30. Общие сведения о биполярных транзисторах (бт). Структурные схемы бт типов р-n-р и n-р-n. Условные графические обозначения.

БТ наз. ПП электропреобразовательный прибор с двумя взаимодействующими между собой электрич. переходами и тремя выводами и пригодный для усиления мощности. В БТ эл. ток создаётся как основными, так и неосн. носителями заряда. Электрич. переходы БТ образованы тремя областями с чередующимся типом проводимости. В зависимости от порядка чередования этих областей различают транзисторы p-n-p и n-p-n типов. В микроэлектронике в основном используются тр. n-p-n типа.

Структура БТ n-p-n типа показана на рис. 4.1,а.Средняя обл. p-типа наз. базой. Одна из крайних областей наз. эмиттером(э.), другая-коллектором(к.). Обычно концентрация примесей в э. и к. делается значительно больше, чем в базе,т.е. n_n0>>p_p0. ЭДП, образованный между э. и базой наз. эмиттерным, а между базой и к.-коллекторным. Условное обозначение транзисторов n-p-n и p-n-p показано соответственно нарис.4.1,б и 4.1,в.Работа БТ p-n-p и n-p-n аналогичны, различие заключ. лишь в полярности подключения источников питания и направления протекания токов через электроды.

Структура БТ n-p-n типа показана на рис.4.2.Вследствие выполнения условия n_n0>>p_p0эмиттерный и коллекторный ЭДП располагаются в основном в области базы. Часть базовой области, расположенная непосредственно между эмиттерным и коллекторным ЭДП наз. активной, а вне этих переходов-пассивной. Площадь коллекторного ЭДП делается значительно больше площади эмиттерного ЭДП.

Кристалл ПП с такой структурой в БТ дискретного исполнения помещается в герметизированный корпус, изолирующий его от воздействия внешней среды.

Рис. 1 Рис. 2

34. Статические гибридные характеристики бт, включенного по схеме оэ. Функциональные зависимости. Схема для их экспериментального снятия. График семейств входных и выходных характеристик.

Статическими характеристиками транзистора наз. графические зависимости между его токами и напряжениями. Существует 6 типов систем статических характеристик, из которых практическое использование получили 3 типа: Y,Z и H.Из-за более простой реализации схемы, применяемой для экспериментального снятия характеристик, наибольшее распространение получила Н-система, в которой в качестве независимых переменных (аргументов) приняты входной ток и выходное напряжение: U_ВХ=f(I_ВХ,U_ВЫХ), (4.9) I_ВЫХ=f(I_ВХ,U_ВЫХ). (4.10) В статическом режиме эти зависимости выражаются четырьмя семействами характеристик:

Входными U_вх=f(I_вх) при U_вых=const,

Выходными I_вых= f(U_вых) при I_вх=const,

Обратной связи U_вх= f(U_вых) при I_вх=const,

Прямой передачи I_вых= f(I_вх) при U_вых=const,

Наибольшее практическое применение получили входные и выходные характеристики, выд которых зависит от способа включения БТ.

Для снятия статических характеристик БТ оэ n-p-n-типа транзистор, измерительные приборы и регулируемые источники питания включаются по схеме, показанной на рис. 4.8Вид полученных при этом входных U_бэ=f(I_б) при U_кэ=const и выходных I_к=f(U_кэ) при I_э=const характеристик показан нарис 4.9.Характеристики имеют ярко выраженный нелинейный характер.

При U_кэ=0 (коллектор и эмиттер замкнуты) эмиттерный и коллекторный ЭДП оказываются выключенными в прямом направлении и входная характеристика представляет собой прямую ветвь ВАХ двух параллельно включенных ЭДП. При U_бэ=0 и U_кэ>0 эмиттерный ток равен нулю, вследствие чего I_Брек=0. Так как I_Б=I_Брек-I_КБО, то в цепи базы протекает ток -I_КБО, имеющий противоположное направление по отношению к направлению тока базы в рабочем режиме транзистора. При U_бэ= U'_бэ в эмиттерной цепи появляется ток I_э, создающий рекомбинационную составляющую тока базы I_Брек= I_КБО. Поскольку при U_кэ>0 коллекторный переход закрыт, то при дальнейшем увеличении напряжения U_бэвходная характеристика представляет собой прямую ветвь одного эмиттерного ЭДП. I_к=h_21БI_Б+(1+h_21Э)I_КБО

На выходных характеристиках можно выделить три области: область насыщения (заштрихованная область левее линии ОА), область отсечки (заштрихованная область ниже линии ОВ) и область активного нормального режима (не заштрихованная область между линиями ОА и ОВ).

Статические характеристики используются для расчета нелинейных цепей, содержащих транзисторы.

Рис. 1

Рис. 2

Влияние температуры на статические характеристики БТ.

С увеличением температуры увеличивается количество генерируемых в p- и n- областях пар электрон-дырка. Это приводит к увеличению в этих областях не основных носителей заряда и пропорциональным снижению концентрации основных носителей. При очень высокой температуре электропроводность областей транзистора приближается к собственной и его нормальная работа нарушается. Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что максимальная рабочая температура германиевых транзисторов лежит в пределах +70…+100^оС, а кремниевых от +125…200^оС.