Принцип работы транзистора

Существуют два типа транзистора: р – n – р и n – р – n, которые различаются последовательностью чередования в монокристалле полупроводника областей с различным типом проводимости (р и n).

На рис. 2.2 показана принципиальная схема плоскостного р – n – р транзистора, включенного в схему с общим эмиттером.

Рис. 2.2

Транзистор состоит из трех областей: левой n – области, называемой эмиттером (Э), средней р – области, называемой базой (Б) и правой n – области, называемой коллектором (К). Эти области отделены одна от другой двумя р – n – переходами: эмиттерным (1) и коллекторным (2). Эмиттерный р – n – переход включен в прямом направлении, коллекторный – в обратном направлении.

Основными носителями в эмиттере n – р – n – транзистора являются электроны. Так как эмиттерный р – n – переход включен в прямом направлении, то потенциальный барьер для электронов, совершающих переход эмиттер – база, снижается, что приводит к инжекции электронов из эмиттера в базу (р – область). В базе эти электроны становятся уже неосновными носителями. В результате инжекции электронов в базу их концентрация на границе эмиттерного перехода становится больше, чем в остальном объеме базы. Вследствие этого начинается диффузия электронов к границе второго р – n – перехода, где они попадают под действие электрического поля, приложенного к переходу база – коллектор. Так как коллекторный переход (2) включен в запорном направлении, то для основных носителей базы (р – область) – дырок и коллектора (n – область) – электронов потенциальный барьер на втором р – n – переходе увеличивается. При этом не будет перехода электронов из коллектора в базу, а для электронов базы, диффундирующих к коллектору, приложенное ко второму р – n – переходу поле является ускоряющим и потенциального барьера для него не существует. Эти электроны втягиваются в коллектор. Таким образом, в активном режиме коллектор собирает (коллектирует) инжектированные в базу электроны, что и отражается в его названии.

Инжекция электронов из эмиттера неизбежно сопровождается их рекомбинацией с дырками базы, в результате чего количество носителей тока уменьшается. Чтобы сократить потери носителей, толщина базы берется много меньше диффузионной длины, которая составляет в германии 0, 3 – 0, 5 мм, поэтому в германиевых транзисторах толщина базы не более 0, 25 мм.

При включении транзистора в схему с общим эмиттером (рис.2.2) усиливаемый сигнал от источника u подается между эмиттером и базой, а снимается между эмиттером и коллектором. Поток электронов из эмиттера в базу будет регулироваться напряжением источника сигнала, которое будет изменять высоту потенциального барьера на эмиттерном р – n – переходе. Большая часть электронов, инжектируемых с эмиттера, будет диффундировать к коллектору и только незначительная часть уходит в цепь базы, создавая небольшой по сравнению с током коллектора I _к ток базы I _б, причем I _б = I _э – I _к (I _б «I _к).

Отношение изменения коллекторного тока к изменению тока базы называется коэффициентом усиления по току в схеме с общим эмиттером: . (при V _к = const). (2.3)

Изменение тока базы I _б и коллектора I _к будут пропорциональны самим токам и, поскольку I _б «I _к,

» 1. (2.4)

Это означает, что в схеме включения транзистора с общим эмиттером достигается усиление по току.

Кроме коэффициента усиления сигнала по току () транзистор характеризуется коэффициентом усиления сигнала по напряжению, который определяется соотношением:

, (2.5)

так как R _н» R _вх, то V _вых» V _вх и α» 1.

Мощность переменного тока, выделяемая в сопротивлении R _н, может быть больше, чем расходуемая в цепи эмиттера, то есть транзистор дает и усиление мощности.

Коэффициент усиления по мощности равен:

»1. (2.6)

Характеристики транзистора в статическом режиме, то есть при отсутствии нагрузки в цепи коллектора и, следовательно, при постоянстве напряжения, приложенного к коллекторному и эмиттерному переходам при изменении тока в цепях транзистора, называются статическими характеристиками.