Главная Движение носителей электрических зарядов



3 К

Б г)

Рис. 17.2

При рассмотрении процессов, происходящих в транзисторе, его удобно представлять плоскостными структурными схемами. Изображенный на рис. 17.1 транзистор в виде структурной схемы показан на рис. 17.2, а. Он имеет структуру р-п-р. На рис. 17.2,6 показан транзистор с другим чередованием областей (п-р-и), на рис. 17.2, е, г - соответствующие структурной схеме условные обозначения транзисторов. Разницы в принципе работы транзисторов обеих структур нет, но полярность подключения вьшодов к источнику питания противоположная. Так как транзистор - симметричная структура, то любая крайняя область могла бы быть как эмиттером, так и коллектором. Однако в реальных конструкциях исходя из обеспечения лучшей работы транзистора область коллектора делается большей по размерам, чем область эмиттера. Из тех же соображений активная толщина базы w делается небольшой (меньше диффузионной длины жосновных носителей). Выводы от каждой из областей называются так же, как и области: эмиттерный, базовый, коллекторный. Переход эмиттер - база назьшается эмиттерным, коллектор - база - коллекторным. Назначение эмиттера - инжекция (вспрыскивание) в область базы не основных для нее носителей заряда, для чего область эмиттера вьшолняют более насыщенной основными носителями (более низкоомной), чем область базы. Назначение коллектора - экстракция (втягргеание) носителей из базы, в которой различают три области: активную (между эмиттером и коллектором, через нее приходят носители заряда в активном режиме работы транзистора), пассивную (между эмиттером и выводом базы) и периферическую (за выводом базы).

Транзисторы классифицируют по различным признакам: по мощности - малой, средней, большой; по диапазону рабочих частот -низкой, средней, большой; по методу изготовления - сплавные, микросплавные, диффузионные, планарные, мезаструктуры.

§ 17.2. Схемы включения биполярного транзистора и режимы его работь:

При включении транзистора в схему один из его выводов делают общим для входной и выходной цепей, поэтому схемы включения бывают: с общей базой (ОБ) (рис. 17.3,а); с общим эмиттером (ОЭ) (рис. П.3,б); с общим коллектором (ОК) (рис. 17.3,в). Относительно общего вьшода, на котором считают ф = О, измеряют напряжения



-L-J-°~ -fl-°~

Ur fits

0+ +0-

-0+ -о-

Рис. 17.3

HZEZh [{ZBQi [{ZSZb

входной и выходной цепей транзистора. Наибольшее применение имеет схема включения с оэ. Схема включения с об имеет ряд недостатков и используется реже. Фшические процессы в транзисторе удобнее рассматривать на примере схемы с сЗб.

Б зависимости от смещения, созданного на эмиттерном и коллекторном р-и-переходах, транзистор может работать в трех режимах. Если один переход смещен в прямом направлении, а другой - в обратном, режим назьшают активным (рис. 17.4, а). Если в прямом направлении включен эмиттерный переход, а коллекторный - в обратном, такое включение называют нормальным (рис. 17.4, б). Если смещение на р-п-переходах противоположное, включение называют инверсным (рис. 17.4, в). В последнем случае коллектор вьшолняет роль эмиттера, а эмиттер - роль коллектора. Активный режим используется в усилительных схемах, в схемах генерирования, где транзистор вьшолняет функции активного элемента схемы. Если оба р-и-перехода смещены в обратном направлении, транзистор работает в режиме отсечки. Если оба р-п-перехода смещены в прямом направлении, транзистор работает в режиме насыщения. Режимы отсечки и насьщения используют в ключевых режимах работы транзистора: режим отсечки соответствует состоянию «отключено», режим насьпцения - «Включено». На рис. 17.3 наки потенциалов выводов даны для активного режима.

Е Е

Е Е

J Р п Р I J Р п Т1 J Р " Р

Рис. 17.4



§ 17.3. Работа биполярного транзистора в активном режиме

Рассмотрим работу на постоянном токе биполярного диффузионного сплавного транзистора со структурой р-п-р, включенного по схеме с ОБ в активном режиме (рис. 17.5). Сделаем ряд допущений: заряды распределены равномерно, поверхностные эффекты отсутствуют, реальный транзистор заменен одномерной моделью по оси х, перпендикулярной плоскости эмиттера (коллектора), толщина базы незначительна, эмиттер насыщен акцепторной примесью во много раз больще, чем база донорной примесью, коллектор по площади значительно больше эмиттера.

Б активном режиме прямое смещение эмиттерного перехода создается за счет включения постоянного источника питания [/эб, а обратное смещение коллекторного перехода - за счет включения источника С/б-Величина С/эб имеет небольшое значение, блшкое к высоте потенциального барьера, и составляет доли вольт. Величина [/кб на порядок больше С7эБ и ограничивается напряжением пробоя коллекторного перехода. При включении источников питания [/эб и С/кб потенциальный барьер эмиттерного перехода снижается за счет С7эб, а потенциальный барьер коллекторного перехода повьппается за счет [/кб. Дырки эмиттера легко преодолевают поншившийся потенциальный барьер и за счет диффузии инжектируются в базу, а электроны базы - в эмиттер. Дырки эмиттера диффундируют в базе в направлении к коллекторному переходу за счет перепада плотности дырок по длине базы, большинство из них доходит до коллекторного перехода, а незначительная часть рекомбинирует с электронами базы. Для уменьшения потерь дырок на рекомбинацию базу делают тонкой. Поскольку поле коллекторного перехода для дырок является ускоряющим, они втягиваются через коллекторный переход в коллектор, т. е. происходит экстракция дырок в коллектор. Распространяясь вдоль коллектора за счет перепада плотности вдоль коллектора, дырки достигают контакта коллектора и рекомбинируют с электронами, подходящими к вьшоду от источника.

Основные носители заряда коллектора (дырки), вследствие того что потенциальный барьер коллекторного перехода велик, практически не могут уйти из коллектора в базу. Через транзистор происходит сквозное движение дырок от эмиттера через базу к коллектору и лишь незначительная часть их из-за рекомбинации с электронами базы не доходит до коллектора. Часть электронов базы, рекомбинировавших с дырками эмиттера, восполняется электро-Рис 17.5 нами источника, которые посту-

224 пают в базу через ее вьгеод.




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 [106] 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0148