![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Цель лабораторной работы
- •2. Устройство и принцип работы транзисторов
- •2.1. Определение и классификация транзисторов
- •2.2. Устройство биполярного транзистора
- •2.3. Физические основы работы биполярного транзистора
- •2.4. Статические характеристики биполярного транзистора
- •2.4.1. Общие сведения о статических характеристиках
- •2.4.2. Входные характеристики биполярного транзистора в схеме включения с общей базой
- •2.4.3. Семейство выходных характеристик
- •2.5. H-параметры биполярного транзистора в схеме включения с общей базой
- •2.6. Эквивалентные т-образные схемы биполярного транзистора в схеме включения с общей базой
- •2.6.1. Т-образная эквивалентная схема транзистора на низких частотах
- •2.6.2. Т - образная эквивалентная схема транзистора на высоких частотах
- •3. Схема лабораторной установки
- •4. Экспериментальная часть
- •5. Обработка результатов измерений
- •6. Содержание отчета
- •7. Вопросы для самопроверки
- •Библиографический список
- •Приложение 1 Образец оформления титульного листа
- •Приложение 2
2.3. Физические основы работы биполярного транзистора
Для биполярного транзистора p-n-p структуры различают три области (рис.1): левая область – p-типа – эмиттер; средняя область -n-типа – база; правая область –p-типа – коллектор. Физические процессы в этих областях определяют основу работы биполярного транзистора.
Эмиттер или эмиттерный электронно-дырочный переход (p-nпереход эмиттер – база /5/), как правило, имеет прямое смещение, т.е. напряжениеUЭБэмиттер – база имеет такую полярность, чтобыp-nпереход находился под прямым смещением. В этом случае эмиттер является источником подвижных носителей тока и основное назначение эмиттера – инжекция носителей заряда в базу. Ток эмиттера описывается экспоненциальной функцией, справедливой для прямосмещенногоp-nперехода (1). Полное значение тока эмиттера включает дырочную и электронную составляющие. ПосколькуNЭ>>NБ, то дырочная составляющая тока эмиттера будет много больше электронной составляющей. При этом утверждается, что в транзистореp-n-pструктуры за усилительные свойства ответственна дырочная составляющая тока эмиттера. Основным параметром, который характеризует инжекционную способность эмиттера, является эффективность эмиттера:
, (2)
где
и
– удельные сопротивления эмиттерного
и базового слоев полупроводника; W– толщина базы; LР– длина свободного пробега дырок в
базе.
Практически
,
,
поэтому
.
База предназначена для эффективной передачи носителей заряда от эмиттера к коллектору. Дырки, инжектированные эмиттером в базу, за счет градиента их концентрации диффундируют вдоль базы. Для компенсации положительного объемного заряда дырок в базу входят компенсирующие электроны из внешней цепи. Часть дырок рекомбинирует с электронами и рассеивается на неоднородностях в решетке кристалла, не доходя до коллектора. Взамен рекомбинированных электронов в базу входят новые компенсирующие электроны, создающие одну из составляющих тока базы.
Рекомбинационные
потери в базе учитываются коэффициентом
переноса
.
Коэффициент переноса показывает, какая
часть дырок, инжектированных эмиттером,
достигает коллекторного перехода:
. (3)
Обычно
,
поэтому
Для увеличения
коллекторный переход по площади должен
быть больше эмиттерного, чтобы собирать
большую часть дырок, движущихся от
эмиттера к коллектору вдоль базы
несколько расходящимся пучком (рис.1).
Коллектор предназначен для эффективного сбора дырок, диффундируемых вдоль базы и инжектированных эмиттером. Как уже отмечалось, SК>SЭ, и это позволяет уменьшить влияние краевых эффектов в базе, увеличивается активная часть базы, уменьшается пассивная часть базы. Кроме этого, увеличениеSКведет к возрастанию допустимой мощности рассеяния на коллекторном переходе:PК=IК·UКБ, причем в активном режиме работы биполярного транзистора напряжение коллектор – база по модулю много больше напряжения эмиттер – база, а напряжение пробоя для коллекторного перехода определяется его значением для лавинного пробоя. Через коллекторный переход протекает не только дырочный, но и электронный ток, поэтому можно говорить об эффективности коллекторного перехода, определяемой из соотношения
. (4)
При
отсутствии лавинного размножения
носителей заряда в коллекторном переходе
.
Произведение
трех коэффициентов
определяет коэффициент передачи
эмиттерного тока в коллектор
или коэффициент передачи по току
биполярного транзистора в схеме включения
с ОБ:
. (5)
Практическое
применение находят транзисторы, имеющие
.
Таким образом, коллекторный ток почти
равен эмиттерному, но напряжение на
коллекторном (обратно смещенном)p-nпереходе может быть во много раз больше,
чем на эмиттерном, поэтому в транзисторе
имеет место усиление сигнала по мощности.
Рис.2. Диаграмма токов в транзисторе
При
разорванной цепи эмиттера ()
через коллекторный переход протекает,
как и через обычный обратно смещенныйp-nпереход,
ток неосновных носителей заряда,
называемый неуправляемым током
коллекторного перехода
.
Этот ток почти не зависит от изменения
напряжения на коллекторе, но экспоненциально
увеличивается с ростом температуры.
Ток
замыкается по цепи база – коллектор,
т.е. совпадает по направлению с основным
током коллектора и направлен встречно
с током базы, вызванным рекомбинационными
потерями в базе и электронным током
эмиттера (рис.2).
При
некотором токе
в цепи коллектора протекает ток
,
а в цепи базы
.