Биполярные транзисторы, полевые транзисторы, каскад на биполярном транзисторе

Биполярные транзисторы. Каскад на биполярном транзисторе

В полупроводниковой структуре биполярного транзистора два р-n перехода, перенос заряда осуществляется носителями двух полярностей - дырками и электронами. Данный вид транзистора используется для генерации или усиления электрических колебаний в электронных устройствах и в качестве коммутирующего элемента в схемах транзисторно-транзисторной логики. Существует несколько режимов работы биполярных транзисторов: нормальный активный (переход эмиттер-база открыт, переход коллектор-база закрыт), инверсный активный (эмиттерный переход - обратное смещение, коллекторный прямое), насыщенный режим (оба перехода открыты), режим отсечки и барьерный режим. Электрические токи в биполярных транзисторах имеют две основные составляющие: электрический ток носителей эмиттера и электрический ток неосновных носителей коллектора. Ток основных носителей эмиттера, частично проходящий через коллектор, тем самым образует ток основных носителей коллектора и частично рекомбинируется с носителями базы, таким образом образуя рекомбинированный ток базы. Ток неосновных носителей коллектора протекает через обратно смещенный переход коллектора и тем самым образует его обратный ток.

Биполярные транзисторы могут использоваться в качестве модуляторов, генераторов сигналов, усилителей, усилителей каскадов, инверторов, демодуляторов, а также в микросхемах на транзисторной логике.

Пример схемы биполярного транзистора изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема биполярного транзистора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: Е - эмиттер; В - база; С - коллектор

В активном усилительном режиме работы биполярный транзистор подключается таким образом, что его эмиттерный переход открыт (смещен в прямом направлении), а коллекторный закрыт (смещен в обратном направлении). В транзисторах типа n-р-n электроны (основные носители заряда) инжектируются в область базы. Некоторая часть электронов рекомбинирует с дырками (носители заряда в базе). Так как в большинстве моделей биполярных транзисторов база делается тонкой и слабо легированной, большинство электронов, которые были инжектированны из эмиттера, диффундируют в область коллектора, потому что продолжительность процесса рекомбинации велико. Сильное электрическое поле коллекторного перехода захватывает электроны из базы и затем переносит их в слой коллектора. Таким образом, электрический ток коллектора равен току эмиттера, за исключением небольшой потери в процессе рекомбинации, образующая электрический ток базы. Для производства биполярных транзисторов используются две основные технологии: эпитаксиально-планарная и диффузионно-сплавная

В биполярных транзисторах возможны три вида усилительного каскада, в зависимости от схемы подключения:

1. Подключение с общим эмиттером (каскад с общим эмиттером). Преимуществами данной схемы подключения являются большой коэффициент усиления по электрическому току и напряжению, большое усиление мощности, достаточно одного источника питания, выходное переменное напряжение может инвертироваться относительно входного, а основной недостаток заключается в небольшой температурной стабильности.
2. Подключение с общим коллектором (каскад с общим коллектором). Преимуществами данной схемы подключения являются большое входное и малое выходное напряжение, а к недостаток - коэффициент усиление меньше единицы.
3. Подключение с общей базой. Преимуществами данной схемы подключения являются высокое допустимое коллекторное напряжение, широкие частотный и температурный диапазон, к недостаткам относятся малые входное напряжение и усиление по току.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы очень востребованы в производстве аналоговых и цифровых интегральных схемах. Благодаря тому, что полевые транзисторы управляются электрическим полем, а не током (который протекает через базу), они потребляют гораздо меньше, чем биполярные транзисторы, из-за чего они широко применяются в схемах следящих и ждущих устройств, а также в реализации спящих режимов (схемы энергосбережения и малого потребления). Яркими примерами устройств на основе полевых транзисторов являются пульт дистанционного управления и электронные часы. Данные устройства могут работать несколько лет от одного небольшого источника - аккумулятор или батарея. В настоящее время полевые транзисторы все чаще используются при разработке и производстве разнообразных радиотехнических устройств, постепенно вытесняя биполярные транзисторы. Их использование способствует увеличению частоты несущего сигнала, что обеспечивает высокую степень помехоустойчивости. Из-за низкого сопротивления в открытом состоянии полевые транзисторы нашли применение в оконечных каскадах усилителей мощности усилителей мощности частот звука. Полевые транзисторы делятся на:

1. Транзисторы с управляющим p-n переходом. Данный транзистор представляет собой транзистор, у которого пластина из полупроводника имеет на противоположных концах электроды (сток и исток), при помощи которых она включается в управляемую цепь. Сама управляющая цепь подключается к затвору (третий электрод), благодаря чему образуется область с другим типом проводимости.
2. Транзисторы с изолированным затвором. Данный транзистор представляет собой транзистор, у которого затвор электрически изолирован от канала слоем диэлектрика. Существует две разновидности транзисторов с изолированным затвором: с индуцированным каналом и со встроенным каналом. В транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал между сильнолегированными областями стока и истока отсутствует, поэтому электрический ток появляется только при определенных полярности и значении напряжения на затворе относительно истока. В транзисторах со встроенным каналом у поверхности полупроводника при нулевом напряжении на затворе, относительно истока, на затворе существует инверсный слой, представляющий собой соединительный канал истока со стоком.