Устройство биполярного транзистора. Основные физические процессы

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 24Следующая ⇒

Транзистор состоит из трёх областей полупроводника и имеет два p - n перехода. Транзистор, в котором крайние области обладают проводимостью p - типа, а средняя область - электропроводностью n - типа, называют транзистором структуры p - n - p.

Если же крайние области являются полупроводниками n - типа, а средняя - областью p - типа, то такой транзистор называют транзистором структуры n - p - n.

Среднюю область пластинки биполярного транзистора называют базой, одну из крайних областей - эмиттером (что означает - поставщик носителей тока), вторую крайнюю область называют коллектором (что означает - собиратель носителей тока). Обычно эмиттер меньше коллектора, чтобы коллектор имел возможность собрать все носители заряда, уходящие из эмиттера.

Рис.4.1. Схематическое изображение транзистора p - n - p структуры:

Э - эмиттер; Б - база; К - коллектор (рисунок выполнен авторами)

Структура сплавного транзистора изображена на рис.4.2.

Рис.4.2. Схематическое изображение разреза кристалла сплавного транзистора (рисунок выполнен авторами)

(К - коллектор, Б - база, Э - эмиттер; 1 - вывод коллектора; 2 - коллекторный p - n переход; 3 - вывод эмиттера; 4 - эмиттерный p - n переход; 5 - вывод базы)

Переход между эмиттером и базой называют эмиттерным p - n переходом, а между коллектором и базой - коллекторным p - n переходом. Ток, протекающий через вывод эмиттера и эмиттерный переход называют током эмиттера (I_э), ток через вывод коллектора и коллекторный переход - током коллектора (I_к), ток через вывод базы - током базы (I_б). Для того чтобы транзистор усиливал электрические сигналы, нужно к эмиттерному переходу приложить прямое напряжение, а к коллекторному - обратное напряжение. Транзистор можно рассматривать, как два полупроводниковых диода, имеющих одну общую область - базу. Если напряжение подавать только на коллекторный переход (внешнее напряжение будет при этом усиливать внутреннее поле коллекторного перехода), ток будет течь лишь через коллекторный переход; величина его небольшая, т.к. он образован неосновными носителями. Этот ток называют обратным током коллектора (I_ко). Его значение зависит только от температуры. Эмиттерный переход находится в состоянии динамического равновесия, т.е. диффузионный ток уравновешивается током проводимости. Если к эмиттерному переходу подключить прямое напряжение, внутреннее поле перехода уменьшается, а через переход потечёт прямой ток (диффузионный). Этот ток обусловлен проникновением дырок из эмиттера в базу и электронов из базы в эмиттер. Хотя потоки противоположных по знаку основных носителей зарядов направлены навстречу друг другу, но токи, создаваемые ими, будут иметь одинаковое направление. Обычно концентрацию примеси в эмиттере делают значительно выше, чем в базе. Когда области различных типов проводимости имеют разные концентрации примесей, диффузионный ток будет определяться главным образом основными носителями той области, в которой концентрация примесей больше. Для нашего случая (в эмиттере значительно больше примесей, чем в базе) прямой ток через эмиттерный переход будет определяться в основном дырками. Дырки инжектируются в базовую область, в которой они являются неосновными носителями, так как база изготовлена из материала типа n. В области базы создаются такие условия, что дырки в ней не рекомбинируют с электронами, а диффундируют в направлении перехода база - коллектор. Под действием источника напряжения этот переход для неосновных носителей смещён в прямом направлении, поэтому дырки проникают в коллекторную область и способствуют возрастанию тока в цепи коллектора. Однако не все дырки, инжектированные из эмиттера в базу, достигнут коллекторной области. Небольшая их часть успеет рекомбинировать с электронами в базовой области типа n. Потеря зарядов в базовой области приведёт к протеканию тока в цепи базы. Путём изменения тока базы можно изменять напряжение на эмиттерном переходе и, таким образом, управлять током между эмиттером и коллектором.

Действие транзистора n - p - n типа осуществляется аналогичным образом, только неосновными носителями, проходящими через базу, будут электроны, а не дырки. Независимо от типа транзистора необходимо, чтобы переход эмиттер - база был смещён в прямом направлении, т.е. отрицательный зажим питания надо присоединять к области n, а положительный - к области p. Таким же образом переход база - коллектор должен быть смещён в обратном направлении. Это означает, что коллектор транзистора p - n - p типа присоединяется к отрицательному зажиму источника питания, а коллектор транзистора n - p - n типа к - положительному. Условно представить токи транзистора можно следующим рисунком:

Рис.4.3. Условное представление токов транзистора (рисунок выполнен авторами)

Iк = α ·I_э + I_ко, где α - коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общей базе. α всегда меньше 1 и обычно равен 0, 95 - 0, 99. Т.к. α ·I_э > > I_ко, то значением I_ко можно пренебречь и тогда α = I_к/I_э.

Рис.4.4. Условные графические обозначения биполярных транзисторов на схемах (рисунок выполнен авторами)

(а - транзистор структуры p - n - p; б - транзистор структуры n - p - n; в - p - n - p транзистор с коллектором, соединённым с корпусом; г - транзистор p - n - p c выводом корпуса; д - лавинный транзистор; е - однопереходной транзистор с n базой).

Условное обозначение транзистора на схеме содержит обозначения базы, эмиттера и коллектора. Базу транзистора обозначают короткой чёрточкой, эмиттер - наклонной линией со стрелкой. Для транзистора структуры p - n - p стрелка направлена к изображению базы, а для транзистора структуры n - p -n - от базы. Кружок на схеме является символом корпуса транзистора. Кружок не ставят, если транзистор без корпуса (например, если транзистор входит в состав интегральной или гибридной микросхемы). Один из электродов транзистора нередко соединяется с металлическим корпусом (чаще всего коллектор). На условном обозначении это обозначается жирной точкой в том месте, где вывод электрода пересекается с символом корпуса (рис.4.4, в). Если же корпус транзистора имеет самостоятельный вывод, то его обозначают как на рис.4.4, г. В изображении лавинного транзистора используется дополнительный знак - прямой уголок, который ставится между эмиттером и коллектором. Своеобразное условное обозначение однопереходного транзистора, который имеет особую структуру: у него всего один p - n переход (эмиттерный). Но у его базы два вывода - по обе стороны от p - n перехода. Символ эмиттера однопереходного транзистора направлен под углом к середине символа базы, а выводы от неё (база 1 и база 2) смещены к краям (рис.4.4, д). На рис.4.4, е изображено условное графическое изображение однопереходного транзистора с n - базой (Ронжин Ю.Н., 1982).

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒