Transistors bipolaires

Le terme « transistor bipolaire » est lié au fait que deux types de porteurs de charge sont utilisés dans ces transistors : les électrons et les trous. Pour la fabrication des transistors, on utilise les mêmes matériaux semi-conducteurs que pour diodes.

Les transistors bipolaires utilisent une structure semi-conductrice à trois couches constituée de semi-conducteurs conductivité électrique différente deux jonctions p — n sont créées avec des types de conductivité électrique alternés (p — n — p ou n — p — n).

Les transistors bipolaires peuvent être structurellement non emballés (Fig. 1, a) (pour une utilisation, par exemple, dans le cadre de circuits intégrés) et fermés dans un cas typique (Fig. 1, b). Les trois broches d'un transistor bipolaire sont appelées base, collecteur et émetteur.

Riz. 1. Transistor bipolaire : a) structures p-n-p sans boîtier, b) structures n-p-n dans un boîtier

Selon la conclusion générale, vous pouvez obtenir trois schémas de connexion pour un transistor bipolaire : avec une base commune (OB), un collecteur commun (OK) et un émetteur commun (OE). Considérons le fonctionnement d'un transistor dans un circuit à base commune (Fig. 2).

Riz. 2. Schéma du transistor bipolaire

L'émetteur injecte (délivre) dans la base les porteurs de base, dans notre exemple de dispositif semi-conducteur de type n, ce seront des électrons. Les sources sont choisies telles que E2 >> E1. La résistance Re limite le courant de la jonction p — n ouverte.

A E1 = 0, le courant traversant le nœud de collecteur est faible (en raison des porteurs minoritaires), il est appelé courant de collecteur initial Ik0. Si E1 > 0, les électrons franchissent la jonction p — n de l'émetteur (E1 s'allume dans le sens direct) et entrent dans la région centrale.

La base est fabriquée avec une résistance élevée (faible concentration d'impuretés), de sorte que la concentration de trous dans la base est faible. Par conséquent, les quelques électrons entrant dans la base se recombinent avec ses trous, formant le courant de base Ib. Dans le même temps, un champ beaucoup plus fort agit dans la jonction p - n du collecteur du côté E2 que dans la jonction de l'émetteur, ce qui attire les électrons vers le collecteur. Par conséquent, la plupart des électrons atteignent le collecteur.

Les courants d'émetteur et de collecteur sont liés au coefficient de transfert de courant d'émetteur

à Ukb = const.

Est toujours ∆Ik < ∆Ie, et a = 0,9 — 0,999 pour les transistors modernes.

Dans le schéma considéré Ik = Ik0 + aIe »Ie. Par conséquent, le transistor bipolaire à base commune du circuit a un faible rapport de courant. Par conséquent, il est rarement utilisé, principalement dans les appareils à haute fréquence, où en termes de gain de tension, il est préférable aux autres.

Le circuit de commutation de base d'un transistor bipolaire est un circuit d'émetteur commun (Fig. 3).

Riz. 3. Allumer un transistor bipolaire selon le schéma avec un émetteur commun

Pour elle sur La première loi de Kirchhoff on peut écrire Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Sachant que 1 — a = 0,001 — 0,1, on a Ib << Ie » Ik.

Trouvez le rapport du courant de collecteur au courant de base :

Cette relation s'appelle le coefficient de transfert de courant de base... À a = 0,99, nous obtenons b = 100. Si une source de signal est incluse dans le circuit de base, alors le même signal, mais amplifié par le courant b fois, circulera dans le circuit collecteur, formant une tension aux bornes de la résistance Rk bien supérieure à la tension de la source du signal...

Évaluer le fonctionnement d'un transistor bipolaire sur une large gamme de courants, puissances et tensions pulsés et continus, et calculer le circuit de polarisation, le mode de stabilisation, les familles de caractéristiques volt-ampère (VAC) d'entrée et de sortie.

Une famille de caractéristiques d'entrée I — V établit la dépendance du courant d'entrée (base ou émetteur) sur la tension d'entrée Ube à Uk = const, fig. 4, a Les caractéristiques d'entrée I - V du transistor sont similaires aux caractéristiques I - V d'une diode en connexion directe.

La famille de caractéristiques de sortie I - V établit la dépendance du courant de collecteur à la tension à ses bornes à un certain courant de base ou d'émetteur (selon le circuit avec un émetteur commun ou une base commune), fig. 4, b.

Riz. 4. Caractéristiques courant-tension du transistor bipolaire: a - entrée, b - sortie

En plus de la jonction électrique n-p, une jonction Schottky métal-semi-conducteur-barrière est largement utilisée dans les circuits à grande vitesse. Dans de telles transitions, aucun temps n'est alloué à l'accumulation et à la résorption des charges dans la base, et le fonctionnement du transistor ne dépend que du taux de recharge de la capacité de barrière.

Riz. 5. Transistors bipolaires

Paramètres des transistors bipolaires

Les principaux paramètres permettent d'évaluer les modes de fonctionnement maximaux admissibles des transistors :

1) tension collecteur-émetteur maximale admissible (pour différents transistors Uke max = 10 - 2000 V),

2) dissipation de puissance de collecteur maximale autorisée Pk max - selon lui, les transistors sont divisés en basse puissance (jusqu'à 0,3 W), moyenne puissance (0,3 - 1,5 W) et haute puissance (plus de 1, 5 W), les transistors de puissance moyenne et élevée sont souvent équipés d'un dissipateur thermique spécial - un dissipateur thermique,

3) courant de collecteur maximal admissible Ik max — jusqu'à 100 A et plus,

4) limitant la fréquence de transmission du courant fgr (la fréquence à laquelle h21 devient égale à l'unité), les transistors bipolaires sont divisés en fonction de celle-ci :

• pour les basses fréquences — jusqu'à 3 MHz,

• moyenne fréquence — de 3 à 30 MHz,

• haute fréquence — de 30 à 300 MHz,

• ultra-haute fréquence - plus de 300 MHz.

Docteur en sciences techniques, professeur L.A. Potapov