- •Вопрос 1
- •Вопрос 2
- •Вопрос 3
- •Вопрос 4
- •Вопрос 5
- •Вопрос 6
- •Вопрос 7
- •Вопрос 8
- •Вопрос 9
- •Вопрос 10
- •Вопрос 11
- •Вопрос 12
- •Вопрос 13
- •Вопрос 14
- •Вопрос 15
- •Вопрос 16
- •Вопрос 17
- •Вопрос 18
- •Вопрос 19
- •Вопрос 20
- •Вопрос 21
- •Вопрос 22
- •Вопрос 23
- •Вопрос 24
- •Вопрос 25
- •Полевые транзисторы с изолированным затвором
Вопрос 20
Биполярные транзистор – это трех-электродный полупроводниковый прибор с двумя и более взаимодействующими электронно-дырочными переходами. В транзисторе чередуется по типу электропроводности три области полупроводника: коллектор, база, эмиттер.
Рис 41 планарная n-p-n структура БТ. 1 – коллекторный переход; 2 – эмиттерный переход.
На границе эмиттерной области с базовой, а также на границе базовой области с коллекторной образуются два электронно-дырочных перехода (эмиттерный и коллекторный). Переходы оказываются взаимодействующими, если расстояние между ними, называемое шириной базы, гораздо меньше дифф-ной длины подвижных носителей заряда.
Дифф-ная длина Lpn – это расстояние, которое проходит электрон и дырка от момента появления в проводнике до момента рекомбинации.
Площадь коллекторного перехода всегда больше площади эмиттерного перехода. Область эмиттера должна обладать более высокой электропроводностью, чем база и коллектор.
В зависимости от порядка чередования областей по типу проводимости различают структуры p-n-p и n-p-n
рис 42 плоская одномерная модель и условные обозначения БТ
как элемент электрической цепи транзистор используют таким образом, что один из его электродов является входным, другой выходным; третий электрод является общим относительно входа и выхода. В зависимости от того какой электрод является общим, различают 3 схемы включения: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК).
рис 43 схемы включения БТ
Вопрос 21
При работе транзистора к его электродам прикладывается напряжение от внешних источников питания. В зависимости от полярности напряжений, прикладываемых к электродам, каждый из p-n переходов транзистора может быть включен в прямом или обратном направлении, то есть возможны 4 режима работы транзистора
Название перехода |
Включение транзистора |
Название режима работа транзистора |
ЭП КП |
Обратное обратное |
Режим отсечки |
ЭП КП |
Прямое Прямое |
Режим насыщения |
ЭП КП |
Прямое обратное |
Активный режим |
ЭП КП |
Обратное прямое |
Инверсный режим |
Режим отсечки. в режиме отсечки оба перехода включены в обратном переходе (высокоомное состояние эмиттер-коллектор). В электродах транзистора протекают тепловые токи обратно включенных переходов, которые и являются статическими параметрами режима отсечки. в каждой из трех схем включения транзистора эти параметры имеют определенные величины. Их обозначения имеют вид:
для схемы с ОБ:
для схемы с ОЭ:
для схемы с ОК:
первый индекс в обозначении указывает электрод, в котором протекает ток; второй индекс – схему включения; третий индекс – условие в оставшейся части схемы («о» - отсутствие тока в др. электроде, то есть холостой ход; «к» - короткое замыкание в оставшейся части схемы).
Режим насыщения. В режиме насыщения оба p-n перехода включаются в прямом направлении. Переходы насыщены подвижными носителями заряда, их сопротивления малы. Участок эмиттер-коллектор имеет высокую проводимость и может считаться короткозамкнутым. Статическими параметрами являются токи насыщения в токах транзистора и остаточные напряжения.
Отношение напряжений и токов соответствующих электродов дают величины сопротивлений насыщения
;
Активный режим. Эмиттерный переход включен в прямом направлении, коллекторный – в обратном. Такое включение соответствует активному режиму, а транзистор обладает усилительными свойствами.
Принцип действия транзистора в активном режиме основан на использовании следующих явлений: 1) инжекции основных носителей через эмиттерный переход; 2) перенос инжектированных носителей через базу вследствие диффузии и дрейфа; 3) рекомбинация неравновесных носителей в базе; 4) экстракция неосновных носителей базы в коллектор полем коллекторного перехода.
Инжекция носителей обуславливает прохождение через эмиттерный переход дифф-ных токов: дырочного Iэp и электронного Iэn. Во внешней цепи протекает ток инжекции
Для транзисторной структуры p-n-p типа соотношение между примесями в эмиттере и базе определяется:
Потому как
Инжекция носителей из эмиттера в базу превышает концентрацию неосновных носителей в базе. Их концентрация на границе эмиттерного перехода для p-n-p структуры определяется соотношением:
Диффузия дырок в базе сопровождается их рекомбинацией электронами. На место рекомбинированных электронов в базу из внешней цепи источника поступают другие электроны, создавая в дополнение к электронному току инжекции Iэн ток базы рекомбинации Iбрек, так как ширина базы значительно меньше дифф-ной длины носителей. Дырки, инжектированные эмиттером в базу и достигшие обратно включенного коллекторного перехода, попадают в его ускоряющее поле и перебрасываются в базу коллектора. Создается управляемая часть тока коллектора:
Процесс переноса неосновных неравновесных носителей через базу оценивается коэффициентом переноса:
Коэффициент называетсяинтегральным (статическим) коэффициентом передачи тока эмиттера в цепь коллектора и с учетом соотношений (24) и (26) определяется формулой:
Кроме управляемой части коллекторного тока в электроде коллектора протекает неуправляемая часть тока – тепловой ток обратно включенного перехода. Он аналогичен току обратно включенного полупроводникового диода и поэтому получил название обратного тока коллектора Iкбо
Направление обратного тока коллектора совпадает с направлением управляемой части коллекторного тока и поэтому
Ток Iкбо в цепи базы направлен навстречу базовому току рекомбинации Iбрек и базовому току инжекции Iпинж
В цепи эмиттера ток инжекции является суммой тока коллектора Iк и тока базы Iб:
Выражения (29) и (31) устанавливают связь между токами транзистора и справедливы для любой схемы включения. Аналогичные процессы происходят в n-p-n транзисторах.
Обратное напряжение, приложенное к коллекторному переходу значительно больше напряжения прямо включенного эмиттерного перехода, а токи в цепях эмиттера и коллектора практически равны. Поэтому мощность в нагрузке, создаваемая переменной составляющей коллекторного тока, оказывается значительно больше мощности, затрачиваемой на управление током в цепи эмиттера. Следовательно, транзистор обладает исключительными свойствами.
Инверсный режим
В инверсном режиме эмиттерный переход обратно включен, а коллекторный находится под прямым напряжением. Поэтому по сравнению с активным, в инверсном режиме инжекция носителей осуществляется коллекторным переходом, а экстракция – эмиттером. Практически эмиттер и коллектор меняются функциями и местами в схеме.
Для схемы с ОБ:
Поскольку площадь эмиттерного перехода много меньше площади коллекторного перехода и концентрация Nб<Nб, то
для схемы с ОК:
для схемы с ОЭ:
дифференциальный коэффициент передачи тока
для переменных сигналов, амплитуда которых много меньше величины питающих напряжений, связь между током коллектора и эмиттера определяется дифф-ем соотношения (29) как функции двух аргументов в предположении, что , то есть
- дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера в схеме с ОБ