Разновидности биполярных транзисторов

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество биполярных транзисторов различных типов и разного назначения. Подавляющее большинство транзисторов изготовляется из кремния и имеет структуру п-р-п. Обычно транзисторы классифицируют по допустимой рассеиваемой мощности, предельной частоте и назначению.

По мощности транзисторы подразделяют на три группы. К транзисторам малой мощности относят приборы с рассеиваемой мощностью менее 0,3 Вт. К транзисторам средней мощности относятся транзисторы с рассеиваемой мощностью от 0,3 до 1,5 Вт. Для транзисторов большой мощности рассеиваемая мощность превышает 1,5 Вт.

В каждой из трех групп транзисторы подразделяются на низкочастотные (f_h < < 3 МГц), транзисторы средней частоты (3 МГц < f_h < 30 МГц), высокочастотные (30 МГц <f_hm < 120 МГц) и транзисторы диапазона СВЧ (/_П1ах > 120 МГц).

Для низкочастотных транзисторов характерны большая емкость переходов (10-100 пФ) и время рассасывания (порядка 1 мкс). Для высокочастотных транзисторов характерны малая площадь переходов, малая толщина базы и малое время жизни неосновных носителей заряда. Барьерные емкости этих транзисторов не превышают 10 пФ, время рассасывания составляет доли микросекунды. Как правило, высокочастотные транзисторы являются дрейфовыми.

Сверхвысокочастотные транзисторы отличаются рядом важных структурных и конструктивных особенностей. Толщина базы этих транзисторов составляет 0,1-0,3 мкм, ширина эмиттера — около 1 мкм, расстояние от края эмиттерной области до базового контакта — около 0,4 мкм. При этих условиях барьерные емкости составляют десятые доли пикофарады, а граничная частота достигает 10 ГГц. Транзисторы с повышенной граничной частотой характеризуются пониженными рабочими напряжениями и токами, малыми значениями отдаваемой высокочастотной мощности и допустимой рассеиваемой мощности. Как показали исследования, граничная частота /_гр и отдаваемая мощность Р связаны между собой соотношением Pf_r²_f = const, из которого следует, что повышение граничной частоты при заданном уровне технологии связано с неизбежным уменьшением отдаваемой мощности. Современная технология позволяет создавать транзисторы с граничной частотой 10 ГГц при отдаваемой мощности 1 Вт.

Мощные транзисторы отличаются большими напряжениями и токами коллектора. Для достижения большого рабочего тока применяют многоэмиттерные транзисторы, содержащие большое число узких длинных эмиттерных полосок, между которыми расположены выводы базы, объединенные общим базовым выводом. Все эмиттеры располагают внутри одной базовой области, а их выводы объединяют общим эмиттерным выводом. Ширина каждой эмиттерной полоски составляет 10-20 мкм, а длина — 100-200 мкм. Для хорошего теплоотвода кристалл мощного транзистора устанавливают на массивное металлическое основание корпуса, которое в ряде случаев имеет специальный радиатор. Современные мощные транзисторы при допустимом коллекторном напряжении более 100 В и токе коллектора более 50 А позволяют в диапазоне частот до 30 МГц получить в нагрузке мощность порядка 175-200 Вт.

Большое разнообразие транзисторов отражается в их условных обозначениях (маркировке), содержащих определенную информацию о свойствах транзистора. Первый элемент обозначения характеризует материал полупроводника:

□ Г (или 1) — германий;

□ К (или 2) — кремний;

□ А (или 3) — арсенид галлия;

□ И (или 4) — соединения индия.

Буквы используют при маркировке транзисторов широкого применения, цифры — при маркировке транзисторов специального назначения.

Вторым элементом обозначения для биполярных транзисторов является буква Т (для полевых транзисторов используется буква П). Третий элемент обозначения характеризует мощность и частотные свойства:

· 1 — маломощный низкочастотный;

· 2 — маломощный средней частоты;

· 3 — маломощный высокочастотный (/ > 30 МГц);

· 4 — средней мощности низкочастотный;

· 5 — средней мощности средней частоты;

· 6 — средней мощности высокочастотный;

· 7 — большой мощности низкочастотный;

· 8 — большой мощности средней частоты;

· 9 — большой мощности высокочастотный.

Четвертый и пятый элементы указывают на порядковый номер разработки данного типа транзистора и обозначаются цифрами от 01 до 99. Шестой элемент обозначения (буквы от А до Я) показывает разделение транзисторов данного типа на подтипы по классификационным параметрам, например по величине h_2i3 или какого-либо другого параметра. Например, кремниевый биполярный мощный высокочастотный транзистор КТ 903 А имеет минимальное значение h_2i3 = 15, а транзистор КТ 903 Б — минимальное значение h_2i3 = 40.

Для вновь разрабатываемых транзисторов используются семиэлементные обозначения. У этих транзисторов третий элемент несколько иначе характеризует мощность и частотные свойства транзистора:

· 1 — маломощный (до 1 Вт) с граничной частотой до 30 МГц;

· 2 — маломощный с граничной частотой до 300 МГц;

· 4 — маломощный с граничной частотой свыше 300 МГц;

· 7 — мощный (свыше 1 Вт) с граничной частотой до 30 МГц;

· 8 — мощный с граничной частотой до 300 МГц;

· 9 — мощный с граничной частотой свыше 300 МГц.

Четвертый, пятый и шестой элементы (число от 001 до 999) указывают на порядковый номер разработки, а седьмой элемент — на отличие по какому-либо параметру.

В радиоэлектронной аппаратуре наряду с транзисторами, управляемыми электрическими сигналами, находят применение транзисторы, управляемые световыми сигналами, — фототранзисторы. Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, в корпусе которого имеется прозрачное окно, через которое световой поток воздействует на область базы. Схематическое устройство фототранзистора и схема его включения представлены на рис. 4.41, а. Фототранзистор обычно включают по схеме с ОЭ с отключенной базой. При этом эмиттерный переход оказывается включенным в прямом направлении, а коллекторный переход — в обратном. Под действием света происходит генерация пар носителей заряда в базовой области. Электроны и дырки диффундируют к коллекторному переходу, поле которого разделяет их. Дырки переходят из базы в коллектор и увеличивают ток коллектора, а электроны остаются в базе и компенсируют положительный неподвижный заряд неподвижных доноров в p-n-переходе, в результате чего потенциальный барьер в эмиттерном переходе снижается, что приводит к увеличению инжекции дырок в базу. Соответственно увеличивается количество дырок, втянутых полем коллекторного перехода и попавших в коллектор. Ток инжектированных носителей и соответствующий ему коллекторный ток во много раз превышает первоначальный фототок, образованный носителями за счет генерации.

Схема со свободной базой имеет низкую температурную стабильность. Для повышения стабильности используют вывод базы и схемы стабилизации аналогично тому, как это делается в схемах с обычными биполярными транзисторами. Вывод базы может быть задействован для обычного электрического управления фототранзистором.