Конспект-лекция "Биполярные транзисторы. Конструкция, классификация, виды, маркировка"

Биполярные транзисторы

Устройство, классификация и принцип

действия биполярных транзисторов

1) Классификация и маркировка транзисторов

Транзистором называется полупроводни­ковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усили­вать мощность.

Классификация транзисторов производится по следующим признакам:

1. По принципу действия транзисторы подразделяются на:

а) биполярные;

б) полевые (униполярные).

2. По материалу полупроводника:

а) германиевые;

б) кремниевые.

3. По типу проводимости областей (только б/п транзисторы):

а) с прямой проводимо­стью (р-п-р - структура);

б) с обратной проводимостью (п-р-п - структура).

4. По частотным свойствам;

а) НЧ (

б) СрЧ (3-30 МГц);

в) ВЧ и СВЧ (30 МГц).

5. По мощности:

а) маломощные транзисторы ММ (

б) средней мощности СрМ (0,3-КЗ Вт);

в) мощные (3 Вт).

I - материал полупроводника:

Г (1) - германий, К (2) – кремний, А (3) – арсенид галлия, И (4) – фосфид индия

II - тип транзистора по принципу действия:

Т - биполярные, П - полевые.

III - циф­ра показывает частотные свойства и мощность транзистора в соответствии с ниже приведён­ной таблицей.

IV – цифры определяют порядковый номер разработки технологического типа (от 01 до 999)

V – буква определяет классификацию приборов по параметрам, изготовленных по единой технологии (от А до Я, кр. З, О, Ч)

2) Устройство биполярных транзисторов

Основой биполярного транзистора является кри­сталл полупроводника р-типа или n-типа проводимости, который также как и вывод от него называется базой.

Диффузией примеси или сплавлением с двух сторон от базы образуются области с противопо­ложным типом проводимости, нежели база.

На рисунке приведена упрощенная схема изготовления такого транзистора.

Заготовку кристалла полупроводника с проводимостью типа п (рис. а) нагре­вают в парах акцепторной примеси, в результате чего происходит диффузия этой примеси в поверхностные слои полупроводника (рис. б). Затем таким же спо­собом производят диффузию донорной примеси (рис. в). После удаления лиш­них диффузионных слоев образуется транзисторная структура типа п — р — п (рис. г).

Поскольку диффузия — очень медленный процесс, можно контролировать тол­щину диффузионного слоя с большей степенью точности и получать область базы толщиной около одного микрометра.

Это позволяет значительно улучшить частотные свойства транзистора.

Транзис­тор, у которого крайние области обладают электронной проводи­мостью, а средняя — дырочной, называются транзисторами типа п— р — п.

Транзистор, у которого крайние области об­ладают дырочной проводимостью, а средняя — электронной, называются транзисторами типа р — п — р.

Физические процессы, протекающие в транзисторах обоих типов, аналогичны.

Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя об­ласть, имеющая меньшую площадь р-n перехода, и вывод от неё называется эмиттером, другая область, имеющая большую площадь р-n перехода, и вывод от неё называют — коллектором.

К каждой из областей припаяны выводы, при помощи которых прибор включается в схему.

Из рисунка видно, что в транзисторе имеются два р – п - перехода:

- эмиттерный (между эмиттером и базой) и

- коллекторный (между базой и коллектором).

Расстояние между ними очень мало порядка нескольких микрометров.

Следовательно, область базы пред­ставляет собой очень тонкий слой.

Конструктивно транзисторы различаются в зависимости от мощности и метода образования р — п - переходов.

Направление стрелки в транзисторе показывает направление протекающего тока. Основной особенностью устройства биполярных транзисторов является неравномерность концентрации основных носителей зарядов в эмиттере, базе и коллекторе.

В эмиттере концентрация носи­телей заряда максимальная. В коллекторе - несколько меньше, чем в эмиттере. В базе - во много раз меньше, чем в эмиттере и коллекторе.

3) Принцип действия биполярных транзисторов

При работе транзистора в усилительном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный - закрыт. Это достигается соответствую­щим включением источников питания.

Так как эмиттерный переход открыт, то через него будет протекать ток эмиттера, вызванный переходом электронов из эмиттера в базу и переходом дырок из базы в эмиттер.

Следователь­но, ток эмиттера будет иметь две составляющие - электронную и дырочную.

Iэ = Iэ.п. + Iэ.р.

Эффективность эмиттера оценивается коэффициентом инжекции:

Инжекцией зарядов называется переход носителей зарядов из области, где они были основны­ми в область, где они становятся неосновными.

В базе электроны рекомбинируют, а их кон­центрация в базе пополняется от «+» источника Еэ, за счёт чего в цепи базы будет протекать очень малый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под ускоряю­щим действием поля закрытого коллекторного перехода как неосновные носители будут пере­ходить в коллектор, образуя ток коллектора.

Переход носителей зарядов из области, где они были не основными, в область, где они становятся основными, называется экстракцией заря­дов.

Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода носителей зарядов δ:

Можно считать ток коллектора Iк примерно равным току эмиттера I_э:

Основное соотношение токов в транзисторе:

Дырки из коллектора как неосновные носители зарядов будут переходить в базу, образуя обратный ток коллектора Iкбо.