- •Биполярные транзисторы
- •Схемы включения.
- •Нелинейная модель, предложенная Эберсом и Моллом, характеризует активную область транзистора, в ней отсутствуют резисторы, отражающие наличие пассивных областей базы и коллектора.
- •Характеристики транзисторов определяют соотношения между токами, проходящими в цепях транзистора, и напряжениями на его электродах.
- •Характеристики схемы об
- •Характеристики схемы оэ.
Биполярные транзисторы
Устройство и принцип действия.
Транзисторами называют полупроводниковые приборы, которые способны усиливать электрическую мощность. В основе работы биполярных транзисторов лежит инжекция неосновных носителей заряда. Термин «биполярный» призван подчеркнуть роль обоих типов носителей заряда (электронов и дырок) в работе транзистора: инжекция неосновных носителей сопровождается компенсацией их заряда основными носителями.
Биполярный транзистор представляет собой совокупность двух встречно включенных взаимодействующих p-n-переходов. Взаимодействие двух p-n-переходов обеспечивается тем, что они расположены близко друг к другу – значительно меньше диффузионной длины носителей заряда. Транзисторы бывают двух типов: n-p-n и p-n-p в зависимости от порядка чередования слоев с разным типом проводимости (рис.1)
Рис.1. Структура и условные обозначения биполярных транзисторов.
Одна из крайних областей называется эмиттером, другая – коллектором, промежуточную область называют базой. Эмиттер предназначен для инжекции носителей в базу, это наиболее сильно легированная область. Назначение коллектора – экстракция инжектированных носителей из базы. Электронно-дырочный переход (p-n-переход) между эмиттером и базой называется эмиттерным, между коллектором и базой – коллекторным. В реальном транзисторе площадь коллектора больше, чем эмиттера, и транзистор, кроме активной области, ограниченной площадью сечения эмиттера, имеет также пассивные области (рис.2). Структуры на рис.1 отображают лишь активную область транзистора.
Основные свойства транзистора определяются процессами в базе. Если база однородная (легирована одинаково), то движение носителей в ней чисто диффузионное. Если база неоднородная, то в ней есть внутреннее электрическое поле, и тогда движение носителей будет комбинированным: диффузия сочетается с дрейфом. Транзисторы с однородной базой называются диффузионными, а с неоднородной базой – дрейфовыми.
При нормальном включении транзистора (рис.2) на эмиттерный переход действует прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. При этом дырки инжектируются из эмиттера в базу, благодаря малой толщине базы основная часть инжектируемых носителей пролетает сквозь базу до коллекторного перехода, не успев рекомбинировать с электронами. Коллекторный переход открыт для дырок, инжектированных в базу, и они беспрепятственно проходят в коллектор. Таким образом, при нормальном включении коллектор собирает поступившие в базу неосновные носители заряда. На рис.2 токи, переносимые дырками, показаны прозрачными стрелками, электронные токи – темными.
Коллекторный ток IК пропорционален величине эмиттерного тока IЭ:
IК = α IЭ+ IКБО, (1)
где α – коэффициент передачи тока эмиттера.
В цепи коллектора протекает также обратный ток коллектора, IКБО. Как и в полупроводниковом диоде, обратный ток IКБО имеет три составляющие.
IКБО =IК0+IКТ+IКУ
IКО – ток экстракции (ток неосновных носителей заряда)
IКТ – термоток (ток генерации электронно-дырочных пар в p-n-переходе).
IКУ – ток утечки (поверхностный ток).
Токи электродов по закону Кирхгоффа связаны соотношением:
IЭ =IК+IБ (2)
Эмиттерный и коллекторный токи почти одинаковы, их разность равна току базы. Коллекторный ток практически не зависит от напряжения на коллекторном переходе, дифференциальное сопротивление коллекторного перехода очень велико. В то же время дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, включенного в прямом направлении, очень мало поэтому в цепь коллектора можно включить нагрузку с большим сопротивлением без существенного уменьшения коллекторного тока. Поэтому мощность, создаваемая переменной составляющей тока коллектора в нагрузке может быть значительно больше мощности, затрачиваемой на управление током в цепи эмиттера, т. е. транзистор обладает усилительными свойствами.
Режимы работы.
Возможны три режима работы биполярного транзистора:
1.Активный режим, когда один из переходов смещен в прямом направлении, а другой – в обратном. При этом возможны два варианта:
– Нормальное включение – на эмиттерный переход подается прямое напряжение, на коллекторный – обратное.
– Инверсное включение – когда на эмиттерный переход подано обратное напряжение, на коллекторный – прямое. Передача тока при этом значительно хуже, чем при нормальном включении, во-первых, из-за того, что коллектор легирован слабее, во-вторых, размеры эмиттера меньше, чем коллектора, и только часть зарядов попадает в эмиттер.
2.Режим насыщения (двойной инжекции) – характерен тем, что на обоих переходах эмиттерном и коллекторном действует прямое напряжение. При этом и эмиттер и коллектор инжектируют носители в базу навстречу друг-другу и одновременно каждый из них собирает носители, дошедшие от другого.
3.Режим отсечки – когда оба перехода смещены в обратном направлении, транзистор заперт.