Краткие теоретические сведения о биполярном транзисторе

3.1. Принцип действия биполярного транзистора

Простейший триод с двумя p-n-переходами имеет три вывода и называется транзистором. В транзисторах возможны два различных чередования с различными типами проводимостями.

В соответствии с этим транзисторы делятся на два типа p-n-p и n-p-n. Схематическое устройство и условное обозначение плоскостного транзистора приведены на рис. 1.

Эмиттер Коллектор Эмиттер Коллектор

База База

Э К Э К

Б Б

а) б)

Рис. 1. Схематическое изображение и условно-графическое

изображение транзисторов типа p-n-p и n-p-n.

У транзисторов центральный слой называется базой. Один из наружных слоев, являю­щийся источником зарядов (электронов и дырок), которые главным образом и создают ток прибора, называется эмиттером. Другой наружный слой, называемый коллектором, прини­мает заряды, поступающие от эмиттера.

На переход эмиттер-база (эмиттерный переход ) напряжение подается в прямом направлении, поэтому даже при небольших напряжениях через него проходят большие токи. На переход коллектор-база (коллекторный переход) напряжение подается в обратном направлении. Оно обычно в несколько раз выше напряжения между эмиттером и базой.

Рассмотрим более детально работу транзис­то­ра типа p-n-p (транзистор n-p-n работает аналогично). Между коллектором и базой транзистора прило­жено напряжение. Пока эмиттерный –ток I_э равен нулю (рис.2,а), ток в транзисторе идет только через коллекторный переход в обратном направлении. Величина этого тока определяется

концентрацией неосновных носителей заряда в коллекторе и базе и при хорошем качестве полупроводников мала.

При подключении к эмиттерному переходу источника­­ Е_э в прямом направлении возникает эмиттерный ток I­_э определенной величиной (рис.2,б). Электроны валентной зоны эмиттера переходят во внешнюю цепь, а образовавшиеся дырки начинаются двигаться в сторону базы. Так как внешнее напряжение приложено в прямом направлении, дырки преодолевают эмиттерный переход и попадают в область базы. База выполнена из n- полупроводника, поэтому дырки являются для нее неосновными носителями заряда.

Дырки, попавшие в область базы, частично рекомбинируют со свободными электронами базы. Однако база обычно выполняется из n-полупроводника с большим удельным сопротивлением (с малым содержанием донорной примеси), поэтому концентрация свободных электронов в базе низкая и лишь немногие дырки, попавшие в базу, рекомбинируют с ее электронами. Вместо рекомбинированных электронов в базу из внешней цепи приходят новые электроны, образующие базовый ток I­_б.

Большинство дырок вследствие теплового движения (диффу­зии) и под действием поля коллектора (дрейф) достигают коллектора, образуя в коллекторной цепи ток I_к .

Связь между приращениями эмиттерного и коллекторного то­ков характеризуется коэффициентом передачи тока (или статическим коэффициентом усиления по току)

, U_к=const.

Как следует из качественного рассмотрения процессов, про­исходящих в полупроводниковом триоде, коэффициент передачи тока всегда меньше единицы; для современных плоскостных триодов α = 0,90,995 . Базовый ток представляет собой разность между коллекторным и эмиттерным токами:I_б=I_э -I­_к.