2. Биполярные транзисторы

2.1. Общие принципы

Биполярные транзисторы - это приборы на основе трехслойной

структуры. Существуют две структуры, которые представлены на рис. 15а,

15б. Структура транзистора имеет три области с тремя чередующимися

типами проводимости. В зависимости от порядка чередования областей

различают транзисторы p-n-p- и n-p-n типа. Они имеют два p-n перехода.

Существуют еще полевые транзисторы, имеющие другие структуры.

Транзистор является управляемым прибором. Управляющим выводом

является база Б, который делается от среднего слоя. Другие два вывода

называются эмиттер Э и коллектор К. Управляющей цепью является

переход база-эмиттер Б-Э. Этот переход является диодным и ток через него

может протекать только по направлению проводимости диодного перехода.

Цепь коллектор-эмиттер К-Э является управляемой цепью. С помощью тока

через переход Б-Э можно управлять током через переход К-Э.

Принцип работы транзистора поясняется с помощью рис. 16.

Переход база-эмиттер (эмиттерный переход) за счет источника Еб

смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база (коллекторный

переход) за счет источника Ек смещен в обратном направлении. Переход

база-эмиттер – это диод, включенный в прямом направлении. Переход

коллектор-база – это диод, включенный в обратном направлении. Благодаря

смещению перехода база-эмиттер в прямом направлении электроны из

эмиттера n-типа переходят в базу p-типа и движутся по направлению к

обедненному слою на переходе база-коллектор. Эти электроны, являющиеся

неосновными носителями в области базы, достигнув обедненного слоя,

затягиваются полем объемного заряда коллекторного перехода и стремятся к

минусу источника Ек, создавая тем самым в транзисторе коллекторный ток.

Лишь малая часть электронов в базе p-типа в процессе движения в

сторону коллектора рекомбинирует с дырками. Дело в том, что база делается

слабо легированной, т.е. с низкой концентрацией дырок, и очень тонкой.

Когда электрон рекомбинирует в базе, происходит кратковременное

нарушение равновесия, т.к. база приобретает отрицательный заряд.

Равновесие восстанавливается с приходом дырки из базового источника Еб.

Этот источник является поставщиком дырок для компенсации

рекомбинирующих в базе зарядов, и эти дырки образуют базовый ток

транзистора. Благодаря базовому току в базе не происходит накопления

отрицательного заряда и переход база-эмиттер поддерживается смещенным

в прямом направлении, а это, в свою очередь, обеспечивает протекание

коллекторного тока.

12

Если коллекторную цепь разорвать, то все электроны циркулировали

бы в цепи база-эмиттер. При наличии коллекторной цепи большая часть

электронов устремляется в коллектор.

Таким образом, транзистор является прибором, который управляется

током. Уменьшение потока электронов через коллекторный переход по

сравнению с их потоком через переход эмиттер-база характеризуется

коэффициентом передачи тока эмиттера .=Iк/Iэ. Обычно .=0,9…0.995.

Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом

усиления тока базы в рассматриваемой схеме включения транзистора (она

называется схемой с общим эмиттером). Этот коэффициент обозначают h21Э.

Он равен h21Э=Iк/Iб>>1. Обычно h21Э =10…300.

Физически в работе транзистора принимают участие заряды двух типов

(электроны и дырки), поэтому он называется биполярным.

При рассмотрении смещенного в прямом направлении перехода база-

эмиттер мы учитывали только электроны, пересекающие этот переход.

Такой подход оправдан тем, что область эмиттера n-типа специально

легируется очень сильно, чтобы обеспечить большое количество свободных

электронов. В тоже время область базы легируется очень слабо, что дает

настолько мало дырок, что ими можно пренебречь при рассмотрении тока

через переход база-эмиттер.

Таким образом, транзистор является усилительным прибором. В

зависимости от схемы включения он может обеспечивать усиление по току,

напряжению или по мощности. Возможно одновременное усиление и по

току, и по напряжению, и по мощности.

Обозначения транзисторов типа p-n-p и n-p-n на электрических схемах

показаны на рис. 17, 18.