Электроника:Полупроводники/Биполярные транзисторы/Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение[1]

Изобретение ТБПтранзистора с биполярным переходом (или просто биполярного транзистора) – в 1948 году произвело революцию в электронике. Технологии, ранее требовавшие относительно больших, механически хрупких, энергоёмких вакуумных ламп, вдруг стали возможны с помощью миниатюрных, механически прочных, экономных кусочков кристаллического кремния. Эта революция сделала возможным разработку и производство лёгких и недорогих электронных устройств, которые мы сейчас воспринимаем как само собой разумеющееся. Понимание того, как работают транзисторы, имеет первостепенное значение для всех, кто интересуется современной электроникой.

Функциональность и сфера применение транзисторов с биполярным переходом

Я намерен по максимуму сосредоточиться исключительно на практической функциональности и применении биполярных транзисторов, а не на исследовании квантового мира теории полупроводников. На мой взгляд, обсуждение «дырок» и электронов лучше вынести в отдельную главу. Здесь же я хочу изучать, как именно использовать эти схемные компоненты, а не ковыряться в их внутренностях. Я далёк от того, чтобы принижать важность понимания физики полупроводников, но иногда чересчур пристальное внимание к физике твёрдого тела отвлекает от понимания функций этих устройств на компонентном уровне. Однако, следуя этому пути, предполагается, что читатель уже обладает определёнными минимальными знаниями о полупроводниках: он понимает разницу между P- и N-легированными полупроводниками, ознакомлен с функциональными характеристиками (диодного) P-N-перехода и в курсе, что такое обратное/прямое смещение/включение. Если эти концепции вам в новинку, рекомендую сначала ознакомиться с предыдущими главам этой книги, прежде чем штудировать эту.

Слои ТБП

Биполярный транзистор – это такой себе трёхслойный «сэндвич», где оба внешних слоя легированы, все слои состоят из полупроводниковых материалов в сочетании либо PNP (рисунки 1.а, 1.б), либо NPN (рисунки 1.в, 1.г). Каждый слой, образующий транзистор, имеет определенное название, и каждый слой снабжён проводным контактом для подключения к цепи. Условные обозначения показаны на рисунках 1.а и 1.в.

Рис. 1. Биполярный транзистор. PNP: (а) обозначение на схемах; (б) условное физическое представление. NPN: (в) обозначение на схемах; (г) условное физическое представление.
Рис. 1. Биполярный транзистор.
PNP: (а) обозначение на схемах; (б) условное физическое представление.
NPN: (в) обозначение на схемах; (г) условное физическое представление.

Основное функциональное различие между PNP- и NPN-транзистором состоит в правильном смещении (полярности) переходов во время работы.

Управляемые током биполярные транзисторы и сами являются регуляторами тока. Другими словами, транзисторы ограничивают количество бо́льшего управляемого тока в соответствии с меньшим управляющим током. Основной контролируемый ток проходит от коллектора к эмиттеру или от эмиттера к коллектору, в зависимости от типа транзистора (NPN или PNP). Небольшой ток, который управляет основным током, идёт от базы к эмиттеру или от эмиттера к базе, опять же, в зависимости от типа транзистора (NPN или PNP). Согласно стандартам соглашения для символов полупроводников, стрелка всегда указывает направлении тока (которое, как вы твёрдо знаете, противоположно направлению движения электронов).

Рис. 2. Направление малого управляющего тока и большого управляемого тока для (а) PNP-транзистора и (б) NPN-транзистора.
Рис. 2. Направление малого управляющего тока и большого управляемого тока для (а) PNP-транзистора и (б) NPN-транзистора.

Два типа полупроводников в биполярных транзисторах

Биполярные транзисторы биполярны, потому что основной ток в них проходит через два типа полупроводниковых материалов: «P» и «N», поскольку основной ток идёт от эмиттера к коллектору (или наоборот – от коллектора к эммитеру). Другими словами, оба типа носителей заряда – как электроны, так и «дырки» – на разных участках этого маршрута составляют основной ток, проходящий через транзистор.

Как видите, что управляющий ток, что управляемый – всегда объединяются в эмиттере, и туда, куда указывают стрелки транзистора. Это первое и главное правило при использовании транзисторов: все токи должны течь в правильном направлении, тогда устройство будет работать как регулятор тока. Небольшой управляющий ток обычно называют просто базовым током, потому что это единственный ток, который проходит через базу транзистора. И наоборот, бо́льший управляемый ток называется током коллектора, потому что это единственный ток, который проходит через коллектор транзистора. Ток в эмиттере – это объединение токов базы и коллектора в соответствии с первым правилом Кирхгофа для токов.

Отсутствие тока в базе транзистора «отключает» транзистор, он тогда словно разомкнутый переключатель, благодаря которому прохождение тока через коллектор предотвращено. Наличие тока в базе «включает» транзистор, он действует как замкнутый переключатель, и пропускает пропорциональную величину управляемого тока через коллектор. На величину силу тока в коллекторе в основном накладывает ограничение базовый ток, при этом неважна величина напряжения, которое, собственно, и «толкает» ток по проводам. В следующем разделе мы подробнее рассмотрим использование биполярных транзисторов в качестве переключающих элементов.

Итог

См.также

Внешние ссылки