Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы – полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими p-n–переходами: усилительные свойства транзистора обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. P–n–переходы образуются на границах чередующихся областей полупроводника с разными типами электропроводности: p-n-p либо n-p-n.

1. Устройство транзистора и физические процессы в нормальном активном режиме

Средний слой - база , эмиттер - сильно легированная наружная область. Эмиттерный переход смещен прямо. Второй переход,– коллекторный, смещен в обратном направлении.

Различают:

1. бездрейфовые транзисторы с равномерным распределением примеси в базе.

2. дрейфовые транзисторы с неравномерным распределением примеси в базе: более высокая концентрация на границе с эмиттером и убывающая в направлении коллектора.

Рассмотрим работу бездрейфового транзистора. Через эмиттерный переход происходит инжекция неосновных носителей в базу, поэтому на границе базы с эмиттерным переходом их концентрация выше равновесной. За счёт градиента концентрации эти носители переносятся к коллекторному переходу, работающему в режиме экстракции. Большинство носителей, инжектированных в базу, не успевают в ней рекомбинировать, если её толщина w<L, и, достигнув коллектора, втягиваются в него, создавая ток коллектора.

Таким образом, ток коллектора создаётся за счёт тока эмиттера:

I_к=I_э+I_кб0;

 - коэффициент передачи тока эмиттера (h_21б в схеме с ОБ).

I_кб0 - обратный ток коллекторного перехода при отключённом эмиттере, т.е. при I_э=0.  меньше 1, т.е. ток I_к – это часть тока I_э .Величина  учитывает, во-первых, потери в эмиттерном переходе, т.к. не весь ток эмиттера за счёт инжекции носителей в базу, часть его за счёт инжекции других носителей в эмиттер. Коэффициент инжекции: ;

Во-вторых, потери за счёт рекомбинации неосновных носителей на пути к коллектору:

Коэффициент переноса .

Чем тоньше база w, тем  1 . Таким образом, =. Для повышения 1, эмиттер легируют значительно сильнее, чем базу: область эмиттера - низкоомная, область базы - высокоомная.

Ток I_кб0,– неуправляемая часть коллекторного тока, невелик, зависит от температуры, т.к. определяется концентрацией неосновных носителей в области коллектора и базы.

Ток базы складывается из рекомбинированных в базе неосновных носителей, тока инжекции от базы к эмиттеру и тока I_кб0:

I_б=(1-)I_э- I_кб0 .

Баланс токов (закон Кирхгофа): I_э= I_к+ I_б.

Ток базы мал: I_б << I_э . Так как 1 (от 0,95 до 0,995), I_к  I_э.

2.Статические характеристики транзистора

2.1. Схема с общей базой (с об)

I_э I_к

+

U_эб I_б U_кб + p-n-p

Выходные характеристики

- это семейство кривых I_к=f (U_кб) при I_э=const.

В упрощенной формуле I_к=I_э+I_кб0, по которой I_к вообще не зависит от U_кб, нужно добавить ещё одно слагаемое, учитывающее небольшой рост тока коллектора при увеличении U_кб за счёт расширения коллекторного перехода и соответствующего сужения базы:

,

где r_к.диф - дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, или

,

где h_22б - выходная проводимость транзистора в схеме ОБ.