Включение транзистора в электрическую цепь. Усилительные свойства транзистора

Транзистор. Транзистор, или полупроводниковый триод, был изобретен в 1948 г. По способу изготовления транзистор очень мало отличается от полупроводникового диода.

Для изготовления транзистора из монокристалла германия с электронной проводимостью в него с двух противоположных сторон вводится примесь атомов индия. Две области монокристалла германия с примесью индия становятся полупроводниками с дырочной проводимостью, а на границах соприкосновения их с основным кристаллом возникают два -перехода. Средняя область кристалла называется базой транзистора, а две крайние области кристалла, обладающие проводимостью противоположного базе типа, называются коллектором и эмиттером (рис. 159). Транзисторы, в которых эмиттер и коллектор обладают дырочной проводимостью, а база - электронной, называются транзисторами -перехода.

Рис. 159

Транзисторы -перехода имеют аналогичное устройство - только материал базы в них обладает дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер - электронной. Условное обозначение транзистора на схемах представлено на рисунке 160.

Рис. 160

Включение транзистора в электрическую цепь. Для приведения в действие на коллектор транзистора типа подают напряжение отрицательной полярности относительно эмиттера. Напряжение на базе может быть как положительным, так и отрицательным по отношению к эмиттеру.

Основным рабочим состоянием транзистора в большинстве электрических схем является активное состояние, при котором к эмиттерному -переходу приложено напряжение в пропускном направлении, а к коллекторному - в запирающем направлении. При этом эмиттерный -переход открывается и из эмиттера в базу переходят дырки.

Путем диффузии дырки распространяются из области с высокой концентрацией вблизи эмиттера в область с низкой концентрацией к коллектору. Дырки, достигающие коллекторного -перехода, втягиваются его полем и переходят в коллектор.

Небольшая доля дырок, движущихся от эмиттера к коллектору (1-5%), встречает на своем пути через базу электроны и рекомбинирует с ними. Убыль электронов в базе за счет рекомбинации восполняется приходом электронов через базовый вывод. Таким образом, ток, протекающий через эмиттерный вывод транзистора в активном состоянии , оказывается равным сумме токов, протекающих через его коллекторный и базовый выводы:

(46.1)

Соотношение между токами коллектора и базы транзистора в активном состоянии определяется условиями диффузии и рекомбинации дырок в базе. Эти условия сильно зависят от типов использованных для изготовления транзисторов материалов и конструкции их электродов, но очень слабо зависят от коллекторного и базового напряжений. Поэтому транзистор можно рассматривать как устройство, распределяющее ток, протекающий через один из его электродов - эмиттер, в заданном соотношении между двумя другими электродами - базой и коллектором (рис. 161).

Рис. 161

Усилительные свойства транзистора. Способность транзистора распределять ток эмиттера в заданном соотношении между коллектором и базой может быть использована для усиления электрических сигналов. Отношение изменения силы тока в цепи коллектора к изменению тока в цепи базы при постоянном напряжении на коллекторе для каждого транзистора есть величина постоянная, называемая интегральным коэффициентом передачи базового тока :

(46.2)

Для транзисторов различных типов значение этого коэффициента лежит в пределах от 15-20 до 200-500. Следовательно, вызывая каким-то способом изменения тока в цепи базы транзистора, можно получить в десятки и даже в сотни раз большие изменения тока в цепи коллектора.

Используя параметр , связь между током коллектора и током базы , можно приближенно записать в виде

. (46.3)

При включении транзистора по схеме, представленной на рисунке 162 (схема с общим эмиттером), отношение изменения тока коллектора к изменению тока базы является отношением изменения выходного тока к изменению входного тока . Это отношение называется коэффициентом усиления по току :

(46.4)

Рис. 162

Так как параметр у транзистора может иметь значения от ∼20 до∼500, электрическаясхемасиспользованиемодноготранзистораможетусиливатьэлектрическиесигналыпотокувдесяткиидажесотнираз.

Для усиления сигнала по напряжению в цепь коллектора должен быть включен резистор , значение электрического сопротивления которого должно быть рассчитано для каждого конкретного случая.

Изменение тока коллектора на некоторую величину приводит к изменению напряжения между выходными клеммами на величину

. (46.6)