Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000), страница 8

е. справедливо неравенство п„»р~, Для данной структуры (рис. 2.8,а) левую л-область, которая в нашем примере будет инжектировать электроны в соседнюю р-область, называют эмитгером, правую л-область, которая в дальнейшем должна зкстрактировать находящиеся в соседней р-области электроны, называют коллектором, а среднюю область — базой, Соответственно примы- 34 4 4 рйе Зй Схема распределения токов я трзнзясторе и-р-и-тяпа (и) я реальная структЗра бяполярного транзистора (б) нающий к эмиттеру р-и-переход (П~) называют змнттерным, п примыкающий к коллектору (Пт) — коллекторным.

Металличез«пз выводы, приварнваемые илн припанваемые к полупроводннюгпым областям, называют соответственно эмиттериым, коллекизрным и базовым выводами. !!риложим к эмиттерному переходу прямое ((увэ), а к коллекнзриому — обратное ((У«в) напряжения.

В результате через эмнт(триый переход П, в область базы будут инжектировать элекЧм>ны (инжекцией дырок из области базы в эмиттерную область пренебрегаем), образуя эмиттерный ток транзистора 1з. Поток члектронов, обеспечивающий ток lз через переход Пь показан на рис. 2.8,а широкой заштрихованной стрелкой. Часть инжектированных в область базы электронов рекомбипируют с основными для этой области носителями заряд» вЂ” дыр«пмн, образуя ток базы !' (см. рис.

2.8,а). Другая часть иижек. <прованных электронов, которая достигает коллекторного перезмда (Пт), с помощью электрического поля, создаваемого напра~«синем (укв, подвергается экстрации (экстрактируется) во вторую и-область транзистора — коллектор, образуя через переход Пт ьоллекторный ток !к'. Уменьшение потока электронов через кол.еекторный переход (а, следовательно, н коллекторного тока) по сравнению с потоком дырок через эмиттериый переход можно учесть следующим соотношением: ук = итэ, (2.8) |де а 0,95 ...

0,99 — коэффициент передачи тока эмнттера '. ' Козффнцнект передачи тока змяттера а равен отношению соответствуизщих приращений коллекторного (Ыз) н змнттерного (Ыэ) токов. в связи с чем его более точное названне — динамический (днфференцнальнмй) коэффициент пере)ичи токо змиттеро. Однако на практике часто название дняамнческнй и обошаченне Ь опускахзт, подразумевая отношение значеннй токов на лкпейпмх участках нх завнснмостн, 35 Через запертый коллекторный переход будет создаваться обратный ток /кэ О, образованный потоком нз и- в р-область неосновных для коллекториой области носителей заряда — дырок р„.

который совместно с током 1х' образует выходной ток транзистора (2,9» /к = /к + /кБО и ток в базовом выводе /Б = /Б /кБО. С учетом (2,6) равенство (2.9) примет внд /к "= 6/э+ /КБО. (2,!0) Учитывая, что !эй~/ББО можно на практике использовать соотношение (2.11» /к ж О/э. Разность между эмиттерным н коллекторным токами в соответствии с первым законом Кнрхгофа (и как видно из рис. 2,3,а) представляет собой базовый ток (2.12) Заменив !э в (2.12) его значением (2,11), получим /Б = /к!а — /к или /Б = ((1 — а),'а) /к. Отсюда /х/!Б а/(! — а) * () илн /к - р/Б, (2.13) где Ч»=а/(1 — а) — динамический коэффициент передачи тока базы. Учитывая приведенные ранее значения а, становится очевидным, что (13 1.

Из выражений (2.11) н (2,И) следует, что транзистор представляет собой управляемый элемент, поскольку значение его коллекторного тока !х зависит от значений токов эмиттера !э и ба- ЗЫ /Б. ПРИ ЭТОМ ЗНаЧЕНИЕ тОКа !х СУШЕСтВЕННО ЗаВИСИт От ЭффЕК- тивности взаимодействия двух р-л-переходов, которое, в свою очередь, обеспечивается соотношением Ь>/., позволяющим уменьшить рекомбинацию инжектироваииых в область базы неосиовных носителей заряда.

Умекьшенню рекомбинации иижектированных в область базы носителей заряда (а, следовательно, повышению эффективности взаимодействия двух р-а-переходов) способствует также значительно меньшая концентрация основных носителей заряда в области базы по сравнению с концентрацией их в эмиттерной области. зв Олин из наиболее распространенных на практике вариантов реальной структуры биполярного транзистора приведен на рнс. 2,8,6.

Как видно из рисунка, каждый из переходов имеет донную н боковые части. Рабочая (активная) область транзистора расположена под донной частью эмнттерного перехода (на рис. 2.8,б эта область не .аштрихована). Остальные (заштрихованные) области структуры являются пассивными, т, е в известной мере паразитнымн. Их наличие неизбежно и объясняется особенностями технологического процесса изготовления структуры биполярного транзистора а полупроводниковой пластине.

Пассивные участки можно в первом приближении моделировать в эквивалентной схеме транзистора резис1орами, подключенными к рабочим слоям базы н коллектора. Основные свойства транзистора определяются процессами в базе. Если концентрация примесей по всему объему базового слоя одинакова, т.

е. база однородна, то движение носителей заряда в ней (при отсутствии приложенного к транзистору внешкего напрякеиия) носит чисто диффузионный характер. Если же база неоднородна, то за счет образовавшегося в ней внутреннего электрического полн движение носителек будет комбинированным: диффузия сочетается с дрейфом носителей заряда в этом поле. Транзисторы с однородной базой называются дня)4узиоинимп, с неоднородной — дрейфовыли. Последние обладают лучшими частотнымн свойствами н получили наибольшее распространение.

Сопротивление обратно смещенного коллекторного перехода (при подаче иа него обратного напряжения) очень велико (несколько мегаом). Поэтому в цепь коллектора можно включать нагрузочные резисторы с весьма большими сопротивлениями, не изменяя значения коллекторного тока. Соответственно в цепи нагрузки будет выделятъся значительная мощность, Сопротивление прямосмещенного эмнттерного перехода, напротив, весьма мало (десятки ом). Поэтому при почти одинаковых значениях эмиттерного и коллекторного токов мощность, потребляемая в цепи эмиттера, оказывается существенно меньше мощности, выделяемой в цепи нагрузки. Это указывает на то, что транзистор является по. лупроводииковым прибором, усиливающим мощность.

С другой стороны, малые значения входного напряжения (прямое смещение эмнттерного перехода, составляющее десятые доли вольта) и большие значения выходного напряжения (обратное смещение коллекторного перехода, составляющее десятки вольт) указывают иа то, что этот управляемый нелинейный элемент может применяться для усиления напряжения. Режимы работы. Каждый переход биполярного транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В за- 37 виснмости от этого различают следующие четыре режима работы транзистора. Нормальный или активный режим — на эмнттерный переход подано прямое напряжение, а па коллекторный — обратное. Именно этот режим работы транзистора, как можно видеть из рнс.

2.8,а, соответствует максимальному значению коэффициента передачи тока эмиттера. К тому же он обеспечивает минимальные искажения уснлнваемого сигнала. Инверсный режим — к коллекторному переходу подведено пря. мое напряжение, а к эмнттерному — обратное.

Исходя из реальной структуры биполярного транзистора (см. рис. 2.8,б), инверсный режим работы лрнводит к значительному уменьшению коэффициента передачи тока эмиттера ло сравнению с работой транзистора в нормальном ре,киме (еслн учитывать при этом, кроме реальной структуры, также более слабое легирование коллекторного слоя по сравнению с эмиттериым при изготовлении транзисторных структур) и поэтому на практике применяется краине редко. Двоиной инжекции нли насыщения †о перехода (эмиттерный н коллекторный) находятся под прямым напряжением. Выходной ток в этом случае ие зависит от входного н определяется только параметрами нагрузки.

Из-за малого напряжения между выводами коллектора и эмнттера рех нм насыщения используется для замыкания цепей передачи сигнала. Режим отсечки — к обоим переходам подведены обратные напряжения. Так как выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю. этот режим используется для размыка. ння цепей передачи сигналов Основным режимом работы биполярного транзистора в аналоговых электронных )сгройствал являешься нормальный режим. Режимы насыщения н отсечки обычно применяются совместно для осуществления коммутации как силовых, так н информационных цепей. Схемы включения и осноаныс параметры.

Биполярный транзистор как усклнтельное устройство может быть представлен в виде четырехполюсника. В зависимости от "ого, какой нз трех выводов транзистора является обшпч для входа и выхода четырехполюсннка, различают схему включения транзистора с общей базой (ОБ), общим эмнттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК), Схемы, ппиведенные на рис.

29,а,б, представляюг собой схему включения транзистора с ОЭ и используются наиболее часто. Полярность подключаемого внешнего источника зависит от типа транзистора (для р-л-р — рис 29,а, для ар-и — рис. 29,6). В случае включения транзистора в схему с ОЭ входным током является ток базы, а выходным — ток коллектора.

В схеме с ОБ 3$ Ет Ф Ех Ее Ее — н Э ет Е гх Ет т) Еа (енс. 29 Внтюченне бноохярното транзистора р-н-р (а) н н.р-п-тнаов (б) в схеме с ОЭ н н-р-о-тнпа в схеме с Ок (в. г) выходным током (как н в схеме с ОЭ) является ток коллектора, н входным — ток эмнттера (см рнс, 2.8,о). Особое место из всех схем включения транзистора заннмает схема с ОК, где входным током является ток базы, а выходным— и>к эмиттера.