Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы
Транзистором называют электропреобразовательный полупроводниковый
прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный
для усиления мощности, имеющий три или более выводов.
Широко распространенные транзисторы с двумя носят название биполярных.
Термин «биполярный» связан с наличием в этих транзисторах двух
различных типов носителей заряда — электронов и дырок. Для изготовления
транзисторов применяют германий и кремний, Два р-n-перехода создают с
помощью трехслойной полупроводниковой структуры из полупроводников с
различными типами электропроводности. Возможны две трехслойные
структуры с различным чередованием областей, имеющих электронную и
дырочную электропроводность; дырочная — электронная—дырочная и
электронная-дырочная — электронная.
В соответствии с чередованием областей с различными типами
электропроводности биполярные транзисторы подразделяют на два класса:
типа р-п-р и типа п-р-п. Транзисторы принято разделять на группы также по
частоте и мощности. Такая классификация биполярных транзисторов
приведена в табл.
Классификация биполярных транзисторов
Частотные группы
Группы по мощности
Низкочастотные
fгр< 3МГц
Малой мощности
Pmax<0,3Вт
Среднечастотные
3МГц <fгр< 30МГц
Средней мощности
0,3Вт<Pmax<1,5Вт
Высокочастотные
30МГц<fгр< 300МГц
Большой мощности
Pmax>1,5 Вт
СВЧ fгр> 300МГц
Схематическое устройство, конструкция и условное графическое
обозначение биполярных транзисторов приведены на рис.
У биполярных транзисторов центральный слой называют базой. Наружный
слой, являющийся источником носителей зарядов (электронов или дырок),
который главным образом и создает ток прибора,
называют эмиттером, а наружный слой, принимающий заряды, поступающие
от эмиттера, — коллектором.
На переход эмиттер — база напряжение подается в прямом направлении,
поэтому даже при небольших напряжениях через него проходят
значительные токи. На переход коллектор — база напряжение подается в
обратном направлении. Оно обычно в несколько раз выше напряжения
перехода эмиттер—база.
Рассмотрим работу транзистора типа n-р-n (транзистор тина р-n-р работает
аналогично). Между коллектором н базой транзистора приложено
напряжение Ek. Пока эмиттерный ток Ia равен нулю (см. рис.), в транзисторе
создается только ток через коллекторный переход в обратном направлении,
через него движутся лишь неосновные носители заряда, которые и
обусловливают начальный коллекторный ток Iko.
При повышении температуры число неосновных носителей заряда
увеличивается и ток Iko возрастает. Начальный коллекторный ток обычно
составляет 10—100 мкА у германиевых и 0,1—10 мкА у кремниевых
транзисторов.
При подключении эмиттера к отрицательному зажиму источника питания
возникает эмиттерный ток Ia определенной величины. Так как внешнее
напряжение приложено эмиттерному
р-п-переходу в прямом направлении, электроны преодолевают его и
попадают в область базы. База выполнена из полупроводника р-типа,
поэтому электроны являются для нее неосновными носителями заряда.
Электроны, попавшие в область базы, частично рекомбинируют с ее
дырками. Однако - базу обычно выполняют из полупроводника p-типа с
большим удельным сопротивлением (малой концентрацией примеси),
поэтому концентрация дырок в базе низкая, и лишь немногие электроны,
попавшие в область базы, рекомбинируют С ее дырками, образуя базовый ток
Iб.
Большинство электронов вследствие теплового движения (диффузия) и
воздействия поля коллектора (дрейф) достигают коллектора, образуя в
коллекторной цепи ток Iк.
Связь между приращениями эмиттерного и коллекторного токов
характеризуется коэффициентом передачи тока:
Малая величина входного (управляющего) тока Iб и обусловила широкое
применение схемы с общим эмиттером.
Рассмотрим вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов.
Зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора при
постоянном напряжении между коллектором и эмиттером Uka называют
входной или базовой характеристикой транзистора Iб (Uба), а зависимость
тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при постоянном токе базы — семейством его выходных (коллекторных)
характеристик Ik(Uka) Входные характеристики мало зависят от Uka поэтому
обычно приводят одну характеристику Iб (Uба).
Характеристики транзисторов, так же как полупроводниковых диодов,
сильно зависят от температуры.