3. Усилвателни стъпала

3.1. Биполярен транзистор

Биполярният транзистор притежава полупроводникова структура с два P-N прехода. В зависимост от начина на подреждане на слоевете биват P-N-P и N-P-N. Всичко, което ще се каже в изложението за транзисторите със структура N-P-N, ще важи и за транзисторите със структура P-N-P с тази разлика, че токовете и напреженията са с обратен знак.

На Фиг. 3.1 са показани структурите и условните означения на двата вида транзистори. Те притежават три извода, наричани съответно емитер, база и колектор. От фигурата се вижда, че колекторът и емитерът на пръв поглед са равноправни. На практика колекторът се изработва така, че да може да отдава към външната среда топлината, породена от разсейваната върху него мощност. Въпреки това е възможно така нареченото инверсно свързване на транзистора, при което той все пак ще работи, но не в съответствие с показателите, регламентирани от производителя.

Фиг. 3.1

Известно е, че когато един P-N преход се свърже в права посока, през него протича ток и P областта се насища със свободни електрони. Следователно докато тече ток, тази P област, в която при нормално състояние има недостиг на електрони, придобива свойствата на N област. Вместо P-N структура възниква структура N-N, т.е. целият кристал става N полупроводник, а N полупровозникът по свойства си е най-обикновен проводник.

Същото се случва, когато се отпуши преходът база-емитер на транзистор. На Фиг.3.2. е показана схема, в която се открояват две вериги. В едната източникът е E_Б. Свързан е с плюса си към Р областта на базата, а с минуса към N областта на емитера, при което през прехода база-емитер трябва да протече ток I_Б. P-областта на базата се насища със свободни електрони и придобива поведение на N-област. Докато тече базов ток, структурата става N-N-N, при което изчезва и колекторния P-N преход, т.е. целият кристал на транзистора придобива поведение на един общ N полупроводник. Транзисторът се отпушва и протича колекторен ток I_к. Това трае, докато протича базовия ток. Прекъсне ли се той, P-N преходите се възстановяват.

Фиг. 3.2

Обикновено базата се изработва много тънка така, че малък брой електрони да са в състояние да я наситят. С други думи малък базов ток е в състояние да управлява големия колекторен ток през транзистора. Зависимостта е правопропорционална с коефициент на пропорционалност b, който е важен параметър на биполярния транзистор. Нарича се коефициент на усилване по ток и се задава в справочниците. По често вместо b, в справочниците фигурира h_21E, което е същото, но е един от така