ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение

Биполярные транзисторы

Лекция 6

Лекция 7

Лекция 8

Лекция 9

Лекция 10

Выбор темы

3

Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение

Тема 3

Биполярные транзисторы

3.Биполярные транзисторы

3.1.Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы включения (ОЭ, ОБ, *ОК).

Статические ВАХ и параметры для основных схем включения

3.2.Режимы работы биполярных транзисторов

3.3.Понятие о классах усиления. Работа БТ в ключевом режиме

3.4.Влияние внешних условий на характеристики и параметры БТ. Проблема стабилизации рабочей точки и усиления

3.5.*Источники собственных шумов в БТ

3.6.Модели биполярных транзисторов. Малосигнальные высокочастотные эквивалентные схемы БТ (П- и Т-образные). Модель Эберса – Молла. Понятие о нелинейных моделях БТ для высоких и сверхвысоких частот

4

Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение

Биполярные транзисторы

Полупроводниковый прибор, имеющий три электрода и два взаимодействующих между собой p–n-перехода, называется биполярным транзистором.

Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение

Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ

и параметры для основных схем включения

Устройство, условное обозначение и включение биполярных транзисторов в активном режиме

Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение

Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы включения (ОЭ, ОБ, *ОК).

Поэтому, в прямосмещённом p-n переходе, количество носителей, например, дырок в транзисторе n-p-n типа, поступающих из базы в эмиттер, оказывается значительно меньше, чем электронов, инжектированных из эмиттера в базу. Следовательно, изменяя в небольших пределах инжекцию дырок из базы в эмиттер (дырочный ток базы), можно управлять инжекцией во много раз большего количества электронов из эмиттера в базу.

Инжектированные эмиттером в область базы электроны оказываются в ней неосновными носителями (основные – дырки). Электроны заполняют базу, распространяясь по законам диффузии и дрейфа. Процесс диффузии обусловлен наличием градиента концентрации электронов и напоминает поведение молекул газа в воздушной среде.

Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение

Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы включения (ОЭ, ОБ, *ОК).

Плотность диффузионного тока определяется коэффициентом диффузии и градиентом концентрации электронов, инжектированных в базу транзистора

J n äèô qDn gradn

Включение биполярного транзистора n-p-n типа в активном режиме

Дрейф носителей происходит, если в структуре базы существует неравномерная концентрация примеси от эмиттера к коллектору, за счет чего создается внутреннее электрическое поле, вектор которого направлен в сторону коллектора.

Взаимодействие между переходами в транзисторе обусловлено малой толщиной базы (примерно 0,5 мкм), которая оказывается значительно меньше диффузионной длины инжектированных в нее носителей (примерно 10 мкм). Поэтому, за время перемещения носителей от эмиттерного к коллекторному переходу существенной рекомбинации электронов и дырок в области базы не происходит.

Источник питания транзистора постоянным током включается таким образом, что переход эмиттер- база для основных носителей смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор – в обратном. Когда неосновные носители, инжектированные в область базы, – электроны достигают коллекторного перехода, они втягиваются в область коллектора под действием электрического поля, создаваемого положительным напряжением источника коллекторного питания. Явление втягивания носителей в область коллектора под действием электрического поля называется экстракцией.

Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение

Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы включения (ОЭ, ОБ, *ОК).

Электрический ток через переход эмиттер- коллектор обусловлен инжекцией носителей из эмиттера в базу, поскольку концентрация примесей в области базы гораздо ниже, чем в эмиттере (на несколько порядков), и последующей экстракцией их в область коллектора.

Включение биполярного транзистора n-p-n типа в активном режиме

Для получения максимальной экстракции носителей активный 4 и пассивный 5 участки базы охватывают область эмиттера –1, а участок коллектора 2 перекрывает все области базы: активную, пассивную и периферическую – 6. Базовый вывод, который является границей раздела базы на активную и периферическую области, достаточно удален от эмиттера, и до него доходит лишь незначительная часть электронов. В результате, электронный ток эмиттера

I Эn I Кn Основные области транзистора

Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение

Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ

и параметры для основных схем включения

Режимы работы биполярного транзистора

В зависимости от того, какие напряжения действуют на переходах,

различают 3 режима работы транзистора:

• активный режим работы или режим усиления, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении,

аколлекторный в обратном;

•режим насыщения, когда оба перехода смещены в прямом

направлении;

• режим отсечки, когда оба перехода смещены в обратном направлении.