Тема: Биполярные транзисторы. 1. Назначение и устройство биполярного транзистора.

Занятие № 14.

1. Назначение и устройство биполярного транзистора.

2. Принцип действия биполярного транзистора.

3. Режимы работы биполярного транзистора.

4. Схемы включения биполярных транзисторов.

5. Статические характеристики транзисторов.

6. Динамические характеристики транзисторов.

7. Усилительные свойства транзистора.

8. Система h-параметров транзистора.

9. Частотные и температурные свойства транзистора.

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с тремя выводами, пригодный для усиления мощности. Биполярный транзистор содержит в себе два электронно-дырочных перехода, образованных между тремя областями с чередующимися типами проводимости. В зависимости от характера электропроводности внешних слоев различают транзисторы р-n-p (рис. 1а) и n-p-n (рис. 16) типа. УГО транзисторов р-n-p и n-p-n типов представлены на рис. 1б и 1г. Внутренняя область разделяющая р-n переходы называется базой. Внешняя область инжектирующая (внедряющая) носители заряда в базу, называется эмиттером, а примыкающий к ней р-n переход эмиттерным. Внешняя область экстрагирующая (вытягивающая) носители заряда из базы, называется коллектором, а примыкающий к ней р-n переход коллекторным. База управляет током, протекающим через транзистор. Меняя напряжение между базой и эмиттером можно управлять плотностью тока инжекции, а следовательно и экстракции.

Транзисторы классифицируются по:

1) Применяемому исходному материалу: германиевые, кремниевые, арсенид галлиевые.

2) По технологии изготовления: сплавные (рис. 2а) диффузионные (рис. 2б) эпитаксиальнопланарные.

3) По мощности: маломощные, средней мощности и мощные.

4) По частотному диапазону: низкочастотные, высокочастотные и СВЧ.

Кристалл транзистора содержащий 2 р-n перехода помещают в корпус с выводами (рис. 4). На рис. 4: 1 – выводы; 2 – стекло; 3 – колпачок; 4 – изоляционное покрытие; 5 – кристалл с кристаллодержателем; 6 – фланец.

Три важнейших условия работы транзистора:

1) Область базы выполняется очень тонкой.

2) Концентрация примеси в области коллектора меньше чем в области эмиттера, а ширина области коллектора больше чем эмиттера.

3) Концентрация примеси в области базы во много раз меньше чем в области эмиттера и коллектора.

2. На рис. 3а изображена структура PNP транзистора. Между базой и эмиттером приложено прямое напряжение U_БЭ, между коллектором и базой – обратное U_БК. Под действием напряжения U_БЭ эмиттерный переход открыт и через него протекает значительный прямой ток эмиттера. Т.к. концентрация основных носителей в базе много меньше чем в эмиттере, то ток I_Э в основном создается дырками инжектированными в базу эмиттером. Небольшая часть инжектированных в базу дырок рекомбинирует со свободными электронами базы. Вместо исчезнувших при рекомбинации электронов в базу от источника U_БЭ входят все новые и новые электроны образуя небольшой ток базы I_Б. Большая часть инжектированных в базу дырок, в виду узости области базы и незначительного количества примеси в ней, достигает коллекторного перехода. Здесь они начинают испытывать ускоряющее действие поля коллекторного перехода, созданного напряжением U_БК, и вытягиваются из базы в коллектор, уменьшая сопротивление коллекторного перехода и создавая ток коллектора I_К. Т.к. процент дырок рекомбинировавших в базе с электронами невелик, то можно считать, что где коэффициент передачи тока эмиттера. Напряжение U_КБ является обратным для коллекторного перехода и может в десятки раз превышать прямое входное напряжение U_БЭ эмиттерного перехода. Входной ток транзистора I_Э и его выходной ток I_К примерно равны. Следовательно мощность в выходной коллекторной цепи U_БКI_К может быть много больше мощности во входной цепи U_БЭI_Э. Это положение определяет усилительные свойства транзистора.

В транзисторе NPN типа носителями зарядов будут не дырки, а свободные электроны. Следовательно в схеме на рис. 3б, поменяются полярности прямого U_БЭ и обратного U_БК напряжений, а также направления токов.