Полупроводниковые триоды (биполярные транзисторы)

Полупроводниковый триод (три вывода), биполярный (в электропроводности участвуют два типа носителей: основные и неосновные), транзистор (электрически управляемый резистор) - это электрически управляемые элементы, способные работать как в непрерывном (линейном) режиме управления, так и в ключевом.

Современные биполярные транзисторы способны пропускать токи в сотни ампер, выдерживать напряжение в несколько тысяч вольт, коммутируя мощности в несколько сотен ватт, сохраняя свои управляющие свойства в диапазоне частот управляющих сигналов в несколько тысяч мегагерц. Современные технологии позволяют в 1 см³ полупроводника выполнить несколько тысяч транзисторов, что делает возможным выпускать функционально законченные электронные блоки (однокристальные ЭВМ, многофункциональные усилители) на основе одной конструктивной единицы - микросхемы.

а) б)   Рис. 4.1. Схематическое изображение и условные обозначения: а) п-р-п-; б) р-п-р-транзистора

Биполярный транзистор получается путем технологического соединения двух р-n-переходов с любым чередованием слоев p-n-p-транзистор или n-p-n-транзистор (рис. 4.1).

Биполярный транзистор имеет три вывода: эмиттер (от “эмиссия”), коллектор (“собирать”), база (основание). Управляющим является переход база-эмиттер, а нагрузочная цепь включается или в цепь коллектор-база (схема с общей базой - ОБ), или в цепь коллектор-эмиттер (схема с общим эмиттером - ОЭ) - рис. 4.2.

а) б)   Рис. 4.2. Схемы включения транзистора, как управляющего элемента: а) схема с ОБ; б) схема с ОЭ

Хотя конструкция биполярного транзистора выглядит симметричной, реально площадь перехода коллектор-база делается большей, чем эмиттер-база. В результате, если поменять коллектор и эмиттер местами (инверсное включение биполярного транзистора), то управляющие свойства сохраняются, но значительно ухудшатся.

а) б) с) Рис. 4.3. Режимы работы биполярного транзистора: а) активный; в) отсечки; с) насыщения

Хотя на практике в качестве основной используется схема с ОЭ, для простоты пояснения физики процесса управления обычно рассматривается схема с ОБ. Поскольку биполярный транзистор состоит из двух р-п-переходов, а каждый из них можно включить как в прямом, так и в обратном включении, то (исключая из рассмотрения практически не используемый инверсный режим) транзистор может находиться в одном из трех состояний: активный (линейный) режим - коллекторный переход заперт, эмиттерный - открыт; режим отсечки (разомкнутый ключ) - оба перехода заперты; режим насыщения (замкнутый ключ) - оба перехода открыты (рис. 4.3).

Физика работы р-п-р- и п-р-п-транзистора одинакова, различаются лишь на обратные полярности всех напряжений и направлений токов. Далее будет рассматриваться п-р-п-транзистор как наиболее массовый (из-за технологических особенностей в изготовлении).