Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру из чередующихся полупроводников р – и п - типа (рис. 6.6)

Рис. 6.6 Устройство, обозначение биполярных транзисторов р-п-р (а) и п-р-п (б) типов и полярности напряжения на коллекторе относительно эмиттера

Слои и присоединенные к ним выводы имеют названия: эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). В транзисторе создается два р-п- перехода (рис.6.6): база-эмиттер П_БЭ и база-коллектор П_БК. В режиме усиления к эмиттерному переходу П_БЭ. прикладывается прямое напряжение U_БЭ, а к коллекторному переходу П_БК - обратное напряжение U_KБ.

Рис. 6.7 Движение зарядов в транзисторе р-п-р- типа.

Рассмотрим принцип действия на примере р-п-р- транзистора (рис.6.7) Через открытий эмиттерный переход П_БЭ источником U_БЭ создается прямой ток Iу образуемый инжекцией (движением) как дырок 1¸5, так и электронов 6. Дырки 1¸5, пройдя открытый переход П_БЭ, попадают в область базы, где их дальнейшее движение осуществляется по двум направлениям. Первое направление образуют дырки типа 5, которые встречаются в базе с электронами 6 и, рекомбинируя с ними, образуют нейтральные атомы 7. Так как в рекомбинации участвуют электроны 6, поступающие на базу от источника U_БЭ, то за счет рекомбинации создается ток базы I_Б. Второе направление образуют не прорекомбинировавшие дырки 1¸4, которые достигают границы коллекторного перехода П_БK и, подхваченные ускоряющим полем Е_БК этого перехода, проходят в коллектор и образуют эмиттерную составляющую aI_Э тока коллектора I_K. Причем эта составляющая меньше тока эмиттера (a < 1) на величину тока базы 1_Б. Так как рекомбинация дырок в базе, осуществимая в результате встречи их с электронами базы маловероятна из-за малой толщины базы и малой концентрации электронов в ней, то подавляющая часть дырок достигает коллектора. Значит эмиттерная составляющая тока коллектора практически равна прямому току эмиттерного перехода. Кроме тока aI_Э через коллекторный переход течет обратный ток Iк.обp, вызванный в нем источником U_КБ, который включен к переходу в обратном направлении. Так как обратный ток на 3-5 порядка меньше прямого тока, то в режиме инжекции ток коллектора I_K практически равен aI_Э. А при отсутствии инжекции, когда I_Б = 0, ток коллектора I_K уменьшается в 10³ ¸ 10⁵ раз и становится равным току Iк.обp- Причем, так как указанное изменение тока коллектора I_K происходит при одном и том же напряжении на коллекторе U_KБ, то это эквивалентно изменению сопротивления коллекторного перехода в10³ ¸ 10⁵ раз.

Из приведенного описания видно, что назначение базы состоит в том что база вызывает из эмиттера на себя поток .зарядов, которые с приобретенной при этом скоростью проходят через базу, как через сито и достигают коллектора. Причем, так как ток базы I_Б мал. то, очевидно, и мощность источника U_БЭ, используемая для управления токами I_Б, I_Э и I_K, также мала. Таким образом, биполярный транзистор управляется током, подводимым к базе. Основными параметрами транзистора являются коэффициента передачи тока эмиттера a и базы b:

(6.1)

Коэффициент b называют коэффициентом усиления транзистора по току. Характерные значения напряжений U_БЭ и U_K для биполярных транзисторов составляют U_БЭ ≤ 0,3 ¸ 0,7 В и U_K = 3 ¸ 500 В.