Учебное пособие: Транзисторы

Транзистором называется преобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий не менее трех выводов, предназначенный для усиления мощности электрического сигнала.

Наиболее распространенные получили биполярные и полевые транзисторы. Первые имеют два р - n перехода. В формированииих токаучаствуютносители заряда обеих полярностей (знаков), что и объясняет наименование «биполярные ». В полевых транзисторах ток формируется носителями одной полярности – электронами или дырками. Поэтому полевые транзисторы достаточно часто называют униполярными . Их рассмотрение будет приведено дальше.

Схематическое изображение структуры биполярных транзисторов приведено на рисунке 2.1,а.

Рисунок 2.1. Возможные структуры и уловное изображение биполярного транзистора.

Последовательное соединение полупроводника с электронной и дырочной проводимостью, которое необходимо для формированиядвухр-п переходов в одном приборе, приводит к образованию либо п-р-п , либо р-п-р структуры. В соответствии с ними биполярные транзисторы бывают либо п-р-п , либо р-п-р типа. Центральная область (а также вывод от нее) называется базой (Б), крайние, имеющие иной тип проводимости по сравнению с базой, - коллектором (К) и эмиттером (Э). К каждой из областей припаяны выводы, при помощи которых прибор включается в схему.

Переход между базой и эмиттером называется эмиттерным, а между базой и коллектором – коллекторным. Конструктивно транзисторы различаются в зависимости от мощности и метода образования р-n переходов.Физические процессы, протекающие в транзисторах обоих типов, аналогичны.

В первом приближении транзистор может быть представлен двумя диодами, с соединенными вместе анодами или катодами ((рисунок 2.1,б)). Такое представление является достаточным при рассмотрении режимов работы при двух полностью открытых или закрытых переходах. В графическом условном изображении транзистора (рисунок 2.1,в) сохранилось, в виде стрелки, обозначение прямого направления эмиттерного п-р перехода.

Для того чтобы транзистор мог эффективно выполнять свои функции, необходимо чтобы:

- расстояние между переходами было меньше длины свободного пробега неосновных носителей полупроводникового материала базы;

- концентрация примесей в области базы должна быть существенно ниже (на несколько порядков), чем концентрация примесей в области эмиттера.

Для выполнения первого условия область базы делают тонкой, В некоторых типах транзисторов поле коллекторного перехода простирается вплоть до эмиттерного. Выполнение второго условия обеспечивается технологией изготовления прибора.

В большинстве случаев кристалл с переходами монтируется в специальный корпус, который выполняет следующие функции:

- изолирует кристалл с переходами от воздействия внешней среды;

- обеспечивает механическую прочность прибора, отвод тепла, выделяющегося на переходах при работе прибора, а также удобство монтажа прибора.

В зависимости от полярности напряжений, приложенных к эмиттерному и коллекторному переходам транзистора, различают четыре режима его работы:

Активный режим. На эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. Этот режим является основным режимом работы транзистора при работе с аналоговыми сигналами.

Режим отсечки . К обоим переходам подводятся обратные напряжения. Поэтому через них проходит лишь незначительный ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда. Транзистор в режиме отсечки оказывается запертым.

Режим насыщения. Оба перехода находятся под прямым напряжением. Ток в выходной цепи транзистора максимален и практическая не регулируется током входной цени. В этом режиме транзистор полностью открыт.

Инверсный режим . К эмиттерному переходу подводится обратное напряжение, а к коллекторному – прямое. Эмиттер и коллектор меняются своими ролями – эмиттер выполняет функции коллектора, а коллектор – функции эмиттера. Этот режим, как правило, не соответствует нормальным условиям эксплуатации транзистора.

Принцип работы биполярного транзистора в активном режиме рассмотрим на примере транзистора n-р- n типа. Для этого на эмиттерный переход подадим прямое напряжение (U _бэ ), а на коллекторный – обратное (U _кб , рисунок 2.2)

Рисунок 2.2.

Для отпирания р-п перехода требуется незначительное напряжение, поэтому величина U _бэ небольшая, в то время как обратное напряжение на коллекторном переходе может быть существенно больше. Ток, проходящий через эмиттерный переход, получил название эмиттерного тока. Этот ток равен сумме дырочной и электронной составляющих

, (2.1)

І _Эп – составляющая эмиттерного тока, обусловленная инжекцией электронов из области эмиттера;

І _Бр – составляющая эмиттерного тока, обусловленная инжекцией дырок из области базы.

В транзисторах, как было сказано выше, концентрация носителей заряда в базе значительно меньше, чем в эмиттере. Это приводит к тому, что число электронов, инжектированных из эмиттера в базу, во много раз превышает число дырок, движущихся в противоположном направлении. Следовательно, почти весь ток через эмиттерный переходобусловлен электронами:

. (2.2)

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--