Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (Основы электроники и микроэлектроники (книга)), страница 13

Большая их часть не успевает рекомбинировать с электронами базы и втягивается ускоряющим электрическим полем коплекторного перехода в область коллектора. Происходит экстракция дырок под действием обратного напряжения из базы в коллектор. Движение дырок в процессе экстракции из базы в коллектор создает ток коллектора /„. Незначительная часть инжектируемых из эмнттера в базу дырок рекомбинирует в области базы с электронами, количество которых пополняется из внешней цепи от источника Е,.

За счет этого в цепи базы протекает ток базы 7а. Он очень мал из-за небольшой толщины базы н малой концентрации основных носителей заряда — электронов. При этих условиях число рекомбинацнй, определяющих величину тока базы, невелико. Ток коллектора управляется током эмиттера: если увеличится ток эмиттера, то практически пропорционально возрастет ток коллектора Ток эмиттера может изменяться в больших пределах при малых изменениях прямого напряжения на эмиттерном переходе.

Для иллюстрации основных процессов на рис. 1.27 показаны потоки дырок в транзисторе р-и-р при инжекции их через эмиттерный переход ЭП и экстракцни через коллекторный переход КП. Дырки для наглядности обозначены белыми знаками «плюс» в черных кружочках, а электроны — окружностями со знакамн «мннус». Поток инжектируемых дырок разветвляется в базе на основную часть, втягиваемую в коллектор, и незначительную часть, рекомбинирующую с электронами. + Ез— + он Ф пр) )ц,йр) Рис ! 2! Илтюстрация процессов в транзисторе с поноцсью потоков носителей зарида Кроме того, показаны два процесса, которые по интенсивности неизмеримо меньше основных. Первый из них — генерация пар носителей заряда в области коллектора, обусловливающая его собственную электропроводность и вызывающая прохождение обратного тока коллекторного перехода !„„а .

Этот ток создается неосновными носителями заряда, концентрация которых зависит от температуры. Следовательно, обратный ток зависит от температуры; иногда его называют тепловым током. Второй процесс — движение электронов из базы в эмиттер в результате снижения потенциального барьера при прямом напряжении на эмиттерном переходе. Однако учитывая, что концентрация основных носителей заряда (электронов) в базе на два-три порядка меньше концентрации дырок в эмиттере, можно считать, что электронная составляющая прямого тока через ЭП очень мала и величину тока эмиттера 1, определяет дырочная составляюшая.

Электроны, перешедшие из базы в эмиттер, рекомбинируют в нем с дырками. Уход дырок из коллектора соответствует приходу на их место электронов из внешней цепи от источника питания Е„. Е. Рекомбинация электронов с дырками в базе н в эмиттере компенсируется пополнением их из внешней цепи от источника питания Е, н из коллектора за счет обратного тока 1„„,. Пополнение ушедших из эмнттера в базу дырок происходит за счет ухода электронов из эмиттера во внешнюю цепь под действием источника Е,. Токи трех электродов транзистора связаны соотношением: 1, = 1. + 1з.

Ток базы значительно меньше тока коллектора, поэтому для практических расчетов часто считают ток коллектора приближенно равным току эмиттера: 1„1,. Отношение 1„/1, = и называют статическим коэффициентом передачи тока эмиттера, или коэффициентом передачи постоянного тока. Принцип действия транзистора и-р-и аналогичен рассмотренному, но носителями заряда, создающими токи через р-п переходы в процессе инжекции и экстракцин, являются электроны; полярность источников Е, и Е„должна быть изменена на противоположную, соответственно изменятся и направления токов в цепях. На основании рассмотренных процессов можно сделать вывод, что транзистор как управляемый прибор действует за счет создания транзитного (проходящего) потока носителей заряда из эмиттера через базу в коллектор и управления током коллектора п тем изменения тока эмнттера.

Таким образом, биполярный пут' м транзистор управляется током. Ток эмиттера как прямой ток р-и перехода значительно изменяется при очень малых изменениях напряжения на эмиттерном переходе и вызывает, соответственно, большие изменения тока коллектора. На этом основаны усилительные свойства транзистора. Схема включения транзистора для усиления электрических колебаний содержит две цепи (рис.

1.28): входную и выходную. Входная цепь в в данном случае между эмиттером и базой— является управляющей; в нее последовательно с источником питания Е, включается источник слабых электрических колебаний (1,„, которые надо усилить. Электрические колебания, подаваемые во входную цепь, называют управляютцим, или усилиэаемым, сигналом. Выходная цепь — между коллектором и базой — является главной цепью; в нее последовательно с источником Е, включается нагрузка Й„, на которой надо получить уси- О ах Рис.

! 2З. Схема включении транзистора ллн усилении злектричесних колебаний Бн— + вз- При этих условиях изменения тока коллектора Ы„ практически равные изменениям тока эмиттера а1„ создают в усилителях низкой частоты на большом сопротивлении 11„ электрические колебания, мощность которых значительно превышает мощность колебаний в низкоомной входной цепи, т. е. происходит усиление электрических колебаний.

1.4.2. Схемы включения и статические характеристики транзисторов Транзистор имеет три электрода„ из которых в схеме включения один — входной, другой — выходной, а третий — общий для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой в. а б 6 Рис. !.29. Схемы включении транзистора типа и-р-и: о с общей базой ОБ; б — с общим змиттером ОЭ; з — с общим коллектором ОК электрод является общим, возможны три схемы включения транзистора — с общей базой ОБ, общим эмиттером ОЭ и общим коллектором ОК (рис. 1.29).

В схемах, на которых рассматривался принцип действия транзисторов и его использование для усиления электрических ленный сигнал. Источник усиливаемых колебаний малой мощности дает небольшое переменное напряжение и вызывает изменения эмитгерного тока; в результате происходят изменения коллекторного тока и напряжения на нагрузке.

Поскольку сопротивление коллекторного перехода, включенного в обратном направлении, очень велико, коллекторная цепь является высокоомной; в нее включается, соответственно, высокоомная нагрузка 11„. колебаний (см. рис. 1.26, 1.27, 1.28), входной электрод — эмиттер, выходной — коллектор, а общий, входящий и в цепь входа, и в цепь выхода„— база; следовательно, это была схема ОБ. При любой схеме включения в каждой цепи постоянный ток проходит от плюса источника питания через соответствующие области транзистора к минусу источника питания.

Стрелка эмиттера указывает направление проходящего через него тока. Во всех трех схемах сохраняется рассмотренный принцип действия транзистора, но свойства схем различны; они также отличаются характеристиками и параметрами. Рис. !.30. Схема дли снятия характеристик транаис- тора, включенного с общим ъмиттером Наибольшее значение при применении транзисторов имеют два вида характеристик — входные и выходные. Входной характеристикой называют зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении: /..

= /(Е4, ) при Е/,„„= сопз(. Выходной характеристикой называют зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе: /... = /(//„,.) при /,. = сонэ(. Вид характеристик транзистора зависит от способа его включения, но для схем ОЭ н ОК они практически одинаковы, поэтому пользуются обычно входными и выходными характеристиками для схем ОБ и ОЭ. Статические характеристики транзистора в схеме ОБ. Как было показано, в этой схеме входным электродом служит эмиттер, а выходным — коллектор.

Поэтому входное напряжение — это напряжение между эмиттером и базой //мы а выходное в между коллектором н базой //ха; входным током является ток эмиттера /„а выходным — ток коллектора /,. В любой схеме включения в каждой из двух цепей действует напряжение между двумя электродами и протекает ток: во входной цепи — (/,„ и /ею в выходной -- //„ „ и /„.„. Эти электрические величины определяют режим работы транзистора н взаимно влияют друг на друга. Характеристики транзистора представляют собой зависимость одной из этих величин от другой прн неизменной третьей величине.

Для того чтобы одну .из электрических величин можно было поддерживать постоянной, в схему для снятия характеристик надо включить только источники питания; нагрузку и источник усиливаемых колебаний не включают. Для регулирования напряжений включают потенциометры, а для измерения напряжений и токов — измерительные приборы. На рнс. 1.30 приведена схема для снятия характеристик транзистора п-р-п, включенного с общим эмиттером. При снятии каждой характеристики сначала устанавливают с помощью потенциометров значение постоянной величины, а затем, устанавливая последовательно разные значения изменяемой величины, определяют соответствующее значение зависящей от нее другой величины.