3. Задача
По приведённому изображению определить полупроводниковый прибор. Описать принцип действия, назначение и основные схемы соединения.
Решение:
1. Определение полупроводникового прибора:
На изображении представлен условный графический символ биполярного транзистора n-p-n типа.
2. Принцип действия биполярного транзистора:
Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых областей с разным типом проводимости, образующих два p-n перехода. В данном случае, n-p-n транзистор имеет две n-области (эмиттер и коллектор) и одну p-область (база) между ними.
Принцип действия основан на управлении током коллектора (выходным током) с помощью небольшого тока базы (входного тока). Для нормальной работы транзистора необходимо подать на него определённые напряжения:
- Эмиттерный переход (между эмиттером и базой) обычно смещают в прямом направлении (база положительна относительно эмиттера для n-p-n транзистора). Это приводит к инжекции электронов из эмиттера в базу.
- Коллекторный переход (между базой и коллектором) обычно смещают в обратном направлении (коллектор положительн относительно базы для n-p-n транзистора).
Электроны, инжектированные из эмиттера в тонкую базу, диффундируют через неё и попадают в коллектор, где под действием электрического поля устремляются к коллекторному выводу. Небольшая часть электронов рекомбинирует в базе, образуя ток базы. Таким образом, малый ток базы управляет значительно большим током коллектора, что позволяет транзистору работать как усилитель или ключ.
3. Назначение биполярного транзистора:
Биполярные транзисторы являются одними из основных элементов современной электроники и используются для:
- Усиления электрических сигналов: Они могут увеличивать мощность, напряжение или ток входного сигнала.
- Ключевых (переключающих) режимов: Работают как электронные ключи, быстро переключаясь между состояниями "включено" (открыто) и "выключено" (закрыто).
- Генерации колебаний: Используются в генераторах для создания электрических колебаний различной частоты.
- Модуляции и демодуляции сигналов: Применяются в радиоприёмниках и передатчиках.
4. Основные схемы соединения биполярного транзистора:
Существуют три основные схемы включения биполярного транзистора, отличающиеся тем, какой из выводов является общим для входной и выходной цепей:
- Схема с общим эмиттером (ОЭ):
- Входной сигнал подаётся между базой и эмиттером.
- Выходной сигнал снимается между коллектором и эмиттером.
- Эта схема обеспечивает усиление как по току, так и по напряжению, а также инверсию фазы выходного сигнала относительно входного. Является наиболее распространённой для усиления.
- Схема с общей базой (ОБ):
- Входной сигнал подаётся между эмиттером и базой.
- Выходной сигнал снимается между коллектором и базой.
- Эта схема обеспечивает усиление по напряжению, но не по току (коэффициент усиления по току близок к единице). Используется для высокочастотных усилителей и согласования импедансов.
- Схема с общим коллектором (ОК), или эмиттерный повторитель:
- Входной сигнал подаётся между базой и коллектором.
- Выходной сигнал снимается между эмиттером и коллектором.
- Эта схема обеспечивает усиление по току, но не по напряжению (коэффициент усиления по напряжению близок к единице). Используется для согласования импедансов (высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление) и в буферных каскадах.