Биполярные и полевые транзисторы

Биполярные и полевые транзисторы

полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Основные функции транзистора: усилитель и переключатель

Слово «транзистор» образовано от двух английских слов translate и resistor, то есть, иными словами, это преобразователь сопротивления

ТРИОД

• Имеет три электрода: термоэлектронный катод , анод и одну управляющую сетку.
• Лампа могла работать в качестве усилителя тока, а в 1913 году на её основе был создан автогенератор.
• В 1914 год Н. Д. Папалекси изготовил первые русские трёхэлектродные электронные лампы.

Ли де Форест

1907

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs создали биполярный транзистор .

В 1956 награждены Нобелевской премией по физике,

Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн

• транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм.

1947

ПОЛЕВОЙ (УНИПОЛЯРНЫЙ) ТРАНЗИСТОР

предложил метод управления током в образце путём подачи на него поперечного электрического поля, которое, воздействуя на носители заряда, будет управлять проводимостью

Юлий Эдгар Лилиенфельд

1928

ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР

• регулирование сопротивления токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением;
• использует один тип основных носителей – электроны или дырки.

• канал слой проводника, по которому про
• исток (source ) — электрод, из которого в канал входят основные носители заряда;
• сток ( drain ) — электрод, через который из канала уходят основные носители заряда;
• затвор ( gate ) — электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала.

n – канал, p- канал

Принцип работы полевого транзистора

• При подаче напряжения на затвор между затвором и каналом появляется пространство, через которое протекает ток.
• Ширина этого канала регулируется напряжением, которое подаётся на затвор.
• Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

ПАРАМЕТРЫ ПОЛЕВГО ТРАНЗИСТОРА

• Входное сопротивление.
• Амплитуда напряжения на затворе.
• Полярность.

ВАХ полевого транзистора

Выходной характеристикой называют график, на котором изображена зависимость тока стока от Uси (приложенного к выводам стока и истока), при различных напряжениях затвора.

ВАХ полевого транзистора

Верхняя ветвь– ток при нулевом напряжении на затворе

Область насыщения (активная область)

«Омическая область» линейный участок открытое состояние, транзистор ведет себя как резистор

Область пробоя, здесь транзистор находиться не должен

Чем больше напряжение Uзи, тем меньше ток стока.

Стоко-затворная характеристика

зависимость тока стока от напряжения на затворе при одинаковом напряжении стока-исток

• чем ближе напряжение Uзи к 0, тем больший ток стока.
• Крутизна характеристика показывает, насколько растёт ток стока при увеличении напряжения затвор-исток при неизменяемом напряжении сток-исток.

http://electrik.info/main/praktika/1388-polevye-tranzistory.html

Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

с общим стоком

Усиление по напряжению близко к 1, большое входное сопротивление, а выходное низкое. Другое название – истоковый повторитель

ОС  ОК.

с общим затвором

Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, усиления нет., используется в усилит. технике СВЧ.

ОЗ  ОБ.

с общим истоком

Каскад с ОИ даёт усиление по току и ОИ  ОЭ

Полевые транзисторы с изолированным затвором

• используется в качестве полупроводниковых управляемых ключей в ключевом режиме (два положения «вкл» и «выкл»).
• В отличие от управляющего p-n-перехода он работает не на принципе расширения перехода и перекрытия канала, а на принципе изменения концентрации носителей заряда в полупроводнике под действием внешнего электрического поля.

1. МДП-транзистор (метал-диэлектрик-полупроводник).

2. МОП-транзистор (метал-окисел-полупроводник).

3. MOSFET -транзистор (metal-oxide-semiconductor

Полевой транзистор

с управляющим p-n- переходом (JFET) и каналом n-типа

с изолированным затвором ( MOSFET, МДП-транзисторы)

a) — с индуцированным каналом,

b) — со встроенным каналом

а) с затвором со стороны подложки; b) с диффузионным затвором

Моделирование Транзистор со встроенным каналом n-типа с нулевым напряжением на затворе:

Подадим на затвор -1В. Ток снизился в 20 раз.

Согласно параметрам на этот транзистор пороговое напряжение затвор-исток в районе одного вольта, а типовое его значение – 1.2 В.

Ток стал в микроамперах. Если еще немного повысить напряжение, он исчезнет полностью.

При изменении полярности напряжения на затворе появляется положительный потенциал, так как это режим обогащения.

Биполярные транзисторы

трёхэлектродный полупроводниковый прибор с двумя p-n -переходами

• перенос заряда осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками, поэтому прибор назвается «биполярный».

Применение транзисторов

• усилительные схем;
• генераторы сигналов;
• электронные ключи.

Общий вид и конструкция биполярных транзисторов

Выводы биполярного транзистора:

База – слой полупроводника, который является управляющим электродом.

Эмиттер - слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.

Коллектор- слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.

Схематичное изображение n-p-n транзистора

Режимы работы биполярного транзистора

«ЭБ» – открыт «КБ»- закрыт

«ЭБ» – открыт «КБ»- открыт

«ЭБ» – закрыт «КБ»- закрыт

Токопрохождение в биполярном транзисторе в режимах отсечки

Оба p-n перехода смещены в обратном направлении (оба закрыты).

Режим отсечки соответствует условию U ЭБ I Б =0

Токопрохождение в биполярном транзисторе в режимах насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб

0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт): U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. Токопрохождение в биполярном транзисторе в активном режиме по схеме с общей базой Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт): U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. " width="640"

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

• U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

• U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

• U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

Токопрохождение в биполярном транзисторе в активном режиме по схеме с общей базой

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

Схемы подключения биполярных транзисторов

С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора

С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера

С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора

Схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Коэффициент усиления по току I вых / I вх .

Входное сопротивление R вх = U вх / I вх

Схема включения с общей базой

• обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением.;
• имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению;
• не инвертирует фазу сигнала;
• коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I к / I э = α [α
• входное сопротивление R вх = U вх / I вх = U эб / I э;

• хорошие температурные и широкий частотный диапазон
• высокое допустимое коллекторное напряжение;
• малое усиление по току
• малое входное сопротивление

1]. Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = U бэ / I б . Большой коэффициент усиления по току. Большой коэффициент усиления по напряжению. Наибольшее усиление мощности. Можно обойтись одним источником питания. Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного. Имеет меньшую температурную стабильность. Слабые частотные свойства. " width="640"

Схема включения с общим эмиттером

• I вых = I к I вх = I б U вх = U бэ U вых = U кэ .
• Коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I к / I б = I к /( I э -I к ) = α/(1-α) = β [β1].
• Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = U бэ / I б .

• Большой коэффициент усиления по току.
• Большой коэффициент усиления по напряжению.
• Наибольшее усиление мощности.
• Можно обойтись одним источником питания.
• Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
• Имеет меньшую температурную стабильность.
• Слабые частотные свойства.

1]. Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = ( U бэ + U кэ )/ I б . Большое входное сопротивление. Малое выходное сопротивление. Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1. Схему с таким включением часто называют « эмиттерным повторителем ». " width="640"

Схема с общим коллектором

• Схема включения с общим коллектором. I вых = I э I вх = I б U вх = U бк U вых = U кэ .
• Коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I э / I б = I э /( I э -I к ) = 1/(1-α) = β+1 [β1].
• Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = ( U бэ + U кэ )/ I б .

• Большое входное сопротивление.
• Малое выходное сопротивление.
• Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.
• Схему с таким включением часто называют « эмиттерным повторителем ».

Основные параметры

Вольт-амперная характеристика биполярного транзистора

Технические характеристики транзисторов

• максимальный ток коллектора I к ma х ;
• максимальное напряжение коллектор-эмиттер U к-э ;
• максиамальная мощность рассеиваемая коллектором Р К ;
• предельная (граничая) частота усиления f max .

1,5 Вт. числа от 01 до 99 5 6 порядковый номер разработки или электрические свойства Буква от А до Я деление технологического типа приборов на группы. группы – кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б. КТ540Б " width="640"

Маркировка полупроводниковых транзисторов

состоит из шести элементов

К

1

Т

2

буква или цифра, указывает вид материала

9

Г(1) — германий;

К (2) — кремний;

А (3) — арсенид галия;

И (4) — индий.

2

3

буква, указывает тип транзистора

4

Т- биполярный

П- полевой

3-цифра, указывающая на функциональные возможности транзистора по допустимой рассеиваемой мощности и частотным свойствам.

0

А

малой мощности Pmax

1.низкочастотный, fгр

2. среднечастотный, 3

3. высокочастотный, 30

4…6- транзисторы средней мощности 0,3

7 … 9 - транзисторы большой мощности Pmax 1,5 Вт.

числа от

01 до 99

5

6

порядковый номер разработки или электрические свойства

Буква

от А до Я

деление технологического типа приборов на группы.

группы

– кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б.

КТ540Б