Транзисторы. Принцип действия, классификация, области применения

управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.
Транзисторы по структуре, принципу действия и параметрам делятся на два класса — биполярные и полевые (униполярные).
В биполярном транзисторе используются полупроводники с обоими типами проводимости, он работает за счет взаимодействия двух, близко расположенных на кристалле, p-n переходов и управляется изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом вывод эмиттера всегда является общим для управляющего и выходного токов.
В полевом транзисторе используется полупроводник только одного типа проводимости, расположенный в виде тонкого канала, на который воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора, управление осуществляется изменением напряжения между затвором и истоком. Полевой транзистор, в отличие от биполярного, управляется напряжением, а не током. 

типом проводимости, разделенных тонким слоем полупроводника с другим типом проводимости, называется биполярным транзистором.

Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника, называемых "база" (Б), "коллектор" (К), "эмиттер" (Э). Ток, протекающий через переход база - эмиттер (Iб) вызывает изменения сопротивления зоны эмиттер - коллектор, соответственно изменяется ток коллектора Iк, причем его значения больше нежели базового. Это основной принцип работы биполярного транзистора. Поскольку материал транзистора полупроводник, то ток может протекать только в одном направлении, определяемом типом перехода. Соответственно этим определяется полярность подключения (тип проводимости) транзистора (прямая - p-n-p, обратная - n-p-n.

распространены Существенно больше. Инжектируемыми носителями в этом случае являются электроны, подвижность которых в несколько выше, чем у дырок, что обусловливает большее быстродействие.

протекающего тока

быть включен как в прямом, так и в обратном направлении. В связи с этим различают три режима работы.

Нормальный активный режим
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт) UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора p-n-pтипа), для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид UЭБ<0;UКБ>0.
Инверсный активный режим
Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.

коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ.нас) и коллектора (IК.нас).
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ.нас) - это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ.отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ.нас) - это падение напряжение между базой и эмиттером на открытом транзисторе.
Режим отсечки
В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В). Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,7 В, или IБ=0.
Барьерный режим
В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторнуюили в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов

сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.
Схема включения с общей базой

Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iэ.
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.
Достоинства
Хорошие температурные и частотные свойства.
Высокое допустимое напряжение
Недостатки схемы с общей базой
Малое усиление по току, так как α < 1
Малое входное сопротивление
Два разных источника напряжения для питания.

сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.
Схема включения с общим эмиттером

Iвых = Iк Iвх = Iб Uвх = Uбэ Uвых = Uкэ
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.
Достоинства
Большой коэффициент усиления по току.
Большой коэффициент усиления по напряжению.
Наибольшее усиление мощности.
Можно обойтись одним источником питания.
Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
Недостатки
Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.

сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.
Схема включения с общим эмиттером

Iвых = Iэ Iвх = Iб Uвх = Uбк Uвых = Uкэ
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.
Достоинства
Большое входное сопротивление.
Малое выходное сопротивление.
Недостатки
Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.
Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем».

полем. Это главное отличие с точки зрения практики от биполярных транзисторов, которые управляются током. Электрическое поле создается напряжением, приложенным к затвору относительно истока. Полярность управляющего напряжения зависит от типа канала транзистора. 
В полевых транзисторах в зависимости от типа канала ток осуществляется только одним типом носителей дырками или электронами. В биполярных транзисторах ток формировался из двух типов носителей зарядов – электронов и дырок, независимо от типа приборов. Полевые транзисторы в общем случае можно разделить на:
транзисторы с управляющим p-n-переходом;
транзисторы с изолированным затвором.
И те и другие могут быть n-канальными и p-канальными, к затвору первых нужно прикладывать положительное управляющее напряжение для открытия ключа, а для вторых – отрицательное относительно истока.
У всех типов полевых транзисторов есть три вывода:
Исток (источник носителей заряда, аналог эмиттера на биполярном).
Сток (приемник носителей заряда от истока, аналог коллектора биполярного транзистора).
Затвор (управляющий электрод, аналог сетки на лампах и базы на биполярных транзисторах).