.

Общие сведения о транзисторах

Общие сведения о транзисторах
 
Транзисторы представляют собой электропреобразовательные полупроводниковые приборы с одним или несколькими электричес­кими переходами, пригодные для усиления мощности сигнала и име­ющие три (или более) внешних вывода. Наиболее распространенные транзисторы имеют два электронно-дырочных перехода. В двухпереходных транзисторах используют два различных типа носителей за­ряда (электроны и дырки), поэтому их называют биполярными.
Основным элементом биполярного) яв­ляется кристалл полупроводника, в котором с помощью примесей созданы три области с различной .проводимостью.» Если средняя об­ласть имеет электронную проводимость типа n, а две крайние — ды­рочную проводимость типа р, то структура такого транзистора обо­значается р-n-р в отличие от структуры n-р-n, при которой транзис­тор имеет среднюю область с дырочной, а крайние области — с электронной проводимостями.
Средняя область кристалла полупроводника , слу­жащая основой для образования электронно-дырочных переходов, называется базой, крайняя область , инжектирующая (эмигрирую­щая) носители заряда, — эмиттером, а область , собирающая ин­жектированные носители заряда, — коллектором. К каждой из двух областей припаяны соответственно эмиттерный Э, базовый Б и кол­лекторный К токоотводы, которыми транзистор включается в схему. Кристалл укрепляют на специальном кристаллодержателе и. помеща­ют в герметизированный металлический, пластмассовый или стеклян­ный корпус. Внешние токоотводы электродов проходят через изоля­торы в дне корпуса. 
Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называ­ется эмиттерным, а между базой и коллектором — коллекторным. Базовая область транзистора выполняется с очень малой толщиной (от 1 до 10 — 20 мкм). Различна степень легирования областей. Обычно концентрация примесей в эмиттере на 2 — 3 порядка выше, чем в базе. Степень легирования базы и коллектора зависит от типа прибора.
Для работы транзисторов к их электродам подключают посто­янные напряжения внешних источников энергии. Помимо постоянных напряжений к электродам подводят сигналы, подлежащие преобра­зованию. В связи с этим различают входную цепь, к которой подво­дят сигнал, и выходную, куда включают нагрузку, с которой снима­ют сигнал. В зависимости от того, какой из электродов при включе­нии транзистора является общим для входной и выходной цепей, различают схемы с общей базой ОБ, общим эмиттером ОЭ и общим коллектором ОК.
  • В схеме с ОБ входной цепью является цепь эмитте­ра, а выходной — цепь коллектора,
  •  в схеме с ОЭ  вход­ной — цепь базы, а выходной — цепь коллектора,
  • в схеме с ОК  входной — цепь базы, а выходной — цепь эмиттера.
В зависимости от полярности напряжений внешних источников, подключенных к эмиттерному и коллекторному переходам, различа­ют активный, отсечки, насыщения и инверсный режимы работы тран­зистора.
Активный режим используется при усилении слабых сигналов. В этом режиме напряжение внешнего источника к эмиттерному пе­реходу включается в прямом, а к коллекторному — в обратном на­правлении. Эмиттер инжектирует в область базы неосновные для нее носители заряда, а коллектор производит их экстракцию (выведе­ние) из базовой области.
В режиме отсечки к обоим переходам подводят обратные на­пряжения, при которых ток, проходящий через транзисторы, ничтож­но мал. »
В режиме насыщения оба перехода транзистора находятся под прямым напряжением; в них происходит инжекция носителей, тран­зистор превращается в двойной диод, ток в выходной цепи макси­мален при выбранном значении нагрузки и не управляется током входной цепи; транзистор полностью открыт. В режимах отсечки и насыщения транзисторы обычно используются в схемах электронных, переключателей. .
В инверсном режиме меняются функции эмиттера и коллектора: к коллекторному переходу подключают прямое, а к эмиттерному — обратное напряжение. Однако такое включение транзистора неравноценно из-за несимметрии структуры и различия концентрации носителей в его областях.
Принцип действия транзистора в активном режиме рассмотрим с помощью схемы с ОБ При включении напряжений эмиттерного EЭб и коллекторного EКб источников изменяются потен­циальные диаграммы переходов. Напряжение EЭб снижает потенци­альный барьер эмиттерного перехода, вследствие чего через него из эмиттерной области яачнется инжекция дырок в базу, а электро­нов — наоборот, из базовой области в эмиттерную. Концентрация ос­новных носителей в эмиттерной области на 2 — 3 порядка выше, чем в базе, поэтому инжекция дырок в базу Iэр превышает поток элек-. тронов Iэn из базы в эмиттер. При этом через эмиттерный переход проходит суммарный ток эмиттера Iэ=Iэр+Iэп. Убыль дырок в эмиттере компенсируется уходом из него во внешнюю цепь такого же количества электронов.
В результате повышенной концентрации дырок в базе происхо­дит их диффузионное перемещение от эмиттерного к коллекторному переходу. На этом пути часть дырок рекомбинирует с электронами базы и создает в цепи базы небольшой рекомбинационный ток Iб. Чтобы уменьшить вероятность рекомбинации дырок в базе, толщину базы (w<0,25 мм) выбирают меньше их диффузионной длины дырок (для германия L=0,3-5-0,5 мм).
Транзисторы, в которых отсутствует электрическое поле в базе, а перемещение (дрейф) носителей тока происходит за счет диффу­зии, называют бездрейфовыми, транзисторы, в которых за счет не­равномерной концентрации примесей в базе возникает электрическое поле и перемещение носителей тока через базу происходит под дей­ствием сил этого поля, — дрейфовыми.
К коллекторному переходу напряжение внешнего источника под­ключают в непроводящем (обратном) направлении. Электрическое поле, создаваемое этим источником, будет тормозящим для основ­ных и ускоряющим для неосновных носителей тока. Под действием этого поля дырки, инжектированные в базу, будучи неосновными но-сителями тока, перемещаются из базы в коллекторную область. Из­быток дырок в коллекторе компенсируется током электронов от ис­точника Eк, в результате чего во внешней цепи коллектора прохо­дит ток Iк.

Если транзистор включен в схеме усилителя, то к входным за­жимам кроме постоянного напряжения смещения Еэ подключают переменное напряжение сигнала UBXt которое нужно усилить, а к выходным зажимам кроме напряжения источника Ек — нагрузку Rн. Прямосмещенный эмиттерный переход обладает малым сопротивле­нием, поэтому,даже незначительные изменения потенциала в цепи эмиттера ua=E9+UB]i (вследствие изменений напряжения сигналу Uвх на входе) вызовут большие изменения тока. Изменения тока эмиттера приведут к изменению тока и напряжения в выходной (кол­лекторной) цепи. При соответствующем подборе нагрузки Rн мож­но получить большое изменение выходного напряжения UВых и мощ­вости, т. е. осуществить с помощью транзистора усиление сигнала за счет энергии источника Ех. Эффективность такого усиления сигнала по напряжению оценивают отношением изменения выходного на­пряжения к вызвавшему его изменению входного напряжения, т. е Kн=ДUвых/АUвх.