Биполярные транзисторы. 1. Общие сведения. Транзистор –полупроводниковый прибор с двумя электронно- дырочными переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов. Биполярный транзистор - в котором используются два типа носителей – основные и неосновные. Биполярный транзистор состоит из трех областей монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора.

Схематическое изображение транзистора типа p-n-p. Где Э - эмиттер, Б - база, К – коллектор, W – толщина базы, ЭП – эмиттерный переход, КП – коллекторный переход. В зависимости от типа проводимости крайних слоев различают транзисторы p-n-p и n-p-n:

Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают три режима работы транзистора: Режим отсечки – оба p-n перехода закрыты, при этом через транзистор обычно идет сравнительно небольшой ток. Режим насыщения – оба p-n перехода открыты. Активный режим - один из p-n переходов открыт, а другой закрыт. В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором невозможно. В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно, причем транзистор может выполнять функции активного элемента электрической схемы. Режимы работы транзистора.

Виды включения транзисторов. Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное, то включение считают нормальным. При противоположной полярности – инверсным.

Виды биполярных транзисторов по характеру движения носителей тока в базе. Основные характеристики транзистора определяются в первую очередь процессами, происходящими в базе. В зависимости от распределения примеси в базе может присутствовать или отсутствовать электрическое поле. Если при отсутствии токов в баз 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).

2.Основные физические процессы в биполярных транзисторах. - инжекция из эмиттера в базу; -диффузия через базу; -рекомбинация в базе; -экстракция из базы в коллектор. Процесс переноса инжектированных носителей через базу – диффузионный. Характерное расстояние, на которое неравновесные носители распространяются от области возмущения – диффузионная длина L p. В процессе диффузии через базу инжектированные неосновные носители рекомбинируют с основными носителями в базе. Для восполнения прорекомбинированных основных носителей в базе через внешний контакт должно подойти такое же количество носителей. Таким образом, ток базы – это рекомбинационный ток. Продиффундировавшие через базу без рекомбинации носители попадают в электрическое поле обратно смещенного коллекторного p-n перехода и экстрагируются из базы в коллектор.

Схематическое представление физических процессов в транзисторе. а) в равновесном состоянии; б) в активном режиме.

3. Схемы включения биполярного транзистора. а) с общей базой (входные параметры – ток эмиттера и напряжение на коллекторе, выходные – ток коллектора и напряжение на эмиттере); б) с общим эмиттером (входные параметры – ток базы и напряжение на эмиттере, выходные – ток коллектора и напряжение на эмиттере).

3. 1 Дифференциальные физические параметры БТ в схеме с общей базой. -Дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера: -Сопротивление эмиттерного перехода r э :, (I к = const). -Cопротивление коллекторного перехода r к :, (I э = const). - Коэффициент обратной связи :, (I э =const). Величины коэффициентов α, r к, r э, эк лежат для биполярного транзистора в пределах: α = (0,95 ÷ 0,995), r э = (1 10) Ом, r к = ( ) Ом, μ эк ÷

Эффект Эрли. Изменение коэффициента передачи α биполярного транзистора вследствие модуляции ширины базы при изменении коллекторного напряжения U к получило название "эффект Эрли». Эффект Эрли – эффект Модуляции ширины базы биполярного транзистора.

3. 1 Дифференциальные физические параметры БТ в схеме с общим эмиттером. дифференциальный коэффициент усиления по току: Коэффициент β показывает также коэффициент приращения по току биполярного транзистора с схеме с общей базой. Величина β равна нескольким десяткам или сотням. Между коэффициентами передачи токов эмиттера β и базы α существует связь: Для значения α = 0,96 коэффициент, если α = 0,99, то b = 100.

3.2. ВАХ БТ в схеме с общей базой. 1. Семейство эмиттерных характеристик: Слабая зависимость от коллекторного напряжения. При напряжении на коллекторе, равном нулю, эмиттерная характеристика полностью совпадает с ВАХ эмит- терного p-n перехода. При увели- чении напряжения на коллекторе ток эмиттера слабо меняется вслед- ствие эффекта модуляции ширины базы.

3.2. ВАХ БТ в активном режиме в схеме с общей базой 2. Семейство коллекторных характеристик. При напряжении на коллекторе, рав- ном нулю,ток коллектора уже доста- точно большой, и в дальнейшем по мере роста коллекторного напряже- ния не меняется. При небольшом прямом смещении коллекторного перехода коллекторный ток резко убывает и становится равным нулю при значениях смещения на коллек- торе, равном напряжению на эмит- тере.

3.3. ВАХ БТ в схеме с общим эмиттером. 1. Входные характеристики БТ- зависимость тока базы I б от напряжения на базе U б при постоянном напряжении на коллекторе U к 1. При росте коллекторного напряже- 2. ния входная характеристика смеща- 3. ется в область больших напряжений Uб.Это связано с тем, что вследствие модуляции ширины базы уменьша- ется доля рекомбинационного тока в базе биполярного транзистора.

3.3. ВАХ БТ в схеме с общим эмиттером. 2. Выходные характеристики БТ - зависимость тока коллектора I к от напряжения на коллекторе U к при постоянном токе базы I б. зависимость Iк от Uк с параметром управляющего тока базы представ- ляет собой семейство эквидистант- кривых. При нулевом напряжении на коллекторе ток в цепи К-Э отсут- ствует

Конец.