А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Биполярный транзистор. Транзистором называется монокристалл полупроводника, в котором соответствующим легированием создан узкий слой с р-проводимостью, разделяющий области с л-проводимостями (рис. 1ЗЗ,а), или узкий слой с л-проводимостью, разделяющий области с п-проводимостями грие. 1ЗЗ, б). Иначе говоря, транзистор является совокупностью двух достаточно близко расположенных р-и-переходов.
В случае а транзистор называешься лрл-транзистором, а в случае б-рпр-транзистором. Узкий слой в середине называешься базой, а крайние области — эмиттером и коллектором. Крайние области, хотя и обладают одинаковым типом проводимости, отличаются друг от друга концентрацией примесных атомов. Коллектор обычно содержит большую концентрацию примесных атомов. Для базы существенна ее узость, чтобы большинство носи~елей, пересекающих один из р-л-переходов, мог- з 69 р-а-Переходы и транзисторы ли до своей аннигиляции успеть пересечь также и второй р-п-переход. В типичных условиях это означает, что ширина базы не должна превышать 0,1-0,2 мкм.
Обозначения транзисторов указаны на рис. 134. Стрелки показывают направление тока через эмиттер. Явления, происходящие в прп- и рпр-транзисторах, аналогичны, меняется лишь роль электронов и дырок. Поэтому будем рассматривать для определенности, например, прп-транзистор. Его можно включить в цепь тремя способами в зависимости от того, какая чань транзистора соединяется с общей точкой схемы.
Включение по схеме с общим эмиттером. Это включение показано на рис. 135, причем к коллектору прикладывается самый большой потенциал. Буквой О обозначена общая точка кон~уров; 1„1, и 1,— силы токов соответственно через базу, эмиттер и коллектор. На схеме видно, что переход между базой и эмиттером включен в проходном направлении и поэтому уменьшение напряжения в цепи базы сопровождается значительным ростом силы тока через эмигтер 1„ который осуществляется движением электронов в базу. Однако база представляет собой очень узкую область, через которую почти без потерь проходят носители. Это означае~, что инжектированные с эмиттера в базу электроны почти без потерь достигают коллектора при условии, конечно, что последний обладае~ положительным потенциалом относительно эмиттера.
Эти электроны образую~ ток в цепи коллектора. Сила ~ока очень мало зависит от напряжения на коллекторе, а определяе~ся почти полностью напряжением на базе, поскольку именно от этого напряже- ния зависит число электронов в единицу времени, попадаюгцих на коллектор. Если в цепи коллектора включен резистор сопротивлением Я, то падение напряжения на нем определяется в основном напряжением на базе. Закон сохранения заряда в транзисторе записывается в виде б + (69.2) Для того чтобы сила тока на базу 1, была достаточно малой, необходимо сделать толщину базы много меньшей длины, на которой электроны в материале базы аннигилируют. При указанных выше размерах базы удается добиться очень малых сил тока базы 1а/1, = 1/50.
Из (69.2) для изменений сил токов получается Л1,=М,+Л1„. (69,3) Как уже было отмечено, малые изменения напряжения на базу изменяют существенно силу тока в цепи эмиттера — коллектора. Это означает, что малые изменения Л1а силы тока в цепи базы сопровождаются значигельными изменениями Л!„силы тока коллект ора. Усиление по току характеризуется коэффициентом 1) = Л1„1Л1,. (69.4) В обычных условиях для коэффициента усиления 13 удается получить значения около 50 и больше. При включении транзистора по схеме с обгцим эмиттером он действует как усилитель тока. Включение по схеме с общей базой. Это включение показано на рис.
136. Видно, что переход база — эмиттер включен в проходном направлении, а база — коллектор — в запорном. Следовательно, в цепи коллектора сила тока не зави- 366 13 Электронные свойства твердых теп 1» Ъ гг» х» Включение транзистора по схеме с общей базой Включение транзистора по схеме с общим коллектором Схема полевого транзистора (а) и его включение в схемы (б) сит от напряжения на коллекторе, и сопротивление очень велико (несколько миллионов ом).
В цепи эмиттера сила тока существенно зависит от напряжения на эмиттере, причем сопротивление цепи эмиттера мало. Электроны, вошедшие с эмиттера в базу, достигают коллектора и изменяют силу тока в его цепи. Изменения силы тока в цепи коллектора примерно равны изменениям сил тока в цепи эмиттера, однако после прохода через большое нагрузочнос сопротивление получаешься значительное усиление по напряжению и мощности. Примерное равенство сил токов через эмиттер и коллектор следует из (б9.2), если учесть, что сила тока (а всегда мала. Усиление по напряжению в германиевых транзисторах достигает 10в.
Включение по схеме с общим коллектором. Опо показано на рис. 137. Переход база — коллектор работает в запорном направлении, причем коллектор включен последовательно с входным сигналом. Поэтому входное сопротивление оказывается высоким. Выходное сопротивление оказывается низким, и, кроме того, получается значительное усиление по току. Происходящие при этом процессы изучаются такими же методами, как и в предыдущих случаях. Полевые транзисторы. В изученных выше транзисторах ток осуществляется обоими типами носителей. Такие транзисторы являются биполярными устройствами.
В отличие от этого полевой транзистор представляет монополярное устройство, поскольку ток в нем осуществляется лишь одним типом носителей (либо электронами. либо дырками). З 69 ив-Переходы н трвнэнсторы Рассмотрим полевой транзистор, в котором ток осуществляется электронами. У этого транзистора канал, по которому течет ток, состоит из и-полупроводника (рис. 138).
На рис. 138 канал расположен между электродом И, называемым истоком, и электродом Сиз, называемым стоком. С боков канала имеются две области с р-проводимостью. Совокупность этих двух полупроводников называешься затвором. Между истоком и стоком прикладывается высокая разность потенциалов 1У„ „ порядка 10-20 В. Между истоком и затвором прикладываемся обратная разность потенциалов И, „меньшей абсолютной величины 1от — 1 до — 3 В). Если берется канал р-типа, а затворы-и-типа, то полярность батарей необходимо изменить на обратную. В канале электроны движутся от не~ока к стоку вблизи оси канала, причем поперечное сечение канала.
по которому течет ток, зависит от приложенного к затвору напряжения. Это означает, что сопротивление канала току и сила протекающего по каналу тока контролируются приложенным к затвору напряжением. Поэтому полевой транзистор по своему действию аналогичен вакуумной лампе- триоду, причем исток играет роль катода, сток †ано, а затвор -сетки Обозначение полевых транзисторов показано на рис. 139. Механизм регулировки поперечного сечения канала приложенным к затвору напряжением состоит в следующем.
Между р-областью затвора и и-областью, в которой образуется канал для тока, имеется р-и-переход. В переходе отсутствуют свободные носители, за исключением небольшого числа элекронно-дырочных пар, возникающих в резуль~ате теплового движения. Образующийся в переходе а! Обозначение полевых транзисторов пространственный заряд распределен в переходе так, как это было показано на рис. 120. Ширина перехода зависит от концентрации примесей, уменьшаясь с увеличением концентрации, и от разнос~и потенциалов, возникающей на переходе. В полевом транзисторе с и-каналом ~см.
рис. 138) область канала легируется очень слабо, т, е. содержит небольшую концентрацию примесей, а р-области затвора содержат большую концентрацию примесей. Поэтому ширина переходного слоя в и-области очень велика, а в р-области — очень мала и практически отсутствует по сравнению с шириной переходного слоя в и-области. Ширина переходного слоя в и-области, как уже было сказано, увеличивается с возрастанием разности потенциалов в области. Поэтому с увеличением напряжения на затворе становится больше ширина переходного слоя и, следовательно, меньше ширина канала, по которому може~ течь ток, т.е. увеличивается сопротивление канала току. В этом и состоит действие полевого транзистора.
Ширина канала меняется вдоль его длины. Его ширина наименьшая у стока, потому что там наибольшая величина переходного слоя, обусловленная максимальностью запорного напряжения, слагающегося из потенциала затвора и потенциала с~ока. Со стороны не~ока переходный слой име- 368 13 Электронные свойства твердых тел ет минимальную ширину, а канал- максимальную, по~ому что запорное напряжение здесь сводится практически только к запорному потенциалу. Обычно сумма запорного потенциала и потенциала стока выбирается достаточно большой, чтобы иметь возможность почти полностью перекрыть канал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
