭП смещен в прямом направлении;
режим отсечки (транзистор заперт) используется в ключевых схемах (ключ разомкнут);
КП, ЭП смещены в обратном направлении;
режим насыщения (транзистор открыт) используется в ключевых схемах (ключ замкнут);
КП, ЭП смещены в прямом направлении;
инверсный режим (К и Э меняют местами) используется редко, т.к. все параметры падают:
КП смещен в прямом направлении;
ЭП смещен в обратном направлении.

h-параметры транзистора

Физический смысл h-параметров транзистора

Схема с ОЭ