Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Принцип действия биполярного транзистора




Комбинация двух близко расположенных друг к другу р-n -переходов представляет собой биполярный транзистор. Два р-n -перехода разделяют такую структуру на три области, которые называются: эмиттер, база, коллектор (рис.7.1). Соответственно р-n -переходы получили название: база-коллекторный р-n -переход и база-эмиттерный р-n -переход. Название биполярный транзистор связано с тем, что его работа основана на движении как электронов так и дырок.

В зависимости от примесей в этих областях различают транзисторы nрn -типа и рnр -типа. Транзисторы nрn -типа получили наибольшее распространение в силу лучших частотных характеристик. Это объясняется большей подвижностью электронов. Термин биполярный транзистор указывает на то, что работа данного прибора связана с движением как электронов так и дырок.

Будем рассматривать транзистор nрn -типа. При работе с транзистором ко всем трем областям подводится напряжение. На база-эмиттерный (БЭ) переход подается небольшое напряжение в прямом направлении (рис.7.1). Величина напряжения десятые доли вольта и определяется падением напряжения на прямо смещенном переходе (для Si транзистора» 0,7 В). На переход база-коллектор (БК) подают постоянное напряжение в обратном направлении. Величина напряжения от единиц вольт до десятков и даже сотен вольт. Подобная схема включения называется схемой с общей базой (ОБ), так как питающие напряжения подаются относительно базы. Итак, переход БЭ смещен в прямом направлении, переход БК в обратном.

В эмиттере концентрация донорной примеси значительно больше, чем концентрация акцепторной примеси NБ в базе, то есть >> NБ и база-эмиттерный переход является односторонним р-n+- переходом. При прямом смещении эмиттерный ток через переход определяется в основном электронной компонентой. Происходит преимущественное движение электронов из эмиттера в базу. Поток дырок из базы в эмиттер много меньше. Поэтому говорят, что происходит впрыскивание – инжекция электронов из эмиттера в базу. Попав в базу, электроны становятся в ней неосновными носителями заряда, происходит инжекция неосновных носителей заряда в базу.

Попав в базу, электроны движутся через нее к БК переходу за счет диффузии - диффундируют в базе.

Толщину базы w (рис.7.1) делают значительно меньше диффузионной длины электронов в базе:

w < L.

Диффузионная длина – среднее Обычно w» 0,5 – 5 мкм; LnБ» 10 – 20 мкм. Поэтому большая часть электронов, инжектированных из эмиттера в базу, достигает БК перехода и перебрасывается в коллектор. Возникает ток коллектора . Отсюда и название областей транзистора: эмиттер – от латинского emitto – выпускаю, испускаю; коллектор – от латинского kollector – сборщик.

Ток базы JБ обусловлен двумя компонентами:

1. Током основных носителей базы – дырок через прямо смещенный эмиттерный переход. Так как концентрация доноров в эмиттере >> NБ – концентрации акцепторов в базе, то ток дырок из базы в эмиттер очень маленький.

2. Ток за счет рекомбинации дырок и электронов в базе. Поскольку w < LnБ, то подавляющая часть электронов за время своей жизни успевает достигнуть коллекторного перехода и перейти в коллектор. Лишь очень небольшая часть электронов успеет прорекомбинировать с дырками базы. Потеря этих дырок и приводит к возникновению этой компоненты JБ, компенсирующей их убыль.

Обе компоненты базового тока очень малы, поэтому мал и сам ток JБ.

Токи в в транзисторе связаны соотношениями

JK = αJЭ и JБ = (1-α)JЭ

и согласно закона Кирхгофа

Jэ = JБ + Jк:

зесь α – коэффициент усиления по току транзистора, включенного по схеме с ОБ. В свою очередь

α = γ κ,

где γ – коэффициент эмиттерной инжекции. Определяет, какова доля электронного тока эмиттера в его полном токе и

γ ≈ 1/(1- NЭ/NБ).

Желательно выполнить коэффициент эмиттерной инжекции близким к единице, для чего стремятся сделать концентрацию примеси в эмиттере много больше концентрации примести в базе.

κ = 1- - коэффициент переноса, определяет: какая часть электронного тока эмиттера достигает коллектора. За счет уменьшения ширины базы в современных транзисторах коэффициент переноса составляет величину более 0,99.

Таким образом и α коэффициент усиления по току в схеме с ОБ близок к единице: α≥0,98. Следовательно, можно в первом приближении считать, что Jэ» Jк.

Попробуем оценить коэффициент усиления транзистора по мощности кр в схеме с общей базой (ОБ).

Входная мощность Рвх = Jэ*Vбэ = Jэ2r д. Выходная мощность снимается с сопротивления нагрузки Rн и Рвых = Jк2Rн. Тогда

в силу Jэ» Jк.

При токе Jэ = 1 мА r д = 25 Ом. Тогда кр = 400.

То есть схема включения транзистора с общей базой обеспечивает большой коэффициент усиления электрических сигналов по мощности или напряжению. Усиления по току не происходит, поскольку входной ток JЭ примерно равен выходному току JК.

При включении транзистора в схеме с общим эмиттером управление током коллектора производится малым током базы Jб. В такой схеме включения транзистора происходит усиление входного сигнала по напряжению и току и, естественно по мощности.

Полевые транзисторы

Работа полевых транзисторов основана на изменении проводящих свойств поверхностного слоя кристалла полупроводника по действием электрического поля. Рассмотрим полупроводник n-типа.

Полупроводник электронейтрален, то есть в каждой точке объема сумма всех зарядов равна нулю. Пусть теперь на поверхности полупроводника имеется положительный заряд. Этот заряд вызовет притяжение к поверхности кристалла полупроводника электронов для компенсации поверхностного заряда. Следовательно, у поверхности полупроводника образуется слой с повышенным содержанием электронов – основных носителей заряда в глубине объема полупроводника. Возникает явление обогащения поверхностного слоя основными носителями заряда. Проводимость поверхностного слоя возрастает.

Если на поверхности полупроводника отрицательный заряд, то он вызовет притяжение носителей заряда противоположного знака – дырок и отталкивание носителей отрицательного заряда – электронов. Таким образом, в поверхностном слое полупроводника формируется слой обедненный основными носителями заряда. Возникает явление обеднения основными носителями заряда. Проводимость поверхностного слоя полупроводника уменьшается. При некоторой величине отрицательного поверхностного заряда концентрация электронов в поверхностном слое уменьшится настолько, что станет равна концентрации дырок n00. То есть свойства поверхностного слоя такие же как и у собственного полупроводника и проводимость этого слоя будет минимальна.

Пусть теперь на поверхности полупроводника существует достаточно большой отрицательный заряд. Для компенсации этого заряда из объема полупроводника будет притянуто большое число дырок и оттолкнуто большое число электронов. Поэтому в поверхностном слое р0 > n0. Если в объеме кристалла полупроводника проводимость n-типа, то в поверхностном слое проводимость р-типа, то есть в поверхностном слое полупроводника происходит смена типа проводимости – возникает явление инверсии проводимости.

Толщина приповерхностного слоя полупроводника, в котором происходит изменение проводимости составляет несколько микрон.

Таким образом, изменяя величину и знак заряда на поверхности полупроводника, можно изменять в широких пределах проводимость поверхностного слоя полупроводника. Подобные же явления возникают и на поверхности кристалла полупроводника р-типа.

Из изложенного следует, что можно изготовить полупроводниковый прибор, в котором возможно управление поверхностным током посредством изменения величины заряда на поверхности кристалла.

Идея такого прибора – полевого транзистора – была предложена примерно 100 лет тому назад, задолго до разработки биполярного транзистора. Причина в том, что в те годы ученые не могли контролировать состояние поверхности полупроводника, заряд на его поверхности, величина которого могла быть весьма большой.

Осознание роли процессов на поверхности полупроводника привело к созданию полевых транзисторов.





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-07-29; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1431 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Чтобы получился студенческий борщ, его нужно варить также как и домашний, только без мяса и развести водой 1:10 © Неизвестно
==> читать все изречения...

2484 - | 2373 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.032 с.