Биполярный переходной транзистор (БЮТ) - конструкция и подробности работы

Биполярный транзистор или BJT представляет собой 3-контактное полупроводниковое устройство, которое способно усиливать или переключать входные напряжения и токи малых сигналов на значительно большие напряжения и токи выходного сигнала.

Как развивались биполярные транзисторные биполярные транзисторы

В течение 1904–1947 годов электронная лампа, несомненно, была электронным устройством большого любопытства и роста. В 1904 году ламповый диод был запущен Дж. А. Флемингом. Вскоре после этого, в 1906 году, Ли Де Форест усовершенствовал устройство, добавив в него третью функцию, известную как управляющая сетка, выпустив первый усилитель, названный триодом.

В последующие десятилетия радио и телевидение стали источником огромного вдохновения для лампового бизнеса. Производство выросло с примерно 1 миллиона ламп в 1922 году до примерно 100 миллионов в 1937 году. В начале 1930-х годов четырехэлементный тетрод и пятиэлементный пентод приобрели популярность в производстве электронных ламп.

В последующие годы производственный сектор превратился в один из наиболее важных секторов, и для этих моделей были созданы быстрые улучшения в методах производства, в приложениях с высокой мощностью и высокой частотой, а также в направлении миниатюризации.

Однако 23 декабря 1947 года электронная промышленность должна была стать свидетелем появления совершенно нового «направления интереса» и усовершенствования. В полдень выяснилось, что Уолтер Х. Браттейн и Джон Бардин продемонстрировали и доказали усилительную функцию самого первого транзистора в Bell Telephone Laboratories.

Самый первый транзистор (который был выполнен в виде точечного транзистора) показан на рис. 3.1.

Изображение предоставлено: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Replica-of-first-transistor.jpg

Положительные стороны этого твердотельного блока с 3 выводами по сравнению с лампой были сразу заметны: он оказался намного меньше, мог работать без `` нагревателя '' или потерь тепла, был небьющимся и прочным, был более эффективным с точки зрения энергопотребление, его можно было легко хранить и к нему можно было получить доступ, не требовалось никакого первоначального прогрева, и он работал при гораздо более низких рабочих напряжениях.

КОНСТРУКЦИЯ ТРАНЗИСТОРА

Транзистор - это в основном устройство, состоящее из трех слоев полупроводникового материала, в котором используются либо 2 слоя материала n-типа и один слой материала p-типа, либо 2 p-типа и один слой материала n-типа. Первый тип называется транзистором NPN, а второй вариант - транзистором типа PNP.

Оба этих типа можно представить на рисунке 3.2 с соответствующим смещением постоянного тока.

Мы уже узнали, как в BJTs смещение постоянного тока становятся необходимыми для установления требуемой рабочей области и для усиления переменного тока. Для этого слой эмиттерной стороны легирован в большей степени по сравнению с базовой стороной, которая легирована менее значительно.

Наружные слои состоят из слоев, намного большей толщины по сравнению с слоистыми материалами p- или n-типа. На Рис. 3.2 выше мы видим, что для этого типа доля общей ширины по сравнению с центральным слоем составляет около 0,150 / 0,001: 150: 1. Легирование, осуществляемое поверх многослойного слоя, также относительно ниже, чем у внешних слоев, которое обычно составляет 10: 1 или даже меньше.

Такой пониженный уровень легирования снижает проводящую способность материала и увеличивает резистивный характер, ограничивая количество свободно движущиеся электроны или «свободные» носители.

На диаграмме смещения мы также можем видеть, что клеммы устройства показаны заглавными буквами E для эмиттера, C для коллектора и B для базы, в нашем будущем обсуждении я объясню, почему это значение придается этим клеммам.

Кроме того, термин BJT используется для сокращения биполярного транзистора и обозначает эти 3 оконечных устройства. Фраза «биполярный» указывает на отношение дырок и электронов, участвующих в процессе легирования, к противоположно поляризованному веществу.

РАБОТА ТРАНЗИСТОРА

Давайте теперь разберемся с фундаментальной работой BJT с помощью PNP-версии рисунка 3.2. Принцип работы аналога NPN был бы точно таким же, если бы участие электронов и дырок просто поменялось местами.

Как видно на Рисунке 3.3, транзистор PNP был перерисован, что устраняет смещение базы к коллектору. Мы можем визуализировать, как область истощения выглядит суженной по ширине из-за индуцированного смещения, которое вызывает массивный поток большинство перевозчиков по материалам типа n.

В случае, если смещение база-эмиттер pnp-транзистора устранено, как показано на рис. 3.4, поток основных носителей становится нулевым, позволяя потоку только неосновных носителей.

Вкратце мы можем понять, что в предвзятой ситуации один p-n-переход BJT становится смещенным в обратном направлении, а другой переход - в прямом направлении.

На рис. 3.5 мы можем видеть оба напряжения смещения, приложенные к pnp-транзистору, что вызывает указанный поток основной и неосновной несущих. Здесь, исходя из ширины областей истощения, мы можем четко визуализировать, какой переход работает в состоянии прямого смещения, а какой - в обратном.

Как показано на рисунке, значительное количество основных носителей в конечном итоге рассеивается через смещенный вперед p-n переход в материал n-типа. Это вызывает у нас вопрос, могут ли эти носители играть какую-либо важную роль в продвижении основного тока IB или в обеспечении его протекания непосредственно в материал p-типа?

Учитывая, что содержимое сэндвича n-типа невероятно тонкое и обладает минимальной проводимостью, очень немногие из этих носителей собираются выбрать этот конкретный маршрут с высоким сопротивлением через базовый вывод.

Уровень тока базы обычно составляет около микроампер, а не миллиампер для токов эмиттера и коллектора.

Большой диапазон этих основных носителей будет диффундировать вдоль обратносмещенного перехода в материал p-типа, прикрепленный к клемме коллектора, как показано на рис. 3.5.

Фактическая причина такой относительной легкости, с которой большинству носителей позволяют проходить через обратносмещенный переход, быстро становится понятна на примере диода с обратным смещением, где наведенные основные носители появляются как неосновные носители в материале n-типа.

Иными словами, мы обнаруживаем введение неосновных носителей в материал основной области n-типа. С учетом этого и того факта, что для диодов все неосновные носители в обедненной области проходят через обратносмещенный переход, приводит к потоку электронов, как показано на рис. 3.5.

Предполагая, что транзистор на рис. 3.5 представляет собой единственный узел, мы можем применить закон Кирхгофа, чтобы получить следующее уравнение:

Это показывает, что ток эмиттера равен сумме тока базы и коллектора.

Однако коллекторный ток состоит из пары элементов, а именно основных и неосновных носителей, как показано на рис. 3.5.

Несущий элемент неосновного тока здесь составляет ток утечки и обозначается как ICO (ток IC, имеющий открытый вывод эмиттера).

Следовательно, чистый ток коллектора устанавливается, как указано в следующем уравнении 3.2:

Ток коллектора IC измеряется в мА для всех транзисторов общего назначения, а ICO рассчитывается в мкА или нА.

ICO будет вести себя как диод с обратным смещением и, следовательно, может быть уязвим к перепадам температуры, поэтому при тестировании необходимо надлежащим образом проявлять осторожность, особенно в схемах, которые предназначены для работы в сценариях с широким диапазоном температур, иначе результат может быть очень большим. пострадали из-за температурного фактора.

Тем не менее, из-за множества усовершенствований в компоновке современных транзисторов, ICO значительно сокращается и может полностью игнорироваться для всех современных BJT.

В следующей главе мы узнаем, как настроить BJT в режиме общей базы.

Рекомендации: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Bardeen