Udostępnij w społeczności. sieci:


Urządzenia półprzewodnikowe. Tranzystory




Tranzystor jest urządzeniem półprzewodnikowym przeznaczonym do wzmacniania, odwracania , przekształcania sygnałów elektrycznych , a także do przełączania impulsów elektrycznych w obwodach elektronicznych różnych urządzeń. Istnieją tranzystory bipolarne, które wykorzystują kryształy typu n i p oraz tranzystory polowe (jednobiegunowe) wykonane na germanie lub krysztale krzemu z jednym rodzajem przewodnictwa.

Tranzystory bipolarne

Tranzystory bipolarne są urządzeniami półprzewodnikowymi wykonanymi na kryształach o strukturze typu pnp ( a ) lub typu npn ( b ) z trzema przewodami połączonymi z trzema warstwami (obszarami): kolektorem ( K ), bazą ( B ) i emiterem ( E ) (Rys. 20).

Rysunek 20- Tranzystory bipolarne: a) struktura typu pnp ; b) struktura typu npn

Podstawa B jest środkową cienką warstwą, która służy do kompensacji przejść emitera i kolektora. Grubość podstawy musi być mniejsza niż średnia swobodna ścieżka nośników ładunku. Emiter E - warstwa zewnętrzna, źródło nośników ładunku o wysokiej koncentracji nośników, znacznie większych niż w podstawie. Druga warstwa zewnętrzna K , która przyjmuje nośniki ładunku, nazywa się kolektorem .

Prąd w takim tranzystorze jest określany przez ruch ładunków dwóch typów: elektronów i dziur. Stąd jego nazwa - tranzystor bipolarny .

Fizyczne procesy w tranzystorach typu pnp i npn są takie same. Różnica polega na tym, że prądy w bazach tranzystorów typu pnp są przenoszone przez główne nośniki ładunku - otwory, a w tranzystorach npn - przez elektrony.

Każdy z przejść tranzystora - nadajnika ( B-E ) i kolektora ( B-K ) może być włączony albo w przód, albo w przeciwnym kierunku. W zależności od tego istnieją trzy tryby działania tranzystora:

  • tryb odcięcia - oba złącza pn są zamknięte, podczas gdy względnie mały prąd I 0 przepływa przez tranzystor, z powodu mniejszych nośników ładunku;
  • tryb nasycenia - oba złącza pn są otwarte;
  • tryb aktywny - jedno z połączeń pn jest otwarte, a drugie zamknięte.

W trybach odcięcia i nasycenia sterowanie tranzystora jest praktycznie nieobecne. W trybie aktywnym tranzystor realizuje funkcję aktywnego elementu sygnałów wzmacniających obwodów elektrycznych, generując oscylacje, przełączanie itp.

Jeśli napięcie złącza emitera jest bezpośrednie, a na kolektorze jest odwrotnie, to włączenie tranzystora jest uważane za normalne, z odwrotną polaryzacją napięcia - odwrotnie.

Przez dostarczenie ujemnego potencjału źródła napięcia do kolektora i dodatnie do emitera (rys. 21) w obwodzie przełączającym tranzystora ze wspólnym nadajnikiem, otworzyliśmy przez to połączenie E - B emitera i zamknęliśmy kolektor G - K , podczas gdy prąd kolektora I K0 = I E0 = I 0 jest małe, zależy od stężenia nośników mniejszościowych (w tym przypadku elektronów). Jeśli małe napięcie zostanie wprowadzone między nadajnik i podstawę (0,3-0,5 V) w kierunku do przodu złącza pn E - B , wówczas otwory są wtryskiwane z emitera do podstawy, tworząc prąd emitora - I. W podstawie dziury częściowo rekombinują z wolnymi elektronami, ale jednocześnie nowe elektrony docierają do podstawy z zewnętrznego źródła napięcia EB ( E B < ER) , tworząc prąd podstawowy I B.




Rysunek 21 - Obwód tranzystora bipolarnego

Ponieważ baza w tranzystorze ma postać cienkiej warstwy, tylko niewielka część otworów rekombinuje się z elektronami podstawowymi, a ich główna część dochodzi do złącza kolektora. Otwory te są wychwytywane przez pole elektryczne złącza kolektora, które jest dziurą przyspieszającą. Prąd otworów, które spadły z emitera do kolektora, jest zamknięty przez rezystor R K i źródło napięcia z EMF E K , tworząc prąd kolektorowy I K w obwodzie zewnętrznym.

Zapisujemy stosunek prądów w obwodzie przełączającym tranzystora (rys. 21), zwany obwodem przełączającym ze wspólnym nadajnikiem (OE),

Stosunek prądu kolektora do prądu emitera nazywany jest współczynnikiem transferu prądu

gdzie jest prąd podstawowy

Obwód przełączający tranzystora z OE jest najbardziej rozpowszechniony ze względu na mały prąd bazowy w obwodzie wejściowym i wzmocnienie sygnału wejściowego zarówno pod względem napięcia jak i prądu. Podstawowe właściwości tranzystora są określone przez stosunki prądów i napięć w różnych obwodach i ich wzajemny wpływ na siebie.

Tranzystor może działać na prądzie stałym, małym naprzemiennym sygnale, dużym naprzemiennym sygnale oraz w trybie kluczowym (impulsowym).



Wprowadź rodziny

i weekend

Statyczne charakterystyki tranzystora w obwodzie z OE przedstawiono na rys. 22. Można je uzyskać w wyniku eksperymentu lub obliczeń.

Rysunek 22 - Rodziny charakterystyk statycznych wejścia i wyjścia

Rodziny charakterystyk, które odnoszą się do napięć i prądów na wyjściu do prądów i napięć na wejściu, nazywa się charakterystyką transmisji lub charakterystyką sterowania (rys. 23).

Rysunek 23 Charakterystyka transmisji

Tranzystory bipolarne są klasyfikowane:

  • rozpraszanie mocy (niska moc (do 0,3 W), średnia moc (od 0,3 W do 1,5 W) i moc (ponad 1,5 W));
  • na właściwościach częstotliwości (niska częstotliwość (do 3 MHz), średnia częstotliwość (3-30 MHz), wysoka (30-300 MHz) i ultra wysoka częstotliwość (ponad 300 MHz));
  • do miejsca przeznaczenia: uniwersalne, wzmacniające, generujące, przełączające i pulsujące.

Podczas oznaczania tranzystorów bipolarnych najpierw należy wpisać literę lub cyfrę wskazującą źródłowy materiał półprzewodnikowy: Г lub 1 - german, К lub 2 - krzem; następnie liczba od 1 do 9 (1, 2 lub 3 - niska częstotliwość, 4, 5 lub 6 - wysoka częstotliwość, 7, 8 lub 9 - ultra wysoka częstotliwość, odpowiednio, w każdej grupie niskiej, średniej lub wysokiej mocy). Następne dwie cyfry od 01 do 99 to numer porządkowy rozwinięcia, a na końcu litera (od A i powyżej) wskazuje grupę parametryczną urządzenia, na przykład napięcie zasilania tranzystora itp.

Na przykład tranzystor GT109G: german o niskiej częstotliwości, niska moc z współczynnikiem przenikania prądu h 21 O = 100_250, U K = 6 V, I K = 20 mA (prąd stały).

Tranzystor polowy

Tranzystor polowy jest urządzeniem półprzewodnikowym, w którym prąd spustowy ( C ) przez kanał półprzewodnikowy typu n- lub p jest sterowany przez pole elektryczne powstające w wyniku przyłożenia napięcia między bramką ( W ) a źródłem ( I ).

Tranzystory polowe są wykonane:

- z bramką kontrolną typu złącza pn do stosowania w urządzeniach do konwersji o wysokiej częstotliwości (do 12-18 GHz). Ich warunkowe oznaczenie na schematach pokazano na rys. 24, a , b ;

- z izolowaną bramką dielektryczną do stosowania w urządzeniach pracujących z częstotliwością do 1-2 GHz. Są one wykonane z wbudowanym kanałem w postaci struktury MDP (patrz ich symbol na Rys. 24, c i d ) lub z indukowanym kanałem w postaci struktury MOP (patrz ich symbol na Rys. 24, e , f ).

Rysunek 24 - Typy tranzystorów polowych

Obwód przełączający tranzystora polowego z bramką typu pn i typem wyjściowym I C = f ( U C ), U C = const i charakterystyka czasowa I - I, C = f ( UC), UC = const, pokazano na rysunku . 25

Rysunek 25 - Schemat połączeń tranzystora polowego z charakterystyczną charakterystyką czasową

Po podłączeniu wyjść spustowych C i źródła I do źródła prądu Un , prąd I C przepływa przez kanał typu n , ponieważ złącze pn nie zachodzi na przekrój kanału (rys. 25a ).

W takim przypadku elektroda, z której nośniki ładunku wchodzą do kanału, nazywana jest źródłem , a elektroda, przez którą główne nośniki ładunku opuszczają kanał, nazywa się drenowaniem .

Elektroda używana do regulacji przekroju kanału nazywana jest bramą . Wraz ze wzrostem napięcia wstecznego U C zmniejsza się przekrój poprzeczny kanału, jego oporność wzrasta, a prąd drenu I C maleje.

Tak więc, regulacja prądu spustowego IC występuje, gdy napięcie wsteczne jest przyłożone do złącza pn bramki 3 . Ze względu na niewielką liczbę wstecznych prądów w obwodzie bramki-źródła, moc wymagana do sterowania prądem drenującym jest nieistotna.

Przy napięciu -U З = -U ЗО , zwanym napięciem odcięcia , sekcja kanału całkowicie pokrywa się z warstwą barierową zubożoną w nośniki ładunków, a prąd drenu I COO (prąd odcięcia) jest określany przez pomniejsze nośniki ładunku złącza pn (patrz Fig. 25b ).

Schematyczna struktura tranzystora polowego z indukowanym n- kanałem jest pokazana na Fig. 26. Przy napięciu bramki względem źródła, równym zeru, i w obecności napięcia na drenażu, prąd drenu jest nieistotny. Widoczny prąd spustowy pojawia się tylko wtedy, gdy napięcie dodatnie biegunowości jest przyłożone do bramki względem źródła, więcej niż tak zwane napięcie progowe U SPD .

Rysunek 26 - Schematyczna struktura tranzystora polowego indukowanego n-kanałem

W tym przypadku, w wyniku przenikania pola elektrycznego przez warstwę dielektryczną do półprzewodnika przy napięciu na bramce, większym niż U ZPOR , na powierzchni półprzewodnika pod bramą pojawia się warstwa odwrotna, która jest kanałem łączącym źródło ze spustem.

Grubość i przekrój kanału zmieniają się w zależności od napięcia na bramce, a prąd drenu odpowiednio się zmieni. W ten sposób prąd spustowy jest kontrolowany w tranzystorze polowym z indukowaną bramką. Najważniejszą cechą tranzystorów polowych jest wysoki opór wejściowy (rzędu kilku megoomów) i niewielki prąd wejściowy. Jednym z głównych parametrów tranzystorów polowych jest stromość S charakterystyki prądu-bramki (patrz rys. 25, c ). Na przykład dla tranzystora polowego typu KP103Zh S = (3 ... 5) mA / V.

Przeczytaj także o: