Трранзистори, Лекція 1

Тема заняття: Транзистори.

 План лекції

1.     Закріплення пройденого матеріалу (за змістовим модулем 1.1)

2.     Побудова та принцип дії транзистора.

            Домашнє завдання: Л.1. §2.4 стор. 31-34.

Транзи́стор (англ. transfer — «переносити» і англ. resistor — «опір») — напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою зміни вхідної напруги або струму, поданих на додатковий електрод. Невелика зміна вхідних величин може приводити до суттєво більшої зміни вихідної напруги та струму.

Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах. У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.

На принципових електричних схемах транзистори біля умовних графічних позначень додатково позначають літерно-цифровими познаками, що складаються з дволітерного коду VT та числа-порядкового номеру елемента у схемі, наприклад: VT1, VT24 тощо.

Транзистором) називається електроперетворювальний НП прилад, який має один або декілька р-п переходів, три або більше виводів і здатний підсилю­вати потужність електричного сигналу.

За будовою та принципом дії транзистори поділяють на два великі класи: біполярні транзистори (БТ) й польові транзистори (ПТ). До кожного з цих класів входять численні типи транзисторів, що відрізняються за будовою і характеристиками.

Широко розповсюджені транзистори з двома р-n переходами, що мають назву біполярних. Термін "біполярний" підкреслює, що проце­си в цих транзисторах пов'язані з взаємодією носіїв заряду двох типів: електронів і дірок. Для виготовлення транзисторів використовують гер­маній і частіше кремній. Два

р-n переходи створюють за допомогою тришарової структури з чередуванням шарів, що мають електронну та діркову електропровідності.

У відповідності до передування шарів з різними типами елекгропровідності біполярні транзистори поділяються на два класи: п-р-п і р-п-р типу, як показано на рис. 2.11.

Центральний шар біполярних транзисторів має назву "база". Зовнішній лівий, що є джерелом носіїв заряду (електронів чи дірок) і, головним чи­ном, створює струм приладу, називається "емітером".

Правий зовнішній шар, що приймає заряди від емітера, називається "колектором".

На пе­рехід емітер-база напруга подається у прямому напрямку, тому, навіть при незначній напрузі, через перехід тече великий струм. На перехід колектор-база напруга подається у зворотному напрямку. Зазвичай її значення на декілька порядків перевищує значення напруги на переході емітер-база.

Рис. Схематична побудова та умовне позначення транзисторів п-р-п (а) та р-п-р(б) типів

На рис. наведені також еквівалентні схеми транзисторів у ви­гляді двох діодів (р-п переходів), увімкнених зустрічно. З них видно, що така конструкція не те що не може забезпечувати підсилення елек­тричного сигналу, а взагалі непрацездатна - струм від колектора до емітера протікати не може!

Підсилюючі властивості біполярного транзистора забезпечуються тим, що р-п переходи в ньому не незалежні, а взаємодіють один з од­ним, що, у свою чергу, забезпечується технологічними особливостями виконання тришарової структури. А саме:

1)  емітер виконано з великою кількістю домішки - він має велику кількість вільних носіїв заряду;

2)   база виконана тонкою і має малу кількість основних носіїв за­ряду;

3)   колектор - масивний і має кількість носіїв, меншу, ніж емітер.

Розглянемо роботу транзистора типу п-р-п.

Для початку припустимо, що увімкнено лише перехід колектор-база: до нього прикладено напругу джерела колекторного живлення Е_А„ як показано на рис. 2.12.

Рис. 2.12- Спрощена схема вмикання транзистора

Рис. 2.13- Схема вмикання транзистора

Емітерний струм І_Е дорівнює нулю, у транзисторі протікає лише незначний зворотний струм через колектор­ний перехід, бо через нього ру­хаються неосновні носії заряду, що зумовлюють початковий струм І_к0.

Якщо підімкнути емітерне джерело живлення Е_Е, як показано на рис. 2.13, емітерний перехід змі­щується у прямому напрямку, че­рез нього тече струм І_Е визначе­ної величини.

Оскільки зовнішню напругу прикладено до емітерного переходу у прямому напрямку, електрони долають перехід і потрапляють у зону бази, де частково рекомбінують з її дірками, утворюючи струм бази І_Б. Більшість електронів, що є неосновними носіями для бази, зав­дяки дрейфу досягають зони колектора, де вони є основними носіями, і, потрапляючи під дію поля Е_к,  утворюють колекторний струм І_К. Струм Ік практично дорівнює І_Е.

Рівняння для струмів транзистора в усталеному режимі має вигляд:  

(2.4)

Зв'язок між струмом емітера і струмом колектора характеризуєть­ся коефіцієнтом передачі струму, що вказує, яка частка повного струму через емітерний перехід досягає колектора (передасться до нього з емітера): 

                                                              (2.5)                                                                                 

Для сучасних транзисторів а = 0,9 + 0,995.

Транзистор р-п-р типу діє аналогічно, тільки струм через прилад зумовлений, головним чином, дірками, а полярність підмикання дже­рел живлення протилежна.