1.2. Схемы включения транзистора

Различают три схемы включения транзистора: с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором. Общим называют электрод, относительно которого измеряют и задают напряжения. Ток в цепи общего электрода не определяют. Усилительные свойства транзистора проявляются, если в схеме с общей базой в качестве входной цепи использовать эмиттерную, а в качестве выходной – коллекторную. В схеме с общим эмиттером входной является цепь базы, а выходной – цепь коллектора. Для схемы с общим коллектором (используется сравнительно редко, в основном в так называемых эмиттерных повторителях) входной является цепь базы, а выходной цепь эмиттера.

Основные свойства транзистора определяются соотношением токов и напряжений в различных его цепях и взаимным влиянием друг на друга. Транзистор может работать на постоянном токе, малом переменном сигнале и импульсном сигнале.

В данной лабораторной работе изучается работа транзистора в схеме с ОБЩЕЙ БАЗОЙ (рис.2) на постоянном токе в активном режиме.

1.3. Физические процессы, протекающие при работе транзистора в активном режиме

На эмиттерный переход подают прямое напряжение (W_эб), его величина для транзистора малой мощности обычно составляет несколько долей вольта. Под действием этого элемента создается внешнее электрическое поле, вектор напряженности которого направлен навстречу вектора диффузионного (внутреннего) электрического поля эмиттерного перехода. Чем больше напряжениеU_эб, тем ниже потенциальный барьер в эмиттерном переходе, тем больше носителей заряда (дырок) преодолевает его и попадает из эмиттера в базу. Инжектированные из эмиттера дырки через базовую область доходят до коллекторного перехода. Перенос дырок через базу в бездрейфовых транзисторах осуществляется посредством диффузии.

На коллекторный переход дано обратное напряжение. При обратном смещении р-n-перехода через него идет ток не основных носителей (на диодах он мал). Дырки, попавшие вn-базу будут неосновными носителями. Оказавшись вблизи коллекторного перехода, дырки попадают в ускоряющее их электрическое поле коллекторного перехода и втягиваются в коллектор – происходит экстракция дырок. (Экстракцией называют выведение носителей зарядов из области полупроводника, где они были не основными).

Энергетическая диаграмма биполярного транзистора приведена на рис. 2.

Из принципа действия транзистора следует, что ток, текущий через эмиттерный переход I_Э является управляющим током, от величины которого зависит ток в цепи коллектораI_К (I_К– управляемый ток).

В идеальном р-n-ртранзисторе ток образован только дырками, и все дырки, инжектированные в базу, доходят до коллекторного перехода (I_Э = I_К). При рассмотрении реального транзистора будем обращаться к рис. 3. Работареального транзистора характеризуется следующими особенностями:

1. При малых напряжениях на эмиттерном переходе высота потенциального барьера на переходе еще велика. Тогда многие дырки не смогут преодолеть потенциальный барьер, однако вблизи середины р-n-перехода может происходить их рекомбинация с электронами. Составляющую прямого тока, связанную с процессом рекомбинации носителей вр-n-переходе, называют РЕКОМБИНАЦИОННЫМ ТОКОМ. С ростом напряжения на эмиттерном переходе вклад рекомбинационной составляющей тока уменьшается.

2. Эмиттерный ток образуется не только при движении дырок из эмиттера в базу. Некоторый вклад в него вносят электроны, движущиеся из базы в эмиттер. Вклад электронной составляющей тока необходимо уменьшать (на рис. 3 она не показана).

3. В базе транзистора при движении по ней дырок происходит рекомбинация инжектированных дырок с электронами базы (см. рис. 3). Желательно, чтобы эта рекомбинация была незначительна. Чтобы уменьшить влияние последних двух факторов уменьшают толщину базы и снижают концентрацию электронов в базе. Это достигается более высокой степенью легирования эмиттера по сравнению с базой.

4. Площадь коллекторного перехода обычно в несколько раз больше площади эмиттерного перехода, что позволяет коллектору собирать даже те не основные носители заряда (дырки), которые передвигаются от эмиттера под некоторым углом к оси транзистора. Несмотря на эти меры, незначительная часть инжектированных дырок все же доходят до базового вывода и рекомбинируют на нем.

5. Небольшое изменение тока связано так же с рекомбинацией на поверхности кристалла, в объемах эмиттера и коллектора, возможна генерация носителей в коллекторном переходе и т.д. Вклад этих составляющих мал (на рис. 3 они не показаны).

6. Коллекторный переход смещается в обратном направлении, на него подается сравнительно высокое (единицы, десятки вольт) по модулю напряжение U_КБ. Концентрация примесей (акцепторов) в коллекторе должна быть меньше, чем в эмиттере, поскольку в этом случае коллекторный переход получается более широким и возрастает его напряжение пробоя.