Автоматическая система контроля

Автоматизация технологических процессов

Принцип действия транзисторов

На каждый p-n переход транзистора может быть подано как прямое, так и обратное напряжение. Соответственно различают четыре режима работы транзистора: режим отсечки - на оба перехода подано обратное напряжение; режим насыщения - на оба перехода подано прямое напряжение; активный режим - на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный - обратное; инверсный режим - на эмиттерный переход подано обратное напряжение, а на коллекторный - прямое.

При работе транзистора в качестве усилителя эмиттерный переход включают в прямом направлении, т. е. он открыт (p-n переход узкий), а коллекторный включают в обратном направлении, т.е. он закрыт(p-n переход широкий).

Источник питания Ебэ подключён к эмиттерному переходу в прямом напряжении (плюсом к эмиттеру) и через эмиттерный переход проходит прямой ток. При этом из эмиттера в базу инжектируются дырки , а из базы в эмиттер - электроны. То есть ток эмиттера состоит из двух составляющих: электронной и дырочной:

IЭ=IЭ диф=IЭр+IЭn=IЭБО (6)

Так как pэ»nб ( эмиттер легирован значительно сильнее базы), то дырочная составляющая тока эмиттера оказывается много больше электронной составляющей IЭp»IЭn, которая замыкается через цепь базы и не может участвовать в создании тока коллектора. Поэтому её и стремятся сделать по возможности малой. Отношение называется коэффициентом инжекции ( или эффективностью эмиттера).

γ=IЭр /IЭ=IЭр /(IЭр+IЭn)=1/(1+IЭn /IЭр) (7)

Коэффициент инжекции близок к единице: γ =0,98-0,995. Инжектированные из эмиттера дырки в базе оказываются неосновными носителями, и они двигаются главным образом за счёт диффузии, стремясь равномерно распределиться по всему объёму базы. Так как толщина базы мала, большинство дырок не успевает рекомбинировать в ней и достигает коллекторного перехода. Но некоторое количество дырок всё же успевает рекомбинировать с электронами проводимости в базе, тем самым, вызывая дополнительный приток электронов в базу из внешней цепи.

Это обусловливает разделение дырочной составляющей тока эмиттера:

IЭp=Iку+IЭpeк

Iку - управляемая часть тока эмиттера, замыкающаяся через коллекторную цепь и определяемая дырками, дошедшими до коллекторного перехода;

Iэрек - рекомбинационная составляющая тока эмиттера ,которая замыкается через цепь базы и характеризует потери инжектированных дырок.

Отношение называется коэффициентом переноса.

ξ=Iку/Iэр=Iку/(Iку+Iэрек) (8)

В основном рекомбинация происходит в пассивной области базы, но у правильно сконструированного кристалла Iэр» Iэрек и поэтому коэффициент переноса близок к единице: ξ=0,988-0,995.

Итак, у бездрейфового транзистора при обычном его режиме работы значения γ и ξ близки к единице. Поэтому и отношение называемое интегральным коэффициентом передачи тока эмиттера также оказывается близким к единице: h21б=0,95-0,99.

h21б=Iку/Iэ=(Iку/Iэр)(Iэр/Iэ)=ξγ (9)

Этот коэффициент показывает, какая часть тока эмиттера замыкается через коллекторную цепь, а также характеризует управляющие свойства транзистора. Вблизи коллекторного перехода поток дырок попадает под действие электрического поля этого обратносмещённого перехода, что вызывает быстрый дрейф дырок через коллекторный переход в область коллектора (их экстракцию). В коллекторе дырки становятся основными носителями зарядов, они легко доходят до коллекторного вывода, создавая ток во внешней цепи транзистора. Нужно сказать, что при подключении обратного коллекторного напряжения происходит увеличение потенциального барьера и толщины коллекторного перехода, который увеличивается за счёт области базы.

В коллекторной цепи ( при отсутствии тока эмиттера, т.е. Iэ=0) появляется слабый ток обратно включённого p-n перехода.

Этот ток называют обратным током коллектора и обозначают Iкбо. Он в основном определяется концентрацией неосновных носителей (дырок) в базе, т.к. при рк»рб, концентрация неосновных носителей в коллекторе оказывается пренебрежимо малой.

Сопротивление обратносмещённого коллекторного перехода очень велико - несколько МегаОм и более. Поэтому в цепь коллектора можно включать весьма большие сопротивления нагрузки, не изменяя величину коллекторного тока. Соответственно в цепи нагрузки может выделяться значительная мощность. Сопротивление прямосмещённого эмиттерного перехода, напротив весьма мало (при токе 1mA оно составляет около 25Ом). Поэтому при почти одинаковых токах мощность, потребляемая в цепи эмиттера, оказывается несравненно меньше, чем мощность, выделяемая в цепи нагрузки. Следовательно, транзистор способен усиливать мощность, т.е. является усилительным прибором. Перейти на страницу: 1 2

Другие статьи по теме

Микропроцессорный тахометр Развитие микроэлектроники и широкое ее применение в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время ...

Блокинг-генераторы Блокинг-генератором называется однокаскадный усилитель, охваченный глубокой обратной связью с помощью трансформатора. Он может работать в автоколебательном, ждущем режиме и в режимах син ...

Медианная фильтрация медианный фильтрация цифровой сигнал Цифровая обработка сигналов нашла широкое применение в различных сферах деятельности: телевидении, радиолокации, связи, метеорологии, сейсмологии, ме ...