Устройство биполярного транзистора

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Ознакомиться с физическими свойствами работы биполярного транзистора, исследовать характеристики и параметры транзистора в схеме включения с общей базой (ОБ) и изучить влияние температуры окружающей среды на ход характеристик.

В работе исследуются входные и выходные характеристики при комнатной и повышенной температурах. По полученным характеристикам определяются - параметры.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРОВ

Определение и классификация транзисторов

Транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, имеющий три или более выводов, способный усиливать и генерировать колебания различных видов / 1 - 9/.

Биполярным транзистором называют транзистор, имеющий два близкорасположенных и взаимодействующих электронно-дырочных перехода.

Ток в таких транзисторах переносится двумя типами носителей – дырками и электронами.

Биполярные транзисторы подразделяются на две группы: 1) бездрейфовые биполярные транзисторы, в которых перенос носителей заряда от эмиттера к коллектору через базу осуществляется за счет градиента концентрации; 2) дрейфовые биполярные транзисторы, у которых в базе создается электрическое поле за счет неравномерного внесения примесей вдоль базы, ускоряющее перенос носителей заряда от эмиттера к коллектору.

Биполярные транзисторы классифицируются по обозначению. В соответствии с существующим государственным стандартом они обозначаются буквенно-цифровой кодовой группой. Первый элемент кодового обозначения – цифра или буква определяют материал полупроводника (1 (Г) – германий; 2 (К) – кремний; 3 (А) – арсенид галлия; 4 (И) – индий и его соединения). Второй элемент кодовой группы – буква обозначает тип транзистора (Т – биполярный транзистор; П – полевой транзистор). Третий элемент кодовой группы – цифра служит для определения мощности и диапазона рабочих частот транзистора. С четвертого по шестой элементы кодовой группы – цифры показывают номер разработки транзистора. Седьмой элемент кодовой группы – буква (от А до Я) определяет различие по параметрам группы приборов, выполненных по единой технологии.

Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор состоит из пластинки монокристалла полупроводника, имеющей три области с чередующимся типами проводимости. В зависимости от порядка чередования областей различают транзисторы типов p-n-p и n-p-n. Физические процессы в транзисторах обоих типов одинаковы, и отличаются они лишь полярностью источников питания и типом носителей зарядов, образующих ток через транзистор / 1 – 4, 9 /.

Одну из крайних областей транзистора легируют примесями сильнее. Эта область работает, как правило, в режиме инжекции и называется эмиттером. Средняя область слабо легирована примесями и называется базой, а другая крайняя область – коллектором. Коллектор служит для экстракции носителей заряда из базовой области, поэтому по размерам он больше эмиттера. В биполярных транзисторах обычно выполняется условие: N_Э > N_К >> N_Б;
= (0,1 ÷ 0,3) L.

Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называется эмиттерным переходом, а между коллектором и базой – коллекторным. В нормальном усилительном режиме на эмиттерный переход подается прямое напряжение, на коллекторный – обратное (на рис.1 приведена схема включения биполярного транзистора p-n-p типа). Носители заряда от эмиттера к коллектору через базу движутся несколько расходящимся пучком, поэтому площадь коллекторного перехода конструктивно выполняется больше площади эмиттерного перехода, чтобы обеспечить наилучшие условия передачи носителей заряда от эмиттера коллектору. Часть базы, которая непосредственно участвует в передаче носителей заряда от эмиттера к коллектору, получила название активной области базы, а часть базы, которая не участвует в передаче носителей заряда от эмиттера к коллектору, получила название пассивной области базы.

При подаче положительного напряжения на эмиттерный переход транзистора p-n-p высота потенциального барьера эмиттерного перехода понижается, и эмиттер будет инжектировать дырки в базу. Через прямосмещенный эмиттерный переход протекает ток эмиттера :

, (1)

где I_ЭО – дрейфовая составляющая тока; – диффузионная составляющая тока. Поскольку ; то и .

Рис.1. Схема включения биполярного
транзистора p-n-p типа

Диффузионный ток образуется дырками, инжектируемыми из эмиттера в базу, и электронами, переходящими из базы в эмиттер. За счет градиента концентрации дырки диффундируют через область базы к коллектору. В транзисторе толщина базы значительно меньше диффузионной длины дырок , поэтому большая часть дырок достигает коллекторного перехода. Поскольку на коллектор подается отрицательное напряжение, потенциальный барьер возрастает, и коллектор работает в режиме экстракции. Дырки, дошедшие до коллекторного перехода, увлекаются электрическим полем перехода и создают ток коллектора , величина которого пропорциональна эмиттерному току I_Э. Дырочная составляющая эмиттерного тока I_Эр протекает по цепи эмиттер – коллектор – нагрузка (рис.1), т.е. участвует в процессе усиления. Электронная же составляющая тока эмиттера I_Эn замыкается в цепи эмиттер – база и не участвует в процессе усиления. Следовательно, область эмиттера будет тем эффективнее, чем большая часть общего тока через p-n переход эмиттер-база будет переноситься дырками.