Транзистор – это полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и
преобразования электрических колебаний. Транзистор делается на основе
монокристаллического полупроводника, который содержит не менее трёх
областей с различной проводимостью. Еще транзистором иногда называют
портативный радиовещательный приемник на полупроводниковых приборах.
Принцип работы биполярного транзистора
Рассмотрим в первом
приближении физические процессы, протекающие в транзисторе в активном
режиме, и постараемся оценить, каким образом эти процессы позволяют
усиливать электрические сигналы.
Для простоты анализа будем
использовать плоскую одномерную модель транзистора, представленную на
рис. 3.4. Эта модель предполагает, что p-n- переходы транзистора
являются плоскими, и все физические величины в структуре, в частности,
концентрации носителей заряда, зависят только от одной продольной
координаты x , что соответствует бесконечным поперечным размерам
структуры. С учетом того, что в реальной структуре транзистора (см.
рис. 3.1) ширина базы значительно меньше поперечных размеров переходов,
плоская одномерная модель достаточно хорошо отражает процессы,
протекающие в транзисторе. Рассмотрим вначале статическую ситуацию, при
которой на переходы транзистора от внешних источников питания подаются
постоянные напряжения uЭБ и uКБ - см. рис. 3.4. Заметим, что
приведенный на рисунке транзистор включен по схеме с общей базой.
Напряжения uЭБ <0 и uКБ >0 обеспечивают открытое состояние
эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода, что
соответствует активному режиму работы транзистора. Через открытый
эмиттерный переход протекают основные носители заряда. Как уже
отмечалось в п. 3.1, из-за резкой асимметрии эмиттерного перехода
инжекцию через него можно считать односторонней, то есть достаточно
рассматривать только поток электронов, инжектируемых из эмиттера в базу
- см. рис. 3.4. Этот поток очень сильно зависит от напряжения на
эмиттерном переходе uЭБ, экспоненциально возрастая с увеличением ч uЭБч
. Инжектированные в базу электроны оказываются в ней избыточными
(неравновесными) неосновными носителями заряда. Вследствие диффузии они
движутся через базу к коллекторному переходу, частично рекомбинируя с
основными носителями - дырками. Достигнувшие коллекторного перехода
электроны экстрагируются полем закрытого коллекторного перехода в
коллектор. В связи с тем, что в коллекторном переходе отсутствует
потенциальный барьер для электронов, движущихся из базы в коллектор,
этот поток в первом приближении не зависит от напряжения на
коллекторном переходе uКБ. Таким образом, в активном режиме всю
структуру транзистора от эмиттера до коллектора пронизывает сквозной
поток электронов, создающий во внешних цепях эмиттера и коллектора токи
iЭ и iК , направленные навстречу движению электронов. Важно
подчеркнуть, что этот поток электронов и, соответственно, ток
коллектора iК, являющийся выходным током транзистора, очень эффективно
управляются входным напряжением uЭБ и не зависят от выходного
напряжения uКБ. Эффективное управление выходным током с помощью
входного напряжения составляет основу принципа работы биполярного
транзистора и позволяет использовать транзистор для усиления
электрических сигналов. Схема простейшего усилительного
каскада на транзисторе, включенном по схеме ОБ, приведена на рис. 3.5.
По сравнению со схемой, приведенной на рис. 3.4, в эмиттерную цепь
введен источник переменного напря жения uЭБ- , а в коллекторную цепь
включен нагрузочный резистор RК. Переменное напряжение uЭБ- наряду с
напряжением, подаваемым от источника питания, воздействует на сквозной
поток электронов, движущихся из эмиттера в коллектор. В результате
этого воздействия коллекторный ток приобретает переменную составляющую
iК– , которая благодаря очень высокой эффективности управления может
быть значительной даже при очень маленькой величине uЭБ- . При
протекании тока коллектора через нагрузочный резистор на нем выделяется
напряжение, также имеющее переменную составляющую uКБ- = iК– RК. Это
выходное переменное напряжение при достаточно большом сопротивлении RК
может значительно превосходить величину входного переменного напряжения
uЭБ- (uКБ- >>uЭБ- ). Таким образом, транзистор, включенный по
схеме ОБ, усиливает электрические сигналы по напряжению. Что касается
усиления по току, то рассмотренная схема его не обеспечивает, поскольку
входной и выходной токи примерно равны друг другу ( iЭ » iК ).
