4.3 Устройство биполярного транзистора.

Устройство транзистора рассмотрим на примере биполярного плоскостного транзистора прямой проводимости (p-n-p), оба перехода которого получаются методом вплавления примесей (Рис.4.1)

Рис.4.1

Основой транзистора является пластинка монокристаллического германия n типа толщиной в несколько сот микрон. В ней с двух сторон химическим путем выполнено фрезерование, в результате чего толщина пластины в этом месте исчисляется одним-двумя десятками микрон. Затем в каждую из двух лунок, вплавляется по небольшой капле индия. При этом некоторое количество индия диффундирует в германий с каждой стороны пластины, образуя два расположенных параллельно друг другу p-n перехода, разделенных между собой слоем германия n типа толщиной около 10-20 микрон.

В плане кристаллическая пластинка имеет вид квадрата со сторонами от десятых долей до нескольких мм. Одна лунка делается по площади в несколько раз больше другой.

Общая область кристалла, заключенная между двумя каплями примеси, называется основанием, или базой. Малая капля примеси носит название эмиттера, большая – коллектора.

Переход образованный каплей эмиттера, называется эммитерным переходом, а переход, примыкающий к коллектору - коллекторным переходом.

Условное графическое и схематическое обозначение биполярных транзисторов приведено на Рис.4.2

Рис.4.2

К областям эмиттера и коллектора припаивают никелевые проволочки, образующие невыпрямляющие контакты с индием и служащие выводами эмиттера и коллектора. Для получения вывода базы пластинку германия припаивают к кристаллодержателю, который соединяют с герметизированным металлическим корпусом. Часть базы, расположенную между эмиттером и и выводом базы, называют пассивной. Часть базы, находящуюся непосредственно между эмиттером и коллектором, через которую проходят носители, называют активной. К корпусу припаивают гибкий вывод базы, а выводы эмиттера и коллектора свариваются с гибкими металлическими стержнями, изолированными от дна металлизированного корпуса стеклянными вставками.

При изготовлении транзистора добиваются, чтобы концентрации дырок в областях эмиттера и коллектора значительно превышали концентрацию электронов в базе для транзистора p-n-p. Для транзистора n-p-n наоборот, концентрация электронов в эмиттере и коллекторе должна значительно превышать концентрацию дырок в базе.

Ширина активной области базы W должна быть меньше диффузионной длины пробега дырок , т.е .

4.4 Режимы работы биполярного транзистора.

В рабочих схемах включения транзистора на его p-n переходы подают напряжения от внешних источников. В зависимости от полярности напряжений, прикладываемых к p-n переходам, различают следующие четыре режима работы транзистора: режим отсечки, режим насыщения, активный режим и ключевой режим.

а) Режим отсечки.

Режимом отсечки называется такой режим, при котором оба p-n переходы включены (смещены) в обратном направлении (к области р - подключен отрицательный полюс источника питания; к области п – положительный полюс источника питания) Рис 4.3

Рис.4.3

При этом под действием внешних напряжений эмиттерный и коллекторный p-n переходы расширяются (потенциальный барьер для основных носителей заряда увеличивается) и их сопротивления для основных носителей увеличивается. Вследствие этого, через оба перехода p-n протекают небольшие обратные токи эмиттерного и коллекторного p-n переходов и обусловленные движением неосновных носителей зарядов. В режиме отсечки транзистор находится в закрытом состоянии (заперт).

б) Режим насыщения

Режимом насыщения называется такой режим, при котором оба p-n перехода включаются (смещаются) в прямом направлении Рис. 4.4 (к области p подключается положительный полюс источника питания, к области n – отрицательный).

а) б)

Рис.4.4

При таком включении потенциальный барьер обоих p-n переходов уменьшается для основных носителей заряда (для неосновных - повышается).

Вследствие этого сопротивление обоих p-n переходов уменьшается. Поэтому через оба p-n перехода протекают большие прямые токи насыщения , , обусловленные инжекцией основных носителей. В результате инжекции дырок из коллектора и эмиттера в базу, в ней происходит накопление избыточных неосновных носителей заряда. Говорят, что в режиме насыщения транзистор открыт и насыщен.

в) Активный режим

Активным режимом называется такой режим, при котором один p-n переход включен в прямом направлении, а другой – в обратном.

Если в прямом направлении включен эмиттерный переход, а коллекторный - в обратном, то такой режим называют основным (нормальным) активным режимом (Рис.4.5):

Рис.4.5 Рис.4.6

Если же в прямом направлении включен коллекторный переход, а эмиттерный – в обратном, то такой режим называют инверсным активным режимом Рис.4.6. Активный режим используется в усилителях (в основном используется нормальный активный режим), генераторах и других схемах.

г) Ключевой режим.

Ключевым называют такой режим, при котором под действием входного сигнала большой амплитуды транзистор переключается из режима отсечки в режим насыщения и наоборот.