Біполярний транзистор-це напівпровідниковий пристрій, який в сучасних електронних схемах широко застосовується для посилення і комутації сигналів. Його робота заснована на взаємодії трьох електродів: бази, емітера і колектора. Принцип роботи біполярного транзистора заснований на контролі струму бази для управління струмом колектора.
Транзистори можна класифікувати за кількістю p-n переходів, які в них присутні. Біполярні транзистори складаються з двох переходів – p-n-p і n-p-n. Перехід p - n складається з напівпровідникових матеріалів типу p і n, які мають різні рівні домішок. Саме така структура дозволяє транзистору працювати як підсилювач сигналу, пропускаючи його через два переходи.
За рахунок управління струмом бази, біполярний транзистор може збільшити або зменшити струм колектора. Він може працювати як ключ, який комутує сигнали, і як підсилювач, який збільшує амплітуду сигналу.
Особливістю біполярних транзисторів є їх висока швидкість перемикання і можливість використання в широкому діапазоні частот. Це робить їх ефективними при створенні електроніки для високих частот, таких як радіо та телебачення.
Біполярні транзистори також володіють високим коефіцієнтом посилення і малим вхідним опором. Це дозволяє їм бути ефективним інструментом для посилення слабких сигналів і підключення до практично будь-яких джерел.
Принципи роботи біполярного транзистора
Емітерний перехід-це перехід між емітером і базою біполярного транзистора. Прикладаючи до емітера напруга, створюється електричне поле, яке викликає емісію електронів і дірок. Емітерний перехід володіє великими впливом на роботу транзистора і запобігає зарядженню бази.
База-це нейтральна область між емітером і колектором. Подача напруги на базу контролює перенесення носіїв заряду між емітером і колектором. Залежність струму колектора від струму бази є нелінійною і експоненціально зростає з підвищенням напруги на базі.
Колекторний перехід-це перехід між колектором і базою. Колекторна область має велику ширину і додаткові домішки, щоб забезпечити більшу площу перенесення заряду. Колекторний перехід відповідає за збір і збільшення струму, який надходить на емітерний перехід.
Принцип роботи біполярного транзистора полягає в управлінні струмом через базу за допомогою малого керуючого струму. Коли на базу подається позитивна напруга, слабкий струм бази викликає великий струм колектора, посилюючи сигнал. Таким чином, біполярний транзистор являє собою підсилювач сигналу.
Пристрій і основні елементи
Основні елементи біполярного транзистора включають:
- Емітер: це електрод, через який в транзистор подається основний потік носіїв заряду (електронів або дірок) в залежності від типу транзистора. Випромінювач зазвичай має велику площу, щоб забезпечити більшу щільність струму.
- База: це електрод, який регулює пропускання основного потоку носіїв заряду. Струм, що протікає через базу, контролює струм емітера, що робить базу ключовим елементом для управління транзистором.
- Колектор: це електрод, який збирає основний потік носіїв заряду, що пройшов через емітер і базу. Колектор зазвичай має велику площу, щоб забезпечити більшу щільність струму та ефективне охолодження.
Основний принцип роботи біполярного транзистора полягає в управлінні струмом, що протікає через базу за допомогою невеликого струму управління. Коли на базу подається струм, транзистор переходить в активний режим роботи, і струм емітера стає пропорційним струму управління. Невеликі зміни струму управління можуть спричинити великі зміни струму випромінювача, що робить біполярні транзистори корисними для посилення сигналів та управління електричними ланцюгами.
Функціонування в режимі насичення
У насиченому режимі пристрій здатний перемикати великі струми, хоча струм бази може бути менше на порядок. Струм колектора залежить від базового струму та інших параметрів транзистора. Величина насиченого струму колектора визначається параметрами транзистора і зовнішнім опором. У режимі насичення транзистор володіє низьким опором між колектором і емітером. Тому, для використання транзистора в якості ключа, часто використовується режим насичення.
Транзистор в режимі насичення може бути використаний для посилення сигналу або комутації великих струмів з малими керуючими сигналами. Важливо відзначити, що в цьому режимі транзистор досить швидко перемикається і має малий час перемикання, що дозволяє використовувати його в багатьох електронних пристроях.
Функціонування в режимі відсічення
Коли напруга на базі транзистора нижче певного значення (називається напругою відсічення), електронний потік з емітера не може пройти через збіднений шар бази і досягти колектора. Це призводить до відсутності колекторного струму, а отже, і відсутності вихідного сигналу.
Режим відсічення використовується, наприклад, при відключенні транзистора в ланцюзі посилення або для створення логічної одиниці в цифрових схемах.
Важливо: У режимі відсічення емітерний струм і базовий струм практично відсутні.
Для забезпечення переходу в режим відсічення, необхідно подати на базу транзистора напруга нижче напруги відсічення, яке залежить від конкретного типу і параметрів транзистора.
Важливо відзначити, що функціональні особливості роботи три електрода біполярного транзистора в режимі відсічення можуть відрізнятися в залежності від конкретного конструктивного виконання транзистора і його застосування в схемі.