Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы

Транзистором называют электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный для усиления мощности, имеющий три или более выводов.

Широко распространенные транзисторы с двумя носят название биполярных. Термин «биполярный» связан с наличием в этих транзисторах двух различных типов носителей заряда — электронов и дырок. Для изготовления транзисторов применяют германий и кремний, Два р-n-перехода создают с помощью трехслойной полупроводниковой структуры из полупроводников с различными типами электропроводности. Возможны две трехслойные структуры с различным чередованием областей, имеющих электронную и дырочную электропроводность; дырочная — электронная—дырочная и электронная-дырочная — электронная.

В соответствии с чередованием областей с различными типами электропроводности биполярные транзисторы подразделяют на два класса: типа р-п-р и типа п-р-п. Транзисторы принято разделять на группы также по частоте и мощности. Такая классификация биполярных транзисторов приведена в табл.

Классификация биполярных транзисторов

Частотные группы	Группы по мощности
Низкочастотные fгр< 3МГц	Малой мощности Pmax<0,3Вт
Среднечастотные 3МГц <fгр< 30МГц	Средней мощности 0,3Вт<Pmax<1,5Вт
Высокочастотные 30МГц<fгр< 300МГц	Большой мощности Pmax>1,5 Вт
СВЧ fгр> 300МГц

Схематическое устройство, конструкция и условное графическое обозначение биполярных транзисторов приведены на рис.

У биполярных транзисторов центральный слой называют базой. Наружный слой, являющийся источником носителей зарядов (элект­ронов или дырок), который главным образом и создает ток прибора,

называют эмиттером, а на­ружный слой, принимающий заряды, поступающие от эмиттера, — коллек­тором.

На переход эмиттер — база напряжение подается в прямом направ­лении, поэтому даже при небольших напряжениях через него прохо­дят значительные токи. На переход коллектор — база напряжение подается в обратном направлении. Оно обычно в несколько раз выше напряжения перехода эмиттер—база.

Рассмотрим работу транзистора типа n-р-n (транзистор тина р-n-р работает аналогично). Между коллектором н базой транзистора приложено напряжение Ek. Пока эмиттерный ток Ia равен нулю (см. рис.), в транзисторе создается только ток через коллекторный переход в обратном направлении, через него движутся лишь неосновные носители заряда, которые и обусловливают начальный коллекторный ток Iko.

При повышении температуры число неосновных носителей заряда увеличивается и ток Iko возрастает. Начальный коллекторный ток обычно составляет 10—100 мкА у германиевых и 0,1—10 мкА у крем­ниевых транзисторов.

При подключении эмиттера к отрицательному зажиму источника питания возникает эмиттерный ток Ia определенной величины. Так как внешнее напряжение приложено эмиттерному

р-п-переходу в прямом направлении, электро­ны преодолевают его и попадают в область базы. База выполнена из полупроводника р-типа, поэтому электроны являются для нее неосновными носителями заряда.

Электроны, попавшие в область базы, ча­стично рекомбинируют с ее дырками. Однако - базу обычно выполняют из полупроводника p-типа с большим удельным сопротивлением (малой концентрацией примеси), поэтому кон­центрация дырок в базе низкая, и лишь не­многие электроны, попавшие в область базы, рекомбинируют с ее дыр­ками, образуя базовый ток Iб.

Большинство электронов вследствие теплового движения (диффу­зия) и воздействия поля коллектора (дрейф) достигают коллектора, образуя в коллекторной цепи ток Iк.

Связь между приращениями эмиттерного и коллекторного токов характеризуется коэффициентом передачи тока:

Малая величина входного (управляющего) тока Iб и обусловила широкое применение схемы с общим эмиттером.

Рассмотрим вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов. Зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора при постоянном напря­жении между коллектором и эмиттером Uka называют входной или базовой характеристикой транзистора Iб (Uба), а зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при по­стоянном токе базы — семейством его выходных (коллекторных) характеристик Ik(Uka) Входные характеристики мало зависят от Uka поэтому обычно приводят одну характеристику Iб (Uба).

Характеристики транзисторов, так же как полупроводниковых диодов, сильно зависят от температуры.