Биполярные транзисторы

В 1958 г. американские ученые Дж. Бардин и В. Браттейн создали полупроводниковый триод, или транзистор (Нобелевская премия В. Шокли, Дж. Бардина, У. Браттейна). Это событие имело громадное значение для развития полупроводниковой электроники. Транзисторная структура легла в основу обширного класса усилительных приборов – биполярных транзисторов. Определение "биполярный" указывает на то, что работа транзистора связана с процессами, в которых принимают электроны и дырки, то есть основные и неосновные носители.

Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными расположенными на близком расстоянии параллельными pn-переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов (рис. 6.1).

Центральную часть транзистора называется базой, левая высоколегированная - эмиттер, правая, низколегированная – коллектор. Переход, разделяющий эмиттер и базу, называется эмиттерным переходом (ЭП), а переход, разделяющий базу и коллектор, - коллекторным переходом (КП). Различают pnp-транзисторы (рис. 6.1,а) и npn-транзисторы (рис. 6.1,б). Стрелкой всегда обозначен эмиттер, направление стрелки, как и в случае диода, от p-типа к n-типу, то есть стрелкой обозначено направление эмиттерного тока в активном режиме.

Кружок, обозначающий корпус дискретного транзистора, в изображении бескорпусных транзисторов, входящих в состав интегральных микросхем, не используется. Электроды транзистора имеют внешние выводы, с помощью которых транзистор включается в электрическую схему.

Рис. 6.1 Полупроводниковый транзистор

Без внешнего смещения в транзисторной структуре на границах между p- и n-областями возникают барьеры, причем электрические поля в переходах направлены так, что для pnp-транзистора существует энергетический барьер для дырок, стремящихся перейти из эмиттера в базу, и барьера нет для дырок, переходящих из базы в коллектор. Аналогично, для npn-транзистора имеется энергетический барьер для электронов, инжектируемых из эмиттера в базу, и барьера нет для электронов, переходящих из базы в коллектор.

В электрическую схему транзистор можно включить тремя режимами (в зависимости от того, какой электрод является общим для входного и выходного напряжения): с общей базой (ОБ) (рис. 6.2, а), с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 6.2, б) и с общим коллектором (ОК) (рис. 6.2, в). Исходя из схемы включения, используют индексы напряжения.

Основное уравнение для токов можно записать, исходя из первого правила Кирхгоффа:

.

(6.1)

 

 

RK RК   ОБ ОЭ ОК

Рис. 6.2 Схемы включения npn-транзистора: ОБ, ОЭ и ОК