Файл: Научноисследовательская работа Тема Применение биполярных транзисторов Выполнил обучающийся 1 курса 11э группы Специальность.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2023
Просмотров: 22
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Научно-исследовательская работа
Тема
Применение биполярных транзисторов
Выполнил обучающийся:
1 курса 11э группы
Специальность:
Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и
электромеханического
оборудования
выполнил:
Бурдынюк Алексей Юрьевич
Преподаватель:
Горшков Александр Владимирович
Содержание
Оглавление
Глава 1.Биполярный транзистор. История создания, принцип работы, типы, технические характеристики, способы производства.
1.1.Транзистор
1.2.История создания биполярного транзистора
1.3.Принцип работы биполярного транзистора
1.4.Типы биполярных транзисторов
1.5.Обозначение биполярного транзистора на схеме
1.6.Материалы применяеые,при производстве биполярных транзисторов и их особенности
1.7.режимы работы
1.8.Схемы включения биполярного транзистора
Введение
Актуальность: в настоящее время транзистор является основой схемотехники, подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем. Биполярные транзисторы используются во всех сферах жизни, где применяются любая вычислительная, компьютерная или автоматическая техника от медицины и быта до космических технологий.
Цель:Узнать про биполярный транзистор как можно больше
Задачи:
1. Ознакомиться с историей создания, принципом работы, типами, биполярного транзистора.
2. Исследовать различные схемы подключения транзистора и его режимы работы.
3. Анализ полученных результатов. Коррекция деятельности.
Глава 1 Биполярный транзистор. История создания, принцип работы, типы, технические характеристики, способы производства
1.1 Транзистор
Транзистор (англ. transistor), полупроводниковый триод — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств
1.2 История создания биполярного транзистора
В 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун впервые обнаружил явление односторонней проводимости контакта металл—полупроводник.
На рубеже 1920-1930 годов в радиотехнике началась эпоха бурного индустриального развития электронных ламп, физика которых была изучена, и в этом направлении работала основная масса учёных-радиотехников. В то же время как хрупкие и капризные полупроводниковые детекторы открытой конструкции, в которых нужно было при помощи металлической иглы вручную искать на кристалле «активные точки», стали уделом кустарей-одиночек и радиолюбителей, строивших на них простейшие радиоприемники. Потенциальных перспектив полупроводников никто не видел.
В 1929—1933гг., в ЛФТИ, Олег Лосев под руководством А. Ф. Иоффе провёл ряд экспериментов с полупроводниковым устройством, однако достаточного коэффициента усиления получить тогда не удалось. Изучая явления электролюминесценции в полупроводниках, Лосев исследовал около 90 различных материалов, особенно выделяя кремний. Но начавшаяся война и гибель инженера в блокадном Ленинграде зимой 1942 года привели к тому, что некоторые его работы оказались утеряны и сейчас неизвестно, насколько далеко он продвинулся в создании транзистора. До войны изготовить полупроводниковый усилительный прибор не удалось.
После войны, в 1945 году, исследования возобновились под руководством физика-теоретика Уильяма Шокли. После ещё 2 лет неудач, 16 декабря 1947 года, исследователь Уолтер Браттейн, пытаясь преодолеть поверхностный эффект в германиевом кристалле и экспериментируя с двумя игольчатыми электродами, перепутал полярность приложенного напряжения и неожиданно получил устойчивое усиление сигнала.
23 декабря 1947 года состоялась презентация действующего макета, эта дата стала считаться датой рождения транзистора.
1.3 Принцип работы биполярного транзистора
При подключении эмиттера и коллектора к источнику питания создаются почти все условия для протекания тока. Однако свободному перемещению носителей заряда препятствует база, и для устранения этой помехи на неё подаётся напряжение смещения. В базовом слое полупроводника возникают физико-химические процессы электронно-дырочной рекомбинации, в результате которой через базу начинает течь небольшой ток. В результате p-n-переходы открывают путь потоку носителей заряда от эмиттера к коллектору.
1.4 Типы биполярных транзисторов
Биполярные транзисторы делятся на два типа: прямой (p-n-p) и обратной (n-p-n) проводимости, где negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда, а positive — с избытком положительных. Их отличия заключаются в том, что для открытия транзистора прямой проводимости на базу требуется подать отрицательный заряд, а транзистор обратной проводимости открывается наоборот, подачей на базу положительного заряда.
1.5 Обозначение биполярного транзистора на принципиальной схеме
Где 1-коллектор, 2-база, 3-эммитер. Обычно эти названия сокращают и просто пишут: Б (База), Э (Эмиттер), К (Коллектор)
1.6 Материалы преимущественно применяемые, при производстве биполярных транзисторов и их особенности
Полупроводниковые материалы, преимущественно применяемые в транзисторах это: кремний, арсенид галлия и германий
Особенности кремневого транзистора:
· p-n переходы обладают низкими токами утечки, что определяет более высокие пробивные напряжения кремниевых выпрямителей.
· Кремневый транзистор имеет большую рабочую температуру (до 150-70 градусов Цельсия)
· Кремневый транзистор является менее затратной при в производстве.
Особенности германиевого транзистора:
· Возможность работы при низких напряжениях питания начиная от 0,5 В.
· При работе на высоких частотах имеют низкий уровень шумов.
1.7 Режимы работы
Существует 4 режима работы биполярного транзистора, в одном из которых он может работать:
1. Отсечка
2. Активный режим
3. Насыщение
4. Барьерный режим
Биполярный транзистор имеет ещё инверсный режим, но он на практике не используется и интересен только при теоретических исследованиях поведения полупроводников. Поэтому он описан не будет.
1. Отсечка.
В том случае, если разность потенциалов между эмиттером и базой ниже некоторого значения (примерно 0.6 Вольт), то база-эмиттерный p-n-переход оказывается закрытым, поскольку ток базы не возникает. В связи с этим коллекторный ток не протекает по той причине, что в базовом слое отсутствуют свободные электроны. Таким образом, транзистор переходит в состояние отсечки и сигнал не усиливает.
2. Активный режим.
В этом режиме радиокомпонент усиливает сигнал, то есть исполняет свою основную функцию. На базу подаётся разность потенциалов, которая открывает база-эмиттерный p-n-переход. Как следствие, в транзисторе начинают протекать токи коллектора и базы. Значение коллекторного тока вычисляется, как арифметическое произведение величины тока базы и коэффициента усиления
3. Насыщение.
В этот режим биполярный транзистор входит при увеличении тока базы до некоего предельного значения, при котором p-n-переходы полностью открываются. Значение тока, протекающего через БТ при его насыщении, зависит лишь от питающего напряжения и величины нагрузки в коллекторной цепи. В данном режиме входной сигнал не усиливается, ведь коллекторный ток не воспринимает изменений тока базы. Способность транзистора к переходу в насыщение используется в цифровой технике.
4. Барьерный режим.
Здесь транзистор работает как диод с последовательно включённым резистором. Для этого базу напрямую или через малоомное сопротивление соединяют с коллектором. В данном режиме триоды хорошо показывают себя в высокочастотных устройствах. Кроме того, использование транзистора в барьерном режиме целесообразно на реальном производстве для снижения общего количества комплектующих.
1.8 Схемы включения биполярного транзистора (Рис.2)
Биполярный транзистор может включаться в электрическую цепь, по одной из трех схем:
1. С общим эмиттером
2. С общим коллектором
3. С общей базой
В зависимости способа включения, электрические параметры биполярного транзистора изменяются.
При включении биполярного транзистора с общим эмиттером достигается максимальное усиление входного сигнала. Благодаря этому данная схема в усилительных каскадах применяется чаще всего.
Схема с общим коллектором по-другому называется эмиттерным повторителем. Это связано с тем, что разность потенциалов на коллекторе и эмиттере оказываются практически равными. При таком включении наблюдаются большое усиление по току, высокое входное сопротивление и совпадение фаз входного и выходного сигналов. Вследствие этого эмиттерные повторители используются в согласующих и буферных усилителях.
При включении биполярного транзистора по схеме с общей базой отсутствует усиление по току, но значительным оказывается усиление по напряжению. Особенностью данного способа является малое влияние транзистора на сигналы высокой частоты. Это делает схему с общей базой предпочтительной для использования в устройствах ВЧ.