§ 21. ТРАНЗИСТОРЫ

Транзисторы — это полупроводниковые приборы с двумя или более р-n-переходами, позволяющие усиливать электрические сигналы и имеющие три вывода и более.

Их подразделяют на две большие группы: биполярные и униполярные.

Биполярные транзисторы имеют трехслойную структуру с чередующимися типами электропроводности.

Различают прямые (р-n-р) и обратные (n-р-n) транзисторы (рис. 97). От каждого слоя имеется вывод: эмиттер Э, база (или основание) Б и коллектор К. Переход между базой и эмиттером называют эмиттерным а между базой и коллектором — коллекторным.

►   В зависимости от общего электрода для входной и выходной цепей транзисторы можно включать тремя разными способами: по схеме с общим эмиттером ОЭ (получают наибольшее усиление), по схеме с общей базой ОБ (наибольшая стабильность в работе) и по схеме с общим коллектором ОК (обладает высоким входным и низким выходным сопротивлением).

Рис. 97. Прямой (а) и обратный (б) биполярные транзисторы

Рис. 98. Питание постоянным током р-n-р-(а) и n-р-n-(б) биполярных транзисторов

Для усиления эмиттерный переход транзистора и его коллекторный переход включают так, как показано на рис. 98, а, б. При этом эмиттерный переход смещается в прямом направлении (к р-области подключен положительный полюс источника тока, а к n-области — отрицательный). Это приводит (рис. 98, б) к инжекции электронов из эмиттера n в базу р. Около одной десятой части электронов рекомбинируют с дырками в области базы и через нее проходит слабый ток I_Б. Остальные электроны проходят слой базы под влиянием напряжения, питающего коллектор. В цепи проходит коллекторный ток I_К>I_Б.

Если на вход (эмиттер—база) подано переменное напряжение (рис. 99, а—в), то происходит изменение I_Б и I_К. С сопротивления нагрузки R_Т снимают выходной сигнал и подают его для дальнейшего использования.

Рис. 99. Схемы включения транзисторов по схемам: а — с ОЭ; б — с ОБ; в — с ОК

Рис. 100. Статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ: а — выходные; б — входная; в — усиления

Когда R_Т=0, то режим статичен. В этом случае зависимости между токами и напряжениями транзистора называют статическими характеристиками. Для разных схем включения они различны.

По статическим характеристикам (рис. 100, а—в), например, транзистора, включенного по схеме с ОЭ, можно найти выходное сопротивление (около 20— 50 кОм):

входное сопротивление (около 1—5 кОм)

и коэффициент усиления по току

Чем больше усиление, тем выше .

Максимальные параметры транзисторов: максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора, максимально допустимые напряжения переходов коллектор — эмиттер и коллектор — база, максимально допустимый коллекторный ток, максимальная (предельная) частота генерации и др. Их можно найти в справочной литературе.

Рис. 101. Условные обозначения униполярных р-n-транзисторов с каналами n-(а) и р-(б) типа

Рис. 102. Униполярные МПД-транзисторы с встроенным р-каналом (а), с встроенным n-каналом (б); с индуцированным р-каналом (в); с индуцированным n-каналом (г)

Униполярные, или полевые, транзисторы имеют большое входное сопротивление (свыше 10 МОм). Их подразделяют на две большие группы:

транзисторы с управляющим р-n-переходом с каналом n-или р-типа (рис. 101, а, б соответственно).

У МДП (металл — диэлектрик — полупроводник)-транзисторов управляющий электрод изолирован слоем диэлектрика.

В зависимости от конструкции различают транзисторы с встроенным р- или n-каналом (рис. 102, а, б) и с индуцированным р- или n-каналом (рис. 102, в, г).

Электроды таких транзисторов называют истоком (от него начинают движение основные носители заряда), стоком (к нему движутся основные носители) и затвором (к нему прикладывают управляющее напряжение).

Транзисторы используют для генерации, усиления и преобразования электрических сигналов. В импульсных схемах они работают в режиме «ключа», когда транзистор может находиться только в двух состояниях: включенным (открытым), либо выключенным (закрытым). Переход из одного состояния в другое происходит очень быстро, что отвечает основным требованиям большого быстродействия.

В зависимости от используемого полупроводника транзисторы бывают кремниевые или германиевые; от механизма движения носителей заряда — диффузионные, или дрейфовые.

Униполярные транзисторы могут быть маломощными (Р_mах<0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 1,2 Вт) и мощными (свыше 1,2 Вт). В зависимости от предельной частоты они бывают низкочастотными (f_mах<ЗМГц), среднечастотными (3—30 МГц), высокочастотными (от 30 до 300 МГц) и сверхвысокочастотными (свыше 300 МГц).