الترانزستورات ثنائية القطب

يرتبط مصطلح «ترانزستور ثنائي القطب» بحقيقة استخدام نوعين من حاملات الشحنة في هذه الترانزستورات: الإلكترونات والثقوب. لتصنيع الترانزستورات ، يتم استخدام نفس مواد أشباه الموصلات كما هو الحال في الثنائيات.

تستخدم الترانزستورات ثنائية القطب بنية شبه موصلة ثلاثية الطبقات مصنوعة من أشباه الموصلات الموصلية الكهربائية المختلفة يتم إنشاء اثنين من تقاطعات p - n بأنواع بديلة من التوصيل الكهربائي (p - n - p أو n - p - n).

يمكن تفريغ الترانزستورات ثنائية القطب هيكليًا (الشكل 1 ، أ) (للاستخدام ، على سبيل المثال ، كجزء من الدوائر المتكاملة) وإغلاقها في حالة نموذجية (الشكل 1 ، ب). تسمى المسامير الثلاثة للترانزستور ثنائي القطب القاعدة والمجمع والباعث.

أرز. 1. الترانزستور ثنائي القطب: أ) هياكل p-n-p بدون حزمة ، ب) هياكل n-p-n في حزمة

اعتمادًا على الاستنتاج العام ، يمكنك الحصول على ثلاثة مخططات اتصال لترانزستور ثنائي القطب: مع قاعدة مشتركة (OB) ، ومجمع مشترك (OK) وباعث مشترك (OE). دعونا نفكر في تشغيل الترانزستور في دارة ذات قاعدة مشتركة (الشكل 2).

أرز. 2. تخطيطي للترانزستور ثنائي القطب

يقوم الباعث بحقن (يسلم) في القاعدة الحاملات الأساسية ، في مثال جهاز أشباه الموصلات من النوع n ، ستكون هذه إلكترونات. يتم اختيار المصادر بحيث E2 >> E1. يحد المقاوم Re من تيار تقاطع p - n المفتوح.

عند E1 = 0 ، يكون التيار عبر عقدة المجمع صغيرًا (بسبب ناقلات الأقلية) ، ويسمى تيار المجمع الأولي Ik0. إذا كانت E1> 0 ، تتغلب الإلكترونات على تقاطع p - n للباعث (يتم تشغيل E1 في الاتجاه الأمامي) وتدخل المنطقة الأساسية.

القاعدة مصنوعة بمقاومة عالية (تركيز منخفض من الشوائب) ، وبالتالي فإن تركيز الثقوب في القاعدة منخفض. لذلك ، فإن الإلكترونات القليلة التي تدخل القاعدة تتحد مع ثقوبها ، وتشكل تيار القاعدة Ib. في الوقت نفسه ، يعمل مجال أقوى بكثير في تقاطع المجمع p - n على الجانب E2 منه في تقاطع الباعث ، والذي يجذب الإلكترونات إلى المجمع. لذلك ، تصل معظم الإلكترونات إلى المجمع.

ترتبط تيارات الباعث والمجمع بمعامل نقل تيار الباعث

في Ukb = const.

دائمًا ما يكون Ik <Ie ، و a = 0.9 - 0.999 بالنسبة للترانزستورات الحديثة.

في المخطط المدروس Ik = Ik0 + aIe »أي. لذلك ، فإن الترانزستور ثنائي القطب ذو القاعدة المشتركة للدائرة له نسبة تيار منخفضة. لذلك ، نادرًا ما يتم استخدامه ، بشكل رئيسي في الأجهزة عالية التردد ، حيث يفضل من حيث كسب الجهد على الآخرين.

دائرة التبديل الأساسية للترانزستور ثنائي القطب هي دائرة باعث شائعة (الشكل 3).

أرز. 3. تشغيل ترانزستور ثنائي القطب وفقًا للمخطط باستخدام باعث مشترك

لها على قانون كيرشوف الأول يمكننا كتابة Ib = Ie - Ik = (1 - a) Ie - Ik0.

بالنظر إلى أن 1 - أ = 0.001 - 0.1 ، لدينا إب << أي »Ik.

أوجد نسبة تيار المجمع إلى تيار القاعدة:

تسمى هذه العلاقة بمعامل نقل تيار القاعدة ... عند a = 0.99 ، نحصل على b = 100. إذا تم تضمين مصدر إشارة في الدائرة الأساسية ، فإن نفس الإشارة ، ولكن يتم تضخيمها بواسطة التيار b مرات ، سوف تتدفق في دائرة المجمع ، وتشكل الجهد عبر المقاوم Rk أكبر بكثير من جهد مصدر الإشارة ...

لتقييم عمل الترانزستور ثنائي القطب على نطاق واسع من التيارات والقوى والجهد النبضي والتيار المستمر ، ولحساب دائرة التحيز ، ووضع الاستقرار ، وعائلات المدخلات والمخرجات ، وخصائص فولت أمبير (VAC).

تحدد مجموعة خصائص المدخلات I - V اعتماد تيار الإدخال (القاعدة أو الباعث) على جهد الدخل Ube في Uk = const ، fig. 4 ، أ.مدخلات I - V خصائص الترانزستور مماثلة لخصائص I - V للديود في اتصال مباشر.

تحدد مجموعة خصائص الخرج I - V اعتماد تيار المجمع على الجهد عبره عند قاعدة معينة أو تيار باعث (اعتمادًا على الدائرة مع باعث مشترك أو قاعدة مشتركة) ، شكل. 4 ، ب.

أرز. 4. خصائص التيار والجهد للترانزستور ثنائي القطب: أ - المدخلات ، ب - الخرج

بالإضافة إلى تقاطع n-p الكهربائي ، يستخدم تقاطع حاجز شوتكي المعدني أشباه الموصلات على نطاق واسع في الدوائر عالية السرعة. في مثل هذه التحولات ، لا يتم تخصيص وقت لتراكم وامتصاص الشحنات في القاعدة ، ويعتمد تشغيل الترانزستور فقط على معدل إعادة شحن سعة الحاجز.

أرز. 5. الترانزستورات ثنائية القطب

معلمات الترانزستورات ثنائية القطب

تُستخدم المعلمات الرئيسية لتقييم أقصى أوضاع التشغيل المسموح بها للترانزستورات:

1) الحد الأقصى المسموح به لجهد المجمع-الباعث (بالنسبة للترانزستورات المختلفة Uke max = 10-2000 V) ،

2) الحد الأقصى المسموح به لتبديد قدرة المجمع Pk max - وفقًا له ، تنقسم الترانزستورات إلى طاقة منخفضة (حتى 0.3 واط) ، طاقة متوسطة (0.3 - 1.5 واط) وقوة عالية (أكثر من 1 ، 5 واط) ، غالبًا ما تكون الترانزستورات ذات الطاقة المتوسطة والعالية مزودة بمبدد حرارة خاص - غرفة تبريد ،

3) الحد الأقصى المسموح به للمجمع الحالي Ik max - حتى 100 A وأكثر ،

4) الحد من تردد الإرسال الحالي fgr (التردد الذي يصبح عنده h21 مساوياً للوحدة) ، يتم تقسيم الترانزستورات ثنائية القطب وفقًا لذلك:

• للتردد المنخفض - حتى 3 ميجا هرتز ،

• تردد متوسط ​​- من 3 إلى 30 ميجا هرتز ،

• تردد عالي - من 30 إلى 300 ميجاهرتز ،

• تردد فائق - أكثر من 300 ميغا هرتز.

دكتور في العلوم التقنية ، الأستاذ L.A. Potapov