1.2. Биполярные транзисторы

1.2.1. Устройство и режимы работы транзистора

Биполярные транзисторы - полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими p-n-переходами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции основных и экстракции неосновных носителей заряда. P-n переходы образуются на границах чередующихся областей полупроводника с разными типами электропроводности - p-n-p, либо n-p-n.

Рис. 1.2.1. Устройство транзистора и физические процессы в нормальном активном режиме.

Средний слой - база, эмиттер - сильно легированная наружная область. Эмиттерный переход смещен в прямом направлении. Второй переход - коллекторный смещен в обратном направлении.

Различают транзисторы бездрейфовые и дрейфовые.

В бездрейфовых транзисторах примеси в базе распределены равномерно. При этом электрическое поле в базе отсутствует, и попавшие из эмиттера неосновные носители движутся через базу к коллекторному переходу только в следствие диффузии.

В дрейфовых транзисторах примеси в базе распределены неравномерно: более высокая концентрация на границе с эмиттером и убывает в направлении коллектора. В следствии этого в базе имеется внутреннее электрическое поле, направленное так, что оно ускоряет движение неосновных носителей к коллекторному переходу.

Каждый переход биполярного транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают следующие четыре режима работы транзистора.

Нормальный или активный режим — эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный — обратное. Именно этот режим работы транзистора соответствует максимальному значению коэффициента передачи тока эмиттера. К тому же он обеспечивает минимальные искажения усиливаемого сигнала.

Инверсный режим — к коллекторному переходу подведено прямое напряжение, а к эмиттерному — обратное. Исходя из реальной структуры биполярного транзистора (рис. 1.2.1), инверсный режим работы приводит к значительному уменьшению коэффициента передачи тока эмиттера, по сравнению с работой транзистора в нормальном режиме (если учитывать при этом, кроме реальной структуры, также более слабое легирование коллекторного слоя по сравнению с эмиттерным при изготовлении транзисторных структур) и поэтому на практике применяется крайне редко.

Двойной инжекции или насыщения — оба перехода (эмиттер-ный и коллекторный) находятся под прямым напряжением. Выходной ток в этом случае не зависит от входного и определяется только параметрами нагрузки. Из-за малого напряжения между выводами коллектора и эмиттера режим насыщения используется для замыкания цепей передачи сигнала.

Режим отсечки — к обоим переходам подведены обратные напряжения. Так как выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, этот режим используется для размыкания цепей передачи сигналов.

Основным режимом работы биполярного транзистора в аналоговых электронных устройствах является нормальный режим. Режимы насыщения и отсечки обычно применяются совместно для осуществления коммутации как силовых, так и информационных цепей.