Режимы работы биполярных транзисторов

Биполярный транзистор - электронный полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Транзистор называется биполярный, поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки. Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.

Каждый из p–n-переходов транзистора может быть смещён либо в прямом, либо в обратном направлениях. В зависимости от этого различают четыре режима работы транзистора:

1)Для усиления сигналов применяется активный (усиления) режим. Т. к. эмиттерный переход смещён в прямом направлении, происходит инжекция носителей из эмиттера в базу. Поскольку область эмиттера легирована сильнее, чем область базы, поток электронов преобладает над потоком дырок. Из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, достигают коллектора. Только малая доля электронов рекомбинирует в базе с дырками. Коллекторный переход смещён в обратном направлении, поэтому электроны, достигшие коллекторного перехода, втягиваются полем перехода в коллектор. Происходит экстракция (прохождение) электронов в коллектор.

Т.о., работа биполярного транзистора в активном режиме основана на сочетании процессов инжекции носителей через один переход и собирания их на другом переходе.

Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. В этом случае через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (I_ЭБО) И коллектора (I_КБО). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).

Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками U_ЭБ иU_КБ. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, т. е. через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (I_Э.нас) и коллектора (I_К.нас).

Инверсный режим симметричен активному. В этом режиме эмиттерный переход закрыт, а коллекторный открыт. Для этого напряжение коллектора подается «-» к n-слою, а «+» к p-слою, а напряжение эмиттера подается «+» к n-слою, а «-» к p-слою. Направления токов эмиттера и коллектора определяется по правилу «от плюса к минусу». Ток базы направлен в p-слой, навстречу движению электронов. Электроны как основные носители проходят через открытый коллекторный переход в базу. Там они становятся неосновными носителями, поэтому проходят далее в эмиттер через закрытый переход. Часть электронов в базе рекомбинирует с дырками, создавая ток базы.

Инверсный режим используется редко, так он аналогичен активному режиму. Однако из-за несимметричности структуры биполярного транзистора его характеристики хуже, чем в активном режиме.