Главная | Обратная связь

Биполярные транзисторы (БТ): общее понятие, устройство, классификация по областям применения.

Управление током и усиление сигналов в схемах полу­проводниковой электроники осуществляют с помощью транзисторов. Биполярный транзистор представляет собой кристалл полупроводника, состоящий из трех слоев с че­редующейся проводимостью и снабженный тремя вывода­ми (электродами) для подключения к внешней цепи.

На рис. 1.5, а и б показано схемное обозначение двух типов транзисторов р-п-р-типа со слоями р, п и р и п-р-п- типа со слоями п, р и п. Крайние слои называют эмитте­ром (Э) и коллектором (К), между ними находится база (Б). В трехслойной структуре имеются два электронно-дырочных перехода: эмиттерный переход между эмитте­ром и базой и коллекторный переход между базой и кол­лектором. В качестве исходного материала транзисторов используют германий или кремний.

При изготовлении транзистора обязательно должны быть выполнены два условия:

1) толщина базы (расстояние между эмиттерным и коллекторным переходами) должна быть малой по сравнению с длиной свободного пробега носителей заряда;

2) концентрация примесей (и основных носителей) за­ряда в эмиттере должна быть значительно больше, чем в базе.

Применение транзисторов: Усилители, каскады усиления, Генератор, Модулятор, Демодулятор (Детектор), Инвертор (лог. элемент), Микросхемы на транзисторной логике.

Принцип работы БТ

Транзистор включают последовательно с сопротивлени­ем нагрузки R_K в цепь источника коллекторного напряже­ния Е_к. На вход транзистора подается управляющая ЭДС как показано на рис. 1.6, а. Такое включение транзис­тора, когда входная (Ев, Rb) и выходная (£к. Rk) цепи имеют общую точку — эмиттер, является наиболее рас­пространенным и называется включением с общим эмит­тером (ОЭ).

При отсутствии напряжений эмиттерный и коллекторный переход находятся в состоянии рав­новесия, токи через них равны. Оба перехода имеют двойной электричес­кий слой, состоящий из ионов примесей, и потенциальный барьер , различный на каждом из переходов. Распреде­ление потенциалов в транзисторе при отсутствии напряже­ний показано на рис. 1.6,б штриховой линией.

Полярность внешних источников ЕБ и Ек. выбирается такой, чтобы на эмиттерном переходе было прямое напря­жение (минус источника ЕБ подан на базу, плюс — на эмиттер), а на коллекторном переходе — обратное напря­жение (минус источника — на коллектор, плюс — на эмиттер), причем напряжение | UКЭ | > |UБЭ. При та­ком включении источников ЕБ и ЕК распределение потен­циалов в транзисторе имеет вид, показанный на рис. .1.6, б сплошной линией. Потенциальный барьер эмиттерного пе­рехода, смещенного в прямом направлении, снижается, на коллекторном переходе потенциальный барьер увеличива­ется.

В результате приложения к эмиттерному переходу пря­мого напряжения начинается усиленная диффузия (инжекция) дырок из эмиттера в базу. Электронной составляю­щей диффузионного тока через эмиттерный переход можно пренебречь, так как . Таким образом, ток эмиттера . Под воздействием сил диффузии в результате перепада концентрации вдоль базы дырки продвигаются от эмиттера к коллектору. Поскольку база в транзисторе выполняется тонкой, основная часть дырок, инжектирован­ных эмиттером, достигает коллекторного перехода, не по­падая в центры рекомбинации. Эти дырки захватываются полем коллекторного перехода, смещенного в обратном на­правлении, так как это поле является ускоряющим для не­основных носителей — дырок в базе я-типа. Ток дырок, попавших из эмиттера в коллектор, замыкается через внешнюю цепь, источник При увеличении тока эмитте­ра на величину ток коллектора возрастет на .

Небольшая часть дырок, инжектированных "эмиттером, попадает в центры рекомбинации и исчезает, рекомбинируя с электронами. Заряд этих дырок остается в базе, и для восстановления зарядной нейтральности базы из внешней цепи за счет источника ЕБ в базу поступают элек­троны. Помимо указанных основных составляющих тока тран­зистора надо учесть возможность перехода неосновных но­сителей, возникающих в базе и коллекторе в результате генерации носителей, через коллекторный переход, к кото­рому приложено обратное напряжение. Этот малый ток (переход дырок из базы в коллектор и электронов из кол­лектора в базу) аналогичен обратному току р-п перехода, он также называется обратным током коллекторного пере­хода или тепловым током и обозначается I_КБо (рис. 1.6, а).

Транзистор является трехнолюсником, поэтому источ­ник входного сигнала и нагрузка могут быть подключены к нему различным образом. В наиболее распространенном включении по схеме с общим эмиттером (рис. 1.6) источ­ником входного напряжения Uбэ является Ев, входным током базовый ток IБ. Нагрузка включается в коллектор­ную цепь. Эмиттер является общей точкой для входной и выходной цепей. Изменяя малый ток базы (входной ток) на значение ∆IБ, тем самым изменяем выходной ток в соответствии с выражением (1.4). При этом изменяется ток и падение напряжения на нагрузке на значение ∆IКRК, изменяется мощность, выделяемая на резисторе Rк. Та­ким образом, при изменении малого тока Iб в цепи источ­ника малого напряжения Еб изменяется отдача мощности источником EК в резистор Rк.