Біполярні транзистори

Структури, режими та схеми вмикання біполярних транзисторів

Подальше дослідження р-n-переходів, удосконалення технології фор-мування їхніх структур привели до створення принципово нових напів-провідникових приладів, електрична провідність яких може змінюватися майже без інерційно від одиниць омів до мегаомів. Такі прилади є актив-ними компонентами радіоелектроніки. Вони спроможні керувати пото-ком електричної енергії, яка надходить від зовнішнього джерела живлен-ня в навантаження.

Провідність p-n-переходу у разі зворотного вмикання можна змінюва-ти в широких межах підвищенням температури опроміненням, а також за допомогою додаткового джерела неосновних носіїв, що інжектують у базу. Останній спосіб використовують для створення біполярних транзи-сторів. Такі транзистори посідають значне місце серед електроперетворювальних напівпровідникових приладів, тобто приладів, які використо-вуються для перетворення електричних величин. Вони являють собою активні напівпровідникові прилади (спроможні підсилювати потужність) і мають три або чотири виводи.

Найпоширенішими транзисторами з двома p-n-переходами є БТ. Біпо-лярний транзистор - це напівпровідниковий прилад з двома взаємодію-чими переходами та трьома або більше виводами, підсилювальні власти-вості якого обумовлені явищами інжекції та екстракції неосновних носіїв заряду. Робота БТ визначається рухом носіїв обох полярностей. Звідси і назва «біполярний» (двополярний).

У таких транзисторах інжекцією, що забезпечується вхідним колом, змінюється опір вихідного кола. Це дозволяє регулювати потужність, яка поступає від зовнішнього джерела живлення в навантаження, тобто під-силювати потужність, реалізувати принцип реле. Біполярний транзистор є активним приладом і використовується для підсилення, генерування та інших перетворень електричних сигналів.

Структури БТ являють собою пластину германію чи кремнію, або іншого напівпровідника, в якому створено три ділянки з різною електропровідністю. Залежно від чергування ділянок різних типів розрізняють транзистори типів п-р-п і р-п-р.

Одну з крайніх ділянок транзисторної структури легують сильніше. Це - емітер транзистора. Емітерна ділянка БТ як і в діодах має високу питому електричну провідність. її призначенням є інжекція носіїв заряду в базову ділянку. Другу крайню ділянку називають колектором. Ця ділян-ка вирізняється низькою питомою електропровідністю. її призначенням є екстрагування носіїв заряду з базової області. Спільну для емітерного та колекторного переходів ділянку напівпровідникового приладу Називають базою. У цю ділянку БТ інжектуються неосновні для неї носії заряду. Концентрація домішок у базі завжди набагато менша, ніж у колекторі та емітері. Найважливішою умовою роботи БТ є дуже мала ширина базової ділянки (не більше одиниць мікрометрів). У транзисторах вона значно менша від дифузійної довжини носіїв, завдяки чому основна частина не-основних носіїв, інжектованих емітером, не рекомбінує в базі і досягає колектора.

Основні типи біполярних транзисторів

Біполярні транзистори класифікують за використаним матеріалом, технологією виготовлення, особливостями роботи, призначенням, потуж-ністю, діапазоном робочих частот та іншими показниками.

Для виготовлення БТ використовують кремній, германій та сполуки галію. У позначенні транзисторів це фіксується літерами К, Г, А або від-повідно цифрами 1, 2, 3. Більшість транзисторів виготовляють із крем-нію. Широковикористовувані раніше германієві транзистори витісняють-ся кремнієвими, які мають кращі параметри: більші максимально допус-тиму робочу температуру, потужність, коефіцієнт передачі струму і гра-ничну частоту.

Для виготовлення БТ все більше використовують нові матеріали. Із фосфіду індію створено БТ, що забезпечує підсилення електричних сиг-налів до частоти 70 ГГц. Фосфід індію дорогий і важко обробляється, але він дозволяє створювати надшвидкодіючі транзистори.

Найчастіше в технічній літературі та довідниках транзистори класи-фікують за допустимою потужністю розсіювання та граничною часто-тою. У позначенні БТ транзисторів це відображають класифікаційним номером (одна цифра), який розташовують безпосередньо після літери Т (біполярний транзистор) або П (польовий транзистор). Класифікаційний номер розподіляє транзистори за потужністю і граничною частотою та-ким чином:

Ці цифри несуть значну інформацію, їх необхідно запам'ятати, щоб, не звертаючись до довідників, оперативно аналізувати електронні схеми, оцінювати можливість використання того чи іншого типу транзисторів. Наприклад, КТ201В є кремнієвим БТ широкого вжитку малої потужності середньої частоти; номер розробки - 01, різновид - В.

Інколи транзистори з потужністю розсіювання 1...10Вт називають транзисторами великої потужності. Відповідно до іншої діючої класифі-кації потужні транзистори зі струмом 10 А і більше називають силовими.

За призначенням транзистори поділяють на такі групи: універсальні, підсилювальні, генераторні, перемикальні, імпульсні та ін.

За особливостями руху носіїв, інжектованих з емітера в базу БТ, такі транзистори поділяють на два види: бездрейфові, в яких неосновні носії заряду переміщуються через базу головним чином внаслідок дифузії, і дрейфові, в яких таке переміщення здійснюється завдяки дрейфу, тобто під дією прискорювального електричного поля.

Бездрейфові транзистори мають в усій базовій ділянці одну і ту ж кон-центрацію домішок, а тому в базі електричне поле не виникає. Носії здій-снюють дифузійний рух від емітера до колектора. Швидкість такого руху менша від швидкості дрейфу носіїв у прискорювальному полі. А відтак бездрейфові транзистори використовують у радіоелектронних пристроях в обмеженішому частотному діапазоні, ніж дрейфові (у приладах з мен-шою швидкодією).

У дрейфових БТ електричне поле в базі створюється внаслідок неод-накової концентрації домішок у базовій ділянці. У рівноважному стані дія різниці концентрації врівноважується різницею потенціалів. У базі фор-мується електричне поле, яке прискорює рух неосновних носіїв, інжекто-ваних з емітера.

Для виготовлення дрейфових БТ використовують дифузійні методи фор-мування р-п-переходів. Такі транзистори називають дифузійними. Слід звернути увагу,