Изучение работы полупроводникового триода

(транзистора)

Основные понятия и определения: образование р-n- перехода и его свойства; статические входные и выходные характеристики и параметры транзистора в схеме с ОЭ.

Цель работы: научиться пользоваться электроизмерительными приборами и рассчитывать параметры транзистора.

Краткая теория

Полупроводниковый триод или транзистор представляет собой монокристалл германия или кремния, в котором имеются два электронно-дырочных n-p перехода (рис. 1).

 

 

Рисунок 1. Схематичное изображение полупроводникового триода

 

Каждый переход ведет себя в отдельности как обычный полупроводниковый диод, т.е. обладает односторонней проводимостью. Один из переходов – эмиттерный – предназначен для включения в прямом, пропускающем направлении, а другой – коллекторный – в обратном, запирающем направлении. Средняя область транзистора, общая для обоих n-p переходов, называется базой, крайние области – эмиттер (источник носителей зарядов) и коллектор (сток носителей заряда). Эмиттер и коллектор всегда имеют проводимость, противоположную проводимости средней области – базы. В зависимости от характера проводимости базы различают транзисторы типа p-n-p и n-p-n типа.

Рассмотрим работу транзистора типа p-n-p, когда в цепи эмиттера и коллектора включены только постоянные напряжения E_К и E_Э (рис.2). Напряжение в цепи эмиттера задается небольшим, в пределах 1-2 В. Так как эмиттерный переход включается в пропускном направлении, то напряжение E_Э понизит потенциальный барьер на границе эмиттер-база и будут созданы условия для перемещения (инъекция) дырок из эмиттера в базу, а электронов – из базы в эмиттер.

 

 

 

EЭ (1-2 В)

Рисунок 2. Транзистор типа p-n-p

 

Сопротивление эмиттерного перехода становится незначительным. Напряжение в цепи коллектора E_К задается в пределах 10-30 В и включается так, что переход база – коллектор находится в непроводящем состоянии. Основные носители зарядов уходят от коллекторного перехода и по обе стороны от него образуются области, лишенные основных носителей заряда, прямой ток отсутствует. Это означает, что сопротивление коллекторного перехода велико (сотни кОм).

Однако через этот переход протекает слабый обратный ток I_КО, образуемый не основными носителями зарядов (неосновные носители в области p - электроны, а в области n - дырки).

При одновременном включении обеих батарей (E_К и E_Э) вследствие понижения величины потенциального барьера эмиттерного перехода и наличия градиента концентрации носителей заряда происходит перемещение дырок из эмиттера в базу и электронов в обратном направлении. Следовательно, ток эмиттерного перехода I_Э обусловлен встречным потоком основных носителей зарядов эмиттера и базы. Однако, количество электронов, инжектируемых из базы в эмиттер, ничтожно мало по сравнению с дырками, которые инжектируются в базу, так как концентрация примесей в базе всегда значительно меньше, чем в эмиттере. К тому же и объем базы весьма мал по сравнению с размерами эмиттера. Поэтому для объяснения физических процессов в транзисторе p-n-p электронной составляющей эмиттерного тока обычно пренебрегают.

Инжектированные эмиттером в базу дырки из-за наличия градиента концентрации носителей заряда (концентрация понижается в сторону коллектора) начинают перемещаться в направлении коллекторного перехода. В процессе диффузного движения дырок в базе некоторые из них рекомбинируют с электронами, образуя ток базы, остальная часть дырок достигает коллекторного перехода.

Здесь дырки втягиваются электрическим полем коллекторного перехода (в то же время это электрическое поле является препятствием для электронов со стороны базы) и проникают в коллектор, образуя ток I_К. Величина тока коллектора I_К оказывается очень близкой к величине тока эмиттера I_Э, так как область базы делается очень узкой (от нескольких мкм до десятков мкм) и при такой ширине базы число рекомбинированных дырок невелико и большая часть дырок достигает коллекторного перехода.

При увеличении толщины базы увеличивается число рекомбинаций, и ток базы возрастает, но всегда ток эмиттера равен сумме токов базы и коллектора:

I_Э = I_К + I_Б

И если толщина базы очень мала, то I_Б << I_К и можно считать ток коллектора приблизительно равным току эмиттера:

I_Э » I_К