10. Біполярні транзистори, загальні відомості та принцип дії.

Біполярний транзистор (БТ) – це напівпровідниковий прилад з двома взаємодіючими випрямними переходами і трьома (чи більш) виводами, що забезпечує підсилення потужності електричних сигналів. У БТ використовуються водночас два типи носіїв заряду – електрони і дірки (звідси і назва – біполярний).

Будова БТ така.

Переходи транзистора утворені трьома областями напівпровідника з різного виду провідностями. В залежності від характеру електропровідності зовнішніх шарів розрізняють транзистори типу р-n-р і n-р-n.

Внутрішню область монокристалу T., що розділяє р-n - переходи, називають базою (Б). Зовнішній шар монокристала, що призначений для інжектування (впровадження) носіїв заряду в базу, називають емітером (Е), а р-n -перехід, що примикає до емітера, емітерним. Інший зовнішній шар, екстрагуючий носії заряду з бази, називають колектором (К), а перехід – колекторним.

Основні властивості БТ визначаються процесами в базі. Якщо концентрація домішок по всьому об’єму базового шару однакова, тобто база однорідна, то рух носіїв заряду в ній (при відсутності зовнішньої напруги) носить чисто дифузійний характер. Якщо ж база неоднорідна, то за рахунок утвореного в ній внутрішнього електричного поля рух носіїв буде комбінованим: дифузія поєднується з дрейфом носіїв заряду в цьому полі.

Tранзистори з однорідною базою називають дифузійними, з неоднорідною – дрейфовими. Останні володіють кращими частотними властивостями і отримали найбільше розповсюдження.

Принцип дії біполярного транзистора.

Принцип роботи БТ розглянемо на прикладі БТ р-n-р (бездрейфового).

Транзистори р-n-р та n-р-n типу мають однакові принципи дії.

Нехай до емітерного переходу прикладена пряма напруга, а до колекторного зворотна. Тобто – включення нормальне, режим активний: емітерний перехід відкритий, потенційний бар’єр його знижений, а опір невеликий, колекторний перехід закритий, потенційний бар’єр його збільшений, а опір великий.

Принцип дії БТ (бездрейфового) оснований на використанні наступних явищ:

1) інжекції неосновних носіїв в область бази;

2) переносу інжектованих носіїв через базу внаслідок дифузії;

3) екстракції носіїв із бази в колектор полем колекторного переходу.

При прямій напрузі на емітерному переході із емітера в базу інжектуються дірки, а із бази в емітер електрони. Потік електронів не призводить до зміни струму колектора, а відповідно є бескористним. Тому необхідно, щоб струм інжекції через ЕП по можливості утворювався потоком дірок. Це досягається тим, що концентрація домішок в емітерній області значно вище, ніж в області бази: .

Під впливом рекомбінаційних процесів не всі дірки попадають в колектор, а тільки частина.

Через колекторний перехід крім струму є струм рівноважних неосновних носіїв бази − зворотний струм колекторного переходу.

Вираз для струму колектора:

(**)

БT являє собою керований елемент, оскільки значення його колекторного струму залежить від значень струмів емітера і бази . При цьому значення струму істотно залежить від ефективності взаємодії двох р-n-переходів, яка в свою чергу забезпечується співвідношенням .

Опір зворотно зміщеного колекторного переходу (при підключенні до нього зворотної напруги) дуже великий (сотні кОм). Тому в коло колектора можна вмикати навантажувальні резистори з надто великими опорами, не змінюючи значення колекторного струму. Відповідно в колі навантаження буде виділятися значна потужність.

Опір прямо зміщеного емітерного переходу, навпаки, надто малий (десятки Ом). Тому при майже однакових значеннях емітерного і колекторного струмів потужність, що споживається в колі емітера, виявляється істотно менше потужності, яка виділяється у колі навантаження. Це свідчить про те, що БT є прилад, який підсилює потужність.