транзисторами.

транзисторами.

Рис.9

Принцип использования каналов в униполярных транзисторах:

а — приповерхностный п-канал; б — объемный р-канал;

1 — обедненный слой

2. Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя р-п-переходами, имеющий три вывода. Действие биполярного транзистора основано на использовании носителей заряда обоих знаков (дырок и электронов), а управление протекающим через него током осуществляется с помощью управляющего тока. Биполярный транзистор является наиболее распространенным активным полупроводниковым прибором.

Устройство транзистора. БТ содержит три слоя полупроводника (р-п-р или п-р-п) и соответственно два р-п-перехода. На рис.10,а показана упрощенная схема р-п-р транзистора и на рис.10,б его условное графическое изображение.

Рис. 10

Каждый слой полупроводника через невыпрямляющий контакт металл-полупроводник подсоединен к внешнему выводу. Средний слой и соответствующий вывод называют базой, один из крайних слоев и соответствующий вывод называют эмиттером, а другой - коллектором. Более распространены транзисторы типа п-р-п, т.к. имеют лучшие параметры, чем р-п-р типа. Реально площадь коллекторного перехода значительно больше площади эмиттерного перехода, т.к. такая несимметрия значительно улучшает свойства транзистора.

Для понимания принципа работы транзистора надо учитывать, что р-п-переходы транзистора сильно взаимодействуют: ток одного перехода сильно влияет на ток другого и наоборот. Этим и радикально отличается транзистор от схемы с двумя диодами (рис.11).

Рис. 11

Указанное взаимодействие имеет простую причину: очень малое расстояние между переходами транзистора (от 20-30 мкм до 1 мкм и менее). Это расстояние называют толщиной базы. Именно эта количественная особенность структуры создает качественное своеобразие транзистора.

Рассмотреть основные физические процессы, используя рис. 12.

Рис.12

Показать, что ток базы много меньше тока эмиттера, а коллекторный ток лишь незначительно меньше тока эмиттера, т.е. .

Различают диффузионные (бездрейфовые) и дрейфовые транзисторы. Установить их различие.

3. Различают три схемы включения транзистора:

1. схема с общей базой (рис.13)

2. схема с общим эмиттером (рис.14)

3. схема с общим коллектором (рис.15).

Рис. 13

Транзисторы характеризуются их входными и выходными характеристиками. Для транзистора с общей базой входная характеристика - зависимость тока эмиттера от напряжения база-эмиттер при заданном напряжении коллектор-база:

где f-некоторая функция.

Выходная характеристика – зависимость тока коллектора при заданном токе эмиттера, т.е. где f-некоторая функция.

Входные характеристики часто характеризуются дифференциальным сопротивлением, как у диода:

Различают следующие режимы работы в транзисторе с общей базой:

1. активный режим работы транзистора;

2. режим насыщения;

3. режим отсечки.

Рис. 14

Активный режим работы – это режим, соответствующий первому квадранту характеристик (напряжение коллектор-база больше нуля, ток коллектора больше нуля, причем ток эмиттера достаточно велик), см. рис.14.

Режим насыщения – это режим, соответствующий второму квадранту, т.е. напряжение коллектор - база меньше нуля.

Режим отсечки - режим работы транзистора, соответствующий токам коллектора, сравнимым с током коллектор-база.

Транзистор часто характеризуют дифференциальным коэффициентом передачи эмиттерного тока, который определяется по формуле:

Для приращения тока коллектора и приращения тока эмиттера можно записать:

Наклон выходных характеристик численно определяют дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода:

С учетом эффекта Эрли:

Эффект Эрли: при уменьшении толщины базы все большее количество электронов, инжектированных эмиттером, переходит в коллектор.

Аналогично рассмотреть схемы с общим эмиттером (рис. 15) и схему с общим коллектором (нарисовать самим).

Рис. 15

Рис. 16

Обратимся к ранее полученной формуле:

С учетом первого закона Кирхгофа и тогда получим:

Откуда . Введем обозначение:

Он называется статическим коэффициентом передачи базового тока. Его величина обычно составляет десятки или сотни. Легко заметить, что

В итоге получим: где

Часто пользуются дифференциальным коэффициентом передачи базового тока

Для приращения тока коллектора и тока базы можно записать:

Привести три схемы включения транзистора с ненулевым сопротивлением нагрузки:

1. схема с общей базой

2. схема с общим эмиттером

3. схема с общим коллектором

Система обозначений современных типов транзисторов установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919-81. В основу системы обозначений положен буквенно-цифровой код. Для обозначения подклассов используется одна из двух букв: Т- биполярные и П –полевые транзисторы (см. рис. 17).

Рис. 17

Вопросы для самоконтроля:

 

1. Чем отличаются бездрейфовые и дрейфовые биполярные

транзисторы?

2. Нарисуйте зонную диаграмму n-p-n-транзистора в равновесном

состоянии.

3. Какое смещение имеют эмиттерный и коллекторный переходы

при нормальном включении?

4. Назовите основные схемы включения биполярных транзисторов.

5. Что такое режим двойной инжекции?

6. Как распределены избыточные носители в базе бездрейфового

транзистора при нормальном включении?

7. Как влияет коэффициент неоднородности базы на распределение

электронов в п-р-п дрейфовом транзисторе?

8. Нарисуйте распределение избыточных носителей в базе и

коллекторе п-р—п бездрейфового транзистора при инверсном

включении.

9. Через какой параметр связаны ток базы и избыточный заряд

в базе?

10. Дайте определение коэффициенту переноса и коэффициенту

инжекции.

11. Как связаны коэффициенты усиления эмиттерного и базового

тока?

12. Как связан коэффициент переноса с шириной базы?

13. Как влияет уровень легирования эмиттера на величину коэффициента

инжекции?

14. Объясните зависимость коэффициента усиления от тока

эмиттера.

15. Объясните зависимость коэффициента усиления от коллекторного

напряжения.

16. Как изменяется коэффициент усиления с увеличением температуры?

17. В чем заключается эффект Эрли?

18. Что такое напряжение смыкания?

19. Сравните наклон выходных характеристик транзистора при

включении ОЭ и ОБ.

20. Как смещаются входные характеристики транзистора в схеме

ОБ при увеличении напряжения на коллекторе?

21. Как смещаются входные характеристики транзистора в схеме

ОЭ при увеличении напряжения на коллекторе?

22. Напишите выражение для дифференциального сопротивления

эмиттерного перехода.

23. Каков порядок величины сопротивления базы?

24. Какая постоянная времени определяет инерционность транзистора

в схеме ОБ?

25. Какая постоянная времени определяет инерционность транзистора

в схеме ОЭ?