2.3 Контрольные вопросы

1 Что такое ковалентная связь?

2 Чем обусловлена проводимость полупроводников?

3 Что называется собственной проводимостью полупроводника?

4 Что такое примесная проводимость?

5 Назовите типы проводимости полупроводников. Чем они отличаются друг от друга?

6 Что называется p-n-переходом?

7 Какие физические процессы протекают в области p-n-перехода?

8 Что называется потенциальным барьером?

9 Что называется диодом?

10 Сравните напряжения на диоде при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны?

11 Сравните токи через диод при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны?

12 Намного ли отличаются прямое и обратное сопротивления диода при измерении их мультиметром в режиме омметра? Можно ли по этим измерениям судить об исправности диода?

13 Существует ли различие между величинами сопротивления диода на переменном и постоянном токе?

2.4 Рекомендуемая литература

2.4.1 Хоровиц П. Искусство схемотехники: в 3-х т. / П. Хоровиц, У. Хилл; пер. с англ. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Мир, 1993.

2.4.2. Горбачев Г.Н. Промышленная электроника / Г. Н. Горбачев, Е. Е. Чаплыгин. М.: Энергоатомиздат,1988. – 320 с.

2.4.3. Жеребцов И.П. Основы электроники / И. П. Жеребцов. — 5-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат, 1989 – 352 с.

2.4.4 Титце У. Полупроводниковая схемотехника: справочник / У. Титце, К. Шенк; пер. с нем. — М. Мир, 1982. — 512 с.

3 Лабораторная работа №2: «Исследование биполярных транзисторов»

Цель работы:

1. Исследование зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения база-эмиттер.

2. Анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от тока коллектора.

3. Получение входных и выходных характеристик транзистора.

4. Определение коэффициента передачи по переменному току.

5. Исследование динамического входного сопротивления транзистора.

Исследования проводятся на компьютере при помощи программы «Electronics Workbench».

3.1 Общие сведения

3.1.1 Биполярный транзистор. Общие понятия.

Транзистором называется преобразовательный полупроводниковый прибор пригодный для усиления мощности. Биполярный транзистор имеет один или несколько электрических переходов и не менее трёх выводов. Различают кремниевые и германиевые транзисторы, которые бывают как p-n-p, так и n-p-n-типа.

Транзистор состоит из двух противоположно включённых диодов, которые обладают общим n- или p-слоем. Электрод, связанный с этим общим слоем, называется базой. Два других электрода называются коллектором и эмиттером. В схемах электрических принципиальных переход эмиттер-база транзистора обычно смещён в прямом направлении, а переход база-коллектор в обратном. Условные графические обозначения транзисторов p-n-p- и n-p-n-типа и их эквивалентные диодные схемы приведены на рисунке 3.1. Однако эквивалентные диодные схемы поясняют только структуру переходов транзистора, но функцию его работы не характеризуют. Для того чтобы получить транзистор при его изготовлении необходимо выполнить следующие условия:

1) концентрация примеси, а следовательно и основных носителей заряда, в области базы должна быть во много раз меньше, чем в области эмиттера (обеднённая база);

2) область базы должна быть тонкой (соизмеримой с длиной свободного пробега носителей заряда), а площадь коллекторного перехода должна быть в несколько раз больше площади эмиттерного.

Принцип работы биполярного транзистора (transistor — transfer resistor — преобразователь сопротивления) основан на изменении сопротивления обратно смещённого p-n-перехода за счёт инжекции (injection — впрыскивание, введение в специально подготовленный канал) носителей заряда из области эмиттера в область базы.

Принцип работы биполярного транзистора поясняется с помощью структурной схемы, приведённой на рисунке 3.2. В качестве примера рассмотрен транзистор p-n-p-типа. Если к участку эмиттер-база приложить прямое напряжение E1, то через p-n-переход будет проходить прямой ток, обусловленный перемещением дырок из эмиттера в базу и электронов из базы в эмиттер. Если бы концентрации дырок и электронов в базе и эмиттере была одинаковыми, то прямой ток через эмиттерный переход создавался бы перемещением одинакового числа дырок и электронов в противоположных направлениях. Но в транзисторах концентрация основных носителей заряда в базе намного меньше чем в эмиттере. Это приводит к тому, что число дырок поступающих из эмиттера в базу (инжекция) намного превышает число электронов, движущихся в обратном направлении. Следовательно, почти весь ток через эмиттерный p-n-переход обусловлен дырками.

а) б)

Рисунок 3.1 — Условные графические обозначения транзисторов а) n-p-n-типа и б) p-n-p-типа и их эквивалентные диодные схемы.

Дырки попав в базу, для которой они являются неосновными носителями заряда начинают рекомбинировать с электронами. Но рекомбинация процесс не мгновенный. Поэтому почти все дырки успевают пройти через тонкий слой базы и достигнуть коллекторного p-n-перехода прежде чем произойдёт рекомбинация.

Рисунок 3.2 — Структурная схема транзистора p-n-p-типа.

Подойдя к коллектору дырки начинают испытывать действие электрического поля, созданного источником напряжения E2. Это поле для дырок является ускоряющим, и поэтому они быстро втягиваются из области базы в область коллектора и создают коллекторный ток. Так как в области базы степень рекомбинации дырок с электронами очень мала, то можно считать, что ток коллектора примерно равен току эмиттера :

.

Ток базы соответственно будет равен:

.