Биполярный транзистор и тиристор Лекция 8 В

Биполярный транзистор и тиристор Лекция 8

В основе работы биполярных транзисторов лежит инжекция неосновных носителей. Поэтому неотъемлемой составной частью биполярных транзисторов являются p-n-переходы. Термин «биполярный» подчеркивает роль обоих типов носителей заряда в работе этого класса транзисторов; инжекция неосновных носителей сопровождается компенсацией их заряда основными носителями.

Биполярный транзистор представляет собой совокупность двух встречно включенных взаимодействующих p-nпереходов. Взаимодействие переходов обеспечивается тем, что они расположены друг от друга на расстоянии, меньшем диффузионной длины носителей.

Площадь перехода n 1 -p гораздо меньше площади перехода n 2 -p, при этом также слой n 1 легирован больше чем слой n 2. Таким образом, транзистор является ассиметричным прибором. n 1 – эмиттер, переход n 1 -p – эмиттерный n 2 – коллектор, переход n 2 -p – коллекторный p – база Каждый их переходов имеет донную и боковые части. Активная область – область, расположенная под донной частью эмиттерного перехода. Остальные части – пассивные. В первом приближении их можно заменить резисторами.

Если база однородная (атомы примеси распределены равномерно), то движение носителей в ней чисто диффузионное. Если база неоднородная (атомы примеси распределены неравномерно), тогда диффузия сочетается с дрейфом. Транзисторы с однородной базой – бездрейфовые, с неоднородной – дрейфовые. n-p-n – транзисторы p-n-p - транзисторы

Зонная диаграмма n-p-nтранзистора При равновесии уровень Ферми постоянен по всей структуре. Электростатический потенциал изменяется таким образом, чтобы скомпенсировать диффузионное движение носителей, концентрация которых различна в n и p областях.

Каждый из p-n-переходов может находиться либо в открытом, либо закрытом состоянии. В соответствии с этим возможны четыре режима работы транзистора: • Активный режим, при котором ЭП открыт, а КП закрыт • Режим двойной инжекции, или режим насыщения, при котором оба перехода открыты • Режим отсечки, при котором оба перехода закрыты • Инверсный режим, при котором КП открыт, а ЭП закрыт

Поскольку у транзистора 3 электрода, то один из них должен быть общим для входной и выходной цепи. В соответствии с этим возможны 3 схемы включения транзистора: • С общим эмиттером (ОЭ) • С общей базой (ОБ) • С общим коллектором (ОК)

Принцип действия Если нет эмиттерного тока (при Uэ-б), то через закрытый коллекторный переход ток почти не течет. Есть очень слабый ток неосновных носителей (обратный ток коллектора Iк-б. 0). При подаче на ЭП прямого напряжения достаточной величины ЭП открывается и через него течет ток. При этом большинство инжектированных в базу электронов не успевают рекомбинировать с дырками (ввиду малой их концентрации и ширины базы) и диффундируют в область коллектора, где подхватываются электрическим полем коллекторного перехода и обеспечивают появление тока коллектора Iк.

Таким образом, изменяя ток эмиттера (путем изменения напряжения Uэ-б), можно управлять током коллектора, поддерживая на коллекторном переходе постоянное напряжение. Это эквивалентно изменению КП. Поэтому транзистор можно использовать в качестве ключа, замыкающего или размыкающего цепь.

По первому правилу Кирхгофа: В первом приближении: α-интегральный коэффициент передачи тока (близок к 1)

В режиме с ОЭ: -интегральный коэффициент передачи тока базы -ток коллектора в схеме с ОЭ при нулевом токе базы

Характеристики транзистора в схеме с ОБ При Uэ-б<0 переход закрыт. При Uк-б>0 – транзистор находится в активном режиме, ток коллектора постоянен При Uк-б<0 – режим двойной инжекции

Характеристики транзистора в схеме с ОЭ При Uб-э<0 переход закрыт.

Основные параметры биполярных транзисторов • • • Предельные значения токов коллектора и базы Рассеиваемая мощность Коэффициент передачи тока Предельная частота – максимальное значение частоты гармонического сигнала, при котором транзистор еще может проявить усилительные свойства Обратный неуправляемый ток коллектора …

Тиристор – полупроводниковый прибор с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое (состояние низкой проводимости) и открытое (состояние высокой проводимости). Тиристор имеет нелинейную ВАХ с участком отрицательного дифференциального сопротивления. Переход тиристора из одного состояния в другое происходит скачком: либо напряжением, либо светом.

Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристром или динистром (b). Прибор с одним управляющим переходом – триодный тиристор или тринистор (с). Симметричные тринистры (симистры) – приборы, пропускающие ток в обоих направлениях.

ВАХ тиристора

• • 0 -1 – участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора – прямое запирание. 1 – включение тиристора 1 -2 – участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением 2 -3 - участок открытого состояния (прямой проводимости) 2 – протекает минимальный удерживающий ток Ih 0 -4 – режим обратного запирания прибора 4 -5 – режим обратного пробоя

Маркировка транзисторов Для обозначения транзисторов, производимых в России, используется шести- либо семизначная маркировка. 1) Материал полупроводника. Г(или 1) - германий К (или 2) – кремний А (или 3) – арсенид галлия И (или 4) – соединения индия 2) Тип транзистора Т - биполярный П - полевой

3) Мощность и частотные характеристики. При шестиэлементой маркировке 3 группы по мощности: • маломощные Pрас<0, 3 Вт (обозначаются цифрами 1 -3) • средней мощности 0, 3 Вт<Pрас<1, 5 Вт (4 -6) • мощные Pрас>1, 5 Вт (7 -9) В каждой из этих групп транзисторы подразделяются на низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные (3 МГц, 30 МГц) 4), 5) порядковый номер разработки 6) Классификация указанного типа транзисторов по какому-либо параметру или группе параметров.