Краткие теоретические сведения

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Цель работы:

1. Изучение статических вольт-амперных характеристик полупроводникового биполярного транзистора;

2. Приобретение навыков экспериментального измерения статических вольт-амперных характеристик маломощных полупроводниковых приборов.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Основная схема структуры биполярного транзистора представлена на рис. 1.

n p n Э К Б

Рис. 1. Простейшая схема устройства транзистора

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p-n- перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Условное обозначение биполярного транзистора приведено на рис. 2.

Рис. 2. Условное обозначение биполярного транзистора

Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n- и p-n-p -транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевых, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»).

Биполярные транзисторы используются для усиления и коммутации сигналов и обычно работают в активном режиме, т.е. когда переход база-эмиттер открыт, а база-коллектор закрыт. При этом ток коллектора будет протекать через оба перехода, а ток базы только через переход база-эмиттер. Таким образом, ток эмиттера будет равен сумме токов базы и коллектора (I_э=I_б + I_к).

Для понимания принципа работы, рассмотрим n-p-n- транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая p-n-p -транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку.

В n-p-n- транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они — неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (I_э=I_б + I_к).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (I_к = α I_э) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α=0.9–0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен

β = α / (1−α) =(10÷1000).

Также коэффициент β может быть выражен как отношение приращения тока коллектора к приращению тока базы:

Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.

Дата добавления: 2017-02-01