5. Биполярные транзисторы.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими переходами и тремя или более выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции не основных носителей заряда. Особенность транзистора состоит в том, что между его электронно-дырочными переходами существует взаимодействие – ток одного из переходов может управлять током другого. Такое управление возможно, потому, что носители заряда, инжектированные через один из электронно-дырочных переходов, могут дойти до другого перехода, находящегося под обратным напряжением, и изменить его ток. Основанием биполярного транзистора служит пластина полупроводника, называемая базой. С двух сторон в неё вплавлена примесь, создающая области с проводимостью, отличной от проводимости базы. Таким образом, получают транзистор типа n – p – n, когда крайние области являются полупроводниками с электронной проводимостью, а средняя – полупроводником с дырочной проводимостью и транзистор типа p – n – p, когда крайние области являются полупроводниками с дырочной проводимостью, а средняя – полупроводником с электронной проводимостью. Примыкающие к базе области чаще всего делают неодинаковыми. Одну из областей изготавливают так, чтобы из неё наиболее эффективно происходила инжекция носителей в базу, а другую – так, чтобы соответствующий электронно-дырочный переход наилучшим образом осуществлял экстракцию инжектированных носителей из базы. Область транзистора, основным назначением которой является инжекция носителей в базу, называют эмиттером, соответствующий электронно-дырочный переход – эмиттерным. Область транзистора, основным назначением которой является экстракция носителей из базы, называют коллектором, а соответствующий электронно-дырочный переход – коллекторным.

При использовании транзистора в схемах на его переходы подают внешнее напряжение (рис.1). В зависимости от полярности этих напряжений каждый из переходов может быть включён либо в прямом, либо в обратном направлении. Соответственно различают три режима работы транзистора: режим отсечки, когда оба перехода заперты; режим насыщения, когда оба перехода отперты; активный режим, когда эмиттерный переход частично отперт, а коллекторный заперт. Если же эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный – в прямом, то транзистор работает в обращённом (инверсном) включении.

В основном транзистор используют в активном режиме, где для смещения эмиттерного перехода в прямом направлении на базу транзистора типа p – n – p подают отрицательное напряжение относительно эмиттера, а коллектор смещают в обратном направлении подачей отрицательного напряжения относительно эмиттера. Напряжение на коллекторе обычно в несколько раз больше напряжения на эмиттере.

Независимо от используемого материала и структуры, эмиттерный переход всегда включается в прямом направлении а коллекторный переход в обратном направлении.

Принцип работы биполярного транзистора.

Так как эмиттерный переход включен в прямом направлении то дырки из области эмиттера свободно переходят (инжектируются) в область базы.

Дырка имеет заряд и имеет массу, поэтому дырка попадая в базу, продолжает свое движение вперед и, если область базы достаточно узка, то дырка попадает в область коллекторного перехода, ускоряется его электрическим полем, и переходит в область коллектора. Конечно, не все дырки попадают в область коллектора, попадает их часть равная , где . Можно записать:

I_K =  I_Э + I_K0, I_K0 <<  I_Э, I_K =  I_Э

 <= 1, I_б = I_Э - I_K

I_K =  I_Э,  = I_K/ I_Э – коэффициент усиления по току

Если в коллекторную цепь включено сопротивление нагрузки R_Н, то учитывая, что

I_Э = I_K, то U_RH = I­_K * R_H,

то есть можно наблюдать усиление сигнала.

Различают три варианта включения транзистора:

- ОБ схема с общей базой;

- ОЭ схема с общим эмиттером;

- ОК схема с общим коллектором;