Параметри біполярного транзистора

Біполярний транзистор як напівпровідниковий елемент електронних схем, із трьома електродами, один з яких служить для керування струмом між двома іншими. Схема радіозв`язку та її елементи, розповсюдження електромагнітних хвиль у вільному просторі.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

1. Основні параметри біполярного транзистора

Біполярний транзистор - напівпровідниковий елемент електронних схем, із трьома електродами, один з яких служить для керування струмом між двома іншими. Термін «біполярний» підкреслює той факт, що принцип роботи приладу полягає у взаємодії з електричним полем частинок, що мають як позитивний, так і негативний електричний заряд.

Виводи біполярного транзистора називаються емітером, базою і колектором. В залежності від типу носіїв заряду, які використовуються в транзисторі, біполярні транзистори поділяються на транзистори NPN та PNP типу. В транзисторі NPN типу емітер і колектор легуються донорами, а база - акцепторами. В транзисторі PNP типу - навпаки.

Будова:

Колектором служить напівпровідник n-типу, легований донорами до невисокої концентрації 10¹³-10¹⁵ см^-3. Перед створенням бази напівпровідник покривають фоторезистом і за допомогою літографії звільняють вікно для легування акцепторами. Атоми акцептора дифундують в глибину напівпровідника, створюючи область із доволі високою концентрацією - 10¹⁷-10¹⁸ см^-3. На третьому етапі знову створюється вікно для легування донорами й утворюють емітер із ще вищою концентрацією домішок, необхідною для того, щоб спочатку компенсувати акцептори, а потім створити напівпровідник n-типу. Відношення домішок у емітері й у базі повинно бути якомога більшим для забезпечення гарних характеристик транзистора.

Ще кращих характеристик можна досягти, якщо перехід між базою й емітером зробити гетеропереходом, у якому емітер має набагато більшу ширину забороненої зони, хоча це і збільшує собівартість транзистора. В такому випадку на поверхню бази через вікно напилюється інша речовина.

Принцип дії:

Дія біполярного транзистора базується на використанні двох p-n переходів між базою та емітером і базою та колектором. В області p-n переходів виникають шари просторового заряду, між якими лежить тонка нейтральна база. Якщо між базою й емітером створити напругу в прямому напрямку, то носії заряду інжектуються в базу й дифундують до колектора. Оскільки вони є неосновними носіями в базі, то легко проникають через p-n перехід між базою й колектором. База виготовляється достатньо тонкою, щоб носії заряду не встигли прорекомбінувати, створивши значний струм бази. Якщо між базою й емітером прикласти запірну напругу, то струм через ділянку колектор-емітер не протікатиме.

Режими роботи транзистора:

В залежності від того, в яких станах знаходяться переходи транзистора, розрізняють режими його роботи. Оскільки в транзисторі є 2 переходи (емітерний та колекторний), і кожен із них може знаходитись в двох станах (відкритому та закритому), розрізняють чотири режими роботи транзистора. Основним є активний режим, при якому емітерний перехід знаходиться у відкритому стані, а колекторний - в закритому. Транзистори, які працюють в активному режимі, використовуються в схемах підсилення. Окрім активного виділяють інверсний режим, при якому емітерний перехід закритий, а колекторний - відкритий, режим насичення, при якому обидва переходи відкриті, та режим відсічки, при якому переходи закриті.

Активний режим

Активному режиму роботи транзистора відповідає відкритий стан емітерного переходу і закритий колекторний перехід. В цьому режимі переходи транзистора мають різну ширину: закритий колекторний перехід значно ширший ніж відкритий емітерний перехід. Окрім наскрізного потоку електронів, в структурі в активному режимі протікає інший потік, а саме, зустрічний потік дірок, що рухаються із бази в емітер. Два зустрічних потоки (дірок та електронів) відображають ефект рекомбінації в базі. Електронний потік створюється електронами, які рухаються із емітера, однак не доходять до колекторного переходу (як електрони, що створюють наскрізний потік), а рекомбінують із дірками в базі. Дірковий потік створюється дірками, що надходять із зовнішнього кола в базу для компенсації втрати дірок внаслідок рекомбінації з електронами. Вказані потоки створюють в зовнішніх колах емітера і бази додаткові складові струмів. На рисунку також показані потоки неосновних носіїв заряду, що створюють власний тепловий струм колекторного переходу (потік електронів, що рухаються із бази в колектор, та потік дірок з колектора в базу).

Наскрізний потік є єдиним корисним потоком носіїв в транзисторі, оскільки визначає можливість підсилення електричних сигналів. Всі інші потоки не беруть участі в підсиленні сигналу, і тому є побічними. Для того щоб транзистор мав високий коефіцієнт підсилення, необхідно щоб побічні потоки були якомога слабші в порівнянні з корисним наскрізним потоком.

Інверсний режим

Інверсний режим (інверсний активний режим) роботи біполярного транзистора аналогічний активному режиму з відмінністю лише в тому, що в цьому режимі у відкритому стані знаходиться колекторний перехід, а в закритому - емітерний.

Режим насичення

В режимі насичення обидва переходи транзистора знаходяться у відкритому стані. В цьому режимі електрони і з емітера, і з колектора рухаються в базу, внаслідок чого в структурі протікають два зустрічних наскрізних потоки електронів (нормальний та інверсний). Від співвідношення цих потоків залежить напрям струмів, що протікають в колах емітера та колектора. Внаслідок подвійного насичення бази, в ній накопичуються надлишкові електрони, внаслідок чого посилюється їх рекомбінація з дірками і рекомбінований струм бази є набагато вищим, ніж в активному чи інверсному режимах. У зв'язку із насиченням бази транзистора і його переходів, надлишковими носіями зарядів, опір останніх стає дуже маленьким. Тому електричні кола, що містять транзистор в режимі насичення можна вважати короткозамкненими.

Режим відсічки

В режимі відсічки обидва переходи транзистора знаходяться у закритому стані. Наскрізні потоки електронів в цьому режимі відсутні. Через переходи транзистора протікають потоки неосновних носіїв заряду, що створюють малі некеровані теплові струми переходів. База і переходи транзистора в режимі відсічки збіднені рухомими носіями заряду, внаслідок чого їх опір є дуже високим. Тому вважають, що транзистор в режимі відсічки розриває електричне коло. Режим насичення та відсічки використовуються при роботі транзистора в імпульсних схемах.

2. Схема радіозв`язку та її основні елементи, розповсюдження електромагнітних хвиль у вільному просторі

біполярний радіозв`язок транзистор електромагнітний

Радіозв'язок - вид зв'язку, що здійснюється з використанням радіохвиль, тобто це обмін інформацією між двома і більше абонентами за допомогою електричних сигналів, які переносяться електромагнітними коливаннями.

В основі радіозв'язку, як відомо, лежить формування у радіопередавачі високочастотних коливань, один із параметрів яких модулюється переданим (інформаційним) сигналом, поширення цих коливань (радіохвиль) у просторі й зворотне перетворення (детектування) у приймачі електромагнітних коливань у низькочастотну напругу, що відповідає переданому повідомленню.

У залежності від форми повідомлень, розрізняють телефонний, телеграфний або телевізійний радіозв'язок.

Нагадаємо стисло шлях проходження сигналів, наприклад, у системі телефонного радіозв'язку.

Мікрофон (електроакустичний перетворювач) перетворює звукові коливання в електричні коливання низької (звукової) частоти. Посилені коливання низької частоти впливають у модуляторі на один із параметрів (амплітуду, частоту або фазу) високочастотних коливань генератора високої частоти. Потім промодульовані високочастотні коливання посилюються, через фідерну лінію (коаксіальний кабель, хвилевід) подаються в антену і випромінюються в простір.

Конструкція і спеціальні форми антени, що передає, дозволяють направити радіохвилі у бік радіоприймального пристрою.

У радіоприймальному пристрої електромагнітні коливання приймаються приймальною антеною і посилюються підсилювачем радіочастоти, що настроюється на частоту випромінюваних електромагнітних коливань. Потім цей радіосигнал детектується, тобто перетворюється в низькочастотну напругу, що відповідає переданому повідомленню. Отримана після детектування напруга низької (звукової) частоти посилюється і подається на динамік (або навушники), що перетворює його в звукові коливання.

Це приклад одностороннього радіозв'язку, тобто в одній точці абонент здійснює тільки передачу повідомлення, а в інший (або в інших, якщо їх декілька) - тільки прийом інформації. При двосторонньому радіозв'язку в кожній точці абонент повинен мати радіостанцію (передавач і приймач), тобто для здійснення двостороннього зв'язку потрібний подвійний комплект апаратури.

Двосторонній зв'язок, коли кожний абонент веде передачу або прийом тільки по черзі, називається симплексним. При цьому виді зв'язку передавач на час прийому інформації виключається. Кожна радіостанція працює на загальну антену, що переключається при передачі і прийомі відповідно на вхід передавача або приймача. Симплексний зв'язок застосовується при невеликих потоках інформації. Цей вид зв'язку застосовується в пожежній охороні.

При значних потоках інформ...