Транзистор

December 31, 2011 by admin Комментировать »

Биполярный транзистор состоит из двух /?-«-переходов, образованных слоями полупроводников с примесями. На рис. 1.13 показана самая простая конструкция «-p-n-транзистора. Тонкий слой слабо легированного полупроводника р-типа (база) расположен между двумя более толстыми слоями р-типа (эмиттер и коллектор). Толщина базы может быть меньше 1 мк.

Рис. 1.13. Устройство я-/?-я-транзистора и его условное обозначение.

Принцип действия транзистора

На рис. 1.14 показан транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером. В схеме, приведенной на рис. 1.14, а, ток базы не течет, а в схеме на рис. 1.14, б переключатель S замкнут, позволяя току из батареи В{ течь в базу транзистора. Сначала рассмотрим схему на рис. 1.14, а. Важно отметить, что переход коллектор—база смещен в обратном направлении, и имеющийся потенциальный барьер препятствует потоку основных носителей.

 

Рис. 1.14. Иллюстрация работы транзистора: а — тока базы нет; б — ток базы течет.

Таким образом, пренебрегая утечкой, можно считать, что при разомкнутом ключе S коллекторный ток равен нулю. Теперь рассмотрим, что произойдет, когда ключ S замкнут (рис. 1.14, б). Переход база—эмиттер становится смещенным в прямом направлении, а переход коллектор—база остается смещенным в обратном направлении. Благодаря смещению перехода база- эмиттер в прямом направлении электроны из эмиттера n-типа посредством диффузии проходят по базе р-типа по направлению к обедненному слою на переходе база—коллектор. Эти электроны, являющиеся неосновными носителями в области базы, достигнув обедненного слоя, по потенциальному барьеру «как с горки» быстро скатываются в коллектор, создавая тем самым в транзисторе коллекторный ток. Действие смещенного в прямом направлении перехода база—эмиттер напоминает открывание ворот и позволяет току протекать по цепи эмиттер—коллектор. Таков принцип действия транзистора.

Следующий момент требует объяснения. Почему электроны не реком- бинируют с дырками в базе р-типа в процессе диффузии в сторону коллектора? Ответ состоит в том, что базу делают совсем слабо легированной, то есть с низкой концентрацией дырок, и очень тонкой; следовательно, имеется лишь малая вероятность того, что электрон будет перехвачен дыркой и рекомбинирует. Когда электрон рекомбинирует в области базы, 3 з-ббз происходит кратковременное нарушение равновесия, поскольку база приобретает отрицательный заряд. Равновесие восстанавливается с приходом дырки из базовой батареи Bv Батарея В1 является источником дырок для компенсации рекомбинирующих в базе, и эти дырки образуют базовый ток транзистора. Благодаря базовому току в базе не происходит накопления отрицательного заряда, и переход база—эмиттер поддерживается смещенным в прямом направлении, а это, в свою очередь, обеспечивает протекание коллекторного тока. Таким образом, транзистор является прибором, управляемым током. Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления тока (hFE). Он должен равняться числу электронов в секунду, успешно проследовавших от эмиттера к коллектору, деленному на число рекомбинировавших. В типичном маломощном кремниевом транзисторе приблизительно 1 из 100 электронов рекомбинирует в базе, так что усиление тока имеет значение порядка 100.

Фактически в работе транзистора принимают участие как электроны, так и дырки, что отличает его от униполярного или полевого транзистора, который будет рассмотрен в следующей главе.

Ранее упоминалось, что при смещении p-n-перехода в прямом направлении текущий по нему ток образуют как электроны, так и дырки. Но при рассмотрении смещенного в прямом направлении перехода база—эмиттер мы пока учитывали только электроны, пересекающие этот переход. Такой подход оправдан практически, поскольку область эмиттера л-типа специально легируется очень сильно, чтобы обеспечить большое число свободных электронов, в то время как область базы легируется совсем слабо, и это дает настолько мало дырок, что ими можно пренебречь при рассмотрении тока через переход база—эмиттер. Эмиттер так сильно легирован, что напряжение лавинного пробоя перехода база—эмиттер обычно всего лишь 6 В. Этот факт нужно иметь в виду при работе с некоторыми переключающими схемами, где необходимо позаботиться о том, чтобы обратные смещения не были слишком большими. Но это обстоятельство может быть и полезным, поскольку переход база—эмиттер маломощного транзистора ведет себя как 6-вольтовый стабилитрон и иногда используется в этом качестве.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты