Устройство транзисторов. Эмиттерный и коллекторный переходы. Строение базы

Точечный транзистор был изобретен в 1947 году, в течение последующих лет он зарекомендовал себя как основной элемент для изготовления интегральных микросхем, использующих:
транзисторно-транзисторную логику (ТТЛ),
резисторно-транзисторную логику (РТЛ) и
диодно-транзисторную логику (ДТЛ).

Первые транзисторы были изготовлены на основе германия.
В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия.
Последние транзисторы используются в схемах высокочастотных усилителей.

Транзистор – полупроводниковый прибор, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи.
Ge
In
In
п – р
р – п
эмиттер
коллектор
база
эмиттерный
переход
коллекторный
переход
Три области:
эмиттер, база, коллектор.
Два р – п – перехода:
1. эмиттер-база – эмиттерный переход;
2. коллектор-база – коллекторный переход

Область транзистора, основным назначением которой является инжекция носителей в базу, называют эмиттером (Э), а соответствующий переход эмиттерным.

Область, основным назначением которой является экстракцией носителей из базы – коллектор (К), а переход коллекторным.

Область транзистора, расположенная между переходами называется базой(Б).
Примыкающие к базе области чаще всего делают неодинаковыми.

В зависимости от проводимости базы, транзисторы делятся на два типа:
п – р - п и р – п – р типа.
Толщина базы должна быть значительно меньше длины свободного пробега носителей тока, а концентрация основных носителей в базе значительно меньше концентрации основных носителей тока в эмиттере – для минимальной рекомбинации в базе.
Площадь коллекторного перехода должна быть больше площади эмиттерного перехода, чтобы перехватить весь поток носителей тока от эмиттера.

Схематически транзистор можно представить как два (полтора) диода с общей базой.

Схематически транзистор можно представить как два диода с общей базой.

Упрощенная схема поперечного разреза транзистора

Рассмотрим принцип действия прибора при включении
в цепь, схема которой показана на рисунке

Принцип работы транзистора со структурой NPN.
Ток, поданный на базу, открывает транзистор и обеспечивает протекание тока в цепи коллектор-эмиттер. С помощью малого тока, поданного на базу, можно управлять током большой мощности, идущим от коллектора к эмиттеру.

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трёх областей с чередующимися типами электропроводности, пригодный для усиления мощности

Эти области разделяются электронно-дырочными переходами.
Особенность транзистора состоит в том, что между его p-n переходами существует взаимодействие - ток одного из электродов может управлять током другого.

Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении.
В зависимости от этого различают три режима работы транзистора.

Режимы работы
1.Режим отсечки - оба p-n перехода закрыты.
В таком состоянии у транзистора практически отсутствует ток базы. В результате, тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор заперт.

2. Режим насыщения - оба p-n перехода открыты;
Если увеличивать ток базы, то может наступить такой момент, когда ток коллектора перестанет увеличиваться, т.к. транзистор полностью откроется, и ток будет определяться только напряжением источника питания и сопротивлением нагрузки в цепи коллектора. Транзистор достигает режима насыщения.

В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечиваться источником питания при данном сопротивлении нагрузки, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.
В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен».

3. Активный режим - один из p-n переходов открыт, а другой закрыт.
В активном режиме управление транзистора осуществляется наиболее эффективно.
Если на Э переходе напряжение прямое, а на К переходе обратное, то включение транзистора считают нормальным, при противоположной полярности - инверсным.