БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Биполярным транзистором называется трёхэлектродный прибор с 2 -мя p-n переходами. Слово «биполярный» означает наличие носителей зарядов обоих знаков. Различают транзисторы n-p-n и p-n-p типа. Эмиттер – сильнолегированный полупроводник n-типа. Ширина базовой области мала (< 1 мкм). Если концентрация примеси в базе равномерная, транзистор называется бездрейфовым. В случае неравномерного распределения примеси, в базе существует внутреннее поле, приводящее к дрейфу носителей. Транзисторы с неоднородной базой называются дрейфовыми. Биполярный транзистор можно использовать в 3 -х схемах включения: с общим эмиттером, общим коллектором и с общей базой.
БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Различают 4 режима работы транзистора: нормальный активный режим, инверсный режим, режим насыщения (режим двухсторонней инжекции) и режим отсечки. В нормальном активном режиме на эмиттерном переходе действует прямое напряжение, а на коллекторном переходе – обратное напряжение. Этот режим является основным и определяет назначение и название элементов транзистора. В инверсном режиме на эмиттерном переходе действует обратное напряжение, а на коллекторном переходе – прямое напряжение. В режиме двухсторонней инжекции оба перехода включены в прямом направлении. В режиме отсечки оба перехода включены в обратном направлении. В схеме с общей базой режим работы определяется полярностью источников Uкб и Uэб. В схеме с общим эмиттером напряжение на эмиттерном переходе определяется источником Uбэ, а напряжение на коллекторном переходе определяется двумя источниками Uбэ+ Uкэ. В схеме с общим коллектором определяющие Uбк и Uэк+ Uбк.
n БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Физические процессы в биполярном транзисторе. В нормальном активном режиме прямой ток эмиттерного перехода Iэ = Iэр+ Iэn+ Iэрек. Вклад Iэрек незначителен, поэтому можно записать Iэ = Iэр+ Iэn. Полезным в этом выражении является только Iэр, так как он участвует в создании тока коллекторного перехода. Составляющие Iэр и Iэрек являются составляющими тока базы, а не коллектора. Эффективность работы эмиттерного перехода оценивается коэффициентом инжекции эмиттера: γэ= Iэр/Iэ = Iэр/(Iэр+ Iэn+ Iэрек). Потери на рекомбинацию в базе учитываются коэффициентом переноса χб = Ikp/Iэр = (Iэр- Iбрек)/Iэр. Статический коэффициент передачи тока эмиттера α = Ik/Iэ. Статический коэффициент передачи тока базы β = α/(1 -α). Величина β может быть достаточно большой. Так при α = 0, 99 β = 99.
БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Статические характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой. Входные характеристики представляют зависимости тока эмиттера от входного напряжения Uэб при фиксированных значениях параметра Uкб. При Uкб = 0 характеристика подобна ВАХ p-n перехода. При Uкб < 0 характеристика смещается влево. При Uэб = 0 существует небольшой ток эмиттера Iэ0. n Выходные характеристики – зависимость тока коллектора от выходного напряжения Uкб при заданных значениях параметра Iэ. При Iэ = 0 выходная характеристика подобна обратной ветви p-n перехода, т. е. характеристика представляет собой обратный ток коллекторного перехода, протекающий в цепи коллектор – база. При Iэ > 0 в области положительных значений Uкб характеристики соответствуют нормальному активному режиму, а при отрицательных значениях Uкб – режиму насыщения (режиму двухсторонней инжекции). Область отрицательных токов эмиттера – режим отсечки.
БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Статические характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Входные характеристики – зависимости тока базы от напряжения Uбэ при фиксированном значении Uкэ. n Выходные характеристики – зави- симость тока коллектора от напряжения Uкэ при фиксированном токе базы. При Uкэ = 0 потенциалы коллектора и эмиттера одинаковы, т. е. коллекторный переход включен в прямом направлении. Это соответствует режиму насыщения. Входная характеристика, соответствующая значениям Uкэ < 0, относится к нормальному активному режиму. Крутые начальные участки выходных характеристик относятся к режиму насыщения, а участки с малым наклоном – к нормальному активному режиму. Переход от первого режима ко второму происходит при значениях Uкэ, превышающих Uбэ. Выходная характеристика с параметром Iб = 0 является границей между НАР и РО.
БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Дифференциальные параметры транзистора n Дифференциальные параметры устанавливают связь между небольшими изменениями токов и напряжений. В качестве независимых параметров берут входной ток I 1 и выходное напряжение U 2. U 1 = f(I 1, U 2) I 2 = f(I 1, U 2) В этом случае полные дифференциалы d. U 1 = (∂U 1/∂I 1)d. I 1 + (∂U 1/∂U 2)d. U 2 (1) d. I 2 = (∂I 2/∂I 1)d. I 1 + (∂I 2/∂U 2)d. U 2 (2) Частные производные в выражениях (1, 2) называются дифференциальными h – параметрами. Тогда d. U 1 = h 11 d. I 1 + h 12 d. U 2 (3) d. I 2 = h 21 d. I 1 + h 22 d. U 2 (4) Как следует из определения h – параметров, их физический смысл: h 11 – входное сопротивление; h 21 – коэффициент передачи входного тока; h 12 – коэффициент обратной связи; h 22 – выходная проводимость. Уравнения (3, 4) имеют разный вид для схем с общей базой и общим эмиттером: d. UЭБ = h 11 Бd. IЭ + h 12 Бd. UКБ d. UБЭ = h 11 Эd. IБ + h 12 Эd. UКЭ d. IК = h 21 Бd. IЭ + h 22 Бd. UКБ d. IК = h 22 Эd. IБ + h 22 Эd. UКЭ n
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Полевой транзистор с p-n переходом. n Принцип работы полевого транзистора основан на управлении шириной проводящего канала за счет действия электрического поля. Полевой транзистор имеет 3 электрода: исток, через который в n-канал втекают основные носители; сток, через который они вытекают из канала и затвор, предназначенный для регулировки поперечного сечения канала. n На затвор подается отрицательный потенциал. Канал, представляет собой полупроводник n-типа. Под действием электрического поля электроны дрейфуют в направлении от истока к стоку. p-n переход для них заперт. Сопротивление канала зависит от его сечения, которое ограничивается p-n переходом. Увеличение отрицательного потенциала приводит к расширению p-n перехода и к сужению проводящего канала. В результате ток в канале уменьшается. Т. о. входное напряжение управляет величиной тока в цепи стока. Зависимость тока в цепи стока от напряжения Uзи – характеристика прямой передачи, зависимость Iст от Uси – выходные характеристики.
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Полевой транзистор с p-n переходом. При больших отрицательных потенциалах на затворе Uзио сечение канала становится равным нулю и ток через канал прекращается. Такой режим называется режимом отсечки. На выходных характеристиках имеется два участка: омический (при малых Uси) и насыщения (при больших Uси). При Uзи = 0 ток на омическом участке вначале растёт почти линейно, а затем рост замедляется, т. к. повышается падение напряжения в канале, что приводит к увеличению толщины запирающего слоя и росту сопротивления канала. n Чем больше отрицательное напряжение на затворе, тем более пологая характеристика на начальном участке, и раньше наступает насыщение. Это связано с большей шириной запирающего слоя.
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП-транзистор) n Аббревиатура МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-полупро- водник. Различают 2 типа МДП-транзисторов: с индуцированным каналом (а) и со встроенным каналом (б). Если основной полупроводник кремний, то диэлектриком может быть слой окиси кремния, поэтому такую структуру иногда называют МОПтранзистор (металл-окисел-полупроводник). Транзистор с индуцированным каналом имеет сильно легированные области n+ истока и стока. Если на затвор подать положительное напряжение, то в области канала индуцируется отрицательный заряд. В результате образуется канал n-типа, соединяющий области истока и стока. Поэтому уменьшается сопротивление канала, что ведет увеличению тока стока. Благодаря эле-
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ МДП-транзистор со встроенным каналом. В МДП-транзисторе со встроенным каналом между истоком и стоком методом диффузии создают слаболегированный канал с проводимостью n- типа при проводимости подложки р-типа. При отсутствии напряжения на затворе ток между истоком и стоком определяется сопротивлением n- - канала. При отрицательном напряжении на затворе концентрация носителей заряда в канале уменьшится и ток через канал уменьшается. При положительном напряжении на затворе ток увеличивается, потому что в канале индуцируется дополнительный отрицательный заряд, увеличивающий его проводимость. Кривая 1 – характеристика прямой передачи МДПтранзистора со встроенным каналом; кривая 2 – с индуцированным каналом. UЗИ ПОР – пороговое напряжение, при котором начинается инверсия типа проводимости в транзисторе с индуцированным каналом. Входное сопротивление МДП-транзистора составляет около 1012 – 1014 Ом.
Скачать презентацию БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Биполярным транзистором называется трёхэлектродный прибор с
БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР.ppt