003.Биполярный транзистор - Википедия (Ответы на экзаменационные билеты (МСТ))
Описание файла
Файл "003.Биполярный транзистор - Википедия" внутри архива находится в следующих папках: Ответы на экзаменационные билеты (МСТ), Ответы на билеты_doc. Документ из архива "Ответы на экзаменационные билеты (МСТ)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-химические основы нанотехнологий (фхонт)" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологии" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "003.Биполярный транзистор - Википедия"
Текст из документа "003.Биполярный транзистор - Википедия"
Биполярный транзистор
Обозначение биполярных транзисторов на схемах
Простейшая наглядная схема устройства транзистора
Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.
Биполярный точечный транзистор был изобретен в 1947 году, в течение последующих лет он зарекомендовал себя как основной элемент для изготовления интегральных микросхем, использующих транзисторно-транзисторную, резисторно-транзисторную и диодно-транзисторную логику.
Устройство и принцип действия
Упрощенная схема поперечного разреза биполярного NPN транзистора
Первые транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия. Последние транзисторы используются в схемах высокочастотных усилителей. Биполярный транзистор состоит из трех различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база, поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (невозможно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате абсолютно аналогичный исходному биполярный транзистор).
В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении. Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора[1]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они — неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10..1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.
Режимы работы биполярного транзистора
Нормальный активный режим
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт)
UЭБ>0;UКБ<0;
Инверсный активный режим
Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.
Режим насыщения
Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).
Режим отсечки
В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты).
Барьерный режим
В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмитерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя диод, включенный последовательно с резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих схему элементов, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, неразборчивостью к параметрам транзисторов.
Схемы включения
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
-
Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
-
Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх
Схема включения с общей базой
-
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]
-
Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.
Достоинства:
-
Хорошие температурные и частотные свойства.
-
Высокое допустимое напряжение
Недостатки схемы с общей базой :
-
Малое усиление по току, так как α < 1
-
Малое входное сопротивление
-
Два разных источника напряжения для питания.
Схема включения с общим эмиттером
Iвых = Iк
Iвх = Iб
Uвх = Uбэ
Uвых = Uкэ
-
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]
-
Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб
Достоинства:
-
Большой коэффициент усиления по току
-
Большой коэффициент усиления по напряжению
-
Наибольшее усиление мощности
-
Можно обойтись одним источником питания
-
Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
Недостатки:
-
Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой
Схема с общим коллектором
Iвых = Iэ
Iвх = Iб
Uвх = Uбк
Uвых = Uкэ
-
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1]
-
Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб
Достоинства:
-
Большое входное сопротивление
-
Малое выходное сопротивление
Недостатки:
-
Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.
Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем»
Основные параметры
-
Коэффициент передачи по току
-
Входное сопротивление
-
Выходная проводимость
-
Обратный ток коллектор-эмиттер
-
Время включения
-
Предельная частота коэффициента передачи тока базы
-
Обратный ток колектора
-
Максимально допустимый ток
-
Граничная частота коэффициента передачи по схеме с общим эмитером
Технология изготовления транзисторов
| Этот раздел не завершён. |
-
эпитаксиально-планарная
-
Сплавная
-
Диффузионный
-
Диффузионносплавной
-
Применение транзисторов
-
Усилители, каскады усиления
-
Генератор
-
Модулятор
-
Демодулятор (Детектор)
-
Инвертор (лог. элемент)
-
Микросхемы на транзисторной логике (см. транзисторно-транзисторная логика, диодно-транзисторная логика, резисторно-транзисторная логика)