2.2. Биполярный транзистор

Полупроводниковый прибор с двумя р-п переходами, пригодный для управления и усиления – биполярный транзистор. Конструктивно–сплавной биполярный транзистор представляет собой пластинку монокристалла полупроводника проводимостью p или n – типа, по обеим сторонам которой наплавлены полупроводники, образующие с данным полупроводником иной тип проводимости.

На рис. 5 показана конструкция транзистора, в которой в пластинку германия n–типа вплавлены по обеим сторонам шарики индия, образующие с германием проводимость p–типа.

Существуют р-п-р и п-р-п транзисторы: (оба содержат выводы: база, эмиттер, коллектор) На рис.6,а,б показана упрощенная плоскостная структура транзистора.

Крайние области транзистора называют эмиттером и коллектором среднюю – базой, р–п переходы соответственно называют эмиттерным и коллекторным.

Рис.5. Реальная структура сплавного транзистора p-n-p

Если эмиттер и коллектор обладают дырочной проводимостью (области р), а база – электронной проводимостью (область п), структура транзистора р–п–р. Если проводимости областей транзистора противоположна названным, его структура п–р–п.

а) б)

Рис.6. Упрощённая структура транзистора p-n-p (а) и n-p-n (б)

Э-эмиттер, Б-база, К-коллектор

Условное обозначение транзисторов в схемах полярности напряжений в активном (усилительном) режиме работы и направления токов показаны на рис.7,а,б

Рис. 7. Условное обозначение транзисторов структур р–п–р (а) и п–р–п (б),

полярности напряжений в активном режиме работы и направления токов

Принцип действия транзисторов обеих структур одинаков и основан на использовании свойств р–п переходов (рис. 8).

I_к

I_э – +

Э n p– + К

E_э - – + E_к

R_э I_б R_к

Рис. 8

Рассмотрим более подробно работу транзистора типа п-р-п. Источник, включенный между эмиттером и базой (Е_э), открывает эмиттер-базовый переход, и в цепи образуется ток эмиттера. Источник же включенный в базо-коллекторный переход (Е_к) запирает его. Однако носители тока эмиттера для коллекторно-базового перехода являются не собственными, поэтому этот переход их будет перебрасывать и образуется коллекторный ток, который по величине будет меньше эмиттерного. В целом выполняется равенство

.

Степень передачи эмиттерного тока в коллекторную цепь характеризует коэффициент передачи тока

Приведенная схема включения называется с общей базой. Она характеризуется тем, что изменяя ток эмиттера можно менять ток коллектора. Однако при этом не возникает усиление по току. Усиление по току можно получить, если изменить схему включения. Включив транзистор по схеме с общим эмиттером, получим схему, где происходит усиление по току и мощности.

+

U_kэ

I_k

I_б

U_бэ

Рис. 9

Данную схему можно охарактеризовать вольамперными характеристиками: входными I_б = f(U_бэ) (рис. 10,б) и выходными I_k = f(U_кэ) (рис. 10,а)

Наиболее характерны выходные характеристики. При небольших токах базы ток коллектора в больших пределех измегнения напряжения коллектор-эмиттер мало изменяется, что может быть использовано для стабилизации тока. В крайней левой части характеристики круто лезут вверх – это электрический пробой, который может перейти в тепловой. При большом же токе базы сильно растет ток коллектора, что тоже может привести к тепловому пробою.

Рис. 10

Как видно из характеристик, существует максимальное напряжение коллектор-эмиттер, которое нельзя превышать по условиям пробоя и максимальный ток коллектора не перегревающий переход.

Отсюда предельные значения: U_кэ = 5-1000В; I_k =0,01-100 А; Р =0,01-100 Вт

Для повышения параметров выпускаются транзисторные сборки, в которых транзисторы соединены одноименными выводами, что и позволяет увеличить предельные параметры на порядок