Одномерная теоретическая модель биполярного транзистора
Принцип действия и статические характеристики биполярного транзистора
Структуры биполярных транзисторов, их
Классификация и схемные обозначения
Биполярный транзистор (БТ) представляет собой активный прибор, состоящий из двух взаимодействующих p - n переходов, включенных встречно. Пример структуры плоскостного БТ показан на рис.1.
Рис.1. Пример структуры БТ (Э, Б, К – соответственно эмиттер, база и коллектор; Вэ, Вб, Вк – металлические слои выводов эмиттера, базы и коллектора)
Средняя область, являющаяся общей для обоих переходов и называемая базой БТ, в приведенной на рис.1 структуре имеет дырочную проводимость, т.е. является р - областью. Выше нее расположена область с электронной проводимостью (n +-область), называемая эмиттером. Знак «+» в обозначении этой области указывает на то, что концентрация основных носителей заряда в этой области много больше, чем концентрация дырок в базе. С другой стороны от базы расположены n-область, называемая коллектором. Биполярные транзисторы с такой структурой называют n - p - n-транзисторами.
Если базовая область БТ имеет электронную проводимость, а эмиттерная и коллекторная – дырочную, то БТ называют p - n - p транзистором.
Таким образом, БТ делятся на два больших класса: n - p - n-транзисторы и p - n - p-транзисторы. Обозначения этих транзисторов, используемые в электрических схемах, показаны на рис.2.
|
|
|
n-p-n p-n-p
а) б)
Рис.2. Схемные обозначения биполярных транзисторов
На рис.3 показан разрез плоскостного n - p - n транзистора. К выводам базы, эмиттера и коллектора подключены элементы внешних цепей.
Рис.3. Подключение n- p- n транзистора к внешним цепям при использовании его в режиме усиления электрических сигналов
В основном для усилительных устройств режиме БТ на эмиттерно-базовый (далее просто эмиттерный) n + - p переход подается открывающее напряжение 
и происходит инжекция электронов из эмиттера в базу и дырок из базы в эмиттер. Инжектированные в базу электроны диффундируют в сторону коллектора. Если ширина базы много меньше диффузионной длины электрона, то большая часть электронов (95% и более), не успевая рекомбинировать, достигает коллекторно-базового (далее просто коллекторного) p-n перехода. В усилительных режимах на коллекторный переход подается закрывающее напряжение 
, для этого напряжение 
должно быть больше нуля. Оно препятствует движению основных носителей базы и коллектора через этот переход. Но для неосновных носителей базы, инжектированных из эмиттера и дошедших до коллекторного перехода, это напряжение является ускоряющим. Поэтому практически все электроны, дошедшие до коллекторного перехода, пересекают этот переход и попадают в коллекторную область. Поток этих электронов формирует ток коллектора 
.
|
|
|
Отметим, что в рассматриваемом режиме ток зависит от напряжения и практически не зависит от , поскольку при 
все электроны, дошедшие до коллекторного перехода, поступают в цепь коллектора.
Небольшое изменение напряжения (сигнал) вызывает изменение тока и приводит к изменению падения напряжения на сопротивлении 
, которое при соответствующем выборе во много раз превышает изменение . Таким образом, в схеме на БТ, показанной на рис.3, обеспечивается усиление по напряжению сигнала.
Кроме того, ток базы, отбираемый от источника напряжения , создается только дырками, уходящими в эмиттер и рекомбинирующими в базе. Структура и концентрации примесей в эмиттере и в базе выбираются так, что этот ток и его низкочастотные изменения во много раз меньше изменений тока коллектора, формируемого потоком электронов вдоль оси, перпендикулярной плоскостям эмиттерного и коллекторного переходов. Таким образом, в схеме рис.3 обеспечивается также усиление по току сигнала.
|
|
|
На схеме рис.2,а стрелками указаны направления токов и полярности напряжений, которые принимаются как положительные во всех дальнейших схемах на n - p - n транзисторах. На схеме рис.2,б показаны аналогичные направления и полярности для p - n - p транзистора. Все соотношения дальше будут записываться для n - p - n транзистора. Но они остаются верными и для p - n - p БТ, если в них заменить положительные направления токов и полярности напряжений на противоположные, как это сделано при переходе от рис.2,а к рис.2,б.
По структуре выпускаемые БТ делятся на n - p - n и p - n - p транзисторы. Кроме этих базовых структур существуют транзисторы, в которых используются барьеры Шоттки и гетеропереходы. В данном разделе будут рассматриваться только n - p - n и p - n - p транзисторы.
По материалам, на основе которых реализуются БТ, их делят на германиевые, кремниевые, арсенидгаллиевые и др. В БТ с гетеропереходами используются сочетания нескольких материалов. В настоящее время наиболее широко используются БТ на основе кремния.
По назначению БТ разделяют на транзисторы для аналоговых устройств и транзисторы для логических и цифровых устройств.
|
|
|
В свою очередь БТ для аналоговых устройств делят на усилительные, генераторные, преобразовательные и другие. Далее усилительные и генераторные БТ делят по частотным диапазонам, для работы в которых они предназначены. Существуют низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные БТ. Кроме того, БТ делят на подклассы по мощности колебаний или сигналов, которые могут быть получены на их выходах.
По способам конструкторской реализации БТ делят на дискретные корпусные, дискретные бескорпусные и транзисторы монолитных интегральных схем. В каждом из этих классов в свою очередь имеется ряд подклассов выделяемых по типам корпусов, особенностям конструкций и технологий их реализации.
Одномерная теоретическая модель биполярного транзистора
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 217; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!