Средний слой биполярного транзистора называется: Биполярные транзисторы.Виды и характеристики.Работа и устройство

Биполярные транзисторы.Виды и характеристики.Работа и устройство

Биполярные транзисторы это полупроводниковые приборы с тремя электродами, подключенными к трем последовательно находящимся слоям, с различной проводимости. В отличие от других транзисторов, которые переносят один тип заряда, он способен переносить сразу два типа.

Схемы подключения, использующие биполярные транзисторы, зависят от производимой работы и типа проводимости. Проводимость может быть электронной, дырочной.

Разновидности биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы разделяют по различным признакам на виды по:

• Материалу изготовления: кремний или арсенид галлия.
• Величине частоты: до 3 МГц – низкая, до 30 МГц – средняя, до 300 МГц – высокая, более 300 МГц – сверхвысокая.
• Наибольшей рассеиваемой мощности: 0-0,3 Вт, 0,3-3 Вт, свыше 3 Вт.
• Типу прибора: 3 слоя полупроводника с последовательной очередностью типа проводимости.

Устройство и работа

Слои транзистора, как внутренний, так и наружный, объединены с встроенными электродами, которые имеют свои названия в виде базы, эмиттера и коллектора.

Особых отличий по видам проводимости у коллектора и эмиттера не наблюдается, однако процент включения примесей у коллектора намного меньше, что позволяет повысить допустимое напряжение на выходе.

Средний слой полупроводника (база) имеет большую величину сопротивления, так как выполнена из слаболегированного материала. Она контактирует с коллектором на значительной площади. Это позволяет повысить теплоотвод, который необходим вследствие выделения тепла от смещения перехода в другую сторону. Хороший контакт базы с коллектором дает возможность легко проходить электронам, которые являются неосновными носителями.

Слои перехода выполнены по одному принципу. Однако биполярные транзисторы считаются несимметричными приборами. При чередовании крайних слоев местами с одной проводимостью нельзя образовать подобные параметры полупроводника.

Схемы подключения транзисторов выполнены таким образом, что могут обеспечить ему как закрытое, так и открытое состояние. При активной работе, когда полупроводник открыт, смещение эмиттера выполнено в прямом направлении. Для полного понимания этой конструкции, нужно подключить напряжение питания по изображенной схеме.

При этом граница на 2-м переходе коллектора закрыта, ток через нее не идет. Практически возникает обратное явление ввиду рядом расположенных переходов, их влияния друг на друга. Так как к эмиттеру подсоединен минусовой полюс батареи, то переход открытого вида дает возможность электронам проходить на базу, в которой осуществляется их рекомбинация с дырками, являющимися главными носителями. Появляется ток базы I_б. Чем выше базовый ток, тем больше выходной ток. В этом заключается принцип действия усилителей.

По базе протекает только диффузионное движение электронов, так как нет работы электрического поля. Из-за малой толщины этого слоя и значительном градиенте частиц, практически все они поступают на коллектор, хотя база имеет большое сопротивление. На переходе имеется электрическое поле, которое способствует переносу и втягивает их. Токи эмиттера и коллектора одинаковые, если не считать малой потери заряда от перераспределения на базе: I _э = I _б + I _к.

Характеристики

• Коэффициент усиления тока β = I_к / I_б.
• Коэффициент усиления напряжения U_эк / U_бэ.
• Сопротивление на входе.
• Характеристика частоты – возможность работы транзистора до определенной частоты, при выходе за границы которой процессы перехода опаздывают за изменением сигнала.

Режимы работ и схемы

Вид схемы влияет на режим действия биполярного транзистора. Сигнал может сниматься и отдаваться в двух местах для разных случаев, а электродов имеется три штуки. Следовательно, что один произвольный электрод должен быть сразу выходом и входом. По такому принципу подключаются все биполярные транзисторы, и имеют три вида схем, которые мы рассмотрим ниже.

Схема с общим коллектором

Сигнал проходит на сопротивление R_L, которое также включено в цепь коллектора.

Такая схема подключения дает возможность создать всего лишь усилитель по току. Достоинством такого эмиттерного повторителя можно назвать образование значительного сопротивления на входе. Это дает возможность для согласования каскадов усиления.

Схема с общей базой

Сигнал входа проходит через С₁, далее снимается в цепи выхода коллектора, где базовый электрод общий. В итоге образуется усиление напряжения по подобию с общим эмиттером.

В схеме можно найти недостаток в виде малого входного сопротивления. Схема с общей базой используется чаще всего в качестве генератора колебаний.

Схема с общим эмиттером

Чаще всего при использовании биполярных транзисторов выполняют схему с общим эмиттером. Напряжение проходит по сопротивлению нагрузки R_L, к эмиттеру питание подключается отрицательным полюсом.

Сигнал переменного значения приходит на базу и эмиттер. В цепи коллектора он становится по значению больше. Главными элементами схемы являются резистор, транзистор и выходная цепь усилителя с источником питания. Дополнительными элементами стали: емкость С₁, которая не дает пройти току на вход, сопротивление R₁, благодаря которому открывается транзистор.

В цепи коллектора напряжение транзистора и сопротивления равны значению ЭДС: E= Ik Rk+Vke.

Отсюда следует, что малым сигналом Ec определяется правило изменения разности потенциалов в переменное выходное транзисторного преобразователя. Такая схема дает возможность увеличению тока входа во много раз, так же, как напряжению и мощности.

Из недостатков такой схемы можно назвать малое сопротивление на входе (до 1 кОм). Как следствие, возникают проблемы в образовании каскадов. Сопротивление выхода равно от 2 до 20 кОм.

Рассмотренные схемы показывают действие биполярного транзистора. На его работу влияет частота сигнала и перегрев. Для решения этого вопроса применяют дополнительные отдельные меры. Эмиттерное заземление образует на выходе искажения. Для создания надежности схемы, выполняют подключение фильтров, обратных связей и т.д. После таких мер, схема работает лучше, но уменьшается усиление.

Биполярные транзисторы в различных режимах

Транзистор взаимодействует с сигналами разных видов во входной цепи. В основном транзистор применяется в усилителях. Входной переменный сигнал изменяет ток на выходе. В этом случае используются схемы с общим эмиттером или коллектором. В цепи выхода для сигнала необходима нагрузка.

Чаще всего для этого применяют сопротивление, установленное в цепи выхода коллектора. При его правильном выборе, значение напряжения на выходе будет намного больше, чем на входе.

Во время преобразования сигнала импульсов режим сохраняется таким же, как для синусоидальных сигналов. Качество изменения гармоник определяется характеристиками частоты полупроводников.

Отсечка

Этот режим образуется при снижении напряжения V_БЭ до 0,7 вольта. В таком случае переход эмиттера закрывается, и ток на коллекторе отсутствует, так как в базе отсутствуют электроны, и транзистор остается закрытым.

Активный режим

При подаче напряжения, достаточного для открытия транзистора, на базу, возникает малый ток входа и большой выходной ток. Это зависит от размера коэффициента усиления. В этом случае транзистор работает усилителем.

Режим насыщения

Эта работа имеет свои отличия от активного режима. Полупроводник открывается до конца, коллекторный ток достигает наибольшего значения. Его повышения можно добиться только путем изменения нагрузки, либо ЭДС выходной схемы. При корректировке тока базы ток коллектора не изменяется. Режим насыщения имеет особенности в том, что транзистор открыт полностью и работает переключателем. Если объединить режимы насыщения и отсечки биполярных транзисторов, то можно создать ключи.

Свойства характеристик выхода влияют на режимы. Это изображено на графике.

При отложении на осях координат отрезков, соответствующих наибольшему току коллектора и размеру напряжения, и далее, объединения концов друг с другом, образуется красная линия нагрузки. По графику видно: точка тока и напряжения сместится по линии нагрузки вверх при повышении базового тока.

Участок между заштрихованной характеристикой выхода и осью Vke является работа отсечки. В этом случае транзистор закрыт, а обратная величина тока мала. Характеристика в точке А вверху пересекается с нагрузкой, после которой при последующем повышении I_В ток коллектора уже не меняется. На графике участком насыщения является закрашенная часть между осью Ik и наиболее крутым графиком.

Режим переключения

Транзисторные ключи служат для бесконтактных переключений в электрических цепях. Эта работа заключается в прерывистой регулировке величины сопротивления полупроводника. Биполярные транзисторы наиболее применимы в устройствах переключения.

Полупроводники применяются в схемах изменения сигналов. Их универсальная работа и широкая классификация дает возможность использовать транзисторы в различных цепях, которые определяют их возможности работы. Основными применяемыми схемами являются усиливающие, а также переключающие цепи.

Похожие темы:

Транзистор — Transistor — qaz.wiki

Твердотельный переключатель с электрическим управлением, также используемый в качестве усилителя

Разборные дискретные транзисторы. Пакеты по порядку сверху вниз: ТО-3 , ТО-126 , ТО-92 , СОТ-23 .

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор , используемый для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии . Он состоит из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами для подключения к внешней цепи. Напряжения или ток применяется к одной паре клемм управления транзистором тока через другую пару клемм. Поскольку управляемая (выходная) мощность может быть выше управляющей (входной) мощности, транзистор может усиливать сигнал. Сегодня некоторые транзисторы упакованы индивидуально, но гораздо больше встроено в интегральные схемы. .

Австро-венгерский физик Юлиус Эдгар Лилиенфельд предложил концепцию полевого транзистора в 1926 году, но в то время было невозможно построить работающее устройство. Первым рабочим устройством, которое было создано, был точечный транзистор, изобретенный в 1947 году американскими физиками Джоном Бардином и Уолтером Браттейном, когда они работали под руководством Уильяма Шокли в Bell Labs . Эти трое разделили Нобелевскую премию по физике 1956 года за свои достижения. Наиболее широко используемый транзистор является МОП — транзистор (металл-оксид-полупроводник полевой транзистор), также известный как МОП — транзистора, который был изобретен Mohamed Atalla с Давон Канг в Bell Labs в 1959 году полевого МОП — транзистора был первым по- настоящему компактный транзистор которые могут быть уменьшены в размерах и произведены серийно для широкого круга применений.

Транзисторы произвели революцию в области электроники и , среди прочего , проложили путь для меньших и более дешевых радиоприемников , калькуляторов и компьютеров . Первый транзистор и полевой МОП-транзистор входят в список основных этапов развития электроники IEEE . МОП-транзистор является основным строительным блоком современных электронных устройств и широко используется в современных электронных системах. По оценкам, в период с 1960 по 2018 год было изготовлено 13 секстиллионов полевых МОП-транзисторов (не менее 99,9% всех транзисторов), что сделало полевые МОП-транзисторы наиболее широко производимым устройством в истории.  

Большинство транзисторов изготовлено из очень чистого кремния , а некоторые из германия , но иногда используются некоторые другие полупроводниковые материалы. Транзистор может иметь носитель заряда только одного типа, в полевом транзисторе, или может иметь два типа носителей заряда в устройствах с биполярным переходом .

По сравнению с вакуумной лампой транзисторы, как правило, меньше и требуют меньше энергии для работы. Некоторые электронные лампы имеют преимущества перед транзисторами при очень высоких рабочих частотах или высоких рабочих напряжениях. Многие типы транзисторов изготавливаются по стандартизованным спецификациям несколькими производителями.

История

Термоэлектронной триод , вакуумная трубка изобретен в 1907 году, позволило усиленный радио технологии и междугородной телефонной связи . Однако триод был хрупким устройством, потребляющим значительное количество энергии. В 1909 году физик Уильям Эклс открыл генератор на кристаллическом диоде. Австро-венгерский физик Юлиус Эдгар Лилиенфельд подал патент на полевой транзистор (FET) в Канаде в 1925 году, который должен был стать твердотельной заменой триода. Лилиенфельд также зарегистрировал идентичные патенты в США в 1926 и 1928 годах. Однако Лилиенфельд не публиковал никаких исследовательских статей о своих устройствах, и в его патентах не приводились какие-либо конкретные примеры рабочего прототипа.

Поскольку до производства высококачественных полупроводниковых материалов оставалось еще несколько десятилетий, идеи твердотельных усилителей Лилиенфельда не нашли бы практического применения в 1920-х и 1930-х годах, даже если бы такое устройство было построено. В 1934 году немецкий изобретатель Оскар Хайль запатентовал подобное устройство в Европе.

Биполярные транзисторы

С 17 ноября 1947 года по 23 декабря 1947 года , Джон Бардин и Уолтер Браттейн в AT & T «s Bell Labs в Мюррей — Хилл, штат Нью — Джерси , провели эксперименты и наблюдали , что , когда две точки контакта золота были применены к кристаллу германия , сигнал был произведен с выходной мощностью больше входной. Руководитель группы по физике твердого тела Уильям Шокли увидел в этом потенциал и в течение следующих нескольких месяцев работал над значительным расширением знаний о полупроводниках. Термин «

транзистор» был придуман Джоном Р. Пирсом как сокращение от термина « трансрезистентность» . По словам Лилиан Ходдесон и Вики Дэйч, авторов биографии Джона Бардина, Шокли предложил, чтобы первый патент Bell Labs на транзистор был основан на полевом эффекте и чтобы он был назван изобретателем. Обнаружив патенты Лилиенфельда, которые ушли в безвестность несколькими годами ранее, юристы Bell Labs посоветовали не соглашаться с предложением Шокли, поскольку идея полевого транзистора, использующего электрическое поле в качестве «сетки», не нова. Вместо этого в 1947 году Бардин, Браттейн и Шокли изобрели первый транзистор с точечным контактом . В знак признания этого достижения Шокли, Бардин и Браттейн были совместно награждены Нобелевской премией по физике 1956 года «за свои исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Исследовательская группа Шокли первоначально пыталась создать полевой транзистор (FET), пытаясь модулировать проводимость полупроводника , но безуспешно, в основном из-за проблем с поверхностными состояниями , оборванной связью и материалами соединений германия и меди. . В ходе попыток понять загадочные причины того, что им не удалось создать работающий полевой транзистор, они вместо этого изобрели биполярные точечные и переходные транзисторы .

Герберт Матаре в 1950 году. Он независимо изобрел точечный транзистор в июне 1948 года.

В 1948 году точечный транзистор был независимо изобретен немецкими физиками Гербертом Матаре и Генрихом Велкером, когда они работали в

Compagnie des Freins et Signaux , дочерней компании Westinghouse, расположенной в Париже . Матаре ранее имел опыт разработки кристаллических выпрямителей из кремния и германия в немецких радиолокационных станциях во время Второй мировой войны . Используя эти знания, он начал исследовать явление «интерференции» в 1947 году. К июню 1948 года, наблюдая токи, протекающие через точечные контакты, Матаре получил последовательные результаты, используя образцы германия, произведенные Велкером, аналогично тому, что Бардин и Браттейн достигли ранее в Декабрь 1947 года. Осознав, что ученые Bell Labs уже изобрели транзистор до них, компания поспешила осуществить его «переход» в производство для усиленного использования в телефонной сети Франции и 13 августа 1948 года подала свою первую заявку на патент на транзистор.

Первые биполярные транзисторы с переходом были изобретены Уильямом Шокли из Bell Labs, который подал заявку на патент (2569347) 26 июня 1948 года. 12 апреля 1950 года химики Bell Labs Гордон Тил и Морган Спаркс успешно создали работающий усилитель биполярного NPN перехода. германиевый транзистор. Bell Labs объявила об открытии этого нового транзистора-сэндвича в пресс-релизе 4 июля 1951 года.

Поверхностно-барьерный транзистор Philco разработан и произведен в 1953 году.

Первым высокочастотным транзистором был германиевый транзистор с поверхностным барьером, разработанный Philco в 1953 году и способный работать на частоте до 60 МГц . Они были сделаны путем травления углублений в германиевой основе N-типа с обеих сторон струями сульфата индия (III) до толщины в несколько десятитысячных дюйма.

Индий, нанесенный гальваническим способом в углубления, образовал коллектор и эмиттер.

Первый «прототип» карманного транзисторного радиоприемника был продемонстрирован компанией INTERMETALL (компания, основанная Гербертом Матаре в 1952 году) на Internationale Funkausstellung Düsseldorf с 29 августа 1953 года по 6 сентября 1953 года. Первым «серийным» карманным транзисторным радиоприемником был Regency TR -1 , выпущенный в октябре 1954 года. TR-1 производился совместным предприятием Regency Division of Industrial Development Engineering Associates, IDEA и Texas Instruments из Далласа, штат Техас, в Индианаполисе, штат Индиана. Это был почти карманный радиоприемник с четырьмя транзисторами и одним германиевым диодом. Промышленный дизайн был передан чикагской фирме Painter, Teague and Petertil. Первоначально он был выпущен в одном из шести разных цветов: черный, слоновая кость, красный мандарин, серый, красное дерево и оливково-зеленый. Вскоре должны были появиться и другие цвета.

Первый «серийный» полностью транзисторный автомобильный радиоприемник был разработан корпорациями Chrysler и Philco, и о нем было объявлено в выпуске Wall Street Journal от 28 апреля 1955 года. Осенью 1955 года компания Chrysler выпустила полностью транзисторную автомобильную радиостанцию ​​Mopar model 914HR в качестве опции для своей новой линейки автомобилей Chrysler и Imperial 1956 года, которые впервые появились в автосалоне 21 октября 1955 года.

Sony TR-63, выпущенный в 1957 году, был первый серийно транзисторные радиоприемники, что приводит к проникновению на массовый рынок транзисторных радиоприемников. К середине 1960-х TR-63 было продано семь миллионов единиц по всему миру. Успех Sony с транзисторными радиоприемниками привел к тому, что транзисторы заменили электронные лампы в качестве доминирующей электронной технологии в конце 1950-х годов.

Первый рабочий кремниевый транзистор был разработан в Bell Labs 26 января 1954 года Моррисом Таненбаумом . Первый коммерческий кремниевый транзистор был произведен компанией Texas Instruments в 1954 году. Это была работа Гордона Тила , специалиста по выращиванию кристаллов высокой чистоты, который ранее работал в Bell Labs.

MOSFET (МОП-транзистор)

Основная статья: MOSFET

Полупроводниковые компании первоначально сосредоточились на переходных транзисторах в первые годы полупроводниковой промышленности . Однако переходной транзистор был относительно громоздким устройством, которое было трудно производить в серийном производстве , что ограничивало его применение в нескольких специализированных областях. Полевые транзисторы (FET) теоретизировались как потенциальная альтернатива переходным транзисторам, но исследователи не смогли заставить полевые транзисторы работать должным образом, в основном из-за проблемного барьера поверхностного состояния, который не позволял внешнему электрическому полю проникать в материал.

В 1950-х годах египетский инженер Мохамед Аталла исследовал поверхностные свойства кремниевых полупроводников в Bell Labs, где он предложил новый метод изготовления полупроводниковых устройств , покрывая кремниевую пластину изолирующим слоем оксида кремния, чтобы электричество могло надежно проникать в проводящие провода. кремний внизу, преодолевая поверхностные состояния, препятствующие проникновению электричества в полупроводниковый слой. Это известно как пассивация поверхности , метод, который стал критически важным для полупроводниковой промышленности, поскольку позже он сделал возможным массовое производство кремниевых интегральных схем . Он представил свои открытия в 1957 году. Основываясь на своем методе пассивации поверхности, он разработал процесс металл-оксид-полупроводник (МОП). Он предложил использовать процесс MOS для создания первого работающего кремниевого полевого транзистора, над созданием которого он начал работать с помощью своего корейского коллеги Давона Канга .

Металл-оксид-полупроводник полевой транзистор (MOSFET), также известный как МОП — транзистора, был изобретен Mohamed Atalla и Давон Канг в 1959 году полевого МОП — транзистора был первым по- настоящему компактный транзистор , который может быть миниатюрного и массового производства для а широкий спектр использования. Благодаря высокой масштабируемости , гораздо более низкому энергопотреблению и более высокой плотности, чем у транзисторов с биполярным переходом, MOSFET позволил создавать интегральные схемы высокой плотности , позволяющие объединить более 10 000 транзисторов в одной ИС.

КМОП (дополнительная МОП ) была изобретена Чих-Тан Сахом и Фрэнком Ванлассом в Fairchild Semiconductor в 1963 году. Первый отчет о МОП-транзисторе с плавающим затвором был сделан Давоном Кангом и Саймоном Сзе в 1967 году. МОП — транзистор с двойным затвором был впервые продемонстрирован в 1984 г. — исследователи Электротехнической лаборатории Тосихиро Секигава и Ютака Хаяси. FinFET (плавниковый полевой транзистор), тип трехмерного неплоского полевого МОП — транзистора с несколькими затворами , возник в результате исследований Дая Хисамото и его команды в Центральной исследовательской лаборатории Hitachi в 1989 году.

Важность

Транзисторы являются ключевыми активными компонентами практически всей современной электроники . Таким образом, многие считают транзистор одним из величайших изобретений 20 века.

МОП — транзистор (металл-оксид-полупроводник полевой транзистор), также известный как МОП — транзистор, на сегодняшний день является наиболее широко используемый транзистор, используемый в приложениях , начиная от компьютеров и электроники для коммуникационных технологий , таких как смартфоны . MOSFET считается самым важным транзистором, возможно, самым важным изобретением в электронике и рождением современной электроники. МОП-транзистор был фундаментальным строительным блоком современной цифровой электроники с конца 20 века, прокладывая путь в цифровую эпоху . Управление по патентам и товарным знакам США называет это «революционным изобретением, изменившим жизнь и культуру во всем мире». Его важность в современном обществе основывается на его способности массового производства с использованием высокоавтоматизированного процесса ( изготовление полупроводниковых устройств ), который обеспечивает поразительно низкие затраты на транзистор.

Изобретение первого транзистора в Bell Labs было названо вехой IEEE в 2009 году. Список вех IEEE также включает изобретение переходного транзистора в 1948 году и MOSFET в 1959 году.

Хотя каждая из нескольких компаний ежегодно производит более миллиарда МОП-транзисторов в индивидуальной упаковке (известных как дискретные ), подавляющее большинство транзисторов в настоящее время производятся в виде интегральных схем (часто сокращенных до микросхем , микрочипов или просто микросхем ), а также диодов , резисторов , конденсаторов. и другие электронные компоненты для производства полных электронных схем. Логический элемент состоит из примерно до двадцати транзисторов , тогда как передовой микропроцессор , начиная с 2009 года, можно использовать целых 3 миллиарда транзисторов ( МОП — транзисторов ). «В 2002 году было построено около 60 миллионов транзисторов… для [каждого] мужчины, женщины и ребенка на Земле».

МОП-транзистор — наиболее широко производимое устройство в истории. По состоянию на 2013 год ежедневно производятся миллиарды транзисторов, почти все из которых представляют собой полевые МОП-транзисторы. С 1960 по 2018 год было произведено 13 секстиллионов МОП-транзисторов, что составляет не менее 99,9% всех транзисторов.  

Низкая стоимость, гибкость и надежность транзистора сделали его повсеместным устройством. Транзисторные мехатронные схемы заменили электромеханические устройства в управляющих устройствах и механизмах. Часто бывает проще и дешевле использовать стандартный микроконтроллер и написать компьютерную программу для выполнения функции управления, чем разработать эквивалентную механическую систему для управления той же функцией.

Упрощенная операция

Транзистор Дарлингтона открыл поэтому фактический чип транзистора (маленький квадрат) можно увидеть внутри. Транзистор Дарлингтона — это фактически два транзистора на одной микросхеме. Один транзистор намного больше другого, но оба они больше по сравнению с транзисторами в крупномасштабной интеграции, потому что этот конкретный пример предназначен для силовых приложений. Простая принципиальная схема, показывающая маркировку биполярного транзистора n – p – n.

Транзистор может использовать слабый сигнал, подаваемый между одной парой его выводов, для управления гораздо более сильным сигналом на другой паре выводов. Это свойство называется усилением . Он может производить более сильный выходной сигнал, напряжение или ток, которые пропорциональны более слабому входному сигналу, и, таким образом, он может действовать как усилитель . В качестве альтернативы, транзистор может использоваться для включения или выключения тока в цепи в качестве переключателя с электрическим управлением , где величина тока определяется другими элементами схемы.

Есть два типа транзисторов, которые имеют небольшие различия в том, как они используются в цепи. Биполярный транзистор имеет клеммы меченых базы , коллектора и эмиттера . Небольшой ток на выводе базы (то есть протекающий между базой и эмиттером) может управлять или переключать гораздо больший ток между выводами коллектора и эмиттера. Для полевого транзистора выводы помечены как затвор , исток и сток , а напряжение на затворе может управлять током между истоком и стоком.

Изображение представляет собой типичный биполярный транзистор в цепи. Заряд будет течь между выводами эмиттера и коллектора в зависимости от тока в базе. Поскольку внутри соединения база и эмиттер ведут себя как полупроводниковый диод, между базой и эмиттером возникает падение напряжения, пока существует ток базы. Величина этого напряжения зависит от материала, из которого изготовлен транзистор, и обозначается как V _BE .

Транзистор как переключатель

BJT используется в качестве электронного переключателя в конфигурации с заземленным эмиттером.

Транзисторы обычно используются в цифровых схемах в качестве электронных переключателей, которые могут находиться в состоянии «включено» или «выключено», как для мощных приложений, таких как импульсные источники питания, так и для приложений с низким энергопотреблением, таких как логические вентили . Важные параметры для этого приложения включают коммутируемый ток, обрабатываемое напряжение и скорость переключения, характеризующуюся временем нарастания и спада .

В схеме транзистора с заземленным эмиттером, такой как показанная схема выключателя света, при повышении напряжения базы эмиттерный и коллекторный токи возрастают по экспоненте. Напряжение коллектора падает из-за уменьшения сопротивления коллектора к эмиттеру. Если бы разница напряжений между коллектором и эмиттером была равна нулю (или близка к нулю), ток коллектора ограничивался бы только сопротивлением нагрузки (лампочка) и напряжением питания. Это называется насыщением, потому что ток свободно течет от коллектора к эмиттеру. Когда насыщенный, переключатель называется на .

Обеспечение достаточного базового тока возбуждения — ключевая проблема при использовании биполярных транзисторов в качестве переключателей. Транзистор обеспечивает усиление по току, позволяя переключать относительно большой ток в коллекторе гораздо меньшим током на вывод базы. Соотношение этих токов варьируется в зависимости от типа транзистора и даже для конкретного типа зависит от тока коллектора. В показанном примере схемы выключателя света резистор выбран так, чтобы обеспечить достаточный базовый ток, чтобы транзистор был насыщен.

Идея коммутационной схемы состоит в том, чтобы как можно ближе имитировать идеальный переключатель, обладающий свойствами разомкнутой цепи в выключенном состоянии, короткого замыкания во включенном состоянии и мгновенного перехода между двумя состояниями. Параметры выбираются таким образом, что выход «выключено» ограничен токами утечки, слишком маленькими, чтобы повлиять на подключенную схему, сопротивление транзистора в состоянии «включено» слишком мало, чтобы повлиять на схему, а переход между двумя состояниями был достаточно быстрым. не иметь пагубного воздействия.

Транзистор как усилитель

Схема усилителя, схема с общим эмиттером и схемой смещения делителя напряжения.

Усилитель с общим эмиттером разработан таким образом , что небольшое изменение напряжения ( V _в ) изменяет малый ток через базу транзистора которого усиление тока в сочетании со свойствами средств цепи , что небольшие колебания в V _в производить большие изменения в V _из .

Возможны различные конфигурации одинарных транзисторных усилителей, некоторые из которых обеспечивают усиление по току, некоторые по напряжению, а некоторые и то и другое.

Огромное количество товаров, от мобильных телефонов до телевизоров , включает усилители для воспроизведения звука , радиопередачи и обработки сигналов . Первые усилители звука на дискретных транзисторах едва выдавали несколько сотен милливатт, но мощность и качество звука постепенно увеличивались по мере появления лучших транзисторов и развития архитектуры усилителя.

Современные транзисторные усилители звука мощностью до нескольких сотен ватт распространены и относительно недороги.

Сравнение с электронными лампами

До того, как были разработаны транзисторы, вакуумные (электронные) лампы (или в Великобритании «термоэмиссионные клапаны» или просто «клапаны») были основными активными компонентами электронного оборудования.

Преимущества

Ключевые преимущества, которые позволили транзисторам заменить электронные лампы в большинстве приложений:

• Отсутствие катодного нагревателя (который дает характерное оранжевое свечение ламп), снижение энергопотребления, устранение задержки при разогреве трубчатых нагревателей и иммунитет к катодному отравлению и истощению.
• Очень маленький размер и вес, уменьшающие габариты оборудования.
• Большое количество сверхмалых транзисторов можно изготавливать как одну интегральную схему .
• Низкое рабочее напряжение, совместимое с батареями всего на несколько ячеек.
• Обычно возможны схемы с большей энергоэффективностью. В частности, для маломощных приложений (например, усиления напряжения) потребление энергии может быть намного меньше, чем для ламп.
• Доступны дополнительные устройства, обеспечивающие гибкость конструкции, включая схемы дополнительной симметрии , что невозможно с электронными лампами.
• Очень низкая чувствительность к механическим ударам и вибрации, что обеспечивает физическую устойчивость и практически исключает вызванные ударами паразитные сигналы (например, микрофон в аудиоприложениях).
• Не подвержен разрушению стеклянной оболочки, протечкам, выделению газов и другим физическим повреждениям.

Ограничения

Транзисторы имеют следующие ограничения:

• Им не хватает более высокой подвижности электронов, обеспечиваемой вакуумом электронных ламп, что желательно для работы с высокой мощностью и высокой частотой — например, используемой в эфирном телевизионном вещании .
• Транзисторы и другие твердотельные устройства подвержены повреждениям в результате очень коротких электрических и тепловых событий, включая электростатический разряд при обращении. Вакуумные лампы электрически намного прочнее.
• Они чувствительны к излучению и космическим лучам (для аппаратов космических аппаратов используются специальные радиационно-стойкие микросхемы).
• В аудиоприложениях транзисторам не хватает искажений на нижних гармониках — так называемого лампового звука,  — который характерен для электронных ламп и некоторыми предпочитается.

Типы

	PNP		P-канал
	NPN		N-канал
BJT		JFET

Символы BJT и JFET

Символы JFET и MOSFET

Транзисторы классифицируются по

• Структура: MOSFET (IGFET), BJT , JFET , биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), «другие типы».
• полупроводниковый материал : металлоиды германий (впервые применены в 1947 г.) и кремний (впервые применены в 1954 г.) — в аморфной , поликристаллической и монокристаллической форме — соединения арсенида галлия (1966 г.) и карбида кремния (1997 г.), сплав кремний-германий ( 1989), аллотроп углеродного графена (исследования продолжаются с 2004 года) и т.д. (см. Полупроводниковый материал ).
• Электрическая полярность (положительная и отрицательная): n – p – n , p – n – p (BJT), n-канал, p-канал (FET).
• Максимальная мощность : низкая, средняя, ​​высокая.
• Максимальная рабочая частота: низкая, средняя, ​​высокая, радио (RF), микроволновая частота (максимальная эффективная частота транзистора в схеме с общим эмиттером или общим истоком обозначается термином f _T , сокращение для переходной частоты — частота перехода — это частота, при которой транзистор дает единичный коэффициент усиления по напряжению)
• Применение: переключатель, общего назначения, аудио, высокое напряжение , супер-бета, согласованная пара.
• Физическая упаковка: сквозное отверстие металла через отверстие пластик, для поверхностного монтажа , решетки шарика сетки , силовых модулей (см Упаковка ).
• Коэффициент усиления h _FE , β _F ( транзистор бета ) или g _m ( крутизна ).
• температура: Транзисторы для экстремальных температур и традиционные температурные транзисторы (от -55 ° C до +150 ° C). Транзисторы с экстремальными температурами включают высокотемпературные транзисторы (выше +150 ° C) и низкотемпературные транзисторы (ниже -55 ° C). Высокотемпературные транзисторы, которые работают термостабильно до 220 ° C, могут быть разработаны с помощью общей стратегии смешивания взаимопроникающих полукристаллических сопряженных полимеров и изолирующих полимеров с высокой температурой стеклования.

Следовательно, конкретный транзистор может быть описан как кремниевый, поверхностный, BJT, n – p – n, маломощный высокочастотный переключатель .

Популярный способ запомнить, какой символ обозначает тип транзистора, — посмотреть на стрелку и как она устроена. В символе транзистора NPN стрелка не будет указывать на N. И наоборот, внутри символа PNP вы видите, что стрелка указывает на гордо.

Полевой транзистор (FET)

Смотрите также: JFET Работа полевого транзистора и его кривая Id-Vg. Сначала, когда напряжение на затворе не подается, в канале нет инверсионных электронов, поэтому устройство выключено. Когда напряжение затвора увеличивается, плотность инверсионных электронов в канале увеличивается, ток увеличивается, и, таким образом, устройство включается.

Полевой транзистор , который иногда называют однополярного транзистор , использует либо электронов (в п-канального полевого транзистора ) или отверстия (в р-канального полевого транзистора ) для проводимости. Четыре вывода полевого транзистора называются исток , затвор , сток и корпус ( подложка ). На большинстве полевых транзисторов корпус подключается к источнику внутри корпуса, и это предполагается в следующем описании.

В полевом транзисторе ток сток-исток протекает через проводящий канал, который соединяет область истока с областью стока . Электропроводность изменяется электрическим полем, которое создается при приложении напряжения между выводами затвора и истока, следовательно, ток, протекающий между стоком и истоком, регулируется напряжением, приложенным между затвором и истоком. По мере увеличения напряжения затвор-исток ( V _GS ) ток сток-исток ( I _DS ) увеличивается экспоненциально для V _GS ниже порогового значения, а затем примерно с квадратичной скоростью ( I _DS ∝ ( V _GS — V _T ) ² ) (где V _T — пороговое напряжение, при котором начинается ток стока) в области « ограниченного пространственным зарядом » выше порога. В современных устройствах, например на технологическом узле 65 нм, квадратичного поведения не наблюдается .

Для низкого уровня шума при узкой полосе пропускания более высокое входное сопротивление полевого транзистора является преимуществом.

Полевые транзисторы делятся на два семейства: полевые транзисторы с переходом ( JFET ) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET). IGFET более известен как полевой транзистор металл-оксид-полупроводник ( MOSFET ), что отражает его первоначальную конструкцию из слоев металла (затвор), оксида (изоляция) и полупроводника. В отличие от IGFET, затвор JFET образует p – n-диод с каналом, который находится между истоком и стоками. Функционально это делает n-канальный полевой транзистор JFET твердотельным эквивалентом триода для электронных ламп, который аналогично образует диод между своей сеткой и катодом . Кроме того, оба устройства работают в режиме истощения , оба имеют высокий входной импеданс и проводят ток под контролем входного напряжения.

Металл-полупроводник (полевые транзисторы ПТШ ) являются JFETs , в которых смещен в обратном направлении р-п переход заменяется на металл-полупроводник . Они, а также HEMT (транзисторы с высокой подвижностью электронов или HFET), в которых для переноса заряда используется двумерный электронный газ с очень высокой подвижностью носителей, особенно подходят для использования на очень высоких частотах (несколько ГГц).

Полевые транзисторы далее разделены на истощение режима и усиление режима типов, в зависимости от того, включен ли канал включен или выключен с нулевой затвор-исток. Для режима улучшения канал отключен при нулевом смещении, и потенциал затвора может «улучшить» проводимость. Для режима истощения канал включен при нулевом смещении, и потенциал затвора (противоположной полярности) может «истощить» канал, уменьшая проводимость. Для любого режима более положительное напряжение затвора соответствует более высокому току для n-канальных устройств и более низкому току для p-канальных устройств. Почти все полевые транзисторы JFET работают в режиме истощения, потому что диодные переходы будут направлять смещение и проводить, если бы они были устройствами расширенного режима, в то время как большинство IGFET-транзисторов относятся к типам расширенного режима.

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET)

Основная статья: MOSFET

Металл-оксид-полупроводник полевой транзистор (МОП — транзистор, МОП — транзистор, или МОП ПТ), также известный как транзистор металл-оксид-кремний (МОП — транзистор или МОП), представляет собой тип полевого транзистора , который изготовленных с помощью контролируемого окисления в виде полупроводника , обычно кремния . Он имеет изолированный затвор , напряжение которого определяет проводимость устройства. Эта способность изменять проводимость в зависимости от приложенного напряжения может использоваться для усиления или переключения электронных сигналов . MOSFET на сегодняшний день является наиболее распространенным транзистором и основным строительным блоком самой современной электроники . MOSFET составляет 99,9% всех транзисторов в мире.

Биполярный переходной транзистор (BJT)

Биполярные транзисторы названы так потому, что они проводят с использованием как основных, так и неосновных носителей . Биполярный транзистор с переходным соединением, первый тип транзистора, который будет производиться серийно, представляет собой комбинацию двух переходных диодов и состоит из тонкого слоя полупроводника p-типа, зажатого между двумя полупроводниками n-типа (n – p – n транзистор), или тонкий слой полупроводника n-типа, зажатый между двумя полупроводниками p-типа (p – n – p транзистор). Эта конструкция создает два p – n-перехода : переход база-эмиттер и переход база-коллектор, разделенные тонкой областью полупроводника, известной как базовая область. (Два переходных диода, соединенные вместе без общей промежуточной полупроводниковой области, не образуют транзистор).

Биполярные транзисторы имеют три вывода, соответствующие трем слоям полупроводника: эмиттер , база и коллектор . Они полезны в усилителях, поскольку токами на эмиттере и коллекторе можно управлять с помощью относительно небольшого тока базы. В n − p − n-транзисторе, работающем в активной области, переход эмиттер-база смещен в прямом направлении ( электроны и дырки рекомбинируют на переходе), а переход база-коллектор смещен в обратном направлении (электроны и дырки образуются в удаляются от перехода), а электроны инжектируются в базовую область. Поскольку база узкая, большая часть этих электронов диффундирует в смещенный в обратном направлении переход база-коллектор и унесется в коллектор; возможно, одна сотая электронов рекомбинирует в базе, что является доминирующим механизмом в токе базы. Кроме того, поскольку база слегка легирована (по сравнению с областями эмиттера и коллектора), скорость рекомбинации низка, что позволяет большему количеству носителей диффундировать через область базы. Контролируя количество электронов, которые могут покинуть базу, можно контролировать количество электронов, попадающих в коллектор. Ток коллектора примерно в β (коэффициент усиления по току общего эмиттера) умножается на ток базы. Обычно оно больше 100 для малосигнальных транзисторов, но может быть меньше для транзисторов, предназначенных для мощных приложений.

В отличие от полевого транзистора (см. Ниже), BJT представляет собой устройство с низким входным импедансом. Кроме того, по мере увеличения напряжения база-эмиттер ( V _BE ) ток база-эмиттер и, следовательно, ток коллектор-эмиттер ( I _CE ) возрастают экспоненциально в соответствии с моделью диода Шокли и моделью Эберса-Молла . Из-за этой экспоненциальной зависимости BJT имеет более высокую крутизну, чем FET.

Биполярные транзисторы можно заставить проводить под действием света, потому что поглощение фотонов в базовой области генерирует фототок, который действует как базовый ток; ток коллектора примерно в β раз больше фототока. Устройства, предназначенные для этой цели, имеют в корпусе прозрачное окошко и называются фототранзисторами .

Использование полевых МОП-транзисторов и биполярных транзисторов

MOSFET на сегодняшний день является наиболее широко используемых транзисторов для обоих цифровых схем , а также аналоговых схем , что составляет 99,9% от всех транзисторов в мире. Биполярный плоскостной транзистор (BJT) ранее был наиболее часто используемый транзистор в 1950 — х до 1960 — х годов. Даже после того, как полевые МОП-транзисторы стали широко доступны в 1970-х годах, БЮТ оставался предпочтительным транзистором для многих аналоговых схем, таких как усилит

Характеристики биполярных транзисторов

Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором отсутствует нагрузка в выходной цепи, а изменение входного тока или напряжения не вызывает изменение выходного напряжения Рис.7.

Рис.7. Схема включения транзистора с ОЭ.

Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные. На Рис.8. изображена схема установки для измерения статических характеристик транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером.

Рис.8. Схема

измерений статических

параметров транзистора с ОЭ.

 

Входная статическая характеристика – это зависимость входного тока I_Б от входного напряжения U_БЭ при постоянном выходном напряжении U_КЭ. Для схемы с общим эмиттером:

I_Б = f (U_БЭ) при U_ЭК = const.

Поскольку ветви входной статической характеристики для U_КЭ> 0 расположены очень близко друг к другу и практически сливаются в одну, то на практике с достаточной точностью можно пользоваться одной усреднённой характеристикой (Рис.9а). Особенность входной статической характеристики является наличие в нижней части нелинейного участка в районе изгиба U₁ (приблизительно 0,2…0,3 В для германиевых транзисторов и 0,3…0,4 В – для кремниевых).

Выходная статическая характеристика – это зависимость выходного тока I_К от выходного напряжения U_КЭ при постоянном входном токе I_Б. Для схемы включения с общим эмиттером:

I_К = f (U_КЭ) при I_Б = const.

Из Рис.9б видно, что выходные характеристики представляют собой прямые линии, почти параллельные оси напряжения. Это объясняется тем, что коллекторный переход закрыт независимо от величины напряжения база-коллектор, и ток коллектора определяется только количеством носителей заряда, проходящих из эмиттера через базу в коллектор, т. е. током эмиттера I_Э.

 

Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выходной цепи стоит нагрузочный резистор R_К, за счёт которого изменение входного тока или напряжения U_ВХ будет вызывать изменение выходного напряжения U_ВЫХ = U_КЭ (Рис.10).

 

 

— 9 –

Рис.9. Статические характеристики транзистора с ОЭ: а – входные; б – выходные.

 

Входная динамическая характеристика – это зависимость входного тока I_Б от входного напряжения U_БЭ при наличии нагрузки. Для схемы с общим эмиттером:

I_Б = f (U_БЭ)

Поскольку в статическом режиме для U_КЭ> 0 мы пользуемся одной усреднённой характеристикой, то входная динамическая характеристика совпадает со входной статической (Рис.11а).

Рис.10. Схема включения транзистора в динамическом режиме с ОЭ.

 

Выходная динамическая (нагрузочная) характеристика представляет собой зависимость выходного напряжения U_КЭ от выходного тока I_К при фиксированных значениях входного тока I_Б (Рис.11б):

U_КЭ = E_К – I_КR_К

Так как это уравнение линейное, то выходная динамическая характеристика представляет собой прямую линию и строится на выходных статических характеристиках по двум точкам, например: А, В на Рис.11б.

Координаты точки А [U_КЭ = 0; I_K = Е_К⁄ R_К ] – на оси I_K.

Координаты точки В [I_K = 0; U_КЭ = Е_К] – на оси U_КЭ.

Координаты точки Р [U_0К; I_0K] – соответствуют положению рабочей точки РТ в режиме покоя (при отсутствии сигнала).

— 10 —

Рис.11. Динамические характеристики транзистора с ОЭ: а) – входная; б) – выходная.

Нагрузочная пряма проводится через любые две точки А, В, или Р, координаты которых известны.

В зависимости от состояния p-n переходов транзисторов различают несколько видов его работы – режим отсечки, режим насыщения, предельный и линейный режимы (Рис.11).

Режим отсечки. Это режим, при котором оба его перехода закрыты – транзистор заперт. Ток базы в этом случае равен нулю. Ток коллектора будет равен обратному току I_К0, а напряжение U_КЭ = E_К.

Режим насыщения – это режим, когда оба перехода – и эмиттерный и коллекторный открыты, а в транзисторе происходит свободный переход носителей зарядов. При этом ток базы будет максимальный, ток коллектора будет равен току коллектора насыщения, а напряжение между коллектором и эмиттером стремиться к нулю.

I_Б = max; I_К ≈ I_КН; U_КЭ = E_К – I_КН R_Н; U_КЭ → 0.

Предельные режимы – это режимы, работа в которых ограничена максимально-допустимыми параметрами: I_{К доп}, U_КЭдоп, P_{К доп} (Рис.11б) и I_{Б нас}, U_БЭдоп(Рис.11а) и связана с перегревом транзистора или выхода его из строя.

Линейный режим – это режим, в котором обеспечивается достаточная линейность характеристик и он может использоваться для активного усиления.

Узнать еще:

Устройство и маркировка биполярного транзистора

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми приборами и с этой статьи начнем разбираться с транзистором. В этой части мы познакомимся с устройством и маркировкой биполярных транзисторов.

Полупроводниковые транзисторы бывают двух видов: биполярные и полевые.
В отличие от полевых транзисторов биполярные получили наиболее широкое применение в радиоэлектронике, а чтобы эти транзисторы как-то отличать друг от друга, биполярные принято называть просто — транзисторами.

1. Устройство и обозначение биполярного транзистора.

Схематично биполярный транзистор можно представить в виде пластины полупроводника с чередующимися областями разной электропроводности, которые образуют два p-n перехода. Причем обе крайние области обладают электропроводностью одного типа, а средняя область электропроводностью другого типа, и где каждая из областей имеет свой контактный вывод.

Если в крайних областях полупроводника преобладает дырочная электропроводность, а в средней области электронная, то такой полупроводниковый прибор называют транзистором структуры p-n-p.

А если в крайних областях преобладает электронная электропроводность, а в средней дырочная, то такой транзистор имеет структуру n-p-n.

А теперь возьмем схематичную часть транзистора и прикроем любую крайнюю область, например, область коллектора, и посмотрим на результат: у нас остались открытыми область базы и эмиттера, то есть получился полупроводник с одним p-n переходом или обычный полупроводниковый диод. О диодах можно почитать здесь.

Если же мы прикроем область эмиттера, то останутся открытыми области базы и коллектора — и также получается диод.

Отсюда возникает вывод, что биполярный транзистор можно представить в виде двух диодов с одной общей областью, включенных навстречу друг другу. При этом общая (средняя) область называется базой, а примыкающие к базе области коллектором и эмиттером. Это и есть три электрода транзистора.

Примыкающие к базе области делают неодинаковыми: одну из областей изготавливают так, чтобы из нее наиболее эффективно происходил ввод (инжекция) носителей заряда в базу, а другую область делают таким-образом, чтобы в нее эффективно осуществлялся вывод (экстракция) носителей заряда из базы.

Отсюда получается:

область транзистора, назначением которой является ввод (инжекция) носителей зарядов в базу называется эмиттером, и соответствующий p-n переход эмиттерным.

область транзистора, назначением которой является вывод (экстракция) носителей из базы, называется коллектором, и соответствующий p-n переход коллекторным.

То есть получается, что эмиттер вводит электрические заряды в базу, а коллектор их забирает.

Различие в обозначениях транзисторов разных структур на принципиальных схемах заключается лишь в направлении стрелки эмиттера: в p-n-p транзисторах она обращена в сторону базы, а в n-p-n транзисторах – от базы.

2. Технология изготовления биполярных транзисторов.

Технология изготовления транзисторов ни чем не отличается от технологии изготовления диодов. Еще в начальный период развития транзисторной техники биполярные транзисторы делали только из германия методом вплавления примесей, и такие транзисторы называют сплавными.

Берется кристалл германия и в него вплавляются кусочки индия.
Атомы индия диффузируют (проникают) в тело кристалла германия, образуя в нем две области p-типа – коллектор и эмиттер. Между этими областями остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника n-типа, которую именуют базой. А чтобы защитить кристалл от влияния света и механического воздействия его помещают в металлостеклянный, металлокерамический или пластмассовый корпус.

На картинке ниже показано схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора, собранного на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу диска – ее наружный проволочный вывод.

Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проводникам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Металлический колпак защищает прибор от влияния света и механических повреждений. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные германиевые транзисторы из серии МП37 — МП42.

В обозначении буква «М» говорит, что корпус транзистора холодносварной, буква «П» — это первая буква слова «плоскостной», а цифры означают порядковый заводской номер транзистора. Как правило, после заводского номера ставят буквы А, Б, В, Г и т.д., указывающие на разновидность транзистора в данной серии, например, МП42Б.

С появлением новых технологий научились обрабатывать кристаллы кремния, и уже на его основе были созданы кремниевые транзисторы, получившие наиболее широкое применение в радиотехнике и на сегодняшний день практически полностью вытеснившие германиевые приборы.

Кремниевые транзисторы могут работать при более высоких температурах (до 125ºС), имеют меньшие обратные токи коллектора и эмиттера, а также более высокие пробивные напряжения.

Основным методом изготовления современных транзисторов является планарная технология, а транзисторы, выполненные по этой технологии, называют планарными. У таких транзисторов p-n переходы эмиттер-база и коллектор-база находятся в одной плоскости. Суть метода заключается в диффузии (вплавлении) в пластину исходного кремния примеси, которая может находиться в газообразной, жидкой или твердой фазе.

Как правило, коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного кремния, на поверхность которой вплавляют близко друг от друга два шарика примесных элементов. В процессе нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластину кремния.

При этом один шарик образует в пластине тонкую базовую область, а другой эмиттерную. В результате в пластине исходного кремния образуются два p-n перехода, образующие транзистор структуры p-n-p. По такой технологии изготавливают наиболее распространенные кремниевые транзисторы.

Также для изготовления транзисторных структур широко используются комбинированные методы: сплавление и диффузия или сочетание различных вариантов диффузии (двусторонняя, двойная односторонняя). Возможный пример такого транзистора: базовая область может быть диффузионная, а коллектор и эмиттер – сплавные.

Использование той или иной технологии при создании полупроводниковых приборов диктуется различными соображениями, связанными с техническими и экономическими показателями, а также их надежностью.

3. Маркировка биполярных транзисторов.

На сегодняшний день маркировка транзисторов, согласно которой их различают и выпускают на производствах, состоит из четырех элементов.
Например: ГТ109А, ГТ328, 1Т310В, КТ203Б, КТ817А, 2Т903В.

Первый элемент — буква Г, К, А или цифра 1, 2, 3 – характеризует полупроводниковый материал и температурные условия работы транзистора.

1. Буква Г или цифра 1 присваивается германиевым транзисторам;
2. Буква К или цифра 2 присваивается кремниевым транзисторам;
3. Буква А или цифра 3 присваивается транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия.

Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзистор может работать при повышенных температурах: германий – выше 60ºС, а кремний – выше 85ºС.

Второй элемент – буква Т от начального слова «транзистор».

Третий элемент – трехзначное число от 101 до 999 – указывает порядковый заводской номер разработки и назначение транзистора. Эти параметры даны в справочнике по транзисторам.

Четвертый элемент – буква от А до К – указывает разновидность транзисторов данной серии.

Однако до сих пор еще можно встретить транзисторы, на которых стоит более ранняя система обозначения, например, П27, П213, П401, П416, МП39 и т.д. Такие транзисторы выпускались еще в 60 — 70-х годах до введения современной маркировки полупроводниковых приборов. Пусть эти транзисторы устарели, но они все еще пользуются популярностью и применяются в радиолюбительских схемах.

В рамках этой части статьи мы рассмотрели лишь общие методы изготовления транзисторных структур, чтобы начинающему радиолюбителю было легче понять внутреннее устройство транзистора.

На этом мы закончим, а в следующей части проведем несколько опытов и на их основе сделаем практические выводы о работе биполярного транзистора.
Удачи!

Литература:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Пасынков В.В., Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.

Биполярный транзистор — определение биполярного транзистора по The Free Dictionary

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) все чаще включаются в конструкции энергосистем для уменьшения потерь и улучшения коммутационных характеристик в качестве основных электрофизических факторов, которые вызывают изменение параметров и характеристик структур биполярных транзисторов, а также других полупроводниковых устройств. под действием давления, смещения энергетических уровней полупроводника, т.е.e. и Милтон Фенг продемонстрировали работу лазера на биполярных транзисторах с гетеропереходом при комнатной температуре. Модели RF3807 и RF3809 представляют собой усилители мощности с предварительным драйвером на гетеропереходе на основе арсенида галлия (GaAs HBT), разработанные для приложений базовых станций сотовой связи. Inc., Уоррен, штат Нью-Джерси, (Nasdaq: ANAD), поставщик беспроводных и широкополосных решений, отгрузил 25-миллионный усилитель мощности (PA) на гетеропереходных биполярных транзисторах (HBT) на основе фосфида индия-галлия (InGaP) для приложений беспроводной локальной сети (WLAN). .Другие изобретатели не получают той поддержки со стороны своих организаций, которую можно было бы ожидать: рассмотрим случай Герберта Кремера, получившего Нобелевскую премию по физике за биполярный транзистор с гетеропереходом. «В своем официальном нобелевском интервью (об открытии) Кремер признал, что в то время его корпоративные боссы вынудили его отказаться от своей работы и предоставить применение этой теории кому-то другому». Ничего подобного небольшому поощрению. Схемы деления на 2 и деления на 4 были разработаны BAE Systems и изготовлены по технологии биполярного транзистора с гетеропереходом на основе фосфида индия второго поколения (VIP-2 ™) компании Vitesse.«Мы продемонстрировали излучение света из базового слоя биполярного транзистора с гетеропереходом и показали, что интенсивность света можно контролировать, изменяя базовый ток», — сказал Холоняк в пресс-релизе. Ученый-инженер Коломбо Болоньези и физик Саймон Уоткинс создали самый быстрый в мире «биполярный транзистор с двойным гетеропереходом», название микроскопического устройства, которое управляет сигналами, передаваемыми по оптоволоконным кабелям. Даной удостоилась награды две технологии: решения компании Long (R) ThermaTEK для охлаждения биполярных транзисторов с изолированным затвором и Long (R) ) аккумуляторные холодные пластины.Представляет собой схему, состоящую из биполярного двухколлекторного магниточувствительного транзистора VT1 и биполярного транзистора VT2 вместе с R5C1-схемой, реализующей активный индуктивный элемент. Предлагается в трех моделях — обычной, альтернативной и быстрой зарядки. на высокочастотном биполярном транзисторе с изолированным затвором для создания коэффициента мощности при полной нагрузке 0,95.

Лекция-7 Биполярные переходные транзисторы (БЮТ), часть I, продолжение

Биполярные переходные транзисторы

Биполярные переходные транзисторы Физическая структура и символы NPN Эмиттер (E) n-тип Эмиттерная область p-типа Базовая область n-тип Коллекторная область Коллектор (C) B C Эмиттер-база-переход (EBJ) База (B) (a) Коллектор-база

Дополнительная информация

Основы микроэлектроники

Основы микроэлектроники h2 Почему микроэлектроника? h3 Основы физики полупроводников h4 Диодные схемы h5 Физика биполярных преобразователей H5 Биполярные усилители H6 Физика МОП-транзисторов H7 MOS

Дополнительная информация

БИПОЛЯРНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

ГЛАВА 3 БИПОЛЯРНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Биполярный переходной транзистор, BJT, представляет собой цельный кремниевый элемент с двумя встречно расположенными P-N переходами.Однако это не может быть выполнено с двумя независимыми друг от друга

. Дополнительная информация

Схемы усилителя BJT

Схемы усилителя JT Поскольку мы разработали различные модели для сигналов D (простая модель большого сигнала) и сигналов A (модель малого сигнала), анализ схем JT выполняется следующим образом: Анализ смещения D:

Дополнительная информация

Схемы усилителя BJT

Схема усилителя JT Поскольку мы разработали различные модели для сигналов D (простая модель большого сигнала) и сигналов A (модель малого сигнала), анализ схем JT выполняется следующим образом: Анализ смещения D:

Дополнительная информация

Основы биполярных переходных транзисторов

Кеннет А.Kuhn 29 сентября 2001 г., ред. 1 Введение Биполярный транзистор с переходным соединением (BJT) — это трехслойный полупроводниковый прибор с конструкцией NPN или PNP. Обе конструкции имеют одинаковые

Дополнительная информация

Боб Йорк. Основы транзисторов — БЮТ

ob York Transistor asics — Полярные переходные транзисторы (JT) JT Ключевые моменты: JT — это устройства с управлением по току, очень JT имеет базу, коллектор и эмиттер. Базовый ток управляет током коллектора

Дополнительная информация

Транзисторные усилители

Physics 3330 Эксперимент № 7, осень 1999 г. Транзисторные усилители Назначение Целью этого эксперимента является разработка биполярного транзисторного усилителя с коэффициентом усиления по напряжению минус 25.Усилитель должен принимать вход

. Дополнительная информация

Биполярные транзисторные усилители

Physics 3330 Эксперимент № 7 Осень 2005 г. Усилители на биполярных транзисторах Назначение Целью этого эксперимента является создание усилителя на биполярных транзисторах с коэффициентом усиления минус 25. Усилитель должен быть

Дополнительная информация

Характеристики и усилители BJT

Характеристики и усилители БЮТ Мэтью Беклер beck0778 @ umn.edu EE2002 Lab Section 003 2 апреля 2006 г. Резюме Как основной компонент в конструкции усилителя, свойства биполярного переходного транзистора

Дополнительная информация

V-I ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДА

V-I ХАРАКТЕРИСТИКИ DIODE RAVITEJ UPPU 1 1. Цель Мы пытаемся увидеть соотношение напряжения и тока в диодах и сравнить разницу между различными типами диодов, включая стабилитрон. 2. Теория диода

Дополнительная информация

Полевые транзисторы (FET)

Полевые транзисторы (FET) Литература: Hayes & Horowitz (стр. 142-162 и 244-266), Rizzoni (главы 8 и 9) В полевом транзисторе (FET) ширина проводящего канала в полупроводнике и ,

Дополнительная информация

Рисунок 1: Усилитель с общей базой.

Базовая схема усилителя с общей базой На рис. 1 показана принципиальная схема одноступенчатого усилителя с общей базой. Задача состоит в том, чтобы найти коэффициент усиления по напряжению слабого сигнала, входное сопротивление и выход

. Дополнительная информация

Регулируемый источник питания постоянного тока

442 17 Принципы электропитания постоянного тока, регулируемого электроникой 17.1 Обычные источники питания постоянного тока 17.2 Важные термины 17.3 Регулируемый источник питания 17.4 Типы регуляторов напряжения 17.5 Стабилитрон

Дополнительная информация

Диоды и транзисторы

Диоды Для чего мы используем диоды? Диоды и транзисторы защищают схемы, ограничивая напряжение (ограничение и фиксирование), превращают переменный ток в постоянный (выпрямитель напряжения), умножители напряжения (например, двойное входное напряжение)

Дополнительная информация

Модели транзисторов.ампель

Модели транзисторов Обзор основ транзисторов Простая модель усилителя тока Пример транзисторного переключателя Пример усилителя с общим эмиттером Транзистор как преобразователь — модель Эберс-Молла Прочее

Дополнительная информация

Рисунок 1. Модель диодной схемы.

Полупроводниковые приборы. Нелинейные приборы. Диоды. Введение. Диод представляет собой двухконтактный нелинейный прибор, вольт-амперная характеристика которого, помимо нелинейного поведения, также зависит от полярности.

Дополнительная информация

Полевые транзисторы и шум

Physics 3330 Эксперимент № 8 Осень 2005 г. Полевые транзисторы и шум Цель В этом эксперименте мы вводим полевые транзисторы. Мы измерим выходные характеристики полевого транзистора, а затем построим

Дополнительная информация

5. Измерение магнитного поля.

H 5.Измерение магнитного поля 5.1. Введение Магнитные поля играют важную роль в физике и технике. В этом эксперименте проверяются три различных метода измерения

Дополнительная информация

Эксперимент 3, закон Ома

Эксперимент № 3, Закон Ома 1 Назначение Физика 182 — Лето 2013 г. — Эксперимент № 3 1 Для исследования характеристик напряжения, -, углеродного резистора при комнатной температуре и температуре жидкого азота,

Дополнительная информация

Базовые схемы операционных усилителей

Базовые схемы операционных усилителей Мануэль Толедо INEL 5205 Instrumentation 3 августа 2008 г. Введение Операционный усилитель (для краткости ОУ или ОУ), возможно, является наиболее важным строительным блоком для конструкции

. Дополнительная информация

Примеры применения

ISHAY ПОЛУПРОВОДНИКИ www.vishay.com Оптопары и твердотельные реле Замечание по применению 2 ВВЕДЕНИЕ Оптопары используются для изоляции сигналов для защиты и безопасности между сейфом и потенциально

Дополнительная информация

Глава 19 Операционные усилители

Глава 19 Операционные усилители Операционный усилитель, или операционный усилитель, является основным строительным блоком современной электроники. Операционные усилители появились еще на заре электронных ламп, но стали обычным явлением только

. Дополнительная информация

Цепи смещения биполярных транзисторов

Схемы смещения биполярных транзисторов Этот рабочий лист и все связанные файлы находятся под лицензией Creative Commons Attribution License, версия 1.0. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/1.0/,

. Дополнительная информация

III. Кинетика реакции

III. Кинетика реакций Лекция 13: Уравнение Батлера-Фольмера Заметки Чанг Хуна Лима (и MZB) 1. Межфазное равновесие На лекции 11 скорость реакции R для общей реакции Фарадеевской полуячейки составляла

Дополнительная информация

Операционный усилитель — IC 741

Операционный усилитель — IC 741 Tabish, декабрь 2005 г. Цель: изучить работу операционного усилителя 741 путем проведения следующих экспериментов: (a) Измерение входного тока смещения (b) Входное смещение

Дополнительная информация

Создание усилителя AMP

Создание усилителя AMP Введение Примерно за 80 лет стало возможным усиливать разницу напряжений и увеличивать соответствующую мощность, сначала с помощью электронных ламп, использующих электроны из горячей нити накала;

Дополнительная информация

Усилитель с общим эмиттером

Усилитель с общим эмиттером A.Перед тем, как мы начнем Как следует из названия этой лабораторной работы, эта лабораторная работа посвящена разработке усилителя с общим эмиттером, и на данном этапе лабораторного курса, на мой взгляд, преждевременно. Дополнительная информация

Основы микроэлектроники

Основы микроэлектроники. Ч2 Почему именно микроэлектроника? Ch3 Основы физики полупроводников Ch4 Диодные схемы Ch5 Физика биполярных транзисторов CH5 Биполярные усилители CH6 Физика МОП-транзисторов

Дополнительная информация

Резисторы последовательно и параллельно

Последовательные и параллельные резисторы Bởi: OpenStaxCollege Большинство схем имеет более одного компонента, называемого резистором, который ограничивает поток заряда в цепи.Мера этого предела для потока заряда

Дополнительная информация Биполярный транзистор

: типы и его применение

Изобретение биполярного переходного транзистора (BJT) было сделано в 1948 году. Транзисторы являются основными электронными устройствами, которые образуются из комбинации диодов, которые называются биполярными. переходной транзистор. Они совершили революцию в современной электронной системе. Эти изобретения транзисторов являются основными причинами замены электронных ламп.Отдельные диоды перехода p-n, соединенные спина к спине, приводят к образованию транзистора.

Это трехконтактные устройства. Эмиттер, база и коллектор называются выводами. Базовая область — это общий вывод для базы и коллектора. Эти сформированные транзисторы входят в состав различных типов полупроводников. Это заставляет транзистор работать либо в полностью включенном, либо в выключенном режиме. Это проложило путь для транзистора, позволяющего применять переключение.

Что такое биполярный переходной транзистор?

Два диода с переходом p- и n-типа соединены таким образом, что образуется транзистор, определяемый как транзистор с биполярным переходом. Эти клеммы отвечают за движение носителей заряда, что приводит к протеканию тока.

Типы BJT

В основном транзисторы с биполярным переходом классифицируются на основе их контакта, будь то точечный контакт или переход.Но в наши дни чаще всего используются транзисторы с переходами. Эти транзисторы с биполярным переходом образуются из-за комбинации полупроводниковых диодов, классифицируемых на основе p-типа и n-типа подключенных.

Если два p-типа соединены с an-типом в середине, это определяется как P-N-P транзистор. Если два n-типа соединены с p-типом в середине, он определяется как транзистор N-P-N. Оба эти N-P-N и P-N-P подпадают под категорию BJT или называются типами BJT.

Есть еще один тип BJT, который называется гетеробиполярным транзистором с переходом в этом другом материале полупроводников, предпочтительным в зависимости от того, какие разные переходы в транзисторе разработаны. Таким образом классифицируются транзисторы с биполярным переходом.

Обозначение биполярного переходного транзистора

Условные обозначения транзисторов N-P-N и P-N-P следующие:

Единственное различие между транзисторами P-N-P и N-P-N состоит в том, что движение тока, на основе которого показаны стрелки.

Принцип работы BJT

Три терминала, присутствующие в BJT, отвечают за формирование соединений эмиттера и базы, а также коллектора и базы. Как считается, соединение базы и эмиттера находится в прямом смещении, а соединение коллектор-база — в обратном смещении. Из-за прямого смещения у базы и эмиттера поток основных носителей идет от эмиттера к базе.

Поскольку область в основании имеет концентрацию легкого легирования, не все основные носители объединяются, некоторые из них имеют тенденцию течь к коллектору.Таким образом генерируются токи на эмиттере, базе и коллекторе. Генерируемый ток эмиттера является суммой токов базы и коллектора. Величина генерируемого базового тока меньше по сравнению с токами, генерируемыми на эмиттере и коллекторе.

Принцип работы остается одинаковым для транзисторов P-N-P и N-P-N, но единственное различие между ними заключается в наличии основных носителей заряда. В P-N-P большинство носителей — дырки, а в N-P-N большинство носителей — электроны.

Эквивалентная схема BJT

Поскольку обсуждение транзисторов очень ясно показывает, что формирование транзистора происходит из-за задействования двух диодов, подключенных обратно к его задней части. Следовательно, эти диоды приводят к образованию двух соответствующих переходов, что дополнительно связано с наличием в нем клемм.

P-N-P Представление эквивалентной схемы транзистора (BJT)

Следовательно, схема BJT может быть представлена ​​двумя диодами с переходом P-N.Это эквивалентная схема BJT.

Смещение биполярного переходного транзистора

Смещение биполярного переходного транзистора — это не что иное, как приложение внешнего источника напряжения к соответствующим переходам, участвующим в нем. Это смещение приводит к основному процессу транзистора, на основе которого классифицируются области.

(1) Область отсечки

Поскольку оба перехода транзисторов не имеют внешнего источника питания.Следовательно, нет очевидного источника видимого напряжения. Сформированная область определяется как область отсечения.

(2) Активная область

При этом один переход должен поддерживаться в режиме прямого смещения, а другой — в режиме обратного смещения. Этот тип области называется активной областью. В этом случае q-точка будет в центре кривой характеристик, так что она наиболее часто используется во время операций.

(3) Область насыщения

В этом случае оба перехода должны находиться в прямом режиме, то есть в режиме высокой проводимости.Этот тип области называется областью насыщения.

При использовании транзистора в качестве переключателя предпочтительны режим отсечки и режимы насыщения. То есть он должен работать либо в полностью включенном, либо в выключенном режиме. Следовательно, эта концепция Q-точки в активной области и в других режимах, чтобы сделать ее стабильной, требует смещения.

(1) Фиксированное смещение

Это смещение также называется базовым смещением. В этом типе смещения соединение одного источника питания будет поддерживаться между базой и коллектором с помощью двух резисторов.Если значения сопротивления изменяются на его основе, можно регулировать ток на клеммной базе. Таким образом, можно также контролировать Q-точку.

(2) Смещение коллектор-база

В этом случае резистор базы собирается поперек коллектора, а не подключается к источнику питания. Этот тип смещения предпочтителен во время стабилизации точки Q относительно изменений температуры.

Если ток коллектора имеет тенденцию к увеличению, может произойти падение напряжения на резисторе, приводящее к уменьшению значения напряжения на резисторе базы.Таким образом, ток на базе уменьшается, одновременно снижается значение тока на коллекторе. Это снизит влияние температуры на точку Q, сделав ее стабильной.

(3) Self-Bias

Этот тип смещения также называется смещением делителя напряжения. Этот тип предвзятости используется чаще всего. Резисторы выполнены в виде схемы делителя потенциала. Следовательно, на базовый вывод подается равное или фиксированное напряжение.Таким образом классифицируются методы смещения транзисторов.

Характеристики биполярного переходного транзистора

Характеристики BJT зависят от того, какие конфигурации он классифицирует, будь то общий эмиттер, общая база и общий коллектор.

Таким образом сравниваются характеристики различных конфигураций биполярного переходного транзистора.

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение выходных напряжений к приложенному входному напряжению.Это усиление напряжения зависит от генерируемых токов в зависимости от его конфигурации и подключенных к нему резисторов.

Current Gain

Отношение токов, генерируемых на выходе, к входному значению тока, называемое усилением по току конкретного транзистора. Наибольший коэффициент усиления по току получается в конфигурации с общим коллектором. При очень меньшем значении усиления по напряжению самые высокие коэффициенты усиления по току достигаются в конфигурации с общим коллектором.