Вы находитесь здесь: Главная > Транзисторы > Биполярный транзистор-3

Биполярный транзистор-3

Биполярный транзистор-3

Транзисторы — Биполярный транзистор

Биполярный транзистор — электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним либо несколькими электронными переходами, созданный для усиления, преобразования и генерации электронных сигналов. Устройство плоскостного биполярного транзистора показано на рисунке.

Рис. 1 — Принцип устройства плоскостного транзистора.

Вся конструкция производится на пластинке кремния, или германия, или другого полупроводника, в какой сделаны три области с разными типами электропроводности. На рисунке транзистор типа n-p-n, у которого средняя область с дырочной, а последние с электрической электропроводностью.

Средняя область именуется базой, одна из последних областей — эмиттером, другая — коллектором. Соответственно в транзисторе два p-n-перехода: эмиттерный — меж базой и эмиттером и коллекторный — меж базой и коллектором. Область базы должна быть очень узкой, еще тоньше эмиттерной и коллекторной областей (на рисунке это показано диспропорционально). От этого зависит условие неплохой работы транзистора.

Биполярный транзистор-3Транзистор работает в 3-х режимах зависимо от напряжения на его переходах. При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном — оборотное. В режиме отсечки на оба перехода подано оборотное напряжение. Если на эти переходы подать прямое напряжение, то транзистор будет работать в режиме насыщения.

Физические процессы

Возьмем транзистор типа n-p-n в режиме без нагрузки, когда подключены только два источника неизменных питающих напряжений E1 и E2. На эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном — оборотное (рис. 2). Соответственно, сопротивление эмиттерного перехода не достаточно и для получения обычного тока довольно напряжения E1 в десятые толики вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико и напряжение E2 составляет обычно 10-ки вольт.

Биполярный транзистор-3

Рис. 2 — Движение электронов и дырок в транзисторе типа n-p-n.

Соответственно, по-прежнему, черные мелкие кружки со стрелками — электроны, красноватые — дырки, огромные кружки — положительно и негативно заряженные атомы доноров и акцепторов.

Вольт-амперная черта эмиттерного перехода представляет собой характеристику полупроводникового диодика при прямом токе, а вольт-амперная черта коллекторного перехода подобна ВАХ диодика при оборотном токе.

Механизм работы транзистора заключается в последующем. Прямое напряжение эмиттерного перехода uб-э оказывает влияние на токи эмиттера и коллектора и чем оно выше, тем эти токи больше. Конфигурации тока коллектора при всем этом только некординально меньше конфигураций тока эмиттера. Выходит, что напряжение на переходе база-эмиттер, т. е. входное напряжение, управляет током коллектора. На этом явлении основано усление электронных колебаний при помощи транзистора. Разглядим физические процессы.

При увеличении прямого входного напряжения uб-э снижается возможный барьер в эмиттерном переходе и, соответственно, растет ток через этот переход iэ. Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря диффузии попадают через базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора. Так как коллекторный переход работает при оборотном напряжении, то в этом переходе появляются большие заряды (на рисунке огромные кружки). Меж ними появляется электронное поле, которое содействует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т. е. втягивают электроны в область коллекторного перехода.

Если толщина базы довольно мала и концентрация дырок в ней невилика, то большая часть электронов, пройдя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками базы и добивается коллекторного перехода. Только маленькая часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В итоге этого появляется ток базы. Ток база является никчемным и даже вредным. Лучше, чтоб он был как можно меньше. Вот поэтому базисную область делают очень узкой и уменьшают в ней концентрацию дырок. Тогда наименьшее число электронов будет рекомбинировать с дырками и, повторюсь, ток базы будет малозначительным.

Когда к эмиттерному переходу не приложено напряжение, можно считать, что в этом переходе тока нет. Тогда область коллекторного перехода имеет существенное сопротивление неизменному току, так как главные носители зарядов удаляются от этого перехода и по обе границы создаются области, обедненные этими носителями. Через коллекторный переход протекает очень маленький оборотный ток, вызванный перемещением навстречу друг дружке неосновных носителей.

Если же под действием входного напряжения появляется значимый ток эмиттера, то в базу со стороны эмиттера инжектируются электроны, для данной области являющиеся неосновными носителями. Они доходят до коллекторного перехода не успевая рекомбинировать с дырками при прохождении через базу. Чем больше ток эмиттера, тем больше электронов приходит к коллектору, тем меньше становится его сопротивление, как следует, ток коллектора возрастает.

Биполярный транзистор-3Подобные явления происходят в транзисторе типа p-n-p, нужно только местами поменять электроны и дырки, также полярность источников E1 и E2.

Кроме рассмотренных процессов существует еще ряд явлений. При повышении напряжения на коллекторном переходе в нем происходит лавинное размножение заряда, обусловленное в главном ударной ионизацией. Это явление и туннельный эффект могут вызвать электронный пробой, который при возрастании тока может перейти в термический пробой. Все происходит также, как у диодов, но в транзисторе при лишнем коллекторном токе термический пробой может наступить без подготовительного электронного пробоя, т. е. термический пробой может наступить без увеличения коллекторного напряжения до пробивного.

Биполярный транзистор-3При изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина, в итоге чего меняется толщина базы. Это явление именуется модуляцией толщины базы. В особенности принципиально учесть напряжение коллектор-база, так как при всем этом толщина коллектора растет, толщина базы миниатюризируется. При очень узкой базе может появиться эффект смыкания (так именуемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При всем этом область базы исчезает и транзистор перестает нормально работать.

При увеличении инжекции носителей из эмиттера в базу происходит скопление неосновных носителей заряда в базе, т. е. повышение концентрации и суммарного заряда этих носителей. А вот при уменьшении инжекции происходит уменьшение концентрации и суммарного заряда этих самых носителей в базе и сей процесс обругали рассасыванием неосновных носителей зарядов в базе.

И на последок одно правило: при эксплуатации транзисторов воспрещается разрывать цепь базы, если не включено питание цепи коллектора. Нужно также включать питание цепи базы, а позже цепи коллектора, но не напротив.

Источник:

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • Twitter
  • RSS

Оставить комментарий

Подтвердите, что Вы не бот — выберите самый большой кружок: