ОЕ Л-5 +( БТ) Курсанту

1.

ОСНОВИ
ЕЛЕКТРОНІКИ
Тема 2
Активні елементи електричних кіл
Active elements of electric circuits
Лекція 5
Фізичні процеси в біполярних
транзисторах
Physical processes in bipolar transistors

2.

НАВЧАЛЬНІ ПИТАННЯ:
1. Будова, умовні графічні
позначення, основні параметри,
маркування та режими роботи
біполярних транзисторів.
2. Схеми включення біполярних
транзисторів.

3.

МЕТА ЗАНЯТТЯ:
-
Засвоїти особливості будови,
параметрів та маркування
біполярних транзисторів;
-
Ознайомитися із схемами
включення біполярних
транзисторів.

4.

Навчальна література:
Л 1.
Комп’ютерна електроніка: Навч. Посіб. –
Житомир: ЖВІ, 2017. – 613 с. (стор. 122–159).
Л 2. Шабатура Ю., Ільків І., Цибуляк Б., Дверій О.
Електротехніка, електроніка та автоматика у військовій
техніці. Навчально-методичний
посібник. – Львів:
Національна академія сухопутних військ, 2022. – 203 с.
Л 3. STANAG 4093. Mutual acceptance by NATO member
countries of qualification of electronic and electrical
components for military use (Електронні компоненти для
військового використання – АPP-30).
Л 4. Torrieri N. Electronic devices elements. – Boston:
SWMA University, 2018. – 324 р.

5.

Голосарій терменів
Біполярний транзистор - Bipolar transistor
База - Base
Емітер - Emitter
Колектор - Collector
Активний режим - Active mode
Режим відсічки - Cutoff mode
Режим насичення – Saturation mode
Інверсний режим - Inverse mode

6.

ВСТУП
Напівпровідники
Германій Ge
4-х
Домішки
Фосфор P
Мишяк As
5-ти
валентний
НП
n-типу
Індій In
Алюміній Al
3-х
Галій Ga
валентний
НП
p-типу
валентний
Кремній Si
4-х
валентний

7.

8.

9.

Для:
германію φкGe=(0,2÷0,4)[В];
кремнія φкSi=(0,5÷0,7)[В];
НП-ів з бар’єром Шотткі
φкБШ =(0,2 ÷ 0,3)[В].

10.

1. Пряме включення
р
+
n
+
+
+
-
+
-
_
-
- Струм через p-n перехід тече за рахунок основних носіїв
заряду
- Опір переходу малий, струм великий.
- Таке включення називається прямим, в прямому напрямі
p-n перехід добре проводить електричний струм

11.

2. Зворотне включення
р
_
n
+
+
+
-
+
-
+
-
- Основні носії заряду не проходять через p-n перехід
- Опір переходу великий, струм практично відсутній
- Таке включення називається зворотнім, в зворотному
напрямку p-n перехід практично не проводить
електричного струму

12.

13.

1. Будова, види та маркування
біполярних транзисторів.
БТ – це
радіокомпонент, який
складається з трьох шарів НП-го
матеріалу з почерговими протилежними
типами електропровідності:

14.

Класифікація транзисторів по структурі:
ТРАНЗИСТОРИ
БІПОЛЯРНІ
p-n-p
n-p-n
ПОЛЬОВІ

15.

здатний невеликим вхідним
сигналом управляти значним
струмом у вихідному колі

16.

n–p–n
транзистор
ЕБЕ Б ЕКЕ
Б
Е
Б
n К
n + -p -+
+ - -+
+ - -+
Е
К
р–n–p
Е
К
транзистор
Б
ЕБЕ
Е
p
ЕКЕ
- +n+ -
- +
- +
+ + -
Б
p
Б
К
Е
К
Е
К
Рис. 1. Будова, УГЗ та діодні схеми заміщення БТ

17.

•Область транзистора, яка розташована
між переходами називається базою (Б).
•Область транзистора, основним
призначенням якої є інжекція носіїв в
базу, називають емітером (Е).
• Область, основним призначенням
якої є екстракція носіїв з бази колектор (К).

18.

Конструктивно площу переходу К – Б
виготовляють більшою за
площу
переходу Б – Е (SК-Б > SБ-Е), а шар бази
дуже тонким.

19.

Класифікація транзисторів:
За матеріалом напівпровідника:
германієві або кремнієві та сполуки галію.
(позначаються Г, К, А (або 1,2,3)).
За технологією виготовлення.
За особливостями роботи.
За призначенням.
За потужністю:
МП (>0,3Вт), СрП (0,3…3Вт), П (<3Вт).
За діапазоном робочих частот:
НЧ (>3МГц), СрЧ (3…30МГц), ВЧ (<30МГц).

20.

Кількість
елементів
маркування
6
7
Потужність, Вт
Гранична
частота, МГц
< 3 < 30 > 30 30…300
>300
Мала
< 0,3
Середня 0,3…1,5
Велика
> 1,5
1
4
7
2
5
8
3
6
9
-
-
Мала < 1
Велика
>1
-
1
7
-
2
8
3
9
Приклади:
КТ315А – кремнієвий БТ загального призначення,
малої потужності (< 0,3 Вт), високої частоти (> 30
МГц), розробка №15, група параметрів А;
1Т8216Б – германієвий БТ спеціального призначення,
великої (більше 1 Вт) потужності, середньої (30÷300
МГц) частоти, розробка № 216, група параметров Б.

21.

Параметри біполярних транзисторів:
максимально допустимі параметри
визначають
значення
конкретних
режимів
БТ,
які
не
повинні
перевищуватися при будь-яких умовах
експлуатації:
UКБmax – максимально допустима
постійна напруга К-Б;
UКЕmax – макс. доп. пост. напруга К-Е;
UЕБmax – макс. доп. пост. напруга Е-Б;

22.

ІКmax – макс. доп. пост. струм К.;
ІБmax – макс. доп. пост. струм Б.;
Рmax – макс. доп. пост. потужність, яка
розсіюється на БТ.

23.

Теплові параметри – характеризують
стійкість БТ при роботі в широкому
діапазоні температур і визначають
зв’язок між потужністю що розсіюється
на БТ та температурою його областей;
Tmax – максимальна температура p-n
переходу (Тmax (Ge) = 80 ÷ 100 oC,
Тmax (Sі) =150 ÷ 200 oC);
Тmin – мінімальна температура;

24.

Високочастотні
параметри
–
характеризують транзистори на високих
частотах:
fГР – гранична частота – це частота,
вище якої Т. не може використовуватися
у якості підсилювального елемента;
fmax – максимальна частота генерації –
найбільша частота, при якій Т. здатен
генерувати в схемі автогенератора.
За всіма параметрами граничних
режимів рекомендується мати запас
не менше 25%.

25.

Залежно від способу увімкнення
напруг зовнішніх джерел живлення до
р-n переходів розрізняють режими
роботи БТ:
активний,
насичення,
відсічки,
інверсний.

26.

Режими роботи біполярних транзисторів:
Режими
АКТИВНИЙ
НАСИЧЕННЯ
ВІДСІЧКИ
ІНВЕРСНИЙ
Перехід Б-Е
ВІДКРИТИЙ
ВІДКРИТИЙ
ЗАКРИТИЙ
ЗАКРИТИЙ
Перехід К-Б
ЗАКРИТИЙ
ВІДКРИТИЙ
ЗАКРИТИЙ
ВІДКРИТИЙ

27.

Активний
режим
роботи
БТ
використовується
для
підсилення
сигналів.
Стани відсічки та насичення БТ
використовуються
для
ключового
режиму роботи приладів цифрової
техніки.
В інверсному активному режимі БТ
функції емітера та колектора міняються
місцями, а їх підсилювальні властивості
погіршуються.

28.

2. Схеми включення біполярних
транзисторів

29.

Активний режим роботи БТ
ЕКБ
Е
n _ _
_
_ _
_
_
_ _ _
_
_
–
_ _
ІЕ
p
+
+
+
+
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
_
n_
– _
_
_
_
_
_
ІК
ІБ
–
+
UБЕ
К
Б
–
+
UКБ

30.

Струм колектора Ік визначається як:
Ік = Іб
де – коефіцієнт передачі струму бази в коло
колектора БТ, = 20÷1000.
ІЕ = Ік + ІБ.

31.

Таким чином, один з електродів БТ
є спільним як для вхідного, так і для
вихідного кіл.
Залежно від того, який електрод БТ
є спільним, у конкретній схемі
розрізняють три схеми увімкнення
БТ із спільними:
• базою (СБ);
• емітером (СЕ);
• колектором (СК).

32.

Схеми включення БТ в режимі підсилення
Спільна база
Спільний емітер
Спільний колектор

33.

В схемі із СЕ:
ІВХ =ІБ; ІВИХ=ІК; UВХ= UБЕ; UВИХ = UКЕ;
=ІВИХ/ІВХ=ІК /ІБ >>1;
Схема забезпечує підсилення
напругою та за струмом.
за

34.

В схемі із СК:
ІВХ = ІБ; ІВИХ = ІЕ;
Струм
через
навантаження в (1 + )
раз більший, ніж вхідний.
Схема із СК забезпечує значне
підсилення за струмом. У той же час
UВИХ< UВХ. (емітерний повторювач напруги)

35.

В схемі із СБ:
ІВХ =ІЕ; ІВИХ =ІК; UВХ = UЕБ; UВИХ = UКБ;
β=ІВИХ/ІВХ=ІК /ІЕ<1;
Схема забезпечує підсилення за
напругою, збільшується частотний
діапазон роботи.

36.

Параметри схем включення БТ
Примітка
СЕ
середнє високе велике велике
СК
дуже
велике
СБ
мале
дуже
1
велике
низьке
дуже
велике
1
високе
дуже
велике
часто викор.
велике
не часто
викор.
велике
рідко викор.

37.

Висновки:
БТ
суттєво
відрізняється
від
попередньо розглянутих НП р.к.. На
його основі можна будувати вузли, які
мають два різні електричні кола – вхідне
та вихідне.
Струм
вхідного
кола
забезпечує
керування струмом вихідного кола.
Завдяки цьому та наявності потужного
джерела постійної ЕРС, БТ є активним
р.к. з нелінійними ВАХ Б-Е та К-Б р-n
переходами.