Устройство биполярного транзистора.

Биполярный транзистор – полупроводниковый триод с двумя взаимодействующими p-n переходами, усилительные свойства кот обусловлены явлениями инжекции и экстракции носителей заряда. Он имеет три слоя, соответственно три электрода и два p-n перехода (рис5,2). Площадь между n₁-p намного меньше, чем между p-n₂. Структура транзистора несимметрична. Слой, сильно легированный с меньшей площадью, служащий для инжекции носителей в базу, наз эмиттером (Э). Слой с большей площадью, служащий для экстракции носителей из базы и собирающий эти носители, наз коллектором (К). Средний слой, управляющий движением носителей от эмиттера к коллектору, наз базой (Б).*Через базу осуществляется связь двух p-n переходов.Транзисторы с однородной базой называются бездрейфовыми, с неоднородной – дрейфовыми. различают транзисторы n-p-n- и p-n-p- типов. Принцип работы транзисторов одинаков, различие заключается лишь в том, что в транзисторе n-p-n- типа через Б к К движутся электроны, инжектированные Э, а в транзисторе p-n-p- типа – дырки.

Принцип действия транзистора.

В активном нормальном режиме при подключении к электродам транзистора напряжений Е _ЭБ иЕ_КБ, эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а Кный – в обратном.В результате снижения потенциального барьера электроны из области эмиттера диффундируют через Эный переход в область базы (инжекция электронов), а дырки – из базы в область эмиттера. в базе повышается концентрация электронов. коэффициент инжекции: гамма э= Iэn/(Iэn+Iэр)=Iэn/Iэ, где I_эр и I_эn – дырочная и электронная составляющие тока эмиттерного перехода; I_э – полный ток перехода. *Коллекторный переход смещен в обратном направлении, в базе на границе с коллектором уменьшается концентрация электронов. электроны диффундируют от ЭП к КП.большинство электронов, инжектированных в базу, не успевают рекомбинировать в ней с дырками. электроны идут к К. Для нейтральности базы из нее во внешнюю цепь уходит часть электронов,кот и создает ток базы. ток эмиттерного перехода больше тока коллекторного перехода. коэффициентом переноса Сигма пер= Ikn/Iэn.Для увеличения тока коллектора необходимо, чтобы время жизни электронов было намного больше времени переноса в базе. Для этого нужно:– умен концентрацию примесей в базе, тогда умен рекомбинационная составляющая тока эмиттера;– умен толщину базы w; - S_кп >> S_эп. *В коллекторном переходе может возникнуть размножение носителей заряда из-за ударной ионизации, которое характеризуется коэффициентом размножения M=1/[1-(Uобр/ Uпр)^n] Общий коэффициент передачи тока эмиттера в цепь коллектора альфа=Iкn/Iэ.

Токи в транзисторе.

По 1 закону Кирхгофа для транзистора 5.4 ток Э равен сумме тока Б и тока К: Iэ=Iб+Iк, где Iэ=Iэр+Iэнек+Iкn-ток Э; Iб=Iэр+Iэрек-Iко-ток Б Этот ток составляет не более 1% от тока эмиттера; Iко- тепловой ток коллекторного перехода. Ток коллектора равен Iк=Iко+Iкn, где Iкn=аIэ.Отсюда Iк=аIэ+Iко.*Таким образом, в схемах с транзистором имеются две цепи: входная, в кот включается источник усиливаемых колебаний, и выходная, в кот включается нагрузочное сопротивление. Iэ является управляющим током, Iк– управляемым, а ток базы Iб– их разностью.

 

17.Модуляция толщины базы представляет собой зависимость толщины базы w от напряжения на коллекторе Uk w=f(Uk).

Так как ширина эмиттерного перехода мала, изменения Uэб не влияют на ее значение. Коллекторный же переход из-за обратного смещения большой и сосредоточен в базе. При изменении Ukб изменяется ширина коллекторного перехода и толщина базы w тоже. Это приводит: а) к зависимости коэффициента передачи тока а от коллекторного напряжения а= f(Uk). б) к барьерной емкости коллекторного перехода добавляется диффузионная емкость, так как происходит изменение заряда вблизи перехода;в) к изменению частотных свойств транзистора: если увел Uk, умен толщина базы w, уменьш время пролета электронов в базе и увелич граничная частота транзистора;

г) к тому, что при увеличении Uk, если Uэн постоянно, увеличивается Iэ, так как уменьшение толщины базы ведет к увеличению градиента концентраций носителей, от которого пропорционально зависит ток эмиттера;д) к тому, что при увеличении Uk и постоянном Iэ при уменьш толщины базы и неизменном градиенте концентраций носителей умен Uэн.