СТАВРОПОЛЬСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННОЕ ИНЖЕНЕРНОЕ УЧИЛИЩЕ СВЯЗИ
Кафедра радиоэлектроники
«УТВЕРЖДАЮ» |
|
|
|
||||
НАЧАЛЬНИК КАФЕДРЫ |
|
Экз.№ |
|
||||
полковник В.НИКУЛИН |
|
|
|
||||
|
|
199г. |
|
ЛЕКЦИЯ
по учебной дисциплине |
Электронные, твердотельные приборы и микроэлектроника |
для курсантов |
2 –х курсов факультетов 1,2 |
Тема: |
№ 6 |
Биполярные транзисторы |
Лекция |
№13 |
Общее устройство и принцип действия биполярных транзисторов |
|
Обсуждено на заседании кафедры (ПМК) |
|
|
|
|
199 г. |
|
Протокол № |
|
Ставрополь 1998 г.
Учебные и воспитательные цели: |
|
|
|
Время …………………………………………………………………………………... |
90 мин. |
Учебно-материальное обеспечение |
|
1. Диафильм "Транзисторы" 2. ЛЭТИ |
|
Распределение времени лекции |
|
Вступительная часть …………………………………………………………………... |
3 мин. |
Проверка готовности курсантов к лекции …………………………………………… |
5 мин. |
Учебные вопросы лекции 1. Назначение и общее устройство биполярного транзистора 2. Принцип действия биполярного транзистора
Заключение ………………………………………………………………………….…. |
35 мин 41 мин
3 мин. |
Задание курсантам для самостоятельной работы …………………………………… |
3 мин. |
|
|
|
|
1. Назначение и устройство бт
Термин "транзистор" происходит
от английских слов transfer of
resistor (преобразователь сопротивления).
"Биполярный" означает, что в этом
транзисторе используются подвижные
носители электрических зарядов обоих
знаков - электроны и дырки.
Группа транзисторов объединяет ряд разновидностей этих приборов, среди которых следует выделить два типа наиболее распространенных транзисторов, отличающихся друг от друга принципом действия, основными характеристиками и параметрами. Это - биполярные и полевые транзисторы. Изучаемая тема посвящена биполярным транзисторам.
Основу биполярного транзистора составляет трехслойная полупроводниковая структура с чередующимся типом проводимости областей, созданную в едином кристалле и образующую два электрически взаимодействующих электронно-дырочных перехода.
Рис. 1. Структура и УГО транзистора
В зависимости от чередования слоев различают транзисторы со структурами p-n-p и n-p-n типа.
Принцип работы транзисторов обоих типов одинаков, различие заключается лишь в том, что в транзисторе со структурой n-p-n через базу к коллекторному переходу двигаются электроны, инжектированные эмиттером в базу, а в транзисторе со структурой типа p-n-p - дырки (в лекции в качестве основной использована именно последняя).
На УГО стрелка показывает условное направление тока (от "+" к "-") в проводе эмиттера при прямом напряжении на эмиттерном переходе.
При использовании транзистора в схемах на его переходы подают внешние напряжения. В зависимости от полярности этих напряжений каждый из переходов может быть включен либо в прямом, либо в обратном направлении. Соответственно различают четыре режима работы транзистора:
-
- активный - Пэ (эмиттерный переход) - включен в прямом направлении;
Пк - включен в обратном направлении;
-
- насыщения - Пэ и Пк в прямом направлении;
-
- отсечки - Пэ и Пк - включены в обратных направлениях.
-
- инверсный - Пэ (эмиттерный переход) - включен в обратном направлении;
Пк - включен в прямом направлении.
В режимах насыщения и отсечки управление транзистором практически отсутствует.
Активный режим является основным и используется при усилении и генерации сигналов. Режимы отсечки и насыщения характерны для импульсной работы транзистора.
При проектировании транзистора преследуют цель, чтобы прямой ток эмиттерного перехода практически весь переходил в коллекторную область, то есть чтобы Iк Iэ. Для этого необходимо выполнение следующих основных требований:
-
База должна быть достаточно тонкой, чтобы инжектированные в нее носители могли без значительных потерь из-за рекомбинации достигать коллекторного перехода. Для этого нужно, чтобы ее толщина dб была много меньше диффузионной длины дырок Lp, то есть чтобы dб Lp.
-
Концентрация примеси в эмиттерной области должна быть значительно больше концентрации примеси в области базы. При выполнении этого условия прямой ток эмиттера в основном будет определяться носителями, инжектированными из эмиттера в базу.
-
Площадь коллекторного перехода должна быть в несколько раз больше площади эмиттерного перехода, чтобы носители заряда, инжектируемые в базу, полнее собирались коллектором (см. Рис.3). При одинаковых площадях
эмиттерного и коллекторного переходов транзистор называется симметричным.
Рис.2. Три схемы включения p-n-p
транзистора
а) схема с общей базой; б) схема с общим
эмиттером в) схема с общим коллектором
Основные характеристики транзистора определяются в первую очередь процессами, происходящими в базе. В зависимости от распределения примесей в базе может существовать или отсутствовать электрическое поле. Возникновение электрического поля связано градиентом концентрации примесей.
Если примесь в базе транзистора распределена равномерно, то инжектированные в базу носители будут двигаться в направлении коллекторного перехода под действием неравномерности (градиента) своей концентрации, которая создается благодаря непрерывной инжекции носителей эмиттерным переходом и непрерывной экстракцией их коллекторным переходом. При таком (диффузионном) способе переноса зарядов через базу отсутствует дрейф носителей, если пренебречь электрическим полем, создаваемым зарядами в базе. Поэтому транзисторы с равномерным распределением примеси в базе получили название бездрейфовых.
Рис.3. Разрез
кристалла сплавного германиевого
транзистора p-n-p
(а) и конструкция маломощного сплавного
транзистора (б).
1 - кристалл; 2 -
кристаллодержатель; 3 - металлический
корпус; 4 - ножка; 5 - изоляторы; 6 - выводы.
Бездрейфовые транзисторы получают в основном методом вплавления, которое производят с двух сторон кристалла (см. рис.3.). Контакт с базовой областью осуществляется с помощью припаянного кольца, окружающего эмиттерный переход. Кристалл помещается в герметичный корпус. Конструкция маломощного сплавного транзистора показана на рис.3.
Дрейфовые транзисторы обычно изготовляют диффузионным, сплавно-диффузионным и конверсионным методами.( О методах отдельно).
Дрейфовые транзисторы нашли широкое применение особенно при изготовлении интегральных микросхем и на высоких частотах.
Основные свойства транзисторов определяются соотношениями токов и напряжений в различных его цепях и взаимным их влиянием друг на друга.
В транзисторных схемах обычно образуются две цепи:
-
входная, или управляющая цепь, служащая для управления работой транзистора;
-
выходная, или управляемая, в которой образуются усиленные сигналы.
Чтобы рассмотреть работу транзистора в различных режимах, необходимо изучить стационарные потоки носителей в нем, процессы их накопления и рассасывания и многое др.