Введение
Транзистор (от англ. Transfer – переносить и Resistor – резистор), полупроводниковый прибор, использующийся для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, выполненный на основе монокристаллического полупроводника, содержащего не менее трех областей с различной – электронной (n) и дырочной (p) – проводимостью.
Первый транзистор был изобретен в 1948 году американцами У.Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином. По физической структуре и механизму управления током, а также по принципу действия их делят на:
(в процессах токопрохождения биполярных транзисторов участвуют основные и не основные носители зарядов, а в полевых – носители одного знака)
В полевых транзисторах, управление потоком основных носителей заряда осуществляется в области полупроводника, называемой каналом, путем изменения его поперечного сечения с помощью электрического поля. Полевой транзистор имеет следующие три электрода: исток, через который в n канал втекают основные носители; сток, через который они вытекают из канала, и затвор, предназначенный для регулирования поперечного сечения канала. В настоящее время существует множество типов полевых транзисторов, которые в ряде устройств работают более эффективно, чем биполярные. Преимуществом полевых транзисторов является также и то, что ассортимент полупроводниковых материалов для их изготовления значительно шире (так как они работают только с основными носителями заряда), благодаря чему возможно создание, например, температуроустойчивых приборов. Большое значение также имеют низкий уровень шумов и высокое входное сопротивление этих транзисторов.
Биполярным транзистором (БТ) называется трех электродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами, предназначенный для усиления электрических колебаний по току, напряжению или мощности и имеющие три или более вывода. Действие транзистора основано на управлении движением носителе электрических зарядов в полупроводниковом кристалле. Наиболее распространены транзисторы с тремя выводами. Слово “биполярный” означает, что физические процессы в БТ определяются движением носителей заряда обоих знаков (электронов и дырок). Взаимодействие переходов обеспечивается тем, что они располагаются достаточно близко – на расстоянии, меньшем диффузионной длины. Два p-n перехода образуются в результате чередования областей с разным типом электропроводности. Промышленность выпускает различные транзисторы, которые классифицируют по характеру переноса носителей (биполярные и полевые), числу p-n переходов, порядку чередования областей p-n переходов, методам изготовления, мощности, диапазону рабочих частот и т.п.
Биполярные транзисторы независимо от их структуры (p-n-p или n-p-n) классифицируют по ряду признаков.
Классификация БТ
По числу p-n переходов транзисторы подразделяют на:
– однопереходные
– двухпереходные
– многопереходные
По порядку чередования областей p-n переходов различают транзисторы структуры:
– p-n-p
- n-p-n
(принцип действия обоих типов транзисторов одинаков)
По характеру распределения атомов примеси и движению носителей заряда транзисторы разделяют на:
- бездрейфовые (диффузионные)
- дрейфовые
(БТ с однородной базой называют бездрейфовыми, а с неоднородной базой – дрейфовыми.)
По применяемому материалу транзисторы классифицируются на:
- германиевые
- кремниевые
- арсенид-галлиевые
По технологии изготовления транзисторы бывают:
- сплавные
- диффузионные
- эпитаксиальные
- планарные
По допустимой мощности, рассеиваемой на электродах транзистора, их подразделяют на:
Примечание: Если конструкция корпуса не позволяет рассеивать выделяемую мощность, то транзистор размещают на радиаторе, охлаждаемую поверхность которого подбирают так, чтобы температура кристалла полупроводника не превышала допустимую.
По значению предельной частоты биполярные транзисторы делят на:
Маркировка БТ
Обозначение биполярных транзисторов состоит из шести или семи элементов.
Таблица №1. Маркировка БТ.
№ элемента п/п | Что обозначает элемент | Расшифровка элемента |
1 | Исходный материал | Г(1) – германий. |
2 | Тип транзистора | Т – биполярный. |
3 | Цифра, указывающая на частотные и мощностные свойства. | см. таблицу №2 |
4, 5 (6) | Цифра, указывающие порядковый номер разработки | ––– |
6 (7) | Буква, указывающая на разновидность транзистора из данной группы | ––– |
Таблица №2. Классификация транзисторов по мощности и частоте.
Частота | Мощность | ||
Малая | Средняя | Большая | |
Низкая | 1 | 4 | 7 |
Средняя | 2 | 5 | 8 |
Высокая | 3 | 6 | 9 |
Примеры обозначения:
KT315A, КТ806Б, ГТ108А, КТ3126, КТ3102, КТ3107, КТ972А.
Область транзистора, расположенная между p-n переходами, называют базой. Одна из примыкающих к базе областей должна наиболее эффективно осуществлять инжекцию носителей в базу, а другая – экстрагировать носители из базы (толщина базы делается значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей в ней; ширина базы в сравнении с шириной эмиттера и коллектора очень мала и составляет единицы микрометров)
Область транзистора, из которой происходит инжекция носителей в базу, называют эмиттером, а переход – эмиттерным.
Область транзистора, осуществляющая экстракцию носителей из базы, называют коллектором, а переход – коллекторным.
Кроме того, концентрация атомов примесей в эмиттере и коллекторе (низкоомные области) значительно больше, чем в базе (высокоомная область). Площадь коллекторного перехода больше эмиттерного, что способствует увеличению коэффициента переноса носителей из эмиттера в коллектор.
Основные свойства БТ определяются процессами в базовой области, которая обеспечивает взаимодействие эмиттерного и коллекторного переходов. Поэтому ширина базовой области должна быть малой (обычно меньше 1 мкм). Если распределение примеси в базе от эмиттера к коллектору однородное (равномерное), то в ней отсутствует электрическое поле и носители совершают в базе только диффузионное движение. В случае неравномерного распределения примеси (неоднородная база) в базе существует “внутреннее” электрическое поле, вызывающее появление дрейфового движения носителей: результирующее движение определяется как диффузией, так и дрейфом. БТ с однородной базой называют бездрейфовыми, а с неоднородной базой – дрейфовыми.