Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Устройство биполярного транзистораСодержание книги
Поиск на нашем сайте
Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n- переходами и тремя или более выводами. Он имеет трехслойную структуру, состоящую из чередующихся областей с различными типами электропроводности: n-p-n или p-n-p. Устройство и условные графические обозначения биполярных транзисторов представлены рис. 4.1.1, а, б. Внешний вид некоторых биполярных транзисторов представлен на рис. 4.1.2.
Рисунок 4.1.1. Устройство и условные графические обозначения биполярных транзисторов: а): n-p-n – структуры; б) p-n-p – структуры.
Биполярный транзистор представляет собой кристалл полупроводника, состоящий из трех слоев с чередующейся проводимостью и снабженный тремя выводами (электродами) для подключения к внешней цепи. Поскольку до настоящего времени биполярные транзисторы являются наиболее распространенным видом транзисторов, часто их называют просто транзисторами, опуская термин биполярный. На рис. 4.1.1, а и б показаны схемное обозначение двух типов транзисторов р-n-р-типа со слоями р, n и р и n-р-n- типа со слоями n, р и n. Крайние слои называют эмиттером (Э) и коллектором К), между ними находится база (Б). В трехслойной структуре имеются два электронно-дырочных перехода: эмиттерный переход между эмиттером и базой и коллекторный переход между базой и коллектором. В качестве исходного материала транзисторов используют германий или кремний. При изготовлении транзистора обязательно должны - быть выполнены два условия:
Рисунок 4.1.2. Внешний вид некоторых биполярных транзисторов.
1) толщина базы (расстояние между эмиттерным и коллекторным переходам) должна быть малой по сравнению с длиной свободного пробега носителей заряда 2) концентрация примесей (и основных носителей) заряда в эмиттере должна быть значительно больше, чем в базе (Nа >> Nд в р-n-р транзисторе). Рассмотрим принцип действия р-n-р транзистора. Транзистор включают последовательно с сопротивлением нагрузки Rк в цепь источника коллекторного напряжения Ек. На вход транзистора подается управляющая ЭДС, как показано на рис. 4.1.3,а, б. Такое включение транзистора, когда входная (ЕБ, RБ) и выходная (ЕК, RК) цепи имёют общую точку — эмиттер, является наиболее распространенным и называется включением с общим эмиттером (ОЭ). При отсутствии напряжений (ЕБ=0, ЕК =0) эмиттерный и коллекторный переход находятся в состоянии равновесия, токи через них равны нулю. Оба перехода имеют двойной электрический слой, состоящий из ионов примесей, и потенциальный барьер , различный на каждом из переходов. Распределение потенциалов в транзисторе при отсутствии напряжений показано на рис.4. 1.3,б штриховой линией. Полярность внешних источников ЕБ и Ек выбирается такой, чтобы на эмиттером переходе было прямое напряжение (минус источника ЕБ подан на
Рисунок 4.1.3: а) распределение токов, б) распределение потенциалов в транзисторе p-n-p-типа.
базу, плюс — на эмиттер), а на коллекторном переходе — обратное напряжение (минус источника Ек—на коллектор, плюс—на эмиттер), причем напряжение |Uкэ|>|Uбэ| (напряжение на коллекторном переходе
Uкб= Uкэ-Uбэ
При таком включении источников ЕБ и Ек распределение потенциалов в транзисторе имеет вид, показанный на рис. 4.1.3, б сплошной линией. Потенциальный барьер эмиттерного перехода, смещенного в прямом направлении, снижается, на коллекторном переходе потенциальный барьер увеличивается. В результате приложения к эмиттерному переходу прямого напряжения начинается усиленная диффузии (инжекция) дырок из эмиттера в базу. Электронной составляющей диффузионного тока через эмиттерный переход можно пренебречь, так как pр>>nn, поскольку выше оговаривалось условие . Таким образом, ток эмиттера IЭ IЭ.диф.р.. Под воздействием сил диффузии в результате перепада концентрации вдоль базы дырки продвигаются от эмиттера к коллектору. Поскольку база в транзисторе выполняется тонкой, основная часть дырок, инжектированных эмиттером, достегает коллекторного перехода, не попадая в центры рекомбинации. Эти дырки захватываются полем коллекторного перехода, смещенного в обратном направлении, так как это поле является ускоряющим для не основных носителей — дырок в базе n-типа. Ток дырок, попавших из эмиттера в коллектор, замыкается черёз внешнюю цепь, источник ЕК. При увеличении тока эмиттера на величину ΔIЭ ток коллектора возрастет на ΔIК=αΔIЭ. Вследствие малой вероятности рекомбинации в тонкой базе коэффициент передачи тока эмиттера α= ΔIК/ΔIЭ = 0,9+0,99. Небольшая часть дырок, инжектированных эмиттером, попадает в центры рекомбинации и исчезает, рекомбинации с электронами. Заряд этих дырок остается в базе, и для восстановления зарядной нейтральности базы из внешней цепи за счет источника ЕБ в базу поступают электроны. Поэтому ток базы представляет собой ток, рекомбинации Iрек=IЭ(1-α). Помимо указанных основных составляющих тока транзистора надо учесть возможность перехода не основных носителей, возникающих в базе и коллекторе в результате генерации носителей, через коллекторный переход, к которому приложено обратное напряжение. Этот малый ток (переход дырок из базы в коллектор и электронов из коллектора в базу) аналогичен обратному току р-n перехода, он также называется обратным током коллекторного перехода или тепловым током и обозначается IКБО (рис. 4.1.3,а), Таким образом, полный коллекторный ток, определяемый движением всех носителей через коллекторный переход:
ІК = αІЭ+ ІКБО (4.1.1)
Из закона Кирхгофа для токов (IБ = Iэ—Iк) и выражения (4.1.1) следует
ІБ = (1 - α) ІЭ – ІКБО (4.1.2)
Выражения (4.1.1), (4.1.2) показывают, что токи в транзисторе связаны линейными соотношениями. Преобразуем (4.1.1) так, чтобы выявить зависимость коллекторного тока от тока базы. Для этого из (1.3) получим: и подставим это значение в (1.2)
ІЭ = (ІБ + ІКБО )/(1 - α) ІК = ІБ + ІКБО + ІКБО
Обозначим коэффициент передачи тока базы β = ΔІК ⁄ΔІБ = , а ток IКБО (1+ обозначим IКЭО. Тогда
ІК = βІБ + (β + 1) ІКБО = βІБ + ІКЭО(4.1.3)
Если учесть, что ІКЭО мал и ΔIК/ΔIБ≈ IК/IБ зависимость тока коллектора от тока базы может быть записана и в виде
IК=h21эIБ (4.1.4)
Где h21э — статический коэффициент передачи тока транзистора, который приводится в справочниках. Транзистор является трехполюсником, поэтому источник входного сигнала и нагрузка могут быть подключены к нему различным образом. В наиболее распространенном включении по схеме с общим эмиттером (рис. 4.1.3) источником входного напряжения (UБЭ является ЕБ, входным током базовый ток IБ . Нагрузка включается в коллекторную цепь. Эмиттер является общей точкой для входной и выходной цепей. Изменяя малый ток базы (входной ток) на значение ΔIБ, тем самым изменяем выходной ток Iк в соответствии с выражением (4.1.4). При этом изменяется и падение напряжения на нагрузке на значение ΔІКRК изменяя мощность, выделяемая на резисторе RК. Таким образом, при изменении малого тока IБ в цепи источника малого напряжения ЕБ изменяется отдача мощности источником Ек в резистор Rк, причем ΔIК>>ΔIБ ; ΔІКRК>>ΔUЭБ Принцип действия транзистора n-р-n-типа аналогичен, лишь направление токов, знаки носителей заряда и полярность приложенных напряжений противоположны тем, которые имеют место в рассмотренном р-n-р транзисторе.
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-07-16; просмотров: 161; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.221.160.29 (0.008 с.) |