Транзисторы Структура транзистора
Транзистор представляет собой трехслойный полупроводниковый прибор со слоями чередующегося типа проводимости {глава 1.2}. Существуют транзисторы типа pnp и npn.
Рис.1-13
Структура транзистора
Эмиттер – p-полупроводник с большим количеством примесей.
База – n-полупроводник с малым количеством примесей. Слой базы очень тонкий,порядка 1 мкм.
Коллектор – p полупроводник со средним количеством примесей. Переход эмиттер-база называется эмиттерным переходом, переход база-коллектор – коллекторным переходом.
Наиболее часто транзистор включается так ,что эмиттерный переход включен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном.
При включении транзистора из эмиттера в базу инжектируется большое количество дырок, которые путем диффузии распространяются в базе, доходят до коллекторного перехода и втягиваются им, образуя большой коллекторный ток. Iк-≈Iэ , но Iк- < Iэ. Поведение транзистора описывается 2-я уравнениями:
Iэ = Iб + Iк и Iк = αIэ +Iк0 , где α – коэффициент передачи тока транзистора, включенного по схеме с общей базой (ОБ). α=0,9 – 0,995.
Рис.1-14
Условные обозначения транзисторов
Рис.1-15
Внешний вид транзисторов различной
мощности
Схемы включения транзистора
1. Схема с общей базой (ОБ)
Рис.1-16
Схема ОБ
Транзистор можно использовать для усиления сигнала. Если Uкб >>Uэб и Rк >> Rэ, тогда при почти одинаковых токах в цепи эмиттера и коллектора на Rк будет значительно большее падение напряжения чем на Rэ, то есть происходит усиление напряжения, а значит и мощности сигнала.
2. Схема с общим эмиттером (ОЭ):
Рис.1-17
Схема ОЭ
Транзистор включенный по схеме ОЭ усиливает как напряжение так и ток. Iэ = Iк + Iб и Iк = βIб+(β+1)Iкб0, где β – коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером. β=α/(1-α), зависит от толщины базы и находится в пределах β=10 – 200.
3.Схема с общим коллектором (ОК)
Рис.1-18
Схема ОК
В этой схеме Uвых < Uвх , но Uвых ≈ Uвх то есть усиление по напряжению не происходит, но усиливается ток приблизительно в β раз. Поэтому схема называется эмиттерный повторитель (повторяет напряжение).
Характеристики транзистора (схема об)
Рис.1-19
1,2 Входная и выходная характеристики
1. Входные характеристики: Iэ =f(Uэб) при Uкб =const.
2. Выходные характеристики: Iк=f(Uкб) при Iэ =сonst.
3 Проходные характеристики: Iк=f(Iэ) при Uкб =const.
Рис
1-19 Проходная характеристика
При Uк = 0 входная характеристика является прямой ветвью BАX эмиттерного р-n - перехода. С ростом Uкб ВАХ смещается влево, так как рост обратного тока коллектора дополнительно открывает р-n переход и Iэ ≠ 0 при Uэб = 0. Для Iэ= 0 выходная характеристика является обратной ветвью коллекторного перехода. Если же Iэ> 0 , то Iк> 0 даже при Uкб = 0 за счет захвата инжектированных эмиттером носителей заряда полем потенциального барьера коллекторного перехода. При этом с ростом Uэб Iэ быстро достигает максимального значения, так как уже при малых Uкб основная часть инжектированных носителей захватывается коллектором.
Тиристоры
Рис.1-26
Тиристор
Тиристор-четырехслойный полупроводниковый прибор..Содержит четыре слоя чередующегося типа проводимости {глава 1.5.1}, образующих три перехода (рис.1-25) К крайним слоям прикладывается прямое напряжение, но средний 2-й переход включен в обратном направлении и ток в цепи очень мал (участок 1). При некотором напряжении Uвкл начинается лавинный пробой и ток резко возрастает (участок 3)-тиристор включается.
К среднему р (или n) слою подключен вывод управляющего электрода У. Прикладывая к нему небольшое напряжение Uупр можно уменьшить напряжение включения Uвкл.
На рис.1-27 показан процесс включения тиристорв с помощью управляющего электрода.Между источником и нагрузкой Rнагр включен тиристор. Так как Uпит < Uвкл, то тиристор закрыт, тока в нагрузке нет (рис.1). При подаче короткого положительного импульса от блока управления тиристор включается(рис.2) и дальше становится неуправляемым. Выключить его можно только снизив ток до величины Iвыкл . При работе тиристора в цепи переменного тока это происходит автоматически.
Рис
1-27 Схема управления тиристором