Транзистори

Транзистор (від англ.: transfеr - переносити і резистор), напівпровідниковий прилад для посилення, генерування і перетворення електричних коливань, виконаний на основі монокристалічного напівпровідника (переважно Si або Ge), що містить не менше трьох областей з різною, - електронною (n) і дірковою (p) - провідністю.

Електронна промисловість випускає широкий асортимент транзисторів, застосування яких дозволяє створити економічну по живленню, малогабаритну і надійну апаратуру.

Класифікація транзисторів представлена на рис. 2.23.

2.6.1. Біполярні транзистори

Основним елементом транзистора є кристал германію або кремнію, в якому створені три області різної провідності. Дві крайні області завжди мають провідність одного типу, протилежного провідності середньої області. Такі прилади називаються транзисторами типу npn або pnp (див. правий рис. 2.24). Середня область транзистора називається базою, одна крайня область – колектором, інша – емітером. Область бази в транзисторі є дуже тонкою – близько декількох мкм. Крім того, концентрація атомів домішки в базі незначна – в багато разів менша, ніж в емітері.

Отже, такий транзистор має два p-n переходи, які називаються колекторним та емітерним.

2.6.1.1. Принцип дії біполярного транзистора

З нього видно, що по суті транзистор є з’єднанням двох напівпровідникових діодів, з підключенням до них двох джерел напруги: між емітером і базою – в прямому (пропускному) напрямку; між базою і колектором – в зворотному.

Внаслідок такого підключення джерел живлення ширина p-n переходу між базою і емітером буде малою а між колектором і базою - великою і, відповідно, опір переходу „база-емітер” буде набагато меншим опору переходу „колектор-база” (від 100 до 10000 разів). Для отримання струму в емітерному переході достатньо напруги в декілька десятих вольта.

Вольт-амперна характеристика емітерного переходу є характеристикою напівпровідникового діода при прямому струмі, вольт-амперна характеристика колекторного переходу подібна характеристиці діода при зворотному струмі (див. рис. 2.16).

В емітері електрони є основними носіями заряду і при такому включенні джерела вони легко інжектуються в базу. База насичується електронами, оскільки концентрація в ній основних носіїв (дірок) невелика, оскільки, як вже говорилось вище, концентрація атомів домішки в ній незначна. Між колектором і базою підключена зворотна напруга, а це означає, що основні носії бази (дірки) не можуть проходити в колектор. Електрони ж бази є неосновними носіями і вони легко дифундують в колектор. Ширина бази вибирається з того розрахунку, щоб при її проходженні електрони не змогли рекомбінувати з дірками бази в суттєвій кількості.

2.6.2. Польові транзистори

Польові транзистори – це транзистори, в яких носіями струму є або електрони або дірки, тобто носії одного знаку. Тому такі транзистори називаються уніполярними.

В основу роботи польового транзистора покладена залежність опору деякого струмопровідного шару – каналу від прикладеної напруги, тобто від величини електричного поля, з чим і пов’язаний термін „польовий транзистор”. Польові транзистори поділяються на польові транзистори з управляючим p-n переходом і польові транзистори з ізольованим затвором.

2.6.2.1. Принцип дії польового транзистора з управляючим p-n переходом

Основою приладу є кристал домішкового напівпровідника, наприклад n – типу, з двома омічними контактами, які називаються витік і стік. Між витоком і стоком розміщений p-n перехід, у якого зі сторони р – області знаходиться омічний контакт – затвор. При прикладенні до p-n переходу, тобто, наприклад, між контактами затвор і витік зворотної напруги, збіднена область p-n переходу розширюється, в результаті чого переріз каналу зменшується.

Носії заряду (електрони) протікають по каналу між витоком і стоком, створюючи таким чином електричний струм і_с. Подаючи зворотну напругу на вхід затвор - витік ми можемо регулювати ширину p-n переходу і регулювати ширину каналу, по якому протікає електричний струм, а отже і сам електричний струм через транзистор. Польові транзистори мають низку суттєвих переваг над біполярними, важливих для використання в обчислювальній техніці:

1. Вхідний опір польових транзисторів набагато більший від опору біполярних, що важливо для електричних схем, де потрібне економне споживання потужності для управління приладом (наприклад, у комп’ютерів). Крім того, великий вхідний опір транзистора спрощує узгодження послідовних каскадів електричних схем.

2. В каналі польового транзистора рух носіїв заряду відбувається під дією електричного поля на відміну від дифузійного руху носіїв в біполярному транзисторі. Цей факт суттєво підвищує швидкодію приладів, побудованих на основі польових транзисторів.

2.6.2.2. Принцип дії польового транзистора з ізольованим затвором

Окрім польових транзисторів з управляючим затвором існують так звані транзистори з ізольованим затвором. Такі транзистори часто називають МДН–транзистори (метал-діелектрик-напівпровідник) або МОН-транзистори (метал-оксид-напівпровідник). На рис. 2.27 і рис. 2.28 показані позначення на схемах такого транзистора і його будова.

Основою транзистора є кремнієва пластинка з електропровідністю p -типу. У ній створено дві області з електропровідністю n+ -типу (з підвищеною провідністю). Ці області є витоком і стоком і від них зроблені виводи. Між стоком і витоком розміщується приповерхневий канал з електропровідністю n -типу. Заштрихована область - діелектричний шар з діоксиду кремнію (його товщина зазвичай складає 0,1 - 0,2 мкм). Над діелектричним шаром розташований затвор у вигляді тонкої металевої плівки. База такого транзистора зазвичай сполучена з витоком і ії потенціал береться за нульовий. Інколи до бази під’єднаний окремий контакт. Розглянутий транзистор називають транзистором з власним (вбудованим) каналом.

Принцип його дії наступний. Якщо на затвор прикладена нульова напруга, то, при нульовій напрузі між стоком і витоком, через канал потече струм (потік електронів). Через базу струм не піде, оскільки один з p-n -переходів знаходиться під зворотною напругою. При подачі на затвор напруги негативної полярності відносно витоку (отже і бази) в каналі утворюється поперечне електричне поле, яке виштовхує електрони з каналу в області витоку, стоку і бази. Канал збіднюється електронами, його опір збільшується, струм зменшується. Чим більша напруга на затворі, тим меншим буде струм. Такий режим називається режимом збіднення. Якщо подати позитивну напругу на затвор, то під дією поля з областей стоку, витоку і кристалу в канал приходитимуть електрони. Опір каналу буде падати, струм збільшуватися. Такий режим називається режимом збагачення. Якщо база n- типу, то канал має бути p- типу і полярність напруги змінюється на протилежну.

Дата добавления: 2015-05-24