Принцип действия биполярного транзистора
Биполярный транзистор является активным прибором полупроводниковой электроники, так как он позволяет осуществлять усиление мощности входного сигнала. Усилительный режим работы транзистора соответствует прямому смещению эмиттерного p-n перехода и обратному смещению коллекторного p-n перехода. Принцип действия БТ основан на инжекции неосновных носителей заряда базы из эмиттера в базу, пролёте этих носителей посредством диффузии и дрейфа через базу, экстракции (коллектировании) дошедших до коллекторного перехода неосновных носителей, инжектированных эмиттером, перенос полем обратносмещённого коллектора этих носителей в квазинейтральную область коллектора, где они становятся основными и замыкают цепь внешнего тока коллекторного источника питания. Проанализируем более подробно физические процессы, протекающие в транзисторе в усилительном режиме. Для определённости в этом разделе будем рассматривать p-n-p транзистор.
Ток обратной инжекции определяется процессом рекомбинации электронов в p+-эмиттере и является компонентом электронного тока базы . n Ine p n В гетеротранзисторе n-p-n типа использование в качестве эмит- Фon тера широкозонного полупро- водника позволяет получить вы- EC EC сокий коэффициент инжекции даже в случае NE ≤ NB из-за F большей величины барьера для обратной инжекции из базы по EV сравнению с барьером для пря- Фop мой инжекции из эмиттера в EV базу (рисунок 7.2). Ipe Рисунок 7.2 - Энергетическая диаграмма гетеротранзистора
В этом случае , где . При разнице в ширинах зон порядка 0,4эВ (переход Si-Ge) отношение при комнатной температуре. Следовательно эффективность эмиттера будет близка к единице даже в случае, если NE ≤ NB. Таким образом, гетеропереход позволяет осуществлять практически одностороннюю инжекцию носителей заряда.
. Величина тока базы IB2 определяется разностью (Ipe – Ipc), .
, где – коэффициент передачи тока эмиттера. Значение α лежит в диапа- зоне (0,95-0,999).
. Ток коллектора . Нетрудно заметить, что для транзистора в усилительном режиме выполняется закон Кирхгофа IE = IB + IC. Проведенный анализ устанавливает основные требования к структуре биполярного транзистора 1. NE >> NB; DEgE > DEgB – для обеспечения эффективности эмиттера, близкой к единице . 2. WB << LB – для уменьшения потерь в базе и обеспечения коэффициента переноса β ≤ 1. 3. Уровень легирования коллектора NC и его толщина WC должны обеспечить требуемое рабочее напряжение, которое ограничивается лавинным пробоем коллекторного p-n перехода.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|