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 устройств фильтрации
Неотъемлемая часть телекоммуникационных задач связана с преобразованием сигналов. Одной из основных является фильтрация, т.е. выделение или подавление определенных частот сигнала. Устрой ...

Модернизация охранной сигнализации университета
Безопасность собственного имущества издревле была одной из главных забот человека. Для защиты от несанкционированного вторжения в жилище, хищения вещей и пожара человечество придумало не ...

Проектирование устройства для измерения статических характеристик электромагнитного двигателя
Ветер - это горизонтальное перемещение, поток воздуха параллельно земной поверхности, возникающее в результате неравномерного распределения тепла и атмосферного давления и направленное и ...