Struktura a princip činnosti bipolárního tranzistoru.

Hezký den všem, v dnešním článku zahájíme diskuzi na velmi důležité a rozsáhlé téma věnované tranzistory. Rozebereme teoretické aspekty, strukturu, typy, zvážíme princip fungování na praktických příkladech, metodiku výpočtu obvodů, obecně se toho pokusíme co nejvíce dotknout. Aby byla diskuse co nejstrukturovanější a nejsrozumitelnější, bude materiál rozdělen do přehledných sekcí a různých článků. A protože tranzistory lze okamžitě rozdělit do dvou velkých tříd, a to – bipolární и pole, pak to uděláme – začneme podrobnou analýzou bipolárních a poté, co je kompletně prostudujeme, přejdeme k terénním.

Konstrukce bipolárního tranzistoru.

To znamená, že dostáváme dva typy bipolárních tranzistorů – npn a pnp. Založme celou diskuzi na příkladu tranzistorů npn, podstata pro pnp bude stejná:

Tyto tři polovodičové oblasti se nazývají:

Typ vodivosti emitoru a kolektoru je stejný, ale technologicky se poměrně výrazně liší. Za prvé, celková plocha spojení báze-emitor je mnohem menší než celková plocha spojení báze-kolektor. Proč se to stalo, zjistíme o něco později. A za druhé, oblast kolektoru obsahuje mnohem méně nečistot než oblast emitoru.

Princip činnosti bipolárního tranzistoru.

Tranzistor tedy obsahuje dva pn přechod (základ-základna a základna-kolektor). Pokud se na svorky tranzistoru nepřivede žádné vnější napětí, pak se na každém z pn přechodů vytvoří oblasti ochuzené o volné nosiče náboje. Vše je úplně stejné jako zde:

V aktivním režimu je přechod emitor-báze (přechod emitoru) předpjatý dopředu a přechod kolektoru je obrácený.

Od přechodu základna emitoru je dopředně zaujatý, pak vnější elektrické pole přesune elektrony z oblasti emitoru do oblasti báze. Tam budou částečně interagovat s dírami a rekombinovat se.

Ale většina elektronů dosáhne přechodu základna-sběratel (je to způsobeno tím, že základní plocha je konstrukčně velmi tenká a obsahuje malé množství nečistot), která je již posunuta opačným směrem. A v tomto případě bude vnější elektrické pole opět asistovat elektronům, konkrétně jim pomůže vklouznout do oblasti kolektoru.

Výsledkem je, že kolektorový proud je přibližně stejný jako proud emitoru:

I_k = alfa I_e

Koeficient alfa je číselně roven 0.9. 0.99. Ve stejnou dobu:

I_e = I_b + I_k

Co se stane, když zvýšíme základní proud? To způsobí, že se přechod mezi emitorem a bází otevře ještě více, což umožní, aby do oblasti kolektoru proudilo více elektronů (vše podél stejné trasy, o které jsme diskutovali). Vyjádřeme proud emitoru z prvního vzorce, dosadíme ho do druhého a dostaneme:

frac = I_b + I_k

Kolektorový proud vyjadřujeme proudem báze:

I_к = frac I_b = beta I_b

Koeficient beta je obvykle 100-500. Zanedbatelný základní proud tedy pohání mnohem větší kolektorový proud. To je v podstatě princip fungování bipolárního tranzistoru.

Koeficient spojující velikost kolektorového proudu s velikostí proudu báze se nazývá proudové zesílení a označuje se h_. Tento koeficient je jednou z hlavních charakteristik bipolárního tranzistoru. V následujících článcích se budeme zabývat tranzistorovými spínacími obvody a blíže se podíváme na tento parametr a jeho závislost na provozních podmínkách.

Provozní režimy.

Takže jsme zvážili aktivní režim činnosti tranzistoru (přechod emitor-báze je otevřený, přechod kolektor-báze je uzavřen), ostatní nebudeme ignorovat.

Režim cut-off. Oba pn přechody jsou uzavřeny. Navíc je důležité poznamenat, že přechod mezi emitorem a bází se otevírá od určité hodnoty aplikovaného propustného napětí (ne od nuly). Toto napětí je obvykle asi 0.6 V. To znamená, že v režimu cut-off jsou oba přechody buď obráceně, nebo kolektorový přechod je obrácený a emitorový přechod je dopředný, ale hodnota napětí nepřesahuje 0.6 V.

V tomto režimu jsou přechody značně ochuzeny o volné nosiče náboje a tok proudu se téměř úplně zastaví. Jedinou výjimkou jsou malé boční proudy přechodů. V ideálním případě (bez svodových proudů) je tranzistor v režimu cutoff ekvivalentní otevřenému obvodu.

Režim sytosti. Obě spojení jsou otevřená a v důsledku toho se většina nosičů náboje aktivně pohybuje od kolektoru a emitoru k základně. V bázi se objevuje přebytek nosičů náboje, klesá její odpor i odpor pn přechodů a mezi emitorem a kolektorem začíná protékat proud. V ideálním případě je tranzistor v tomto režimu ekvivalentní uzavření obvodu.

Bariérový režim. Určitě se na to podíváme podrobněji, ve zkratce jde o to, že základna je připojena přímo nebo přes malý odpor ke kolektoru; To je ekvivalentní použití diody s rezistorem v sérii.

To jsou všechny hlavní provozní režimy bipolárního tranzistoru. V rámci studia tranzistorů je toho ještě hodně co probrat, ale pro dnešek článek dokončujeme. Děkujeme za pozornost a těšíme se na další setkání na našich stránkách