19

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

Методичні вказівки

до контрольної роботи

з навчальної дисципліни

«Електроніка та мікросхемотехніка, частина 1»

для студентів базового напряму 050201 «Системна інженерія»

ЛЬВІВ – 2015

Теоретична частина

1. Будова та принцип роботи біполярного транзистора

Серед напівпровідникових приладів важливе місце займає біполярний транзистор, який застосовується для підсилення і перетворення електричних сигналів і має три виводи. Найбільше розповсюдження отримали транзистори з двома n-p переходами, які називають біполярними, оскільки їх робота основана на використанні носіїв заряду обох знаків. Структура і умовне позначення біполярного транзистора зображені на рис.1. Транзистор побудований на основі напівпровідникової монокристалічної пластини, в якій створені три області з різною електропровідністю. Для прикладу на рис.1.а зображений транзистор з електропровідністю типу n–p–n, середня область якого має діркову p, а дві крайні – електронну n електропровідність. Широко застосовуються також транзистори з електропровідністю типу p–n–p, в яких діркову p електропровідність мають дві крайні області, а середня область має електронну n електропровідність.

Середня область транзистора називається базою, одна крайня область – емітером, а друга – колектором. Таким чином транзистор має два n –p переходи: емітерний – між емітером і базою і колекторний – між базою і колектором. Віддаль між цими переходами повинна бути дуже малою (одиниці мікрометра), окрім цього концентрація домішок в базі завжди на декілька порядків менша ніж в емітері і колекторі.

У залежності від полярності напруги, яка прикладається до його переходів, транзистор може працювати в трьох режимах В активному режимі на емітерному переході напруга пряма, а на колекторному – зворотна. В режимі відсічки, або закривання, на обидва переходи подається зворотна напруга. Якщо на обох переходах напруга пряма, то транзистор працює в режимі насичення. Різновидністю активного режиму є інверсне ввімкнення транзистора, коли емітерний перехід зміщений у зворотному, а колекторний у прямому напрямках. Активний режим є основним і використовується в підсилювачах і генераторах.

Розглянемо роботу транзистора з електропровідністю типу n-p-n в активному статичному режимі, коли ввімкнені тільки джерела постійних напруг живлення Е₁ і Е₂ (рис.2.а). Полярність цих джерел така, що емітерний перехід зміщений у прямому, а колекторний у зворотному напрямках. При збільшенні прямої вхідної напруги зменшується потенціальний бар’єр на емітерному переході і збільшується струм емітера і_е. Електрони інжектуються з емітера в базу і завдяки дифузії проходять через область бази до колекторного переходу. Оскільки колекторний перехід працює при зворотному зміщенні, то на цьому переході утворюються об’ємні заряди, між якими виникає електричне п оле. Це поле здійснює екстракцію (висмикування) електронів через колекторний перехід та втягування їх в область колектора.

Оскільки область бази мала, а концентрація дірок у ній низька, то більшість електронів проходить через базу і не встигає рекомбінувати з дірками бази і тому досягає колекторного переходу. Тільки незначна кількість електронів рекомбінує в базі з дірками. У результаті рекомбінації виникає струм бази.

(1)

Струм бази  це явище небажане і навіть у багатьох випадках шкідливе. Переважно він складає незначну частину струму емітера.

Коли до емітера напруга не прикладена, то можна вважати, що через цей перехід струм не проходить. В цьому випадку через колекторний перехід протікає лише невеликий зворотний струм , який виникає за рахунок неосновних носіїв заряду, електронів з р-області і дірок з п-області. Цей струм називають також некерованим або початковим струмом колектора. Значення цього струму визначається, в основному, температурою навколишнього середовища і практично не залежить від напруги прикладеної до колекторного переходу.

Коли під дією вхідної напруги виникає значний струм емітера, то в область бази з емітера інжектуються електрони, які для області бази є неосновними носіями. Ці носії не встигають рекомбінувати з дірками і при їх дифузії через базу вони доходять до колекторного переходу. Із збільшенням струму емітера в базі зростає концентрація неосновних носіїв, які надходять з емітера, чим більше цих носіїв, тим більший струм колектора.

Повний струм колектора транзистора складає

, (2) де  – коефіцієнт передачі струму емітера, значення якого переважно складає (0,95  0,99);