1.19 Биполярные транзисторы. Классификация и построение

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности и пригодный для усиления мощности.

Выпускаемые в настоящее время биполярные транзисторы можно классифицировать по следующим признакам:

- по материалу: германиевые и кремниевые;

- по виду проводимости областей: типа р-n-р и n-p-n;

- по мощности: малой (Рмах  0,3Вт), средней (Рмах  1,5Вт) и большой мощности (Рмах  1,5Вт);

- по способу изготовления (точечные, диффузионные, сплавные, эпитаксиальные, планарные);

- по частоте: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и СВЧ.

В биполярных транзисторах ток определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок (или основными и неосновными). Отсюда их название – биполярные.

В настоящее время изготавливаются и применяются исключительно транзисторы с плоскостными р-n- переходами.

Устройство плоскостного биполярного транзистора показано схематично на рис. 4.1.

Рис. 4.1: а) р-n-р типа; б) n-р-n типа

Он представляет собой пластинку германия или кремния, в которой созданы три области с различной электропроводностью. У транзистора типа n-р-n средняя область имеет дырочную, а крайние области – электронную электропроводность.

Транзисторы типа р-n-р имеют среднюю область с электронной, а крайние области с дырочной электропроводностью.

Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область – эмиттером, другая – коллектором. Таким образом в транзисторе имеются два р-n- перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором. Площадь эмиттерного перехода меньше площади коллекторного перехода.

Эмиттером называется область транзистора назначением которой является инжекция носителей заряда в базу. Коллектором называют область, назначением которой является экстракция носителей заряда из базы. Базой является область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда.

Концентрация основных носителей заряда в эмиттере во много раз больше концентрации основных носителей заряда в базе, а их концентрация в коллекторе несколько меньше концентрации в эмиттере. Поэтому проводимость эмиттера на несколько порядков выше проводимости базы, а проводимость коллектора несколько меньше проводимости эмиттера.

От базы, эмиттера и коллектора сделаны выводы. В зависимости от того, какой из выводов является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК).

1.20 Принцип действия биполярного транзистора

Принцип действия БПТ

Если на ЭБ и КБ подавать нулевые значения напряжения, то это соответствует состоянию динамического равновесия. Через p-n-переход протекает 4 составляющих тока (диффузионные и дрейфовые токи в обоих направлениях) т.е. токов ни в одной цепи нет.

Если И_КБ=0, а И_ЭБ увеличивать в прямом направлении, то будет возрастать I_Э, что соответствует прямой ветви ВАХ эмиттерного перехода (т.е работает как обыкновенный диод в прямом включении)

Если И_ЭБ=0, а И_КБ увеличивать в обратном направлении то наблюдается обратная ветвь коллекторного перехода.

Если на ЭБ подать прямое напряжение, а на КБ-обратное и постоянно их увеличивать, то наблюдаем 2 взаимодействующих p-n-перехода, это соответствует активному режиму. Поэтому принцип действия БПТ заключается в следующем: смещение ЭП приводит к инжекции дырок в область базы, а электроны из базы инжектируются в область эмиттера. Дырки в базе распределяются по всему переходу и достичь КП, где полем перебрасываются в К, тем самым создавая дополнительный I_К.

Не все дырки достигли К, т.к часть дырок рекомбинировало в базе, поэтому :

∆I_K=α∆I_Э → α=∆I_K /∆I_Э≈0,99

Где α-коэффициент передачи по току.

В связи с тем , что часть электронов рекомбинировало с дырками, в базе создается нескомпенсированный положительный заряд, который из внешней цепи притягивает электроны, создающие ток базы

I_Э=I_К+I_Б – основной закон распределения тока в Э.

∆I_Э=∆I_К+∆I_Б

Электроны , инжектирующие из Б в Э рекомбинируют с дырками и не влияют на ток, а только снижают эффективность Э.

Т.о ток К связан с током Э коэффициентом, меняя I_Э можно управлять I_K, которые протекают в выходной цепи транзистора. В этом заключается эффект БПТ