Исследование статических характеристик и параметров маломощных биполярных транзисторов

Цель работы:

Изучить принцип действия биполярного транзистора, исследовать статические характеристики и параметры транзистора, методы их экспериментального измерения, ознакомиться с усилительными свойствами транзистора.

ВВЕДЕНИЕ

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими переходами и тремя или более выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей.

Создание в 1948 г. американскими учеными Дж. Бардиным, В. Браттейном и В. Шокли точечного транзистора открыло новый этап развития электроники. Уже в 50 – х годах были разработаны различные типы биполярных транзисторов которые и послужили основой элементной базы электронных устройств нового поколения. В настоящее время разработаны и широко применяются несколько сотен типов транзисторов, отличающихся друг от друга мощностью выходного сигнала, рабочим частотным диапазоном, напряжением питания, характером входных сигналов и рядом других параметров.

Название прибора “транзистор” состоит из двух английских слов: transfer – переносить, преобразовывать и resistor – сопротивление. В биполярных транзисторах, которые называют просто транзисторами, перенос электрического тока в кристалле полупроводника и усиление сигнала обусловлены движением носителей заряда обеих полярностей – электронов и дырок.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Структура транзистора

Структура биполярного транзистора представляется тремя областями с чередующимися типами проводимости. Порядок чередования областей определяет транзисторы с прямой (p – n – p) и обратной (n – p – n) проводимостью. Упрощенные схемы структур и условные графические изображения этих типов транзисторов показаны на рис.1.

Три чередующихся слоя с разными типами проводимости образуют два p – n перехода, обозначенные цифрами 1 и 2 на рис.1. Взаимодействие между ними будет обеспечено тогда, когда толщина области между переходами, которая называется базой (Б), будет меньше диффузионной длины пробега неосновных носителей заряда. Примыкающие к базе области чаще всего неодинаковы. Одну из них изготавливают так, чтобы она обеспечивала эффективную инжекцию носителей в базу. Эта область обычно легирована значительно сильнее, чем база, и называется эмиттером (Э). Другая область должна наилучшим образом осуществлять экстракцию (отсос) носителей из базы и называется коллектором (К). Соответственно примыкающий к эмиттеру переход 1 называется эмиттерным, а примыкающий к коллектору (2) - коллекторным.

Каждый из переходов внешним источником напряжения может быть смещен в прямом или обратном направлении. Это позволяет осуществлять три режима работы транзистора:

1) режим отсечки – оба p –n перехода смещены в обратном направлении, токи через транзистор практически отсутствуют;

2) режим насыщения – на оба перехода подано прямое смещение, через транзистор проходят достаточно большие токи;

3) активный режим – на эмиттерный переход подано прямое смещение, на коллекторный – обратное.

В режимах отсечки и насыщения управление транзистором практически отсутствует и используются они в ключевом режиме работы, когда транзистор выполняет роль электронного ключа: режим отсечки – это разрыв цепи, тока в ней нет, режим насыщения – замкнутое положение ключа, ток в цепи максимально допустимый. В активном режиме управление током транзистора наиболее эффективно, поэтому транзистор в этом режиме выполняет функции активного элемента цепи (усиление, генерирование сигналов и т.п.)

Если в активном режиме на эмиттерный переход подано прямое смещение, а на коллекторный - обратное, то включение транзистора называют нормальным. При противоположных полярностях напряжений на переходах включение называют инверсным.