Биполярные транзисторы. Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами и тремя выводами

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами и тремя выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Биполярные транзисторы работают на основе использования носителей заряда обоих знаков – электронов и дырок, вследствие чего и получили такое название. Их рабочая часть представляет собой монокристаллическую пластину полупроводника, в которой, путем соответствующего распределения примесей, созданы два близкорасположенных p-n-перехода. Область между обоими переходами принято называть базой транзистора, а оконечные области – эмиттером и коллектором. Эмиттер осуществляет инжекцию (введение) неосновных носителей зарядов в базу, а коллектор - экстракцию (сбор) носителей.

Такую систему из двух переходов можно осуществить двумя способами: создавая у эмиттера и коллектора дырочную (или электронную) проводимость, а у базы электронную (или дырочную) проводимость. В результате получим структуру типа (или ), см. рис. 1.

Рис. 1. Электронно-дырочные переходы транзистора и его условное графическое обозначение а) типа, б) типа

Принцип действия транзисторов обеих типов одинаков, различие заключается лишь в том, что в транзисторе типа через базу к коллектору движутся электроны, инжектированные эмиттером, а в транзисторе типа – дырки. Для этого к электродам транзистора подключают источники тока противоположной полярности.

Основными режимами работы биполярного транзистора являются: активный режим; режим насыщения; инверсный режим и режим отсечки. В активном режиме (используется наиболее часто при реализации усилительных свойств транзистора) переход «база – эмиттер» смещен в прямом, а переход «коллектор – эмиттер» – в обратном направлении. В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении и инжектируют неосновные носители заряда в базовую область транзистора. В инверсном режиме в прямом направлении включен переход «коллектор – эмиттер», а переход «база – эмиттер» – в обратном. В режиме отсечки оба перехода закрыты.

Для того, чтобы конструкция работала, как транзистор необходимо, чтобы почти все инжектированные эмиттером дырки доходили до коллекторного перехода, т.е. ширина базы должна быть значительно меньше диффузионной длинны дырок (для транзисторов типа , где - диффузионная длина электронов).

Одной из особенностей конструкции транзистора является то, что сопротивление эмиттерной области выбирается во много раз меньшим, чем базовой, т.е. концентрация основных носителей заряда в эмиттере много больше концентрации основных носителей заряда в базе. В этом случае практически весь эмиттерный ток состоит из носителей, инжектируемых из эмиттера в базу. Очень малую долю его составляет инжекция носителей из базы в эмиттер. Инжектированные из эмиттера в базу носители являются неосновными носителями заряда в базе. Закрытый коллекторный переход не препятствует движению через него неосновных носителей. Поскольку коллекторный переход включен в обратном направлении, концентрация неосновных носителей заряда в его области будет пониженной, а в базе будет иметь место их градиент. Инжектированные из эмиттера носители заряда дрейфуют в базе от эмиттера к коллектору. Если транзистор условно представить в виде узла электрической цепи, то, в соответствии с первым законом Кирхгофа (для токов), можно записать:

. (1)

Если бы в базе не было рекомбинации, то все инжектированные носители доходили бы до коллектора и коллекторный ток (I_К) был бы равен эмиттерному (I_Э). Однако в базе имеет место рекомбинация основных и неосновных носителей заряда, что обусловливает наличие тока базы (I_Б).