Транзистор- полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов. Используются оба типа носителей : 1.Основные. 2.Неосновные. Поэтому его называют биполярным. Биполярный транзистор состоит из трех областей монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора. Переход, который образуется на границе эмиттер- база, называется эмиттерным, а на границе база- коллектор - коллекторным. В зависимости от типа проводимости крайних слоев различают транзисторы p-n-р и n-р-n Общие сведения.

Обозначение биполярных транзисторов на схемах Простейшая наглядная схема устройства транзистора Обозначения транзистора

Схематическое изображение транзистора типа p-n-p: Схематическое изображение транзистора типа p-n-p. Э - эмиттер, Б - база, К - коллектор, W- толщина базы, ЭП – эмиттерный переход, КП – коллекторный переход

База (Б) -о бласть транзистора, расположенная между переходами. Примыкающие к базе области чаще всего делают неодинаковыми. Одну изготовляют так, чтобы из неё эффективно происходила инжекция в базу, а другую - так, чтобы соответствующий переход наилучшим образом осуществлял экстракцию инжектированных носителей из базы. Эмиттер (Э)- область транзистора, основным назначением которой является инжекция носителей в базу, а соответствующий переход эмиттерным. Коллектор (К)- область, основным назначением которой является экстракцией носителей из базы, а переход коллекторным.

Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают три режима работы транзистора: 1.Режим отсечки - оба p-n перехода закрыты, при этом через транзистор обычно идёт равнительно небольшой ток; 2.Режим насыщения - оба p-n перехода открыты; 3.Активный режим - один из p-n переходов открыт, а другой закрыт. В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором почти отсутствует. В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно

Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном переходе – обратное, то включение транзистора считают нормальным, при противоположной полярности – инверсным. По характеру движения носителей тока в базе различают диффузионные и дрейфовые биполярные транзисторы. Если при отсутствии токов в базе существует электрическое поле, которое способствует движению неосновных носителей заряда от эмиттера к коллектору, то транзистор называют дрейфовым, если же поле в базе отсутствует – бездрейфовым (диффузионным).

в БТ реализуются четыре физических процесса: - инжекция из эмиттера в базу; - диффузия через базу; - рекомбинация в базе; - экстракция из базы в коллектор.

Режим отсечки 1.Эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. Через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (I ЭБО )и коллектора (I КБО ). I б равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер мА (у германиевых транзисторов).

Режим насыщения 1.Эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками U ЭБ и U КБ. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (I Э.нас ) и коллектора (I К.нас ).

Активный режим 1.Применяется для усиления сигналов. 2.Эмиттерный переход включается в прямом, а коллекторный в обратном направлениях. Под действием прямого напряжения U ЭБ происходит инжекция дырок из эмиттера в базу. Попав в базу n-типа, дырки становятся в ней неосновными носителями заряда. Часть дырок в базе заполняется (рекомбинирует) имеющимися в ней свободными электронами. Так как ширина базы небольшая (от нескольких ед.до 10 мкм), основная часть дырок достигает коллекторного р-n- перехода и его электрическим полем перебрасывается в коллектор. В активном режиме ток базы в десятки и сотни раз меньше тока коллектора и тока эмиттера.

Закон распределения инжектированных дырок р n (х) по базе.

Процесс переноса инжектированных носителей через базу – диффузионный. Характерное расстояние, на которое неравновесные носители распространяются от области возмущения, – диффузионная длина L p. Чтобы инжектированные носители достигли коллекторного перехода, длина базы W должна быть меньше диффузионной длины L p. Условие W < L p является необходимым для реализации транзисторного эффекта – управления током во вторичной цепи через изменение тока в первичной цепи.

Схемы включения биполярного транзистора 1.В предыдущей схеме( см. активный режим) электрическая цепь, образованная источником U ЭБ, эмиттером и базой транзистора, называется входной, 2. цепь, образованная источником U КБ, коллектором и базой этого же транзистора, выходной. 3. База - общий электрод транзистора для входной и выходной цепей, поэтому такое его включение называют схемой с общей базой

Схемы включения биполярного транзистора На рисунке изображена схема, в которой общим электродом для входной и выходной цепей является эмиттер. Это схема включения с общим эмиттером, 1. выходной ток - коллектора I К, незначительно отличающийся от тока эмиттера Iэ, 2. входной ток базы I Б, значительно меньший, чем коллекторный ток. 3.Связь между токами I Б и I К в схеме ОЭ определяется уравнением: I К = h21ЕI Б + I КЭО

Схемы включения биполярного транзистора Схемы, в которых общим электродом для входной и выходной цепей транзистора является коллектор. Это схема включения с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Независимо от схемы включения транзистора для него всегда справедливо уравнение, связывающее токи его электродов: I э = I к + I Б.

Сравнительная оценка схем включения биполярных транзисторов K I - коэффициент усиления по току K U - коэффициент усиления по напряжению K P - коэффициент усиления по мощности

Влияние температуры на характеристики транзисторов 1.Недостаток транзисторов - зависимость их характеристик от изменения температуры 2.При повышении температуры увеличивается электропроводность полупроводников и токи в них возрастают. Возрастает обратный ток p-n перехода(начальный ток коллектора). Это приводит к изменению характеристик p-n перехода. 3.Схемы с общей базой и общим эмиттером имеют различные значения обратного тока Iкбо. С увеличением температуры T обратные токи возрастают, но соотношение между ними остается постоянным.

Влияние температуры на характеристики транзисторов Температурные изменения оказывают влияние на величину коэффициентов передачи тока а и B Изменение обратных токов и коэффициентов усиления приводит к смещению входных и выходных характеристик транзисторов, что может привести к нарушению его нормальной работы или схемы на его основе.

Выходная и входная характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером при различных температурах:

Классификация транзисторов 1.Транзисторы классифицируются по допустимой мощности рассеивания и по частоте. 2.Транзисторы по величине мощности, рассеиваемой коллектором, делятся на транзисторы малой (Рк ЗООО мВт), средней (Рк 1,5 Вт) и большой (Рк 1,5 Вт) мощности. 3.По значению предельной частоты, на которой могут работать транзисторы, их делят на низкочастотные (З МГц), среднечастотные ( ЗО МГц), высокочастотные ( 300 МГц) и сверхвысокочастотные ( > ЗООМГц). 4.Низкочастотные маломощные транзисторы обычно изготавливают методом сплавления, поэтому их называют сплавными.