6.7 Биполярные транзисторы
6.7.1 Общие сведения о транзисторах
Транзисторами называют полупроводниковые приборы, имеющие не менее трёх выводов, которые будучи включенные определённые схемы могут усиливать мощность, преобразовывать сигнал, или генерировать колебания. Различных видов транзисторов много – это полевые (униполярные), биполярные транзисторы, биполярные транзисторы с изолированным затвором, однопереходные (двухбазовые) транзисторы, фототранзисторы и другие.
Транзисторные устройства по сравнению с устройствами на электронных лампах обладают большей экономичностью, низким энергопотреблением, длительным временем наработки на отказ, малой массой и габаритами, высокой механической прочностью. К недостаткам транзисторов следует отнести невысокую радиационную стойкость, невозможность работы при температуре полупроводникового кристалла из кремния значительно выше 125 °C и прочее.
Рисунок 40 – Обозначение биполярного транзистора на схеме и внешний вид
Транзисторы классифицируют по материалу полупроводника, подразделяя на германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и прочие.
Биполярные транзисторы, у которых две из трёх областей имеют дырочный тип проводимости, называют транзисторами с прямой проводимостью, или структуры p-n-p. Биполярные транзисторы, у которых две из трёх областей имеют электронный тип проводимости, называют транзисторами с обратной проводимостью, или структуры n-p-n.
Транзисторы подразделяют по максимальной частоте сигнала на:
- низкочастотные, которые способны усиливать сигнал с частотой менее 3 МГц,
- среднечастотные транзисторы, способные усиливать сигнал с частотой от 3 МГц, до 30 МГц,
- высокочастотные транзисторы, которые способны усиливать сигналы с частотой, превышающей 30 МГц,
- сверхвысокочастотные, позволяющие работать на ещё большей частоте (выше 300 МГц).
По значению максимальной рассеиваемой мощности:
- маломощные, обеспечивающие мощность рассеяния, меньшую 0,3 Вт,
- транзисторы средней мощности, с рассеиваемой мощностью от 0,3 Вт, до 3 Вт,
- транзисторы, мощность рассеяния которых превышает 3 Вт называют мощными транзисторами.
6.7.2 Конструкция некоторых биполярных транзисторов
Для изготовления дискретного биполярного транзистора необходим полупроводник электронного или дырочного типов проводимости, именуемый, как и вывод от него, базой, который, например, методом сплавления или диффузии легируют акцепторными примесями так, чтобы по обе стороны от базы были выполнены зоны с противоположными типами проводимостей. Это отражено на упрощённой конструкции сплавного биполярного транзистора, приведённой на рисунке 41.
Рисунок 41 – Конструкция плоскостного транзистора
На рисунке цифрами обозначены: 1 – коллектор; 2 – база транзистора, например, образованная кристаллом германия или кремния; 3 – основание компонента; 4, 5 – вплавленные в кристалл примеси, например, индия или алюминия; 6 – кристаллодержатель; 7 – эмиттер.
Кристалл полупроводника, образующий базу транзистора, в данном случае механически прикреплён и электрически соединён с металлической пластинкой, приваренной к стенке компонента. Толщина базы обычно не превышает нескольких микрон. На рисунке видно, что эмиттерная область имеет меньшую площадь, чем коллекторная. Между базой и коллектором лежит коллекторный переход, а между базой и эмиттером – эмиттерный переход. В области базы транзистора концентрация носителей заряда чрезвычайно низка, а, следовательно, её проводимость очень мала. В области коллектора концентрация и проводимость намного больше, чем в области базы, а в области эмиттера несколько выше, чем в области коллектора. Таким образом, концентрации носителей зарядов в областях транзисторов существенно отличаются.