Устройството и работата на биполярния транзистор

Транзисторът е активно полупроводниково устройство, с помощта на което се извършва усилване, преобразуване и генериране на електрически трептения. Такова приложение на транзистора може да се наблюдава в аналогова технология. Различно от това транзистори Те се използват и в дигиталните технологии, където се използват в ключов режим. Но в дигиталното оборудване почти всички транзистори са „скрити“ вътре в интегралните схеми и в огромни количества и в микроскопични размери.

Тук няма да се спираме твърде много на електроните, дупките и атомите, които вече бяха описани в предишните части на статията, но част от това, ако е необходимо, все пак ще трябва да се помни.

Полупроводниковият диод се състои от едно p-n съединение, чиито свойства са описани в предишната част на статията, Следователно транзисторът, както знаете, се състои от два прехода полупроводников диод може да се разглежда като предшественик на транзистора, или неговата половина.

Ако p-n кръстовището е в покой, тогава дупките и електроните се разпределят, както е показано на фигура 1, образувайки потенциална бариера. Ще се опитаме да не забравяме конвенциите на електрони, дупки и йони, показани на тази фигура.

Фигура 1

Как е биполярен транзистор

приспособление биполярен транзистор проста на пръв поглед. За да направите това, достатъчно е да създадете две pn кръстовища върху една полупроводникова плоча, наречена основа. Описани са някои методи за създаване на pn кръстовище. в предишни части на статиятаследователно тук няма да повтаряме.

Ако основната проводимост е от тип p, тогава полученият транзистор ще има структурата n-p-n (произнася се "en-pe-en"). И когато като основа се използва плоча от n тип, тогава получаваме транзистор от p-n-p структурата (pe-en-pe).

Веднага след като стигна до основата, трябва да обърнете внимание на това нещо: полупроводниковата вафла, използвана като основа, е много тънка, много по-тънка от емитера и колектора. Това твърдение трябва да се помни, защото то ще е необходимо в процеса на обяснение на работата на транзистора.

Естествено, за да се свържете с „външния свят“ от всеки регион p и n идва проводник. Всеки от тях има името на района, към който е свързан: емитер, основа, колектор. Такъв транзистор се нарича биполярен транзистор, тъй като използва два вида носители на заряд - дупки и електрони. Схематичната структура на транзисторите от двата типа е показана на фигура 2.

Фигура 2

Понастоящем силициевите транзистори се използват в по-голяма степен. Германиевите транзистори са почти напълно остарели, заместени от силиций, така че по-нататъшната история ще бъде за тях, въпреки че понякога ще се споменава германий. Повечето силициеви транзистори имат n-p-n структура, тъй като тази структура е по-технологично напреднала в производството.

Допълнителни двойки транзистори

За германиевите транзистори очевидно p-n-p структурата е била по-технологично напреднала, следователно германиевите транзистори в по-голямата си част са имали именно тази структура. Въпреки че, като част от комплементарни двойки (транзистори, близки по параметри, които се различават само по типа проводимост), се произвеждат и германиеви транзистори с различна проводимост, например GT402 (p-n-p) и GT404 (n-p-n).

Такава двойка се използва като изходни транзистори в ULF на различни радиооборудвания. И ако несъвременните германиеви транзистори са влезли в историята, тогава все още се произвеждат допълнителни двойки силициеви транзистори, вариращи от транзистори в SMD пакети и до мощни транзистори за изходните етапи на ULF.

Между другото, звуковите усилватели на германиевите транзистори бяха възприемани от любителите на музиката почти като тръбните. Е, може би малко по-лошо, но много по-добро от силиконовите транзисторни усилватели. Това е само за справка.

Как работи транзисторът

За да разберем как работи транзисторът, отново ще трябва да се върнем в света на електроните, дупките, донорите и акцепторите. Вярно, сега ще е някак по-просто и дори по-интересно, отколкото в предишните части на статията. Такава забележка трябваше да бъде направена, за да не уплаши читателя, за да може да прочете всичко това докрай.

Фигура 3 по-горе показва условното графично обозначение на транзисторите на електрически вериги, а под p-n съединенията на транзисторите са представени под формата на полупроводникови диоди, които също са включени в обратна посока. Това представяне е много удобно при проверка на транзистора с мултицет.

Фигура 3

И фигура 4 показва вътрешната структура на транзистора.

На тази фигура трябва да се задържате малко, за да я разгледате по-подробно.

Фигура 4

Така ще минава ли текущият или не?

Тук е показано как източникът на енергия е свързан към транзистора на n-p-n структурата и именно в такава полярност е свързан с реални транзистори в реални устройства. Но, ако погледнете по-отблизо, се оказва, че токът няма да премине през две p-n кръстовища, през две потенциални бариери: колкото и да промените полярността на напрежението, едно от кръстовищата задължително ще бъде в заключено, непроводимо състояние. Затова засега оставяме всичко, както е показано на фигурата, и вижте какво се случва там.

Неконтролиран ток

Когато включите източника на ток, както е показано на фигурата, преходът емитер-база (n-p) е в отворено състояние и лесно ще премине електрони в посока отляво надясно. След което електроните ще се сблъскат със затворен основен излъчвател (p-n), който ще спре това движение, пътят за електроните ще бъде затворен.

Но, както винаги и навсякъде, има изключения от всички правила: някои много пъргави електрони ще могат да преодолеят тази бариера под влияние на температурата. Следователно, макар и незначителен ток с такова включване, все пак ще бъде. Този малък ток се нарича начален ток или ток на насищане. Фамилното име се дължи на факта, че всички свободни електрони, които са способни да преодолеят потенциалната бариера при дадена температура, участват във формирането на този ток.

Първоначалният ток е неконтролируем, той е достъпен за всеки транзистор, но в същото време е малко зависим от външното напрежение. Ако това, напрежението, се увеличи значително (в разумния диапазон, посочен в директории), първоначалният ток няма да се промени много. Но топлинният ефект върху този ток е много забележим.

По-нататъшното повишаване на температурата води до увеличаване на първоначалния ток, което от своя страна може да доведе до допълнително нагряване на pn съединението. Такава термична нестабилност може да доведе до термично разпадане, разрушаване на транзистора. Следователно трябва да се вземат мерки за охлаждане на транзисторите и да не се прилагат силни напрежения при повишени температури.

Сега запомнете основата

Включването на описания по-горе транзистор на висяща основа не се прилага навсякъде в практическите схеми. Следователно, фигура 5 показва правилното включване на транзистора. За да направите това, беше необходимо да приложите малко напрежение към основата спрямо излъчвателя и в посока напред (припомнете диода и отново погледнете фигура 3).

Фигура 5

Ако в случая с диода всичко изглежда ясно, - токът се отвори и премина през него, тогава в транзистора се появяват други събития. Под действието на емитерния ток електроните се втурват към основата с проводимост p от емитера с проводимост n. В този случай част от електроните ще запълнят дупки, разположени в основната област, и незначителен ток протича през основния терминал - основен ток Ib. Тук трябва да се помни, че основата е тънка и има малко дупки в нея.

Останалите електрони, които не разполагат с достатъчно дупки в тънката основа, се втурват в колектора и ще бъдат извлечени от там от по-високия потенциал на колекторната батерия Ek-e. Под това влияние електроните преодоляват втората потенциална бариера и се връщат към емитера чрез акумулатора.

По този начин, малко напрежение, приложено към кръстовището между основата и излъчвателя, спомага за отваряне на кръстовището на връзката база - колектор, което е отклонено в обратна посока. Всъщност това е транзисторният ефект.

Остава само да разгледаме как това "малко напрежение", приложено към основата, влияе върху тока на колектора, какви са техните стойности и съотношения. Но за тази история в следващата част на статията за транзисторите.

Продължение на статията: Характеристики на биполярни транзистори

Борис Аладишкин