バイポーラトランジスタ
「バイポーラ トランジスタ」という用語は、これらのトランジスタで電子と正孔という 2 種類の電荷キャリアが使用されるという事実に関連しています。トランジスタの製造には、トランジスタと同じ半導体材料が使用されます。 ダイオード.
バイポーラトランジスタは半導体の三層構造を採用しています。 異なる電気伝導率 2 つの p — n 接合は、交互の導電率 (p — n — p または n — p — n) で作成されます。
バイポーラ トランジスタは、構造的にはパッケージ化されておらず (図 1、a) (集積回路の一部として使用する場合など)、通常の場合は閉じられています (図 1、b)。バイポーラ トランジスタの 3 つのピンは、ベース、コレクタ、エミッタと呼ばれます。
米。 1. バイポーラ トランジスタ: a) パッケージなしの p-n-p 構造、b) パッケージ内の n-p-n 構造
一般的な結論に応じて、バイポーラ トランジスタには、ベース接地 (OB)、コレクタ接地 (OK)、エミッタ接地 (OE) の 3 つの接続方式が得られます。ベース接地回路におけるトランジスタの動作を考えてみましょう(図2)。
米。 2. バイポーラトランジスタの回路図
エミッタは、ベースキャリアをベースに注入（供給）します。n 型半導体デバイスの例では、これらは電子になります。ソースは、E2 >> E1 となるように選択されます。抵抗 Re は、オープン p — n 接合の電流を制限します。
E1 = 0 では、コレクタ ノードを流れる電流は小さく (少数キャリアのため)、これを初期コレクタ電流 Ik0 と呼びます。 E1>0 の場合、電子はエミッタの p-n 接合を乗り越え (E1 が順方向にオン)、コア領域に入ります。
ベースは高抵抗（不純物濃度が低い）で作られているため、ベース内のホール濃度は低くなります。したがって、ベースに入った少数の電子はその正孔と再結合し、ベース電流 Ib を形成します。同時に、エミッタ接合よりも E2 側のコレクタ p-n 接合にはるかに強い電界が作用し、電子がコレクタに引き寄せられます。したがって、電子の大部分はコレクタに到達します。
エミッタ電流とコレクタ電流はエミッタ電流伝達係数に関係します
Ukb = 定数で。
は常に ∆Ik < ∆Ie であり、最新のトランジスタでは a = 0.9 — 0.999 です。
考慮されたスキームでは、Ik = Ik0 + aIe »Ie となります。したがって、回路のベース接地バイポーラトランジスタの電流比は低くなります。したがって、電圧利得の点で他よりも好ましい高周波デバイスでは、主に高周波デバイスで使用されることはほとんどありません。
バイポーラトランジスタの基本的なスイッチング回路はエミッタ接地回路です（図3）。
米。 3. エミッタ接地方式によるバイポーラトランジスタのスイッチオン
彼女のために キルヒホッフの第一法則 Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0 と書くことができます。
1 — a = 0.001 — 0.1 とすると、Ib << Ie >> Ik となります。
コレクタ電流とベース電流の比を求めます。
この関係はベース電流伝達係数と呼ばれます... a = 0.99 では b = 100 となります。ベース回路に信号源が含まれている場合、同じ信号が電流 b 倍に増幅されて流れ込みます。コレクタ回路では、抵抗器 Rk の両端に信号源電圧よりもはるかに大きな電圧が形成されます...
広範囲のパルス電流および DC 電流、電力、電圧にわたるバイポーラ トランジスタの動作を評価し、バイアス回路、安定化モード、入力および出力の電圧アンペア特性 (VAC) のファミリーを計算します。
一連の入力 I — V 特性は、Uk = const での入力電流 (ベースまたはエミッタ) の入力電圧 Ube への依存性を確立します (図 2)。 4、a. トランジスタの入力 I - V 特性は、直接接続されたダイオードの I - V 特性と似ています。
一連の出力 I - V 特性は、特定のベースまたはエミッタ電流 (エミッタ共通またはベース共通の回路に応じて) におけるコレクタ電流のコレクタ両端の電圧への依存性を確立します。 4、b.
米。 4. バイポーラトランジスタの電流電圧特性: a — 入力、b — 出力
電気的な n-p 接合に加えて、ショットキー金属 - 半導体 - 障壁接合も高速回路で広く使用されています。このような遷移では、ベースでの電荷の蓄積と再吸収に時間が割り当てられず、トランジスタの動作はバリア容量の再充電速度のみに依存します。
米。 5. バイポーラトランジスタ
バイポーラトランジスタのパラメータ
主なパラメータは、トランジスタの最大許容動作モードを評価するために使用されます。
1) 最大許容コレクタ-エミッタ電圧 (異なるトランジスタの場合、Uke max = 10 - 2000 V)、
2) 最大許容コレクタ電力損失 Pk max — 彼によれば、トランジスタは低電力 (0.3 W まで)、中電力 (0.3 ～ 1.5 W)、および高電力 (1.5 W 以上) に分けられます。中出力および高出力のトランジスタには、多くの場合、特別なヒートシンクが装備されています。
3) 最大許容コレクタ電流 Ik max — 最大 100 A 以上、
4) 制限電流伝達周波数 fgr (h21 が 1 に等しくなる周波数)、バイポーラ トランジスタはそれに応じて分割されます。
- 低周波の場合 - 最大 3 MHz、
- 中周波 — 3 ～ 30 MHz、
- 高周波 — 30 ～ 300 MHz、
- 超短波 — 300 MHz 以上。
技術科学博士、L.A. ポタポフ教授