Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Общие сведения




Читайте также:
  1. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  2. I. Общие правила
  3. I. Общие правила
  4. I. Общие требования
  5. I. Общие.
  6. I. Теоретические сведения.
  7. I. Теоретические сведения.
  8. I. Теоретические сведения.
  9. I. Теоретические сведения.
  10. I. Теоретические сведения.

Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и генерации электромагнитных колебаний. Он включает в себя два p-nперехода: эмитерный и коллекторный, и три полупроводниковых области: эмитер, база и коллектор. Термин «биполярный» означает то, что токоперенос в этом типе транзистора осуществляется двумя типами свободных носителей заряда: основными и неосновными.

Слово "биполярные", определяющее класс транзисторов, обусловлено биполярной проводимостью, осуществляющейся в транзисторах этого типа.

Биполярный транзистор представляет собой три полупроводниковые области (эмиттер, база, коллектор), определяющиеся по типу электропроводности (n-р-n или p-n-р), которые с помощью имеющихся в каждой области омических контактов подключаются к внешней электрической схеме. Функции эмиттера и коллектора определены самими названиями этих областей: эмиттировать (инжектировать) носители заряда и собиратьих.

Среднюю область транзистора назвали "базой" исторически, т.к. первый транзистор был создан вплавлением в базу (германий p-типа) двух полупроводниковых навесок n-типа электропроводности. В зависимости от типа электропроводности областей транзисторы подразделяются на p-n-pи n-p-n. Отличие их обозначения в принципиальных электрических схемах – направление стрелки эммитера, которая совпадает с направлением тока эммитера (коллектора). В дальнейшем в этом разделе будем рассматривать n-p-nтранзисторы, как основной тип транзистора в настоящее время.

Биполярные транзисторы делятся на бездрейфовые, перенос инжектированных в базу носителей у которых осуществляется только за счет диффузии, и дрейфовые, у которых перенос носителей через базу осуществляется как за счет диффузии, так и за счет дрейфа. В дальнейшем будем рассматривать физику работы биполярного транзистора, базируясь на более простой модели бездрейфового транзистора, вводя необходимые коррективы при переходе к работе дрейфового транзистора.

Биполярный транзистор может работать в четырех режимах:

режим отсечки (эмиттерный и коллекторный переходы смещены в обратном направлении) (рис.3.1, а);

режим насыщения (эмиттерный и коллекторный переходы смещены в прямом направлении) (рис.3.1, б);



активный нормальный режим (эмиттерный переход включен в прямом, а коллекторный — в обратном направлениях) (рис.3.1, в);

активный инверсный режим (эмиттерный переход включен в обратном, а коллекторный — в прямом направлениях) (рис.3.1, г).

Графики распределения концентрации неосновных носителей заряда в базе транзистора для всех режимов его работы строили исходя из следующих соображений: во-первых, база в транзисторе всегда тонкаяи, следовательно, распределение линейное; во-вторых, граничную концентрацию неосновных носителей в базе со стороны эмиттера или коллектора можно рассчитать, воспользовавшись уже известным выражением (1.29):

,

где в качестве Uj подставляют величину напряжения перехода эмиттер - база или коллектор - база соответствующего знака.

Если предположить, что ток основных носителей базы (дырок для n-p-n-транзисторов) равен нулю (считаем, что рекомбинация отсутствует), то

e ; (3.1)
E . (3.2)

Из(3.2) видно, что если база легирована равномерно, то Eх = 0 (случай бездрейфового транзистора).

Если, используя методы диффузии илиионной имплантации, получаем концентрацию легирующей примеси N(x) в базе около эмиттера NБЭ значительно больше, чем на границе с коллектором NБК, то из-за наличия градиента концентрации в базе транзистора создается продольное электрическое поле Eх, отличное от нуля, направление которого способствует переносунеосновных носителей.



При экспоненциальном законе изменения N(x), величину поля Еx при неравномерном легировании базы можно определить, записав(3.2)

Ex= ; ; , (3.3)

где .

Как правило, в инженерных расчетах наличие поля в базе учитывается удвоением коэффициента диффузии неосновных носителей в базе. Наличие поля в базе несколько изменит вид энергетической зонной диаграммы транзистора и распределение концентрации неосновных носителей в базе (рис.3.2).

В зависимости от названия электрода, который подключается к общему электроду внешней электрической цепи и по отношению к которому отсчитывается потенциал, различают три схемы включения транзистора: схема с общей базой - ОБ (схема с эмиттерным входом) (рис.3.3, а), схема с общим эмиттером - ОЭ (схема с базовым входом) (рис.3.3, б), схема с общим коллектором - ОК (эмиттерный повторитель) (рис.3.3, в).

Как уже отмечалось, поведение транзистора во многом определяется параметрами и распределением концентрации носителей в базе. Поэтому та область транзистора, база которой находится непосредственно под областью эмиттера, называется активной (рис.3.4, I) остальная — пассивной (рис.3.4, II).

Рисунок 3.1 – Энергетические зонные диаграммы и распределение концентрации
неосновных носителей в базе n-р-n бездрейфового транзистора в режимах

отсечки (а), насыщения (б), активном нормальном (в) и активном инверсном (г)



Рисунок 3.2 – Энергетическая зонная диаграмма (а) и распределение концентрации неосновных носителей в базе (б) n-р-n дрейфового транзистора в активном нормальном режиме

а) б) в)

Рисунок 3.3– Схемы включения транзисторов

а– с общей базой; б – с общим имиттером; в – с общим коллектором.

В таблице 3.1приведены соотношениякооэфициентов передачи тока KI, напряжения KUи мошности KPтранзисторов с различным типом включения.

 

Таблица 3.1–стравнительный анализ коэффициентов усиления по току, напряжению и мощности для различных схем включения транзистора.

Коэффициент передачи Схема включения
ОБ ОЭ ОК
КI < 1 > 1 > 1
KU > 1 > 1 < 1
KP > 1 > 1 > 1

 

Рисунок 3.4– Типичный n-р-n планарно-эпитаксиальный транзистор


Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 207; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.01 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты