Теоретичні відомості

Контакт двох домішкових напівпровідників з провідністю різних типів називають електронно-дірковим переходомабо p-n-переходом. На властивостях таких переходів ґрунтується принцип дії великої кількості напівпровідникових приладів, які широко застосовують в обчислювальній електроніці, електро- і радіотехніці.

Комбінація двох близько розташованих p-n-переходів в одному кристалі напівпровідника називається площинним напівпровідниковим тріодом(англійська назва транзистор, а точніше біполярний транзистор). Транзистор може підсилювати і генерувати електричні сигнали і виконує низку інших функцій.

Розрізняють два види площинних біполярних транзисторів: p-n-p-типу і n-p-n-типу, що відрізняються послідовністю чергування в монокристалі напівпровідникових областей з різним типом провідності.

Розглянемо будову транзистора на прикладі p-n-p-транзистора (рисунок 58.1). База Б – середня частина транзистора – має електропровідність n-типу. Емітер Е і колектор К – області з електропровідністю р-типу, які оточують базу.

Найбільше широко розповсюдженими методами виготовлення транзисторів є вплавлення, дифузія, вирощування з розплаву (із зміною концентрації домішок у розплаві в процесі росту) та епітаксійне нарощування. Метод дифузії дозволяє отримати транзистори з найбільш вузькою базою. Істотною особливістю приладів, виготовлених таким способом, а також вирощування з розплаву, є те, що в них колекторна область слабко легована, тобто в ній концентрація дірок менша, ніж концентрація електронів у базі, тоді як у сплавних транзисторах колектор значно сильніше легований, ніж база. Що стосується емітерної області, то вона завжди сильно легована. Це є істотною умовою ефективності транзистора як підсилювача.

Основними носіями струму в емітері і колекторі є дірки, а в базі – електрони. До р-n-переходу (емітер-база) підведено напругу U в прохідному напрямку. До р-n-перехіду (база-колектор) підведено напругу U₁ (U₁ > U) в запірному напрямку. Це приводить до зменшення потенціального бар’єру на першому переході і збільшення на другому.

Під дією напруги U з емітера в базу через p-n-перехід проходить потік дірок, що створює струм емітера І_е. Дірки, що потрапили в базу, дифундують через неї у всі напрямки і частина з них рекомбінує з основними носіями заряду в базі – електронами, а інші переходять у колектор, створюючи колекторний струм.

Концентрація вільних дірок у емітері значно більша, ніж концентрація вільних електронів у базі. Завдяки цьому струм емітера визначається потоком дірок з емітера в базу. Потік електронів з бази в емітер створює дуже невеликий струм бази І_б. Ширина бази в транзисторі звичайно невелика (кілька десятків мікрон), і більшість дірок (95–98%), що потрапили у базу, доходять до колекторного переходу, тому струм колектора майже дорівнює струму емітера

І_к = (0,95–0,98) І_е. (58.1)

Отже, відбувається явище інжекції дірок з емітера у колектор через базу. За відсутності емітерного струму І_кбуде незначний. Він тоді визначається концентрацією електронів у р-області колектора.

Тепер розглянемо різні схеми включення. На схемі із спільним емітером (рисунок 58.1, а) виділяють вхідне і вихідне коло. На вхід подається змінна напруга. Вхідне коло містить також джерело постійної напруги. У вихідному колі включено резистор , з якого знімають вихідну пульсуючу напругу. Також воно містить джерело постійної напруги, яка більша, ніж у вхідному колі. У цьому випадку транзистор підсилює силу струму і напругу (застосовується найчастіше).

Розглянемо схему із спільною базою – рисунок 58.1, б. використовується у високочастотних підсилювачах. Якщо на емітер подати змінну напругу U_е, то емітерний і колекторний струми будуть також змінюватися. Зміна сили струму емітера І_е зумовить зміну сили струму колектора І_к. Величина

(58.2)

називається коефіцієнтом підсилення струму у схемі зі спільною базою. З (58.1) випливає, що в цій схемі підсилення сили струму отримати неможливо ( 1). Але можна отримати підсилення напруги та потужності. Справді, за зміни напруги на емітері на U_E струм емітера І_езмінюється таким чином

І_е= U_e/R_e-б, (58.3)

де R_e-б– опір р-n-переходу емітер-база. За таких умов змінюється і напруга на колекторному р-n-переході

U_к= І_кR_б-к, (58.4)

де R_б-к– опір p-n-переходу база-колектор.

Оскільки І_к І_е (1), то І_к І_е. Звідси маємо

U_к U_eR_б-к/R_e-б. (58.5)

Тепер можна записати

K_U= U_к/ U_e R_б-к/R_e-б. (58.6)

Через те, що на емітерний перехід подається напруга в прямому напрямку, а на колекторний перехід – у зворотному, маємо R_б-к>> R_e-б, тому K_U>> 1.

K_Uназивають коефіцієнтом підсилення напруги. Аналогічно можна довести, що коефіцієнт підсилення потужності K_P у включенні транзистора за схемою зі спільною базою дорівнює

. (58.7)

Таким чином, транзистор, в даній схемі, може підсилювати як напругу так і потужність. Збільшення потужності відбувається за рахунок джерела струму в колі колектора.

Коли транзистор ввімкнений за схемою зі спільним емітером (рисунок 58.1, а), на емітерний перехід подається пряма напруга, а на колекторний – зворотна. Тому головний спад напруги припадає на колекторний перехід. Струм у колекторі, як і в схемі зі спільною базою, визначається кількістю дірок, які переходять з емітера через базу в колектор. Але потік дірок з емітера регулюється напругою джерела, яка змінює потенціал поля емітер-база. Більша частина дірок, які перейшли в базу з емітера, переходить в колектор і тільки незначна частина переходить в електричне коло бази, створюючи невеликий струм бази І_б ( І_б << І_к).

У розглянутому випадку коефіцієнт підсилення струму

. (58.8)

Коефіцієнт підсилення напруги

K_U= U_к/ U_e= R_б-к/R_e-б>>1, (58.9)

а коефіцієнт підсилення потужності

. (58.10)

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
У вікні програми “Crocodile Physics“ скласти електричну схему, як показано на рисунку 56.2.	\|	Послідовність виконання

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.014 сек.