Термін "біполярний транзистор" пов'язаний з тим, що в цих транзисторах використовуються носії зарядів двох типів: електрони та дірки. Для виготовлення транзисторів застосовують ті самі напівпровідникові матеріали, що й для діодів.

У біполярних транзисторах за допомогою тришарової напівпровідникової структури з напівпровідників різної електропровідності створюються два p-n-переходи з типами електропровідності, що чергують (p-n-p або n-p-n).

Біполярні транзистори конструктивно можуть бути безкорпусними (рис.1, а) (для застосування, наприклад, у складі інтегральних мікросхем) і укладеними в типовий корпус (рис. 1, б). Три висновки біполярного транзистора називаються база, колектор та емітер.

Рис. 1. Біполярний транзистор: а) p-n-p-структури без корпусу; б) n-p-n-структури в корпусі

Залежно від загального висновку можна отримати три схеми підключення біполярного транзистора: із загальною базою (ПРО), загальним колектором (ОК) та загальним емітером (ОЕ). Розглянемо роботу транзистора у схемі із загальною базою, (рис. 2).

Емітер інжектує (поставляє) в основу основні носії, у нашому прикладі для напівпровідникових приладів n-типу ними будуть електрони. Джерела вибирають так, щоб E2 >> E1. Резистор Rе обмежує струм відкритого p-n-переходу.

При E1 = 0 струм через колекторний перехід малий (зумовлений неосновними носіями), його називають початковим колекторним струмом Iк0. Якщо E1 > 0, електрони долають емітерний p–n-перехід (E1 включено у прямому напрямку) і потрапляють у область бази.

Основу виконують з великим питомим опором (малою концентрацією домішки), тому концентрація дірок у основі низька. Отже, деякі електрони, що потрапили в базу, рекомбінують з її дірками, утворюючи базовий струм Iб. Одночасно в колекторному p-n-переході з боку E2 діє набагато більше полі, ніж в емітерному переході, яке захоплює електрони в колектор. Тому переважна більшість електронів досягають колектора.

Емітерний та колекторний струми пов'язані коефіцієнтом передачі струму емітера

при Uкб = const.

Завжди ∆Iк < ∆Iе, а a = 0,9 – 0,999 для сучасних транзисторів.

У розглянутій схемі Iк = Iк0 + aIе » Iе. Отже, схема біполярного транзистора із загальною базою має низький коефіцієнт передачі струму. Через це її застосовують рідко, в основному у високочастотних пристроях, де по посиленню напруги вона переважно інших.

Основною схемою включення біполярного транзистора є схема із загальним емітером (рис. 3).

Рис. 3. Включення біполярного транзистора за схемою із загальним емітером

Для неї за першим законом Кірхгофа можна записати Iб = Iе - Iк = (1 - a) Iе - Iк0.

Враховуючи, що 1 - a = 0,001 - 0,1, маємо Iб << Iе » Iк.

Знайдемо відношення струму колектора до струму бази:

Це ставлення називають коефіцієнтом передачі струму бази. При a = 0,99 отримуємо b = 100. Якщо в ланцюг бази включити джерело сигналу, то такий сигнал, але посилений по струму в b разів, буде протікати в ланцюги колектора, утворюючи на резисторі Rк напруга набагато більша, ніж напруга джерела сигналу .

Для оцінки роботи біполярного транзистора в широкому діапазоні імпульсних та постійних струмів, потужностей та напруг, а також для розрахунку ланцюга зміщення, стабілізації режиму використовуються сімейства вхідних та вихідних вольтамперних характеристик (ВАХ).

Сімейство вхідних ВАХ встановлюють залежність вхідного струму (бази чи емітера) від вхідної напруги Uбе при Uк = const, рис. 4, а. Вхідні ВАХ транзистора аналогічні ВАХ діода у прямому включенні.

Сімейство вихідних ВАХ встановлює залежність струму колектора від напруги на ньому за певного струму бази або емітера (залежно від схеми із загальним емітером або загальною базою), рис. 4, б.

Рис. 4. Вольт-амперні характеристики біполярного транзистора: а – вхідні, б – вихідні

Крім електричного переходу n-p, у швидкодіючих ланцюгах широко використовується перехід на основі контакту метал-напівпровідник – бар'єр Шотткі (Schottky). У таких переходах не витрачається час на накопичення та розсмоктування зарядів у базі, і швидкодія транзистора залежить тільки від швидкості перезаряджання бар'єрної ємності.

Параметри біполярних транзисторів

Для оцінки максимально допустимих режимів роботи транзисторів використовують основні параметри:

1) максимально допустима напруга колектор-емітер (для різних транзисторів Uке макс = 10 - 2000 В),

2) максимально допустима потужність розсіювання колектора Pк макс - по ній транзистори ділять на транзистори малої потужності (до 0,3 Вт), середньої потужності (0,3 - 1,5 Вт) та великої потужності (більше 1,5 Вт), транзистори середньої та великої потужності часто забезпечуються спеціальним тепловідвідним пристроєм – радіатором,

3) максимально допустимий струм колектора Iк макс – до 100 А і більше,

4) гранична частота передачі струму fгр (частота, на якій h21 стає рівним одиниці), по ній біполярні транзистори ділять:

- на низькочастотні – до 3 МГц,

- Середньочастотні – від 3 до 30 МГц,

- Високочастотні - від 30 до 300 МГц,

- надвисокочастотні – понад 300 МГц.