Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Тонкая база имеет значительную протяженность в горизонтальном направлении, поэтому она обладает сравнительно большим сопротивлением ге Чтобы снизить это сопротивление, от базы делают два вывода, которые соединяют вместе. 21О Глааа4. Биполя ныет анзисторы ити исторы В зависимости от режима работы э транзисторе существуют определенные пото- ки носителей заряда (рис. 4.2) л р л Рис. 4.2 Через открытые переходы протекают основные носители заряда (они обозначены стрелками и цифрами от 1 до 4), через закрытые переходы — потоки не- основных носителей заряда (они обозначены пунктирными стрелками и цифрами от 5 до 8). Всего, анализируя работу транзистора в различных режимах, следует учитывать восемь потоков носителей заряда.
Схемы включения Биполярный транзистор является активным прибором, позволяющим осуществлять усиление электрических сигналов. В конкретных электронных схемах он включается как четырехполюсник, у которого имеются входная и выходная цепи. Один из электродов транзистора является общим. Возможны три схемы включения: схема с общей базой (ОБ), схема с общим эмиттером (ОЭ) и схема с общим коллектором (ОК), — показанные, соответственно, на рис.
4.3 а, б и в. Рис. 4.3 Для обозначения напряжений, подаваемых на электроды транзистора, используют двойные индексы. Первый индекс идентифицирует электрод, на который подается напряжение, измеряемое относительно общего электрода, обозначаемого вторым индексом. Например, и,, — напряжение между коллектором и эмиттером, и„б — напряжение между коллектором и базой и т. д.
На рис. 4.3 показана поляр- 211 4.1. Устройство и п инцип действия биполя ного т анзисто а ность напряжений, соответствуюшая активному режиму работы транзистора, и направления токов в этом режиме (для транзисторов типа р-п-р полярность напряжений и направления токов противоположны). Принцип действия Для того чтобы понять принцип действия транзистора, рассмотрим его упрощенную модель (рис.
4.4, а) и распределение потенциала в ней, соответствующее активному режиму работы (рис. 4.4, б). Через !р, и гр „на ней обозначены потенциальные барьеры, соответственно, эмиттерного и коллекторного переходов. Концентрация примеси в эмиггере больше, чем в коллекгоре, поэтому !р „«~ При подаче на эмиттерный переход прямого напряжения потенциальный барьер в нем снижается на величину приложенного напряжения и е а при подаче на коллекторный переход обратного напряжения потенциальный барьер в нем повышается на величину и„э +ч(х) Рис.
4.4 Через низкий потенциальный барьер в эмиттерном переходе электроны переходят в базу (поток 1), диффундируют через нее, достигают коллекторного перехода, попадают в ускоряюшее поле коллекторного перехода и переносятся этим полем в область коллектора. Перемещаясь через базу, часть электронов встречается с дырками и рекомбинирует с ними, в результате чего поток 1 разделяется на две части — поток 1' и поток 1". Помимо основного потока 1 в транзисторе сушествуют побочные потоки носителей заряда. Поток 3 образован перемещением дырок из базы в эмиттер.
Потоки 6 и 8, образованные неосновными носителями заряда, создают тепловой ток коллекторного перехода. Полезную функцию в транзисторе выполняет только ноток 1', 2М Глава 4. Биполярные транзисторы и ти исторы протекающий через оба р-л-перехода транзистора и образующий ток связи 1, „ который имеет одно и то же численное значение как в цепи эмиттера, так и в цепи коллектора. Величиной тока связи можно управлять, изменяя напряжение на эмитгерном переходе. Наличие тока связи позволяет применять транзистор для усиления электрических сигналов. Все остальные потоки являются бесполезными и должны быть сведены к минимуму. С этой целью концентрацию примеси в эмиттере увеличивают по сравнению с концентрацией примеси в базе примерно на два порядка (Л(ь 10" см ', М,ь = 10" см-'), а базу делают очень узкой (%~ 1 мкм) с тем, чтобы уменьшить рекомбинацию.
В некоторых случаях примесь в базе распределяют неравномерно, благодаря чему в базе возникает внутреннее электрическое поле, поэтому электроны быстрее перемещаются через базу и рекомбинация в ней уменьшается, Концентрация примеси в коллекторе, как правило, ниже, чем в эмиттере, благодаря этому коллекторный переход получается более широким, что позволяет подавать на него высокое обратное напряжение и тем самым улучшить усилительные свойства транзистора. Из рассмотренного следует, что, изменяя прямое напряжение на эмиттерном переходе, можно изменять ток через коллекторный переход при постоянстве обратного напряжения на этом переходе.
Это равнозначно изменению сопротивления коллекторного перехода, то есть в транзисторе в результате поступления электронов из эмитгера в коллекторный переход происходит преобразование сопротивления коллекторного перехода (ггапз(ег о1 гез1згог). При переводе транзистора в режим отсечки поступление электронов в коллекторный переход прекращается, и сопротивление перехода оказывается очень высоким, через него перемещаются только потоки 6 и 8, создающие весьма незначительный ток в коллекторной цепи. Если транзистор переведен в режим насыщения, то концентрация подвижных носителей заряда в коллекторном переходе увеличивается и его сопротивление резко уменьшается.
Таким образом, переводя транзистор из режима насыщения в режим отсечки, возможно использование транзистора в качестве электронного ключа, замыкающего и размыкающего электрическую цепь. Способность транзистора усиливать мощность электрических сигналов проявляется только в активном режиме. Если в этом режиме в цепь эмиттера последовательно с источником постоянного напряжения включить источник переменного напряжения с амплитудой У,ы то ток связи будет изменяться с амплитудой 1, и от источника переменного напряжения будет потребляться мощность Р = Р г, где г, — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода. При йаличий в коллекторной цепи резистора нагрузки Я„ток связи выделит в ием мощность Р =-1' Я„.
2 Эта мощность в Я„/г, раз больше мощности, потребленной от источника переменного напряжения во входной цепи, то есть транзистор обладаег усилительным эффектом. Этот усилительный эффект обусловлен тем, что, затрачивая небольшую мощность на изменение сопротивления коллекторного перехода, можно управлять током, потребляемым от источника постоянного тока, включенного в коллекторную цепь, и преобразовывать мощность источника постоянного тока в мощность переменного тока, выделяемую в резисторе нагрузки, включенном в коллекторную цепь. из 4.2. Соотношения между токами 4.2. Соотношения мемсду токами Как и прежде, будем рассматривать плоскую модель транзистора (см. рис.
4.4, и), учтем наличие потоков основных носителей заряда 1 и 3 и потоков неосновных носителей заряда 6 и 8. Ток эмиттера создается потоками 1 и 3: 1з = ~~~~э где 1, = 1,„— электронная составляющая; 1» = 1„— дырочная составляющая. Электронная составляющая тока эмиттера является полезной, а дырочная — по- бочной. Долю электронной составляющей тока эмиттера оценивают эффектив- ноплью эмиттери (4.1) а= — ". (4.2) Чтобы повысить коэффициент переноса, необходимо уменьшить ширину базы и концентрацию примеси в ней. Ток коллектора создается электронами, покинувшими эмиттер и достигшимйколлектора (поток 1'), а также неосновными носителями заряда (потоки 6 и 8). Ток, создаваемый потоками 6 и 8, обозначают 1„гэ. Тройной индекс несет в себе определенную информацию: «к» означает, что это ток коллектора, «б» — что это схема с ОБ, «0» — что в цепи третьего электрода (эмиттера) ток равен нулю, иначе говоря, ток 1„㫠— это ток в цепи коллектора при оборванной цепи эми пера.
Таким образом, + 1-н» С учетом (4.1) и (4.2) можно записать: 1„=8у1, +1„м. Обозначим а = Ьу, тогда получим: (,=а1, + 1„э» Здесь а — коэффициент передачи тока эмиттера. (4 3) Чтобы повысить эффективность эмиттера, необходимо уменьшить дырочную со- ставляющую тока, что достигается уменьшением концентрации примеси в базе и увеличением ее концентрации в эмиттере. В базе поток 1 разделяется на две части. Поток 1' достигает коллекторного пере- хода, а поток 1" рекомбинирует с дырками. Долю электронов, инжектированных в базу и достигших коллектора, оценивают коэффициентом переноса 214 Глава 4. Бнполврные транзисторы и тнрнсторы Соотношение (4.3) является основным для транзистора, включенного по схеме с ОБ, оно связывает между собой входной и выходной токи и учитывает побочные токи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
