Устройство и принцип действия биполярных транзисторов

Биполярным транзисторами называются активные полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими р-n-переходами и тремя электродами (внешними выводами). Главным отличием этой группы транзисторов является то, что для обеспечения их нормальной работы необходимо использовать носители зарядов двух типов - электроны и дырки.

Биполярный транзистор, наряду с МДП-транзистором, является одним из основных твердотельных приборов, используемых в микроэлектронике в качестве активных элементов ИМС. По технологическим и ряду других причин, связанных с электро-физическими параметрами полупроводниковых материалов, в микро-схемах используют только кремниевые биполярные транзисторы.

В биполярном транзисторе используются два встречно включенных р-n-перехода, которые образуются на границе слоев, составляющих транзистор. Взаимодействие переходов обеспечивается тем, что они расположены достаточно близко друг от друга - на расстоянии, меньшем диффузионной длины носителей. В зависимости от типа электропроводности слоев биполярные транзисторы имеют n-р-n или р-n-р-тип структуры. Наиболее широко применяют п-р-п транзисторы, так как структуры n-p-n-типа отличаются наиболее удобным формированием и вследствие большей подвижности электронов в базе транзисторы на основе таких структур имеют лучшие электрические параметры - более высокие граничные частоты и быстродействие. Тема моей курсовой работы - биполярные транзисторы n-p-n-типа, поэтому в дальнейшем основное внимание будем уделять транзисторам именно с такой структурой (рис 2).

Наиболее сильно легированный крайний слой транзистора (n+-типа) называют эмиттером, другой крайний слой (n-типа) - коллектором, а средний слой (р-типа) - базой. Переход между эмиттером и базой называется эмиттерным переходом, а р-n-переход между коллектором и базой - коллекторным переходом.

Рис. 1 Обозначение биполярных транзисторов на схемах

Рис. 2 Структура транзисторов n-p-n-типа

Транзисторы p-n-p-типа отличаются тем, что их эмиттер и коллектор имеют проводимость р-типа, а база - проводимость n-типа. По принципу действия они ничем не отличаются от n-р-n транзисторов, однако им свойственны другие полярности рабочих напряжений, а также ряд количественных особенностей.

Непременным условием нормальной работы биполярного транзистора является достаточно малая ширина базы W; необходимо, чтобы было выполнено условие W<< L (L - диффузионная длина неосновных носителей в базе). Основные параметры биполярного транзистора определяются процессами в базе. Отметим, что в реальных транзисторах площадь эмиттера всегда меньше площади коллектора.

Существуют несколько способов включения биполярного транзистора Включение транзистора, когда напряжение на эмиттере и коллекторе задается относительно базы, называют включением с общей базой (или схемой с общей базой) и обозначают ОБ. Следует отметить, что задавать прямое напряжение на р-n-переходе практически невозможно; как правило, задается прямой ток. Значит, для включения ОБ характерна заданная величина тока эмиттера.

Схема ОБ позволяет хорошо раскрыть физику транзистора; есть у нее и некоторые другие положительные особенности. Но тот факт, что она не обеспечивает усиления тока и обладает малым входным сопротивлением (равным сопротивлению эмиттерного перехода), делает ее не оптимальной для большинства применений. Поэтому главную роль в транзисторной технике играет другое включение - с общим эмиттером, которое обозначают ОЭ. Для включения ОЭ характерна заданная величина тока базы. Оба включения показаны на рис. 3(а, б) с использованием схемотехнических символов, присвоенных n-р-n-транзистору.

Читайте также

Проектирование РЭА
При конструкторском проектировании РЭА (радиоэлектронной аппаратуры) решаются задачи, связанные с поиском наилучшего варианта конструкции, удовлетворяющего требованиям технического задан ...

Проектирование системы управления вентильным преобразователем
Вентильные преобразователи широко применяются для преобразования энергии, вырабатываемой и передаваемой в виде переменного напряжения промышленной частоты 50Гц в электрическую энергию др ...

Проект устройства со световыми эффектами на основе микроконтроллера ATtiny12 семейства AVR фирмы Atmel
Популярность микроконтроллеров ATtiny постоянно увеличивается. Не последнюю роль в этом играет соотношение показателей «цена/ быстродействие/ энергопотребление», являющееся одним из ...