Биполярные транзисторы. Первый транзистор

1.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Лекция 3
Биполярные транзисторы
1. Структура, принцип работы
2. Характеристики
3. Схемы включения
Мудр — кто знает нужное, а не многое.
Эсхил
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
1

2. Первый транзистор

3. Первый транзистор 23 декабря 1947 года — американские физики Уильям Шокли (William Shockley), Джон Бардин (John Bardeen) и

Первый транзистор
23 декабря 1947 года — американские физики
Уильям Шокли (William Shockley), Джон Бардин
(John Bardeen) и Уолтер Браттейн (Walter
Brattain). В 1956 году - Нобелевская премия в
области физики.
Название «транзистор» придумал их коллега
Джон Пирс (John R. Pierce). Слово transistor
образовано путем соединения двух терминов:
transconductance (активная межэлектродная
проводимость) и variable resistor или varistor
(переменное сопротивление, варистор).

4.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Биполярные транзисторы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
4

5.

Биполярные транзисторы
Транзистор n-p-n типа
Весна 2016
Схема распределения токов
Эмиттер
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
База
Коллектор
5

6.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Взаимосвязь токов
I αI Э
'
K
(1)
- коэффициент передачи тока эмиттера
=0,95...0,99
Выходной ток транзистора:
I К I I КБ0
'
К
(2)
IКБ0 - обратный ток
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
6

7.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Ток в выводе базы:
I Б I I КБ0
'
Б
(3)
С учетом (1):
I К αI Э I КБ0
(4)
Поскольку IЭ>>IКБ0 , то
I К αI Э
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
(5)
7

8.

Биполярные транзисторы
Ток базы:
Весна 2016
IБ IЭ IК
(6)
С учетом (5):
или:
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
1
IБ IК IК
α
1 α
IБ
IК
α
8

9.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Отсюда:
IК
α
β
IБ 1 α
I К βI Б
(7)
(8)
- динамический коэффициент передачи тока
базы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
α
β
1 α
β
α
1 β
9

10.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Уменьшение коэффициентов и с
увеличением частоты
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
10

11.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Режимы работы транзисторов
Нормальный (активный) режим –
эмиттерный переход смещен в прямом
направлении, коллекторный – в
обратном.
Инверсный режим – коллекторный
переход смещен в прямом направлении,
эмиттерный – в обратном.
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
11

12.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Режимы работы транзисторов
Режим отсечки – оба перехода
транзистора смещены в обратном
направлении.
IК=IКБ0
IЭ 0 IБ -IКБ0
Режим насыщения – оба перехода
транзистора смещены в прямом
направлении.
IKmax< IЭ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
U КЭнас
1 α
Т
α
12

13.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Параметры, характеризующие
транзистор как усилительный
элемент
Коэффициенты усиления:
-по току kI= IВЫХ/ IВХ
-по напряжению kU= UВЫХ/ U ВХ
-по мощности kP=kI/kU= PВЫХ/ PВХ
-входное сопротивление RВХ=UВХ/IВХ
- выходное сопротивление RВЫХ= UВЫХ/ IВЫХ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
13

14.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Схемы включения транзисторов
Схема с общей базой (ОБ)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
14

15.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Схемы включения транзисторов
Схема с общей базой (ОБ)
ΔI К
k Iб
ΔI Э
k Uб
R ВХб
U ЭБ
IЭ
U Н
I К R Н
RН
α
U ЭБ I Э R ВХб
R ВХб
kUб »1, так как RН »RВХб
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
15

16.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Характеристики транзисторов
Выходные характеристики IК=f(UКБ)
схема с ОБ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
n-p-n
16

17.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Характеристики транзисторов
Выходные характеристики IК=f(UКБ)
p-n-p
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
схема с ОБ
17

18.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Характеристики транзисторов
Входные характеристики IЭ=f(UЭБ)
n-p-n
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
схема с ОБ
p-n-p
18

19.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Схемы включения транзисторов
Схема с общим эмиттером (ОЭ)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
n-p-n
19

20.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Схемы включения транзисторов
Схема с общим эмиттером (ОЭ)
ΔI К
k Iэ
β
ΔI Б
R ВХэ
k Uэ
U ЭБ U ЭБ I Э
IК IБ
R ВХб
R ВХб (β 1)
IБ
IЭ I Б
IБ
U Н
I К R Н
RН
RН
β
U ЭБ I Б R ВХэ
β R ВХб R ВХб
kUэ »1, так как RН »RВХб
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
20

21.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Характеристики транзисторов
Выходные характеристики IК=f(UКЭ)
n-p-n
схема с ОЭ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
p-n-p
21

22.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Характеристики транзисторов
Входные характеристики IБ=f(UБЭ)
n-p-n
схема с ОЭ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
p-n-p
22

23.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Схемы включения транзисторов
Схема с общим коллектором (ОК)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
n-p-n
23

24.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Схемы включения транзисторов
Схема с общим коллектором (ОК)
ΔI Э ΔI К ΔI Б
k Iк
β 1
ΔI Б
ΔI Б
k Uк
ΔI Э R Н
ΔU Н
ΔU Н
ΔU КБ ΔU ЭБ ΔU Н ΔI Э R ВХб ΔI Э R Н
RН
R ВХб R Н
т.е. kUк 1
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
24

25.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Схемы включения транзисторов
Схема с общим коллектором (ОК)
R ВХк
U КБ U ЭБ U Н U ЭБ I Э U Н
IБ
IБ
I Б IЭ
IБ
U ЭБ I Э I Э R Н
R ВХб (β 1) R Н (β 1)
IЭ IБ
IБ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
25

26.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Влияние температуры на
характеристики транзисторов
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
26

27.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Составной транзистор
(схема Дарлингтона)
I К1 IβБ1 1 I
,I
КБ01
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
К2
I Б2
β
2
I
,
КБ02
I Б2 IЭ1
27

28.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Составной транзистор
(схема Дарлингтона)
I КБ0 0
I К2 IβЭ1
2
(I
К1
I Б1
)β
1
(I βБ1 1 I Б1
)β
1
I(β
I ВЫХ. I К1 +I К1 =IβБ1 +(I
βБ1 1 I Б1
)β =I
(β +1 β
1
2
Б1
2
1
1)β
2
β 1β )2
β1 + β 2 β1
β2
I ВЫХ. IβБ1
β1 2
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
28

29.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Составной транзистор
(схема Дарлингтона)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
29

30. Источник тока

Ток коллектора
β(U Б -U БЭ )
IК =
R Б +R Э (β+1)
Здесь
R2
UБ =
U ПИТ
R1 +R 2
R1
R2
RБ =
R1 +R 2

31. Улучшенная схема источника тока

Ток коллектора
(выходной ток)
I К =I ВЫХ
β(U Д -U БЭ )
R Э (β+1)

32. «Токовое зеркало»

U БЭ 1 =U БЭ 2
I Б1 =I Б2 =I Б
I K1 =I K2Б=βI
IЭ =βI Б +2I Б
I Н =βI Б
β
I Н =βI Б
I 0 I 0
(β+2)

33. «Токовое зеркало» Уилсона

34.

Биполярные транзисторы
Весна 2016
Контрольное задание
Какая из схем включения транзистора
имеет:
а- наибольшее входное сопротивление
б – наибольший коэффициент
усиления по току
в – наибольший коэффициент
усиления по напряжению
Лучше совсем не знать чего-либо, чем знать
плохо.
Публилий Сир
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
34