Устройство и принцип действия биполярного транзистора

Содержание

1. Цель работы... 3

2. Краткие теоретические сведения.. 3

2.1 Устройство и принцип действия биполярного транзистора.. 3

2.2 РЕЖИМЫ РАБОТЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА.. 6

2.3 вах БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА.. 6

2.4 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ... 10

2.5 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ c изолированным затвором... 11

2.6 вах полевого ТРАНЗИСТОРА.. 12

2.7 ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ ТРАНЗИСТОРА.. 14

3. техническиЕ средствА ДЛЯ выполнения работы. 15

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.. 15

4. 1 СНЯТИЕ ВХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА.. 15

4. 2 СНЯТИЕ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРА.. 17

4. 3 СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МДП-ТРАНЗИСТОРА.. 19

5. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.. 21

6. Содержание отчета о выполнении лабораторной работы... 22

7. Порядок защиты работы... 23

8. Контрольные вопросы... 23

Библиографический список.. 23

приложение а.. 24

 

Цель работы

Исследование характеристик биполярного и полевого транзисторов.

Краткие теоретические сведения

Устройство и принцип действия биполярного транзистора

Биполярный транзистор – трёхполюсный полупроводниковый прибор с

двумя P-N -переходами. Он состоит из чередующихся областей полупроводника, имеющих электропроводность различных типов.

В зависимости от последовательности чередования n- и p-областей различают транзисторы N-P-N- и P-N-P-типов. На практике используются транзисторы обоих типов; принцип действия их одинаков. Основными носителями заряда в транзисторе N-P-N-типа являются электроны, а в P-N-P-транзисторе – дырки. Так как в кремнии электроны обладают большей подвижностью, чем дырки, то чаще используют транзисторы N-P-N-типа.

На рис.1, изображена идеализированная структура биполярного

N-P-N-транзистора, его условное обозначение на схемах и схема замещения.  Транзистор можно представить как два последовательно соединенных полупроводниковых диода, включенных встречно.

 

Рис. 1 – Биполярный N - P - N -транзистор

 

 

    На рис.2, изображена идеализированная структура биполярного

P - N - P -транзистора.

Рис. 2 – Биполярный P - N - P -транзистор

 

При подключении к источникам питания N-P-N и P-N-P-транзисторы имеют обратные полярности напряжений. Соответственно противоположные направления имеют и токи.

Центральная область транзистора, называемая базой, заключена между коллектором и эмиттером. Толщина базы мала и не превышает нескольких микрон. Переход между базой и эмиттером называется база-эмиттерным, а между базой и коллектором – база-коллекторным.

Симметричные структуры биполярных транзисторов, показанные нарис.1 и рис.2, являются идеальными. Структура реального транзистора несимметрична (рис. 3). Площадь база-коллекторного перехода значительно больше, чем база-эмиттерного.

Рис. 3 – Структура реального транзистора

 

Рассмотрим работу N-P-N-транзистора. При включении источника тока, как показано на рис. 4, переход эмиттер – база (N-P) находится в открытом состоянии, переход коллектор – база находится в закрытом состоянии. Ток через транзистор очень мал и обусловлен тепловым током через закрытый P-N переход.

Рис. 4 – Работа N-P-N-транзистора

Этот ток называется начальным током или током насыщения. Последнее название вызвано тем, что в образовании этого тока участвуют всех свободные электроны, способные при данной температуре преодолеть потенциальный барьер. По этой причине он мало зависит от внешнего напряжения, но сильно зависит от температуры. Если подать на базу относительно эмиттера некоторое небольшое напряжение в прямом направлении (рис. 5), то возникнет ток через

Б-Э переход.

Рис. 5 – Токи через транзистор

Под действием эмиттерного тока электроны попадают в базу с проводимостью P из эмиттера с проводимостью N. При этом часть электронов заполнят дырки, находящиеся в области базы и через базовый вывод протекает ток базы Iб. Так как база очень тонкая, электрическое поле коллектора, создаваемое потенциалом коллекторного источника питания, будет вытягивать большинство электронов в коллектор. Таким образом, почти все заряды, входящие через эмиттер будут выходить через коллектор, а ток через вывод базы Iб будет намного меньше коллекторного тока Iк.

Следовательно, небольшое напряжение, приложенное к переходу база – эмиттер, способствует открыванию перехода база – коллектор, смещенному в обратном направлении. В этом состоит принцип работы биполярного транзистора. P-N-P транзистор работает аналогично при изменении полярности источников питания.

Токи транзистора, связаны соотношениями:

,                                              (1)

.                                                      

Множитель  называют коэффициентом передачи тока эмиттера. У современных транзисторов  = 0.98–0.997.

Из равенств (1) следует, что

                                         (2)

Множитель β называют коэффициентом усиления тока базы. Так как

величина  близка к 1, то  может принимать большие значения. Для кремниевых N-P-N-транзисторов оно составляет от 50 до 300.