Структура биполярных транзисторов. Принцип действия. Токи в транзисторе

План

1. Классификация и маркировка транзисторов

2. Структура биполярных транзисторов. Принцип действия. Токи в БТ.

3. Режимы работы транзисторов.

Ход лекции

Классификация и маркировка транзисторов

Транзистором называется полупроводниковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усиливать мощность. Классификация транзисторов производится по следующим признакам:

· По материалу полупроводника – обычно германиевые или кремниевые;

· По типу проводимости областей (только биполярные транзисторы): с прямой проводимостью (p-n-p - структура) или с обратной проводимостью (n-p-n - структура);

· По принципу действия транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные);

· По частотным свойствам:

НЧ (<3 МГц);

СрЧ (3.30 МГц);

ВЧ и СВЧ (>30 МГц);

1) По мощности:

Маломощные транзисторы ММ (<0,3 Вт), средней мощности СрМ (0,3.3 Вт), мощные (>3 Вт).

Маркировка.

Г Т - 313 А

К П - 103 Л

I II - III IV

I – материал полупроводника: Г – германий, К – кремний.

II – тип транзистора по принципу действия: Т – биполярные, П – полевые.

III – три или четыре цифры – группа транзисторов по электрическим параметрам. Первая цифра показывает частотные свойства и мощность транзистора в соответствии с ниже приведённой таблицей.

IV – модификация транзистора в 3-й группе.

 

Таблица 1

Структура биполярных транзисторов. Принцип действия. Токи в транзисторе

Основой биполярного транзистора является кристалл полупроводника p-типа или n-типа проводимости, который также как и вывод от него называется базой.

Диффузией примеси или сплавлением с двух сторон от базы образуются области с противоположным типом проводимости, нежели база.

Рисунок 1

Область, имеющая бoльшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют коллектором.

Область, имеющая меньшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют эмиттером.

p-n переход между коллектором и базой называют коллекторным переходом, а между эмиттером и базой – эмиттерным переходом.

Направление стрелки в транзисторе показывает направление протекающего тока. Основной особенностью устройства биполярных транзисторов является неравномерность концентрации основных носителей зарядов в эмиттере, базе и коллекторе. В эмиттере концентрация носителей заряда максимальная. В коллекторе – несколько меньше, чем в эмиттере. В базе – во много раз меньше, чем в эмиттере и коллекторе (рисунок 2).

 

Рисунок 2

При работе транзистора в усилительном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. Это достигается соответствующим включением источников питания (рисунок 3).

 

 

Рисунок 3

Так как эмиттерный переход открыт, то через него будет протекать ток эмиттера, вызванный переходом электронов из эмиттера в базу и переходом дырок из базы в эмиттер. Следовательно, ток эмиттера будет иметь две составляющие – электронную и дырочную. Эффективность эмиттера оценивается коэффициентом инжекции:

 

 

Инжекцией зарядов называется переход носителей зарядов из области, где они были основными в область, где они становятся неосновными. В базе электроны рекомбинируют, а их концентрация в базе пополняется от «+» источника Еэ, за счёт чего в цепи базы будет протекать очень малый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под ускоряющим действием поля закрытого коллекторного перехода как неосновные носители будут переходить в коллектор, образуя ток коллектора. Переход носителей зарядов из области, где они были не основными, в область, где они становятся основными, называется экстракцией зарядов. Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода носителей зарядов δ:

 

Основное соотношение токов в транзисторе:

 

 

α – коэффициент передачи тока транзистора или коэффициент усиления по току:

 

Дырки из коллектора как неосновные носители зарядов будут переходить в базу, образуя обратный ток коллектора Iкбо.

 

 

Из трёх выводов транзистора на один подаётся входной сигнал, со второго – снимается выходной сигнал, а третий вывод является общим для входной и выходной цепи

Напряжение в транзисторных схемах обозначается двумя индексами в зависимости от того, между какими выводами транзистора эти напряжения измеряются.

 

Рисунок 5

 

Так как все токи и напряжения в транзисторе, помимо постоянной составляющей имеют ещё и переменную составляющую, то её можно представить как приращение постоянной составляющей и при определении любых параметров схемы пользоваться либо переменной составляющей токов и напряжений, либо приращением постоянной составляющей (рис.5).

 

где Iк, Iэ – переменные составляющие коллекторного и эмиттерного тока,

ΔIк, ΔIэ – постоянные составляющие.

Режимы работы транзистора

В зависимости от полярности напряжений, приложенных к эмиттерному и коллекторному переходам транзистора, различают четыре режима его работы.

1) Активный режим – на эмиттерный переход подано прямое, на коллекторный – обратное напряжение. Это основной режим работы транзистора, в котором он работает как усилительный элемент.

2) Режим отсечки – к обоим переходами подводятся обратные напряжения, транзистор полностью закрыт.

3) Режим насыщения – оба перехода находятся под прямым напряжением, транзистор полностью открыт.

4) Инверсный режим – к эмиттерному переходу подводится обратное напряжение, а к коллекторному – прямое. Эмиттер и коллектор меняются своими ролями – эмиттер выполняет функции коллектора, а коллектор – функции эмиттера. Этот режим, как правило, не соответствует нормальным условиям эксплуатации транзистора.

 

Контрольные вопросы:

1. Дать определение транзистора.

2. Расшифровать маркировку следующих транзисторов: ГТ306А, КТ816В.

3. Как подключаются источники питания к переходам транзистора в активном режиме?

4. Чем образуется обратный ток коллектора Iкбо?

5. В чем заключается отличие процессов инжекции и экстракции?

Литература:

Б. С. Гершунский. Основы электроники и микроэлектроники.- Киев: Вища школа, 1989, стр.119-122.