Устройство транзисторов

Основным элементом транзистора является кристалл кремния или германия с созданными в нем двумя p-n – переходами (рисунок 3.1.). Пластина полупроводника n-типа является базовой. На нее наплавляются с двух сторон таблетки акцепторной примеси: для германия – индий, для кремния – алюминий. В процессе термической обработки атомы акцепторной примеси проникают в кристалл, создавая p-область.

Технологическим путем получают, чтоб концентрация примеси была больше левой части, в правой чуть меньше, а в средней части оказывается самая наименьшая концентрация носителей. Наружная область, с наибольшей концентрацией примеси называется эмиттером, вторая наружная область – коллектором, а внутренняя область – базой.

Напряжение между базой и эмиттером называют эмиттерным переходом U_{бэ ,} а между коллектором и базой – коллекторным переходом U_кб.

_.

_{а) б)}

Рис. 3.2. Трехслойные структуры (а) и условные графические обозначения (б) транзисторов типа p-n-p и n-p-n

Рассмотрим, как работает транзистор типа p-n-p. В схеме включения транзистора к эмиттерному переходу приложено прямое напряжение, а к коллекторному – обратное (рисунок 3.3). E_эб происходит инжекция носителей заряда из эмиттера в базу, где они являются неосновными. Движение дырок в процессе инжекции через эмиттерный переход создает ток эмиттера. Дырки, перешедшие в базу, имеют вблизи p-n –перехода повышенную концентрацию, что вызывает диффузию их в базе. Толщина базы очень мала, поэтому дырки в процессе диффузии оказываются вблизи коллекторного перехода. При подаче на эмиттерный переход прямого напряжения от источника питания.

Поток инжектируемых дырок разветвляется в базе на основную часть, втягиваемую в коллектор, и незначительную часть, рекомбинирующую с электронами. Таким образом, происходит экстракция дырок под действием обратного напряжения их базы в коллектор. Движение дырок в процессе экстракции из базы в коллектор создает ток коллектора Iк.

Рис 3.4. Иллюстрация процессов в транзисторе с помощью потоков носителей заряда

Незначительная часть инжектируемых из эмиттера в базу дырок рекомбинирует в области базы и образуют ток базы Iб. Он очень мал из-за небольшой толщины базы и малой концентрации основных носителей заряда – электронов.

Ток коллектора управляется током эмиттера: если увеличился ток эмиттера, то возрастает ток коллектора.

На основании рассмотренных процессов можно сделать вывод, что транзистор как управляемый прибор действует за счет создания транзисторного (проходящего) потока носителей заряда из эмиттера через базу в коллектор управления током коллектора путем изменения тока эмиттера.

Ток эмиттера как прямой ток p-n – перехода значительно изменяется при очень малых изменениях напряжения на эмиттерном переходе и вызывает, соответственно большие изменения тока коллектора. На этом основаны усилительные свойства транзистора.

Схема включения транзистора для усиления электрических колебаний (рисунок 3.5.) содержит две цепи: входную и выходную. Входная цепь в данном случае между эмиттером и базой – является управляющей: в нее последовательно с источником питания Еэ включается источник слабых электрических колебаний ~Uвх, которые надо усилить.

Электрические колебания, подаваемые во входную цепь, называют управляющим, или усиливаемым сигналом. Входная цепь – между коллектором и базой – является главной цепью: в нее последовательно включается нагрузка Rн, на которой надо получить усиленный сигнал.

Сопротивление коллекторного перехода, включенного в обратном направлении, очень велико. Коллекторная цепь является высокоомной, в нее включается, соответственно, высокоомная нагрузка Rн. При этих условиях изменения тока коллектора ∆ Iк, практически равные изменениям тока эмиттера ∆ Iэ, создают на большом сопротивлении Rн выходное напряжение, которое превышает входное напряжение в низкоомной входной цепи. Происходит усиление электрических колебаний.

Рисунок 3.5. Схема включения транзистора для усиления электрических колебаний