29. Полупроводниковые транзисторы

Транзисторы (Т) – полупроводниковые приборы, служащие для усиления мощности электрических сигналов. Их подразделяют на две большие группы:

-биполярные - называются так потому, что в переносе тока участвуют носители двух типов (электроны и дырки);

-униполярные (полевые) - называются так потому, что в переносе тока участвуют носители одного типа (электроны или дырки).

Рисунок 1 – Структура биполярного транзистора типов p-n-p.(а), n-p-n (б) и их условное обозначение

Биполярный транзистор (БТ) – представляет собой трехслойную структуру (рисунок 1) В зависимости от способа чередования слоев БТ называются транзисторами типа p-n-p или типа n-p- n. (рисунок 1,а, б).

Транзистор называется биполярным, если физические процессы в нем связаны с движением носителей обоих знаков (свободных электронов и дырок).

В биполярном транзисторе средний слой называется базой (Б), один крайний слой – коллектором (К), а другой крайний слой – эмиттером (Э). Каждый слой имеет свой вывод, с помощью которых биполярный транзистор подключается в цепь.

Концентрация примеси, а следовательно, и основных носителей заряда самая высокая в эмиттере и малая в базе; в коллекторной области она может быть такой же, как в эмиттере. Базу транзистора выполняют очень тонкой (несколько микрометров), а коллектор должен позволять отводить теплоту, выделяющуюся при работе прибора, т. к. мощность, рассеиваемая в коллекторном переходе, значительно больше, чем в эмиттерном, поэтому он изготовляется большим по площади, чем эмиттер.

В качестве полупроводников для транзисторов применяется германий и кремний. Корпуса транзисторов бы­вают металлостеклянные, керамические и пластмассовые.

В зависимости от выполняемых в схеме функций транзисторы могут рабо­тать в трех режимах: активном, насыщения и отсечки. Осуществить эти режи­мы можно, подключая различные напряжения к р-n-переходам транзистора.

В режиме насыщения на оба р-n-перехода подают прямые напряжения, оба р-n-перехода открыты, сопротивление транзистора значительно уменьшает­ся, и через транзистор протекает неуправляемый ток. В этом режиме транзистор эквивалентен замкнутому контакту реле и используется для подключения на­грузки к источнику питания.

В режиме отсечки на оба р-n-перехода транзистора подают обратные на­пряжения, оба р-n-перехода закрываются и обладают высоким сопротивлением. Прямой ток через транзистор не протекает, а величина обратного тока незначи­тельна. В этом режиме транзистор эквивалентен разомкнутому контакту реле.

Чередуя режимы насыщения и отсечки, можно коммутировать различные элек­трические цепи без разрыва, что широко используется в импульсных устройствах.

В активном режиме транзисторы используют для усиления электриче­ских сигналов с минимальными искажениями формы. При этом на эмиттерный переход подается прямое напряжение, а на коллекторный - обратное. Сопротив­ление эмиттерного перехода мало, и для получения нормального тока в этом пе­реходе достаточен источник El с напряжением порядка десятых долей вольта. Сопротивление закрытого коллекторного перехода велико, и напряжение Е2 обычно составляет единицы или десятки вольт . Таким образом, принцип работы транзистора в активном режиме сво­дится к управлению током коллектора с помощью тока базы.

Биполярные транзисторы в зависимости от механизма переноса тока через базу делятся на две группы - без дрейфовые и дрейфовые. Для бездрейфовых транзисторов характерно равномерное распределение примеси в базе и, как след­ствие, отсутствие в ней электрического поля. Поэтому в таких транзисторах дыр­ки преодолевают базу в основном посредством диффузии. В дрейфовых транзи­сторах примесь в базе распределена неравномерно: по мере удаления от эмиттерного перехода ее концентрация уменьшается. Поэтому постоянно суще­ствующее в базе электрическое поле способствует дрейфу неосновных носителей от эмиттерного перехода к коллекторному. На пути к коллекторному переходу часть электронов эмиттера рекомбинирует с дырками базы (реально порядка 1 %). Остальные достигают коллекторного перехода, на который подано обратное на­пряжение, создающее ускоряющее поле для электронов, и поэтому электроны с ускорением перебрасываются в коллектор.