СТРУКТУРА И РЕЖИМЫ РАБОТЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Биполярный транзистор – один из важнейших полупроводниковых приборов – был изобретен группой исследователей фирмы Bell Laboratories и 1947-48 гг. За это важное открытие Дж. Бардину, У. Бардину и У. Шокли была присуждена нобелевская премия по физике 1956 года.

Биполярный транзистор (часто его называют просто транзистором) – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими электронно-дырочными переходами и тремя выводами, усилительные свойства которых обусловлены явлением инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.

Биполярный транзистор состоит из трех областей. Среднюю часть называют БАЗОЙ. К базе с двух сторон примыкают области противоположного типа электропроводимости. Таким образом, в едином монокристалле образованы два электронно-дырочных перехода. Примыкающие к базе области обычно делают неодинаковыми. Область транзистора, основным назначением которой является ИНЖЕКЦИЯ носителей в базу, называют ЭМИТТЕРОМ, соответствующий p-n-переход – ЭМИТТЕРНЫМ. Область транзистора, основным назначением которой является ЭКСТРАКЦИЯ носителей из базы, называют КОЛЛЕКТОРОМ, соответствующий р-н переход – КОЛЛЕКТОРНЫМ. База транзистора должна быть тонкой, так как взаимодействие между периодами может осуществляться лишь тогда, когда толщина базы будет немного меньше диффузной длины неосновных носителей заряд. (диффузионная длина – это среднее расстояние на которое диффундирует носитель за время жизни).

Существует два типа биполярных транзисторов: р-n-р и n-р-n, схематическое изображение которых приведено на рис 1.

Каждый из двух р-n-переходов биполярного транзистора может быть включен либо в прямом, либо в обратном направлении. Это соответствует трем режимам работы транзистора:

1) режим отсечки – оба р-n-перехода включены (смещены) в обратном направлении (заперты), через них проходят сравнительно малые токи;

2) режим насыщения – оба р-n -перехода смещены в прямом направлении (открыты) при этом через транзистор проходят относительно большие токи;

3)
активный режим – один из переходов (эмиттерный) смещен в прямом направлении, а другой (коллекторный) в обратном.

а) б)

Рис. 1. Схематическое изображение биполярных транзисторов и их обозначения на электронных схемах:

а – транзистор р-п-р; б – транзистор п-р-п типа.

Э – эмиттер, В – база, К – коллектор.

В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором почти отсутствует. В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно. Причем транзистор может выполнит функции активного элемента электрической схемы (усиление , генерирование, переключение и т.п.).

Основные характеристики транзистора определяются в первую очередь процессами, происходящим в базе. В зависимости от распределения примесей в базе может существовать или отсутствовать электрическое поле. Если при отсутствии тока в базе существует электрическое поле, которое способствует движению неосновных носителей заряда от эмиттера к коллектору, то транзистор называют дрейфовым, если же поле в базе отсутствует, то транзистор называют бездрейфовым. В данной лабораторной работе исследуется бездрейфовый биполярный транзистор р-п-р типа.

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА

Различают три схемы включения транзистора: с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором. Общим называют электрод, относительно которого измеряют и задают напряжения. Ток в цепи общего электрода не определяют. Усилительные свойства транзистора проявляются, если в схеме с общей базой в качестве входной цепи использовать эмиттерную, а в качестве выходной – коллекторную. В схеме с общим эмиттером входной является цепь базы, а выходной – цепь коллектора. Для схемы с общим коллектором (используется сравнительно редко, в основном в так называемых эмиттерных повторителях) входной является цепь базы, а выходной цепь эмиттера.

Основные свойства транзистора определяются соотношением токов и напряжений в различных его цепях и взаимным влиянием друг на друга. Транзистор может работать на постоянном токе, малом переменном сигнале и импульсном сигнале.

В данной лабораторной работе изучается работа транзистора в схеме с ОБЩЕЙ БАЗОЙ (рис.2) на постоянном токе в активном режиме.