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
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 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
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 транзисторе
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

Литература:

  1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. — М.: Радио и связь, 1998. — 560 с.
  2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
  3. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
  4. Глазачев А. В. Петрович В. П. Физические основы электроники. Конспект лекций — Томск: Томский политехнический университет, 2015.
  5. Колосницын Б. С. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебно-методическое пособие: в 2 ч. Ч. 1: Расчёт и проектирование биполярных транзисторов. — Минск: БГУИР, 2011. — 68 с.
  6. Колосницын Б. С. Гапоненко Н. В. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебное пособие: в 2 ч. Ч. 1: Физика активных элементов интегральных микросхем — Минск: БГУИР, 2016. — 196 с.
  7. Колосницын Б. С. Гранько  С. В. Электронные приборы на основе полупроводниковых соединений. Учебно-методическое пособие: — Минск: БГУИР, 2017. — 94 с.
  8. Биполярный транзистор. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Биполярный_транзистор
  9. Изобретение транзистора. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Изобретение_транзистора

Вместе со статьей "Биполярные транзисторы" читают:

Принцип действия биполярного транзистора
https://digteh.ru/foe/tranzistor/bt/princip/

Прямое включение pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/open/

Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/vah_teor/

Ёмкость pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/c/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2020

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 82 научных и научно-методических работ, в том числе 18 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика