Транзисторы

1. Устройство и принцип действия биполярного транзистора Транзистором называется преобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий не менее трех выводов, предназначенный для усиления мощности электрического сигнала. Наиболее распространенные получили биполярные и полевые транзисторы. Первые имеют два р-n перехода.В формировании их тока участвуют носители заряда обеих полярностей (знаков), что и объясняет наименование «биполярные». В полевых транзисторах ток формируется носителями одной полярности – электронами или дырками.

Поэтому полевые транзисторы достаточно часто называют униполярными. Их рассмотрение будет приведено дальше.Схематическое изображение структуры биполярных транзисторов приведено на рисунке 2.1,а. Рисунок 1. Возможные структуры и уловное изображение биполярного транзистора. Последовательное соединение полупроводника с электронной и дырочной проводимостью, которое необходимо для формирования двух р-п переходов в одном приборе, приводит к образованию либо п-р-п, либо р-п-р структуры.

В соответствии с ними биполярные транзисторы бывают либо п-р-п, либо р-п-р типа. Центральная область (а также вывод от нее) называется базой (Б), крайние, имеющие иной тип проводимости по сравнению с базой коллектором (К) и эмиттером (Э). К каждой из областей припаяны выводы, при помощи которых прибор включается в схему. Переход между базой и эмиттером называется эмиттерным, а между базой и коллектором – коллекторным.Конструктивно транзисторы различаются в зависимости от мощности и метода образования р-n переходов.

Физические процессы, протекающие в транзисторах обоих типов, аналогичны. В первом приближении транзистор может быть представлен двумя диодами, с соединенными вместе анодами или катодами ((рисунок 2.1,б)). Такое представление является достаточным при рассмотрении режимов работы при двух полностью открытых или закрытых переходах.В графическом условном изображении транзистора (рисунок 2.1,в) сохранилось, в виде стрелки, обозначение прямого направления эмиттерного п-р перехода.

Для того чтобы транзистор мог эффективно выполнять свои функции, необходимо чтобы:  расстояние между переходами было меньше длины свободного пробега неосновных носителей полупроводникового материала базы;  концентрация примесей в области базы должна быть существенно ниже (на несколько порядков), чем концентрация примесей в области эмиттера.Для выполнения первого условия область базы делают тонкой, В некоторых типах транзисторов поле коллекторного перехода простирается вплоть до эмиттерного.

Выполнение второго условия обеспечивается технологией изготовления прибора.В большинстве случаев кристалл с переходами монтируется в специальный корпус, который выполняет следующие функции:  изолирует кристалл с переходами от воздействия внешней среды;  обеспечивает механическую прочность прибора, отвод тепла, выделяющегося на переходах при работе прибора, а также удобство монтажа прибора.

В зависимости от полярности напряжений, приложенных к эмиттерному и коллекторному переходам транзистора, различают четыре режима его работы: Активный режим. На эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. Этот режим является основным режимом работы транзистора при работе с аналоговыми сигналами. Режим отсечки. К обоим переходам подводятся обратные напряжения.Поэтому через них проходит лишь незначительный ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда.

Транзистор в режиме отсечки оказывается запертым. Режим насыщения. Оба перехода находятся под прямым напряжением. Ток в выходной цепи транзистора максимален и практическая не регулируется током входной цени. В этом режиме транзистор полностью открыт. Инверсный режим. К эмиттерному переходу подводится обратное напряжение, а к коллекторному – прямое.Эмиттер и коллектор меняются своими ролями – эмиттер выполняет функции коллектора, а коллектор – функции эмиттера.

Этот режим, как правило, не соответствует нормальным условиям эксплуатации транзистора. Принцип работы биполярного транзистора в активном режиме рассмотрим на примере транзистора n-р-n типа. Для этого на эмиттерный переход подадим прямое напряжение (Uбэ), а на коллекторный – обратное (Uкб, рисунок 2.2).