Принцип работы биполярного транзистора

ЛЕКЦИЯ 6

Биполярные транзисторы

План лекции:

Принцип работы биполярного транзистора

Физические процессы в бездрейфовом биполярном транзисторе

Уравнения биполярного транзистора

Эквивалентные схемы биполярного транзистора

Частотные свойства биполярного транзистора

Вольтамперные характеристики биполярного транзистора

Принцип работы биполярного транзистора

Биполярным транзистором (БТ) называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-пере­ходами и тремя выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда (рис. 6.1). Работа биполярного транзистора зависит от носителей заряда обеих полярностей. Весьма часто БТ называют просто транзистором.

В более простой формулировке биполярным транзистором называют трёхэлектродный полупроводниковый прибор, образованный двумя встречно включёнными p-n-пере­ходами.

Рис. 4.1 [2]

Рис. 6.1. Структуры и условные графические обозначения биполярных транзисторов p-n-p (а) и n-p-n (б) типов

Транзистор называют биполярным потому, что он может работать как при прямой, так и при обратной полярности напряжения источника питания (источника постоянного напряжения).

Благодаря близости p-n-переходов друг к другу они достаточно сильно взаимодействуют между собой, что позволяет использовать БТ в качестве усилителя тока, напряжения или мощности.

Электроды или выводы транзистора – проводники, которые соединены с p- и n-областями транзистора для обеспечения возможности включения транзистора в электрическую цепь и управления его параметрами. Электроды называют по их функциональному назначению: эмиттер, база и коллектор.

Эмиттер (излучатель) – область транзистора, которая является источником (инжектором) зарядов в базу при воздействии внешнего электрического напряжения.

База – средняя область транзистора − элемент, управляющий величиной тока, протекающего через транзистор.

Коллектор – область транзистора, предназначенная для сбора носителей заряда, созданных эмиттером и проходящих через базу.

Биполярный транзистор является несимметричным прибором, так как площади эмиттерного и коллекторного p-n-переходов различны, причём площадь эмиттерного перехода меньше коллекторного. Кроме того эмиттерная и коллекторная области имеют разную концентрацию атомов примеси. Степень легирования эмиттера намного больше, чем у коллектора. Структура реального транзистора p-n-p типа приведена на рис. 6.2.

Рис. 4.4 а или рис. 4.6 [2]

Рис. 6.2. Поперечный разрез (структура) транзистора типа p-n-p

Основные свойства транзистора определяют процессы в базовой области, которая обеспечивает взаимодействие эмиттерного и коллекторного переходов друг с другом. При этом, чем меньше ширина базы, тем сильнее взаимодействие эмиттера с коллектором.

В зависимости от распределения атомов примеси в базе различают бездрейфовые и дрейфовые транзисторы.

Бездрейфовым называют биполярный транзистор, у которого примесь в базе распределена равномерно. В таком транзисторе внутри базы отсутствует электрическое поле, и носители заряда из-за разной концентрации на границах базы движутся только за счёт диффузии.

Дрейфовым называют биполярный транзистор, у которого примесь в базе распределена неравномерно. В этом случае электрическое поле внутри базы вызывает появление дрейфового движения носителей заряда дополнительно к диффузионному.

Рис. 7.1. Включение биполярного транзистора n-p-n-типа по схеме с ОЭ

Из этих уравнений можно получить аналитические выражения для любого семейства характеристик транзистора в любой схеме включения.

Рассмотрим характеристики транзистора в схеме с ОЭ, так как она применяется наиболее часто.

Заменим в уравнениях (7.1) напряжение на :

Уравнения (7.2 b) и (7.2 с) представляют собой уравнения транзистора в Y-па­раметрах, записанные в трансцендентной (неявной) форме. Они универсальны, т.е. пригодны как для постоянных, так и для переменных величин.

Входной вольтамперной характеристикой в данном случае является зависимость входного тока от входного напряжения , т.е. формула (7.2 с), а выходное напряжение является параметром этого семейства входных характеристик.

Выходной вольтамперной характеристикой называют зависимость выходного тока от выходного напряжения, т.е. , где входной ток является параметром семейства выходных характеристик.

Для получения выходной характеристики вначале преобразуем формулу (7.2 с) к выражению

а затем из (7.3) найдём зависимость

Подставляя (7.3) и (7.4) в формулу (7.2 b), получаем после преобразования выражение выходной характеристики

где − коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ.

ЛЕКЦИЯ 6

Биполярные транзисторы

План лекции:

Принцип работы биполярного транзистора