Принцип действия транзистора, способы включения

Транзистором называется прибор, состоящий из трех слоев полупроводника (p-n-p или n-p-n) и двух p-n переходов. Каждый слой полупроводника через контакт металл-полупроводник подсоединен к внешнему выводу. Средний слой и соответствующий вывод называют базой, один их крайних слоев и соответствующий вывод называют эмиттером, другой крайний слой и соответствующий вывод – коллектором. Количество примеси в базе значительно меньше, чем в коллекторе и эмиттере.

Работа биполярного транзистора основана на взаимодействии двух р-п – переходов. (Транзистор называют биполярным, т.к. в процессе протекания электрического тока участвуют носители электричества двух знаков – электроны и дырки.). Это взаимодействие обеспечивается тем, что толщину средней области транзистора (базы), разделяющей переходы, выбирают меньше длины свободного пробега (диффузионной длины) носителей заряда в этой области. Биполярные транзисторы предназначены для усиления сигналов и управления током в схемах полупроводниковой электроники

Существует два типа транзисторов:

1. С прямой проводимостью (p-n-p)

2. С обратной проводимостью (n-p-n)

Э-Б – эмиттерный переход.

Б-К – коллекторный переход.

Особенности конструкции:

1. Толщина базы должна быть меньше длины свободного пробега носителей зарядов.

2. Концентрация основных носителей (примеси) в эмиттере должна быть много больше, чем в базе. > > - для p-n-p перехода.

Транзисторы используются как усилительные элементы, а, следовательно, они должны иметь два входных и два выходных вывода. Так как транзистор имеет только два вывода, то один вывод делается общим. В зависимости от того, какой вывод общий, может быть три схемы включения транзистора: с об­щей базой, с общим эмиттером либо с общим коллектором.

Схемы с общим эмиттером (ОЭ):

Схема с общим эмиттером называется так потому, что входная и выходная цепь имеют общую точку на эмиттере.

Принцип работы транзисторов рассмотрим на примере транзистора р—п—р типа. Все процессы в транзисторах типа п—р—п протекают аналогично с учетом изменения полярно­сти питающих источников на обратную и взаимной замены электронов на дырки и обратно.

Токи через переход БЭ и КЭ отсутствуют (наличие запирающих слоев).

Пусть , ( и - закорочены). > > . Включим источники ЭДС и .

Потенциальный барьер на эмиттерном переходе уменьшится, так как полярность приложенного к нему напряжения – прямая ток диффузии через эмиттерный переход увеличится. На коллекторном переходе полярность обратная потенциальный барьер коллекторного перехода увеличится. Почти все дырки подошли к коллекторному переходу, дырки будут втягиваться в коллектор (так как напряженность электрического поля коллекторного перехода будет «втягивающей»).

,

где - коэффициент передачи тока эмиттера. ()

Часть дырок рекомбинирует в базе нейтральность базы нарушается возникает ток электронов в базу.

Дырки (не основные) из Б К.

Электроны (не основные) из К Б. - обратный (тепловой)

Полный ток через коллектор:

(1)

(2)

Выражения (1) и (2) показывают, что токи в транзисторе связаны линейно.

Полевой транзистор — это полупроводниковый прибор, имею­щий три электрода: исток, сток и затвор. Между истоком и стокомв кристалле полупроводника, из которого выполнен полевой транзистор, расположен канал, через который течет ток транзистора. Канал выполняется из полупроводника одного типа — п или р. Управление током, текущим через канал, осуществляется путем изменения проводимости канала, которая зависит от напряжения между затвором и истоком. В отличие от биполярных транзисто­ров, в которых ток транзистора от эмиттера к коллектору течет по­следовательно через два p-n-перехода, в полевых транзисторах ток течет через канал, который образуется в полупроводнике одного типа проводимости, и через p-n-переходы не течет. Так как направ­ление тока в полевом транзисторе—от истока — через канал — к стоку, а управление током осуществляется напряжением между за­твором и истоком, то исток соответствует эмиттеру биполярного транзистора, сток — коллектору, а затвор — базе. Изменение проводимости канала может осуществляться двумя способами. В зависимости от этого полевые транзисторы делятся на два основных вида: транзисторы с управляющим р-п- переходом и транзисторы с изолированным за твором.

Преимущества полевых транзисторов:

1)высокое входное сопротивление в схеме с ОИ;

2)малый уровень собственных шумов, так как перенос тока осуществляют только основные для канала носители и, следова­тельно, нет рекомбинационного шума;

3)высокая устойчивость против температурных и радиоактив­ных воздействий;

4)высокая плотность расположения элементов при изготовлении интегральных схем.