Транзисторы

Транзисторы – это полупроводниковые приборы, имеющие два р-n перехода и три вывода.

Вход транзистора называется эмиттером, общий электрод – базой, а выход – коллектором.

а) б)

Рисунок 41 – Схематичное изображение транзистора n-p-n типа (а) и транзистора p-n-p типа (б)

Транзисторы бывают р-n-р типа и n-р-n типа. Последние в современной электротехнике находят все большее применение. Рассмотрим n-p-n транзистор, подключенный в схему с общей базой (рис. 42).

Рисунок 42

В n-р-n транзисторе левый n-р переход (П1), прилегающий к эмиттеру, называют эмиттерным n-р переходом, а правый р-n переход (П2), прилегающий к коллектору, называют коллекторным.

Если к выводам транзистора не приложено напряжение, на границах р-n переходов возникают диффузионные поля. Нормальным включением транзистора считается такое включение, когда его вход смещается в прямом направлении, а выход – в обратном (см. рис. 42). Инверсное включение транзистора можно получить в случае смещения входа транзистора в обратном направлении, а выхода – в прямом.

Вход транзистора содержит большое количество примесей и является низкоомным (имеет малое сопротивление). Общий электрод транзистора (база) не содержит примесей и является высокоомным. Выход транзистора обладает сопротивлением, которое может быть выше сопротивления базы или ниже сопротивления базы. За счет смещения эмиттерного р-n перехода в прямом направлении и коллекторного в обратном происходит инжекция (inject) электронов из области эмиттера в базу. Соответственно из базы в эмиттер будут переходить дырки. Часть электронов и дырок будут рекомбинировать, образуя нейтральные атомы. Однако, в связи с тем, что концентрация электронов в области эмиттера существенно больше концентрации дырок в базе, происходит проникновение электронов через базу в коллектор.

У современных транзисторов эффективная ширина базы находится в пределах от 1 мкм до 30 мкм. Электроны, которые переходят из эмиттера в базу, обусловливают ток эмиттера . Убыль концентрации дырок в базе обусловливает ток базы . Электроны в области коллектора обусловливают ток .

Баланс токов в транзисторе, включенном по схеме с общей базой, выглядит следующим образом:

= + ,

причем , .

Таким образом, ток на выходе транзистора I_К, подключенного по схеме с общей базой, несколько меньше тока на входе I_Э. Т.е. такая схема включения транзистора не дает усиления сигнала по току.

Транзистор, включенный по схеме с общей базой, дает усиление сигнала по напряжению и мощности.

Коэффициент усиления по напряжению:

,

где - сопротивление нагрузки,

- сопротивление входа транзистора.

В связи с тем, что сопротивление нагрузки на выходе транзистора (сотни кОм) существенно больше сопротивления на входе транзистора (десятки Ом) наблюдается усиление сигнала по напряжению и по мощности. Схемы включения транзистора с общим эмиттером и с общим коллектором дают усиление сигнала не только по напряжению и мощности, но и по току.