Принцип действия биполярного транзистора

Биполярный транзистор — это электронный прибор, предназначенный для усиления сигналов. Биполярный транзистор (БТ) состоит из трёх областей полупроводника. Слово «биполярный» в названии означает, что в нём физические процессы определяются движением как электронов, так и "дырок". Упрощённое устройство биполярного транзистора показано на рисунке 1.

Биполярный n-p-n транзистор принцип работы

Рисунок 1. Упрощённое устройство биполярного n-p-n транзистора

Принцип работы биполярного транзистора основан на инжекции, которую мы рассмотрели при изучении p-n перехода. Для того чтобы инжектированные электроны или "дырки" за счет диффузии достигали коллектора (в переводе на русский язык — собиратель), база в биполярном транзисторе должна быть тонкой. При этом, чем тоньше будет база, тем больше будет коэффициент усиления транзистора по току. В большинстве случаев толщина базы транзистора не превышает 0.1 мкм.

Для того чтобы в базу инжектировалось большое количество носителей тока, легирование эмиттера должно значительно превышать степень легирования базы. Поэтому на рисунке 1 тип полупроводника в эмиттере обозначается n+, что означает большую концентрацию примесей. В результате толщина эмиттерного перехода получается маленькой, и при подаче на него обратного напряжения он может пробиваться незначительным напряжением. Обычно величина предельно допустимого обратного напряжения перехода база-эмиттер не превышает 5 В.

Чтобы на коллекторе мог присутствовать усиленный сигнал, на коллектор нужно подавать большое напряжение питания. Для этого область коллектора выполняется из полупроводника с незначительным содержанием примесей. Малая степень легирования полупроводника n-типа в коллекторе приводит к расширению коллекторного перехода, что, в свою очередь, приводит к уменьшению ёмкости p-n перехода коллектор-база. Обычно это приводит к увеличению частотного диапазона транзистора.

Подобным образом работает и p-n-p транзистор, только в нём с сильным легированием изготавливается эмиттер с p-областью полупроводника. Из n-полупроводника с меньшим количеством примесей изготавливается тонкая база, и область коллектора представляет собой p-полупроводник с минимальным легированием примесями. Упрощённое устройство биполярного p-n-p транзистора приведено на рисунке 2.

Биполярный p-n-p транзистор принцип работы

Рисунок 2. Упрощённое устройство биполярного p-n-p транзистора

Принцип работы биполярного транзистора можно описать словами: "маленький ток базы управляет большим током коллектора". Это означает, что даже если на коллектор биполярного p-n-p транзистора подать отрицательное напряжение, то ток через него не потечёт, так как коллекторный переход включен в обратном направлении и поэтому закрыт.

Если же на базу подать небольшое отрицательное напряжение, то начнет протекать базовый ток и в базу из эмиттера инжектируется огромное количество "дырок". Так как база тонкая, то до контакта базы "дыркам" двигаться очень далеко, поэтому они подхватываются большим отрицательным напряжением коллектора и втягиваются в него, образуя большой коллекторный ток. При изменении тока базы будет меняться ток коллектора. Этот процесс иллюстрируется рисунком 3.

Принцип работы биполярного p-n-p транзистора

Рисунок 3. Протекание токов в биполярном p-n-p транзистора

Итог:

Для того, чтобы биполярный транзистор обладал усилением, степень легирования эмиттера должна превышать степень легирования базы.
Для того, чтобы биполярный транзистор мог выдерживать большие напряжения, степень легирования коллектора должна быть очень маленькой.
Чем тоньше слой базы, тем больше коэффициент усиления биполярного транзистора.

Дата последнего обновления файла 14.07.2020

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Литература:

Вместе со статьей "Принцип действия биполярного транзистора" читают: