Общие сведения

ЛЕКЦИЯ 4. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

 

Название объясняется участием в процессах проводимости как основных, так и неосновных носителей. Транзистор – трехэлектродный прибор, состоящий из трех слоев с чередующимся типом проводимости и имеющий два p-n-перехода и три омических контакта.

По типу проводимости крайних слоев различают и транзисторы. Разрез транзистора показан на рис. 4.1. Из него видно, что эмиттер и коллектор имеют разные площади переходов. Это делается специально для лучшего собирания носителей коллектором. Кроме того, транзистор имеет тонкую базу . Обычно , где S – площадь меньшего перехода. Это вызвано необходимостью уменьшения рекомбинации в базе неосновных носителей. Чем меньше их прорекомбинирует, тем больше достигнет коллектора, т. е. улучшится передача тока.

На рис. 4.2 схематически показан транзистор с закороченными электродами (состояние равновесия) и его зонная диаграмма. Высота потенциальных барьеров одинаковая. Неосновные носители могут свободно перемещаться из слоя в слой – существует равновесие токов неосновных носителей. Такая же картина наблюдается и когда все электроды транзистора разомкнуты.

Вывести транзистор из состояния равновесия можно подключением к электродам транзистора источников питания. При этом различают нормальное и инверсное включение. При нормальном включении эмиттерный переход включен в прямом направлении, а коллекторный в обратном. При инверсном включении – наоборот. Оба включения используют на практике.

Рассмотрим нормальное включение транзистора с резистором в цепи коллектора (рис. 4.3). Из рисунка видно, что поле эмиттерного перехода не совпадает с полем источника и, следовательно, высота потенциального барьера уменьшится. Произойдет инжекция дырок из эмиттера в базу, и они будут диффундировать к коллекторному переходу. Поле коллекторного перехода и поле источника совпадают по направлению и, следовательно, высота потенциального барьера увеличится. Однако он не будет препятствовать движению дырок. Дырки свободно будут скатываться в коллектор.

Уход дырок из эмиттера нарушает равновесие зарядов в эмиттере и вызывает уход из него во внешнюю цепь электронов. В цепи эмиттера будет течь ток . Появление дырок в базе и коллекторе нарушит электронейтральность этих слоев. Из внешней цепи коллектора в базу и коллектор придут электроны и восстановят равновесие. Во внешней цепи будет течь ток . Часть дырок, двигаясь по базе, прорекомбинирует с электронами базы. Нарушится равновесие между собственными электронами и дырками базы. Для его восстановления из внешней цепи пройдут электроны, а в цепи базы будет течь ток . Таким образом, ток базы является рекомбинационным током. По закону Кирхгофа для базы мы получим:.

Ток коллектора, протекая по резистору , создаст на нем падение напряжения , направленное против поля перехода и . Но так как велико, то переход в целом останется включенным в обратном направлении. Таким образом, транзистор может работать с нагрузкой.