Що таке біполярний транзистор і в чому його особливість?

Електровакуумний тріод або лампу в радіоелектроніці зараз зустрінеш не часто. А ще не так давно на блошиних ринках за ними велося справжнє полювання, адже без них чорно-білі телевізори не запустиш. В цілому зараз її використання, зважаючи ненадійності і структурної застарілості в сучасних пристроях обмежена лише спеціальними лабораторними та інженерними апаратами і приладами. Місце електровакуумних тріодів впевнено витіснили такі компактні напівпровідникові елементи як полярні і біполярні транзистори.

Це напівпровідник в радіоелектроніці, призначений в першу чергу для того, щоб посилити вхідний електричний сигнал, а саме його потужність. Біполярний зокрема, якраз і став альтернативою лампам за рахунок своєї мініатюрності. Адже електровакуумні аналогічні компоненти в кілька разів більше, а значить на платі вони займуть занадто багато місця. В еру, коли радіоелементи стають все більш дрібними, використання сучасних підсилювачів є більш доцільним.

Відмінності уніполярних від біполярних

Уніполярні підсилювачі відрізняються від своїх «побратим» різницею функціонування та експлуатації. Полярні мають вихідні значення, роботу яких генерує електрополе. А ось, а таких як біполярні всім елементом управляє електрострум. В останніх як дірки, так і такі основні носія заряду як електрони, і одні, і другі задіяні в процесі посилення електросигналу.

Пристрій біполярного транзистора

Подібний тріод має в своєму складі три основні частини, в числі їх:

• База;
• Колектор;
• Емітер.

Це свідчить про те, що в будь-якому напівпровідниковому підсилювачі головною комплектуючою частиною є p-n-перехід: в полярному – він 1, а в біполярному – два. Емітер відповідає за запуск носіїв заряду. Вони в свою чергу задають експлуатаційний струм, рухомий в колектор – приймач. База відповідає за напругу, вона подає його і управляє її потужністю.

Щоб візуалізувати даний мініатюрний прилад і визначити його серед десятка подібних мікропристроїв на платі радіопристрою, необхідно знати, що в ньому є дві частини, між якими прокладений напівпровідник і база, що є провідністю зворотного знака. Дві частини – це якраз емітер і колектор, причому в останньому кристал напівпровідника набагато більше. Якщо витримана така асиметрія, то і транзистор буде функціонувати правильно і довговічно.

Від різновиду провідності трьох основних складових БТ залежить тип транзистора - pnp транзистор або nnp. Принцип їх діяльності практично дзеркальний, тобто вони працюють майже однаково, але з різною полярністю. Те, який вибрати, визначається показниками кожної допоміжної схеми для складання або іншими характеристиками радіоелементів.

Принцип роботи біполярного транзистора

Емітер і колектор підключаються до джерела постійного живлення, приймаючи на себе заряд і його носіїв. Однак так потрібні умови для роботи БТ не створюються, оскільки база запобігає вільне переміщення електронів. Щоб цього уникнути, на неї направляється напруга, зване зміщення.
При цьому починає реагувати основний шар напівпровідника – у ньому протікають різні фізико - і хімікоактивні процеси, пов'язані з перетвореннями дірок і електронів або рекомбінацією. Так на базу подається струм невеликого номіналу. Саме p-n- переходи з цього моменту дають зелене світло для протікання струму від одного боку елемента до іншого з посиленням сигналу на виході.

Режими роботи біполярного транзистора

Даний підсилювач може працювати в чотирьох основних для нього режимах, але крім них варто також згадати про так званому п'ятому, інверсному режимі. Він в практичних цілях часто не використовується, проте в лабораторних та інженерних умовах дуже часто застосуємо для спостереження за діями напівпровідників для опису в теоретичних працях. Тому для звичайних радіоаматорів, та й для професіоналів, що займаються складанням і ремонтом електроніки, він не стане в нагоді.

Варто зупиниться на поясненні перших чотирьох, в числі яких:

• відсічення;
• насичення;
• активний режим;
• бар'єрний режим.

Перший застосуємо в разі, якщо струм нижче 0,6 вольт. В цьому випадку різниця потенціалів в базі і емітера низька, і p-n- перехід закритий. Струму в колекторі також немає, адже в основний шар не приходять вільні електрони. Так БТ і відсікає сигнал, залишаючись в стані відсічення, коли сигнал не посилюється. Тобто ланцюг перервана.

Насичення – навпаки, коли струм на максимально гранично можливих показниках, і при цьому переходи відкриваються повністю. Від потужності колектора безпосередньо залежить сила одержуваного струму: чим він більший, тим і значення в амперах. Цей режим активно застосуємо в цифровій техніці, адже тут біополярний Підсилювач виконує роль ключа, перебуваючи в замкнутій позиції.

Активний – основний режим роботи, в якому БТ власне і займається посиленням сигналу. Підсумовуючи силу струму бази і коефіцієнт самого посилення можна порахувати яку величину струму у колектора, ми отримаємо.

У бар'єрному БТ стає діодом з підключеним до нього послідовно резистором. Базу з колектором об'єднують, домагаючись невеликого опору або повного його відсутності. Режим активно використовується на виробництві, коли необхідно зменшити кількість деталей і комплектуючих. А також для пристроїв з високою частотою.

Схеми включення біполярних транзисторів

Існують три основних способи підключення підсилює Тріода до ланцюга харчування. Це схема:

• Єдиної бази;
• Загального емітера;
• Загального колектора.

Вибір однієї з них визначається за допомогою характеристик транзистора і його електричних властивостей. Їх необхідно підбирати під кожен певний випадок!

Включення із загальною базою обіцяє значне посилення напруги, але не електричного струму. БТ при цьому практично не взаємодіє з сигналами на високих частотах. Така позиція основних елементів Тріода часто затребувана в таких побутових приладах як СВЧ-піч і інших на базі даного виду випромінювання.

Загальний емітер дає самий можливо сильний вхідний сигнал, тобто з максимальним посиленням. Це дозволяє використовувати цю схему найчастіше.

Якщо необхідно домогтися в буферному підсилювачі або підсилювачі узгодження більшого електричного струму, то необхідно використовувати схему із загальним колектором. В цьому випадку як емітер, так і колектор почнуть працювати в парі, мати практично однакові показники фаз на вході і виході і високе значення опору в Омах на вхідній ділянці. Це так званий, емітерний повторювач.

Основні характеристики біполярних транзисторів

До числа головних показових характеристик сучасних біполярних підсилювачів на тріодах варто віднести:

• Постійний струм в колекторі на максимальних значеннях;
• При нульових значеннях струму і опору в базі величина напруги між колектором і емітером;
• В аналогічному попередньому положенні в ланцюзі база-емітер;
• З нульовим показником;
• Характеристики вольт-амперні: вхідні та вихідні;
• Передача струму в статичному режимі (коефіцієнт);
• Температура переходу на максимальних значеннях;
• Коефіцієнт частоти передачі електричного струму;
• Зворотний струм в кристалах між напівпровідником;
• Постійна потужність (максимальний показник);
• Розсіюється на колекторі потужність;
• Коефіцієнт шуму і т. п.

До речі, наприклад, за частотою передачі струму біполярники поділяються на:

• низкоинжекторные – до 3 МГц,
• середньо – від 3 до 30 МГц,
• з високим показником – від 30 до 300 МГц,
• надвисокочастотні – більше 300 МГц.

А матеріали, використовувані для виробництва БТ, такі ж, як і для світлодіодів та інших діодів, тобто з кристалічною структурою. Такі підсилювачі можуть бути оснащені корпусом, якщо вони використовуються в складі будь-якої побутової, промислової техніки, а також і зовсім не мати корпусу, якщо встановлюються у вкрай невеликих пристроях на мікросхемах або інтегральних платах.

При роботі з такими невеликими пристроями вкрай важливо дотримуватися всіх норм і правил техніки безпеки, стежити за правильністю схеми підключення, полярністю, силою струму, вольтажем. І використовувати спеціальні інструменти, індивідуальні засоби захисту та інші ізоляційні предмети, наприклад, мультитул зі збільшувальною лампою-лупою. БТ часто застосовується в сфері генерації електричних коливань в приладах.