Биполярный транзистор

Биполярный транзистор (БПТ) – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами, полученными в одном монокристалле полупроводника путём чередующегося расположения областей p- и n-типов проводимости.

Транзистор называется биполярным, т.к. в протекании выходного тока транзистора принимают участие два типа носителей заряда (обоих полярностей): и электроны, и дырки.

БПТ управляется током.

В зависимости от типов проводимостей слоёв различают транзисторы типов р-n-р и n-р-n.

p-n-переход между Э и Б называется эмиттерным, а между К и Б – коллекторным.

Эмиттер (от англ. «Emitter» – источник, отправитель) – электрод, который является источником носителей, которые направляются в сторону коллектора через базу.

База (от англ. «Base» – основа; база; опорный пункт) – центральный электрод, с помощью которого управляется количество носителей заряда, добирающихся из эмиттера до коллектора.

Коллектор (от англ. «Collector» – собиратель; сборщик) – электрод, который «собирает» носители заряда из эмиттера, которые смогли пройти через базу.

Бывают 3 варианта подключения транзисторов в схемах (в зависимости от того, какой вывод транзистора является общим для входа и для выхода):

1) с общей базой (ОБ);

2) с общим эмиттером (ОЭ);

3) с общим коллектором (ОК).

В зав-сти от схемы включения входным (управляющим) током будет либо ток эмиттера (в ОБ), ток базы (в ОЭ или ОК).

ОБ ОЭ ОК

Режимы работы БПТ:

1) нормальный активный, когда на эмиттерный переход подается прямое напряжение U_ЭБ > 0, а на коллекторный переход – обратное U_КБ < 0;

2) насыщения, когда U_ЭБ > 0, U_КБ > 0;

3) отсечки, когда U_ЭБ < 0, U_КБ < 0;

4) инверсный (активный), когда U_ЭБ < 0, U_КБ > 0.

Входные характеристики БПТ (для схем с ОБ и ОЭ) похожи на прямую ветку ВАХ диода, т.к. для схем с ОБ и ОЭ ко входу подключен эмиттерный переход, на который подаётся прямое напряжение, открывающее этот переход.

Выходные характеристики БПТ (для схем с ОБ и ОЭ) похожи на обратную ветку ВАХ диода, т.к. для схем с ОБ и ОЭ к выходу подключен коллекторный переход, на который подаётся обратное напряжение, закрывающее этот переход.

В случае в ОБ на выход подключен только коллекторный переход, поэтому выходные хар-ки очень похожи на обратную ветку ВАХ диода. Выходные хар-ки в ОЭ сильнее отличаются от обратной ветки ВАХ диода, т.к. в этом случае к выходу подключен не только обратно смещенный коллекторный переход, но и прямо смещенный эмиттерный переход.

------------------------------------------------------------------------

Полевой (униполярный) транзистор

Полевой (униполярный) транзистор (ПТ) – это полупроводниковый прибор, в котором изменение силы тока, протекающего вдоль тонкой проводящей области (канала) полупроводникового кристалла, осуществляется за счёт изменения электрического сопротивления этой области в результате действия на неё поперечно направленного электрического поля, создаваемого с помощью управляющего напряжения, поданного на затвор.

ПТ управляется напряжением на затворе.

Транзистор называется полевым, т.к. управление транзистором происходит с помощью электрического поля, создаваемого внутри транзистора при действии напряжения на затворе.

Транзистор называется униполярным, т.к. в протекании выходного тока транзистора принимает участие только один тип носителей заряда: или электроны (в транзисторах с каналом n-типа), или дырки (в транзисторах с каналом p-типа).

По принципу действия полевые транзисторы бывают следующих типов:

1) с управляющим переходом:

- с управляющим p-n-переходом;

- с управляющим переходом Шотки;

2) с изолированным затвором:

- со встроенным каналом (обеднённого типа – т.к. напряжение на затвор подают для уменьшения тока стока, за счёт чего канал обедняется носителями заряда);

- с индуцированным каналом (обогащённого типа – т.к. напряжение на затвор подают для увеличения тока стока, за счёт чего канал обогащается носителями заряда).

Каждый из приведённых 4 видов транзисторов бывает с каналом либо n-типа, либо p-типа.

Назначения выводов ПТ:

Затвор – управляющий электрод (затвор (в гидротехнике) – часть плотины, шлюза или иного гидротехнического сооружения, позволяющая перекрывать основной поток воды);

Исток – электрод, с которого электроны обычно начинают движение вдоль канала, откуда они истекают;

Сток – электрод, в котором электроны обычно заканчивают движение вдоль канала, куда они стекают;

Подложка (имеется только в ПТ с изолированным затвором) – электрод, подключаемый к «дну» транзистора, через который в структуру транзистора, а затем и в канал поступают электроны (при обогащении канала) или «уходят» из структуры (при обеднении).

Условные соответствия между выводами в БПТ и ПТ:

З ↔ Б (управляющий электрод);

И ↔ Э (электрод, с которого начинается ток внутри транзистора);

С ↔ К (электрод, в котором заканчивается ток внутри транзистора).

Выходные характеристики ПТ называются также стоковым, т.к. показывают взаимосвязь только величин, связанных со стоком (тока стока i_С и напряжения стока U_С , U_СИ можно заменить на U_С, т.к. исток обычно является общим (заземлённым) выводом).

Проходные характеристики ПТ называются также стоко-затворными, т.к. показывают взаимосвязь стоковой величины (тока стока i_С) от затворной величины (напряжения затвора U_З , U_ЗИ можно заменить на U_З, т.к. исток обычно является общим (заземлённым) выводом).

Напряжение отсечки (на проходной хар-ке) – такое граничное напряжение на затворе U_ЗИ , при котором ток стока ещё равен нулю, а при дальнейшем увеличении этого напряжения ток начинает расти.

Напряжение отсечки соответствует началу (или концу) режима отсечки. Оно для конкретного транзистора единственное и не зависит от напряжения U_СИ .

Напряжение насыщения (на выходной хар-ке) – такое граничное напряжение на стоке U_СИ , начиная с которого ток стока начинает изменяться очень медленно при дальнейшем увеличении этого напряжения U_СИ.

Напряжение отсечки соответствует началу (или концу) режима насыщения. Оно сильно зависит от напряжения U_ЗИ .

ПТ с изолированным затвором (в котором затвор изолирован от полупроводникового материала слоем диэлектрика) имеет преимущество перед ПТ с управляющим переходом (у которого нет такой изоляции), состоящее в намного большем входном сопротивлении (и ещё меньшем входном токе).

МДП-транзистор (Металл-Диэлектрик-Полупроводник) – общее название ПТ с изолированным затвором.

МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник) – частный случай МДП-транзистора, в котором в качестве Диэлектрик выступает Оксид (чаще всего оксид кремния SiO₂).

Обеднение – режим работы ПТ с изолированным затвором, при котором при изменении входного напряжения U_ЗИ в канале происходит уменьшение количества носителей заряда.

Обогащение – режим работы ПТ с изолированным затвором, при котором при изменении входного напряжения U_ЗИ в канале происходит увеличение количества носителей заряда.

Инверсии типа проводимости – режим работы ПТ с изолированным затвором и с индуцированным каналом, при котором при изменении входного напряжения U_ЗИ в области под диэлектриком под затвором происходит образование канала за счёт изменения соотношения носителей в этой области:

- для ПТ с каналом p-типа: изначально имеет место только область n-типа (основные носители – электроны), но под действием отрицательного напряжения на затворе U_ЗИ в область под диэлектриком притягиваются из подложки дырки, а электроны уходят в подложку; при достижении U_ЗИ значения напряжения отсечки, конц-ия дырок в подзатворной области становится больше конц-ии электронов, что будет означать образование в этом слое области p­-типа;

- для ПТ с каналом n-типа: изначально имеет место только область p-типа (основные носители – дырки), но под действием положительного напряжения на затворе U_ЗИ в область под диэлектриком притягиваются из подложки электроны, а дырки уходят в подложку; при достижении U_ЗИ значения напряжения отсечки, конц-ия электронов в подзатворной области становится больше конц-ии дырок, что будет означать образование в этом слое области n-типа.

------------------------------------------------------------------------