Глава 4. Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор (БТ или просто, транзистор) представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей (трехслойная полупроводниковая структура) с чередующимся типом проводимости слоев.
4.1. Структура биполярного транзистора
В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов p-n-p и n-p-n (рис. 4.1, а, б). Их условные обозначения, используемые на принципиальных схемах, показаны на рис. 4.1, в, г.
Рис. 4.1. Полупроводниковая структура транзисторов типов p-n-p (а) и n-p-n (б), их УГО (в, г), сплавная транзисторная структура типа p-n-p (д), пример конструктивного исполнения маломощного транзистора в металлическом корпусе (е)
Структура типа p-n-p, выполненная по сплавной технологии, показана на рис. 4.1, д. Пластина полупроводника n-типа является подложкой - основанием, базой (отсюда и название слоя) конструкции. Два наружных p-слоя создаются в результате диффузии в них акцепторной примеси при сплавлении с соответствующим материалом. Один из p-слоев называется эмиттерным (или просто, эмиттер), а другой – коллекторным (коллектор). Эмиттерным называется p-n-переход П1, находящийся между эмиттером и базой. Коллекторным называется p-n-переход П2 между базой и коллектором. Аналогично, внешние металлизированные выводы от этих слоев называются: эмиттер Э, база Б, коллектор К.
При проектировании и создании транзистора исходный базовый слой (толщиной ) делается менее легированным, чем эмиттерный и коллекторный слои. Это приводит к следующим важным последствиям:
1) концентрация основных носителей заряда в n-базе намного меньше концентрации основных носителей заряда в p-эмиттере, т.е. ppэ nnб, а из закона действующих масс (1.7) следует, что концентрация неосновных носителей также различается: npэ << pnб;
2) из-за различия концентраций носителей сопротивление базового слоя намного больше, чем сопротивление областей эмиттера и коллектора;
3) области объемного заряда П1 и П2, сосредоточены, главным образом, в базовом слое, что может быть объяснено с учетом соотношения (2.1) из-за различия в степени легирования слоев.
Функция эмиттерного перехода – инжектирование носителей заряда из эмиттера в базу. Функция коллекторного перехода – сбор в коллекторе носителей заряда, прошедших из эмиттера через базовый слой. Именно поэтому, для того, чтобы носители заряда, инжектируемые эмиттером и проходящие через базу, в полной мере собирались коллектором, площадь коллекторного перехода делают больше площади эмиттерного перехода (рис. 4.1, д).
4.2. Принцип действия биполярного транзистора в различных режимах
Для того, чтобы транзистора работал в режиме усиления сигналов, ключевом режиме и т.п., необходимо предварительно подключить его контакты к источникам цепи питания постоянного тока (рис. 4.1, 4.2). Другими словами, необходимо подготовить транзистор к работе, подав на его выводы Э, Б, К необходимые постоянные потенциалы. Только в этом случае, можно будет использовать транзистор для дальнейшей работы, подавая, например, переменное входное напряжение uвх на Вход схемы, и снимая переменное выходное напряжение uвых с контакта Выход, как это показано на схеме, приведенной на рис. 4.2, а.