Что такое биполярный транзистор?

Что такое биполярный транзистор?

Биполярный транзистор — это трехконтактный полупроводниковый прибор.

Также называемый транзистором с переходом, он состоит из полупроводников N-типа и P-типа в структуре перехода P-N-P или N-P-N. В отличие от полевых транзисторов (FET), которые являются униполярными транзисторами, в которых в качестве носителей выступают либо дырки, либо свободные электроны, биполярные транзисторы называются биполярными, потому что в их работе участвуют как дырки, так и свободные электроны.

Применение биполярных транзисторов

Две основные функции биполярных транзисторов — усиление и переключение.

В схемах усиления, которые превращают мельчайшие сигналы в достаточно большие уровни, биполярные транзисторы более выгодны, чем униполярные транзисторы, особенно когда требуется высокий коэффициент усиления. Биполярные транзисторы также превосходят в работе на высоких частотах.

Например, в схемах регуляторов питания, где необходимо подавлять шум переключения с высокочастотными компонентами, существует заметная разница в коэффициенте подавления шума и других характеристиках между схемами, использующими биполярные транзисторы, и схемами, использующими полевые транзисторы.

Биполярные транзисторы все еще используются в мелкосерийном производстве и схемах высокочастотного усиления, которые трудно превратить в ИС, но поскольку они управляются током, они потребляют больше энергии, чем униполярные транзисторы, которые управляются напряжением. Однако поскольку они управляются током, они потребляют больше энергии, чем униполярные транзисторы, управляемые напряжением.

С другой стороны, схемы переключения используются для управления включением/выключением тока, но униполярные транзисторы превосходят их с точки зрения скорости переключения и миниатюризации, поэтому они редко используются для этой цели.

Принципы биполярных транзисторов

Полупроводники можно разделить на полупроводники P-типа и N-типа: полупроводники P-типа заполнены дырками, которые являются недостающими электронами; полупроводники N-типа заполнены свободными электронами, которые находятся в избытке.

Транзисторы представляют собой комбинацию полупроводников P- и N-типа. В случае биполярных транзисторов существует два типа транзисторов: один состоит из трех областей: P-типа, N-типа и P-типа, а другой состоит из трех областей: N-типа, P-типа и N-типа.

Первый называется PNP-транзистором, а второй — NPN-транзистором; три области — это эмиттер, база и коллектор, каждая из которых соединена с электродом, через который подается напряжение и протекает сигнальный ток. База характеризуется тем, что она чрезвычайно тонкая.

Принцип работы биполярного транзистора поясняется на примере транзистора NPN-типа, в котором полупроводник N-типа зажат между полупроводником P-типа.

При подключении эмиттера к опорному напряжению (0 В) и коллектора к VCC (например, +5 В), когда к базе приложено положительное напряжение и ток базы Ib течет к эмиттеру, ток Ic размером β × Ib течет от коллектора к эмиттеру. Это принцип усиления транзистором, который основан на усилении тока в биполярных транзисторах. β называется коэффициентом усиления тока и обычно составляет около 100~200. В транзисторах PNP направление приложенного напряжения и тока противоположно, но принцип усиления тот же.

В режиме переключения большой ток базы Ib позволяет достаточному току течь к нагрузке, подключенной к коллектору. Кроме того, если ток базы установлен на 0 А, ток к нагрузке не течет. При протекании/отсутствии тока базы Ib ток, текущий к нагрузке, включается/выключается и осуществляется операция переключения.

Другая информация о биполярных транзисторах

Названия типов биполярных транзисторов
До 1993 года стандарт JIS устанавливал, как называть полупроводниковые компоненты. Поэтому применение транзистора можно в некоторой степени определить по названию его типа. Для биполярных транзисторов первые три буквы следующие

• 2SA: транзистор типа PNP для высокой частоты
• 2SB: транзистор типа PNP для низкой частоты
• 2SC: транзистор типа NPN для высокой частоты
• 2SD: транзистор типа NPN для низкой частоты

Фактическое название типа, например, 2SA372Y, состоит из трех букв, за которыми следуют цифра и алфавит. Номера начинаются с 11 и состоят из 2–4 цифр, но они присваиваются в порядке регистрации и не имеют никакого значения. Последняя буква означает ранговую классификацию коэффициента усиления.

Этот стандарт JIS был отменен в 1993 году, но продолжал использоваться в стандарте «Наименования типов отдельных полупроводниковых приборов», выпущенном Японской ассоциацией электронной и информационной промышленности (JEITA), который пришел ему на смену.