№7. Л	Тема: Біполярний транзистор. Фізика роботи
	Принцип роботи биполярного транзистора.
	Фізичні процеси в биполярному транзисторі.
	Коефіцієнти передачі струмів біполярного транзистора.
	Умовне графічне зображення БТ.

Біполярним транзистором називається електроперетворювальний напівпровідниковий прилад, що має у своїй структурі два взаємодіючих p-n переходи і три зовнішніх виводи, і призначений, зокрема, для посилення електричних сигналів. Термін "біполярний" підкреслює той факт, що принцип роботи приладу заснований на взаємодії з електричним полем часток, що мають як позитивний, так і негативний заряд, - дірок і електронів.

   Структура транзистора, виготовленого за дифузійної технології, наведена на рис.1. Як видно з малюнка, транзистор має три області напівпровідника, причому дві крайні області мають однаковий тип провідності, а середня область - протилежний. Структура транзистора, наведена на рис. називається n-p-n структурою. Електроди транзистора мають зовнішні виводи, за допомогою яких транзистор включається в електричну схему. Одна з крайніх областей транзистора, що має найменші розміри, називається емітером (Е). Вона призначена для створення сильного потоку основних носіїв заряду (в даному випадку електронів), що пронизує всю структуру приладу. Тому емітер характеризується дуже високим ступенем легування (N_DЕ=19¹⁹-10²⁰см^-3). Інша крайня область транзистора, звана колектором (К), призначена для збирання потоку носіїв, емітуємих емітером. Тому колектор має найбільші розміри серед областей транзистора. Легується колектор значно слабкіше емітера. Середня область називається базою транзистора (Б). Вона призначена для управління потоком носіїв, що рухаються з емітера в колектор. Для зменшення втрат електронів на рекомбінацію з дірками в базі її ширина W_Б робиться дуже маленькою, а ступінь легування - дуже низькою - на 3 ... 4 порядки нижче, ніж у емітера. Між електродами транзистора утворюються p-n переходи. Перехід, що розділяє емітер і базу, називається емітерний переходом (ЕП), а перехід, що розділяє базу та колектор, - колекторним переходом (КП). З урахуванням різкої асиметрії емітерного переходу він характеризується односторонньою інжекцією: потік електронів, інжектіруемих з емітера в базу, значно перевершує зустрічний потік дірок, інжектіруемих з бази в емітер.

1. Принцип роботи біполярного транзистора

Р озглянемо ситуацію, при якій на переходи транзистора від зовнішніх джерел живлення подаються постійні напруги U_ЕБ і U_КБ (рис.2.). Напруги U_ЕБ <0 і U_КБ > 0 забезпечують відкритий стан емітерного переходу і закритий стан колекторного переходу, що відповідає активному режиму роботи транзистора. Через відкритий емітерний перехід протікають основні носії заряду - потік електронів, які інжектуються з емітера в базу. Цей потік залежить від напруги на емітерному переході U_ЕБ, експоненціально зростаючи із збільшенням U_ЕБ. Інжектовані в базу електрони виявляються в ній надлишковими (нерівноважних) неосновними носіями заряду. Внаслідок дифузії вони рухаються через базу до колекторноого переходу де екстрагуються полем закритого колекторного переходу в колектор, частково рекомбінуючи в базі з основними носіями - дірками. У зв'язку з тим, що в колекторному переході відсутній потенційний бар'єр для електронів, що рухаються з бази в колектор, цей потік в першому наближенні не залежить від напруги на колекторному переході U_КБ. Таким чином, всю структуру транзистора від емітера до колектора пронизує наскрізний потік електронів, що створює в зовнішніх колах емітера і колектора струми і_Е і і_К, спрямовані назустріч руху електронів. Цей потік електронів і, відповідно, струм колектора і_К, що є вихідним струмом транзистора, дуже ефективно управляються вхідною напругою U_ЕБ (емітерним або базовим струмом) і не залежать від вихідної напруги U_КБ. Ефективне управління вихідним струмом за допомогою вхідної напруги становить основу принципу роботи біполярного транзистора і дозволяє використовувати транзистор для посилення електричних сигналів.

2.Фізичні процеси в биполярному транзисторі.

С хема найпростішого підсилювального каскаду на транзисторі, на рис.3 У порівнянні зі попередньою схемою, в емітерне коло введене джерело змінної напруги u_ЕБ~, а в колекторне коло включений резистор навантаження R_К. Змінна напруга u_ЕБ~ разом з напругою U_ЕБ впливає на наскрізний потік електронів, що рухаються з емітера в колектор. У результаті цього впливу колекторний струм набуває як постійну так і змінну складову: і_К = І_К + і_К~, яка завдяки дуже високій ефективності управління може бути значною навіть при малому значенні u_ЕБ~. При протіканні струму колектора через резистор навантаження R_К на ньому виділяється напруга, що також має змінну складову u_Rк~ = =R_К×і_К~. При достатньо великому опорі R_К, u_КБ~ може значно перевищувати u_ЕБ~ (u_КБ~>> u_ЕБ~). Таким чином, транзистор здатний підсилювати електричні сигнали по напрузі. Якщо джерело змінної напруги u_ЕБ~ перемістити в базове коло, змінивши підключення U_КБ , його вплив на напругу емітерного переходу не зміниться, при цьому базовий струм отримає змінну складову: і_Б = І_Б+ і_Б~ . В результаті, колекторний струм також набуває як постійну так і змінну складову, а оскільки, рекомбінація електронів в базі дуже незначна, тому і базовий струм значно менший за струм емітера та колектора, а отже, при незначному базовому струмові вдається створити значний колекторний струм. Таким чином, транзистор здатний підсилювати електричні сигнали і за струмом.