Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
емкостью конденсатора настройки часто представляет собой специальную
схему (схема автоматической подстройки частоты), которая фиксирует
настройку на желаемую станцию автоматически.
1.4 Транзистор
1.4.1 Введение
Биполярный транзистор состоит из двух р-п переходов, образованных слоями
полупроводников с примесями. На рис. 1.13 показана самая простая
конструкция п-р-п транзистора. Тонкий слой слабо легированного
полупровод-
1.3.10 Емкость перехода и варикапы
Катлектор
Эмиттер
Рис. 1.13. Устройство п-р-п транзистора и его условное обозначение.
20 Усиление и транзисторы
ника р-типа (база) расположен между двумя более толстыми слоями л-типа
(эмиттер и коллектор). Толщина базы может быть меньше одного микрона.
1.4.2 Принцип действия транзистора
На рис. 1.14 показан транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером. В
схеме, приведенной на рис. 1.14(a), ток базы не течет, а в схеме на рис.
1.14(A) переключатель 5 замкнут, позволяя току из батареи Вх течь в базу
транзистора. Сначала рассмотрим схему на рис. 1.14(a). Важно отметить,
что переход коллектор-база смещен в обратном направлении и имеющийся
потенциальный барьер препятствует потоку основных носителей. Таким
образом, пренебрегая утечкой, можно считать, что при разомкнутом ключе S
коллекторный ток равен нулю. Теперь рассмотрим, что произойдет, когда
ключ S замкнут (рис. 1.14(A)). Переход база-эмиттер становится смещенным
в прямом направлении, а переход коллектор-база остается смещенным в
Рис. 1.14. Иллюстрация работы транзистора: (а) тока базы нет, (b) ток
базы течет.
Транзистор 21
обратном направлении. Благодаря смещению перехода база-эмиттер в прямом
направлении электроны из эмиттера п-типа посредством диффузии проходят по
базе р-типа по направлению к обедненному слою на переходе база-коллектор.
Эти электроны, являющиеся неосновными носителями в области базы,
достигнув обедненного слоя, по потенциальному барьеру "как с горки"
быстро скатываются в коллектор, создавая тем самым в транзисторе
коллекторный ток. Действие смещенного в прямом направлении перехода база-
эмиттер напоминает открывание ворот и позволяет току протекать по цепи
эмиттер-коллектор. Таков принцип действия транзистора.
Следующий момент требует объяснения. Почему электроны не рекомбинируют с
дырками в базе р-типа в процессе диффузии в сторону коллектора? Ответ
состоит в том, что базу делают совсем слабо легированной, то есть с
низкой концентрацией дырок, и очень тонкой; следовательно, имеется лишь
малая вероятность того, что электрон будет перехвачен дыркой и
рекомбинирует. Когда электрон рекомбинирует в области базы, происходит
кратковременное нарушение равновесия, поскольку база приобретает
отрицательный заряд. Равновесие восстанавливается с приходом дырки из
базовой батареи Вг Батарея Вх является источником дырок для компенсации
рекомбинирующих в базе, и эти дырки образуют базовый ток транзистора.
Благодаря базовому току в базе не происходит накопления отрицательного
заряда и переход база-эмиттер поддерживается смещенным в прямом
направлении, а это, в свою очередь, обеспечивает протекание коллекторного
тока. Таким образом, транзистор является прибором, управляемым током.
Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления
тока (hFE). Он должен равняться числу электронов в секунду, успешно
проследовавших от эмиттера к коллектору, деленному на число
рекомбинировавших. В типичном маломощном кремниевом транзисторе
приблизительно 1 из 100 электронов рекомбинирует в базе, так что усиление
тока имеет значение порядка 100.
Фактически в работе транзистора принимают участие как электроны, так и
дырки, что отличает его от униполярного или полевого транзистора, который
будет рассмотрен в следующей главе.
Ранее упоминалось, что при смещении р-п перехода в прямом направлении
текущий по нему ток образуют как электроны, так и дырки. Но при
рассмотрении смещенного в прямом направлении перехода база-эмиттер мы
пока учитывали только электроны, пересекающие этот переход. Такой подход
оправдан практически, поскольку область эмиттера л-типа специально
легируется очень сильно, чтобы обеспечить большое число свободных
электронов, в то время как область базы легируется совсем слабо, и это
дает настолько мало дырок, что ими можно пренебречь при рассмотрении тока
через переход база-эмиттер. Эмиттер так сильно легирован, что напряжение
лавинного пробоя перехода база-эмиттер обычно всего лишь 6 В. Этот факт
нужно иметь в виду при работе с некоторыми переключающими схемами, где
необходимо позаботиться о том, чтобы обратные смещения не были слишком
большими. Но это обстоятельство может быть и полезным, поскольку переход
база-эмиттер маломощного транзистора ведет себя как 6-вольтовый
стабилитрон и иногда используется в этом качестве.
22 Усиление и транзисторы
1.4.3 Эффекты второго порядка
На рис. 1.15 показан график зависимости коллекторного тока от тока базы
для маломощного кремниевого транзистора: наблюдается линейная зависимость
