Компьютерная электроника


The Presentation inside:

Slide 0

Компьютерная электроника Лекция 8. Устройство биполярного транзистора


Slide 1

Транзисторы Транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий три и более выводов, предназначенный для усиления или генерации электрических сигналов, а также для коммутации электрических цепей (TRANsfer reSISTOR). Промышленность выпускает широкий ассортименте транзисторов. Наиболее распространенные транзисторы имеют два p-n-перехода, В них используются заряды носителей обеих полярностей. Такие транзисторы называют биполярными. Особую группу составляют полевые, или униполярные, а также фототранзисторы и однопереходные транзисторы. За годы развития транзисторы неоднократно и весьма существенно изменялись по конструктивному исполнению, технологии изготовления, электрическим параметрам и характеристикам. Однако сущность основных физических процессов, происходящих в транзисторе, осталась неизменной.


Slide 2

Устройство биполярного транизистора Основным элементом транзистора является кристалл кремния или германия, в котором созданы три области различных проводимостей. Если две области имеют дырочную проводимость, то такой прибор называют транзистором p-n-p типа. В ином случае - n-p-n типа. Средняя область называется базой, одна крайняя область называется эмиттером, другая коллектором. В транзисторе два p-n – перехода: эмиттерный (между эмиттером и базой) и коллекторный (между базой и коллектором).


Slide 3

Устройство биполярного транзистора Требования к конструкции транзистора: расстояние между переходами должно быть много меньше диффузионной длины неосновных носителей; концентрация атомов примесей в области базы должна быть много меньше, чем в эмиттере.


Slide 4

Принцип работы транзистора Пусть на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. Под действием эмиттерного напряжения осуществляется инжекция дырок из эмиттера в область базы. Одновременно электроны базы проходят в область эмиттера. Возникает эмиттерный ток, который равен сумме дырочной Iэр и электронной составляющих Iэn: Iэ = Iэр + Iэn. Концентрация носителей заряда в базе значительно меньше, чем в эмиттере. Это приводит к тому, что число дырок, инжектированных из эмиттера в базу, во много раз превышает число электронов, движущихся в противоположном направлении. Следовательно, почти весь ток через эмиттерный переход обусловлен дырками. Эффективность эмиттера оценивается коэффициентом инжекции ?: ? = Iэр / Iэ ? 1 (< 1).


Slide 5

Принцип работы транзистора Дырки, попавшие в область базы, движутся к коллекторному переходу. В зависимости механизма прохождения носителей заряда в базе различают бездрейфовые и дрейфовые транзисторы. В бездрейфовых транзисторах перенос неосновных носителей заряда осуществляется за счет диффузии. В дрейфовых транзисторах о области базы путем соответствующего распределения примесей создается внутренне электрическое поле и перенос неосновных носителей заряда через базу осуществляется в основном за счет дрейфа. Дырки в базе начинают рекомбинировать. Но рекомбинация – процесс не мгновенный. Поэтому почти все дырки успевают пройти через тонкий слой базы и достигнуть коллекторного перехода. Подойдя к коллектору, дырки начинают испытывать действие ускоряющего электрического поля коллекторного перехода и они втягиваются в коллектор.


Slide 6

Принцип работы транзистора Для оценки влияния рекомбинации носителей заряда в базе на усилительные свойства транзистора используют коэффициент переноса носителей в базе, который показывает, какая часть инжектированных эмиттером дырок достигает коллекторного перехода: ? = Iкp / Iэp ? 1 (<1). Основным параметром транзистора является коэффициент передачи по току, который равен: ? = ?Iкp /? Iэp = ???. Обычно ? = 0,95 ? 0,99.


Slide 7

Принцип работы транзистора В цепи коллектора, кроме тока, обусловленного переходом дырок из базы в коллектор, протекает обратный ток коллекторного перехода Iкб0 Iк = ? *Iэ + Iкб0 . Ток Iкб0 незначителен , поэтому можно записать Iк ? ? *Iэ. Из последнего выражения следует, что транзистор представляет собой управляемый прибор, так как значение его коллекторного тока эависит от значаения тока эмиттера.


Slide 8

Конструкция транзистора


Slide 9

Режимы работы биполярного транзистора 1 Активный (или режим усиления) ? нормальное включение, при котором на эмиттерный переход подается прямое напряжение, а на коллекторный ? обратное. В активном режиме коэффициент передачи тока эмиттера ? = 0,98-0.99. В таком режиме работают линейные усилители. 2 Инверсный. На эмиттерный переход подается обратное напряжение, а на коллекторный ? прямое. В этом режиме коэффициент передачи тока коллектора заметно меньше коэффициента передачи тока эмиттера при нормальном включении.


Slide 10

Режимы работы биполярного транзистора 3 Режим насыщения. На обоих переходах действуют прямые напряжения, и таким образом транзистор работает в режиме двойной инжекции (в базу поступают носители из эмиттера и из коллектора). 4 Режим отсечки. На обоих переходах действуют обратные напряжения, транзистор закрыт и через переходы текут лишь токи неосновных носителей. Режимы насыщения и отсечки используются в ключевом режиме.


Slide 11

Эквивалентные схемы транзистора Применяются десятки эквивалентных схем транзистора, однако наиболее широкое распространение получила Т- образная, которая наглядно отображает физические процессы в транзисторе.


Slide 12

Эквивалентные схемы транзистора Компоненты Т-образной эквивалентной схемы: дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода rэ rэ = dUэ/dIэ при Uк = const; диффузионная емкость эмиттерного перехода Сэ; коэффициент внутренней обратной связи по напряжению, характеризующий влияние коллекторного напряжения на эмиттерное из-за модуляции толщины базы ?эк = dUэ/dUк при Iэ = const; источник напряжения ?эк*Uк, учитывающий влияние коллекторного напряжения на эмиттерное;


Slide 13

Эквивалентные схемы транзистора объемное сопротивление базы rб; дифференциальное сопротивление коллекторного перехода rк rк = dUк/ dIк при Iэ = const; барьерная емкость коллекторного перехода Ск; коэффициент передачи эмиттерного тока ?: ? = dIк / dIэ при Uк = const; генератор тока ?*Iэ, учитывающий усилительные свойства транзистора.


Slide 14

Основные схемы включения транзисторов В зависимости от того, какой вывод транзистора является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: общая база – ОБ; общий эмиттер –OЭ; общий коллектор – ОК. Общая база Общий эмиттер


Slide 15

Основные схемы включения транзисторов Общий коллектор


×

HTML:





Ссылка: