Глава 7. Биполярный транзистор
Биполярный транзистор (БТ) является одним из основных активных элементов твердотельной электроники. БТ широко применяется в цифровых и аналоговых радиоэлектронных устройствах генерации и усиления сигналов, а также в качестве электронного ключа в импульсных схемах.
Определение «биполярный» указывает на то, что работа транзистора основана на процессах, в которых принимают участие носители зарядов обоих знаков (электроны и дырки). Название «транзистор» произошло от английского словосочетания «transfer resistor» – преобразуемое (трансформируемое) сопротивление. В отличие от вакуумного триода транзистор управляется входным током, а не напряжением.
Структурно БТ представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трёх областей чередующегося типа электропроводности, которые создаются двумя токосвязанными p-n переходами в непосредственной близости один от другого (толщина базы значительно меньше диффузионной длины неравновесных носителей заряда). Различают p-n-p и n-p-n транзисторы (рисунок 7.1).
Е В С Е В С
p
n p
n p n
IE
IC
IE
Ic
WB
WB
+
– –
+
UEB
UCB
UEB
UCB
IB
ICBO
IB
– + + –
E
C
E C
B B
а) б)
Рисунок 7.1 - Структура биполярного транзистора и условные обозначения: а) p-n-p; б) n-p-n
По используемым материалам различают гомогенные транзисторы, выполненные из одного полупроводникового материала, например, кремния, и гетерогенные – на основе двух и более материалов, например, Si-GeSi-Si; GaAlAs-GaAs-GaAs.
При этом область эмиттера формируется из материала с более широкой запрещённой зоной по сравнению с материалом базы.
Назначение эмиттера – преобразовать внешний ток от входного источника питания в инжекционный ток неосновных носителей заряда базы.
База предназначена для управления током инжекции эмиттера посредством изменения высоты потенциального барьера эмиттерного p-n перехода.
Коллектор предназначен для собирания дошедших до обратносмещённого коллекторного перехода инжектированных из эмиттера неосновных носителей заряда (экстракция) и обеспечение необходимой величины рабочего напряжения (десятки, сотни вольт). Сопротивление обратносмещенного коллекторного p-n перехода модулируется инжекционным током эмиттера от МОм до единиц Ом.