ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
Цель работы: закрепление теоретических знаний о транзисторах; экспериментальное определение основных статических параметров и характеристик биполярных транзисторов.
Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench.
Методические указания: работа выполняется студентами за четыре часа аудиторных занятий.
Краткие теоретические сведения
1.1. Основные определения
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий в своей структуре два взаимодействующих p-n -перехода и три внешних вывода, и предназначенный, в частности, для усиления электрических сигналов. Термин "биполярный" подчеркивает тот факт, что принцип работы прибора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд, – дырок и электронов.
Транзистор имеет три области полупроводника, называемые его электродами, причем две крайние области имеют одинаковый тип проводимости, а средняя область – противоположный. Электроды транзистора имеют внешние выводы, с помощью которых транзистор включается в электрическую схему. Одна из крайних областей транзистора называется эмиттером (Э). Она предназначена для создания сильного потока основных носителей заряда, пронизывающего всю структуру прибора. Другая крайняя область транзистора, называемая коллектором (К), предназначена для собирания потока носителей, эмиттируемых эмиттером. Поэтому коллектор имеет наибольшие размеры среди областей транзистора. Средняя область транзистора называется базой (Б). Она предназначена для управления потоком носителей, движущихся из эмиттера в коллектор. Для уменьшения потерь носителей заряда на рекомбинацию в базе ее ширина делается очень маленькой.
Для подключения к другим элементам и источникам питания транзистор имеет выводы, которые называются коллектором (К), эмиттером (Э) и базой (Б).
Между электродами транзистора образуются p-n -переходы. Переход, разделяющий эмиттер и базу, называется эмиттерным переходом (ЭП), а переход, разделяющий базу и коллектор, – коллекторным переходом (КП). С учетом резкой асимметрии эмиттерного перехода он характеризуется односторонней инжекцией: поток основных носителей заряда, инжектируемых из эмиттера в базу, значительно превосходит встречный поток неосновных носителей заряда, инжектируемых из базы в эмиттер.
Упрощенные структуры и условные обозначения биполярных транзисторов представлены на рисунке 1. Стрелка на выводе эмиттера показывает направление эмиттерного тока в активном режиме. Кружок, обозначающий корпус дискретного транзистора, в изображении бескорпусных транзисторов, входящих в состав интегральных микросхем, не используется.
Токи транзистора обозначаются одним индексом, соответствующим названию электрода, во внешней цепи которого протекает данный ток, а напряжения между электродами обозначаются двумя индексами.
Чередование областей определяет тип транзистора: n-p-n и p-n-p.
Принцип работы n-p-n - и p-n-p -транзисторов одинаков, а полярности напряжений между их электродами и направления токов в цепях электродов противоположны. В современной электронике наибольшее распространение получили транзисторы n-p-n -структуры, которые, благодаря более высоким значениям подвижности и коэффициента диффузии электронов по сравнению с дырками, обладают большим усилением и меньшей инерционностью, чем транзисторы p-n-p -структуры. Поэтому обычно рассматриваются именно n-p-n -транзисторы.
| 
|
| Рисунок 1 – Упрощенные структуры и условные обозначения биполярных транзисторов с указанием направления токов при работе в активном режиме |
Симметричные структуры биполярных транзисторов, показанные на рисунке 1, являются идеальными. Структура реального транзистора несимметрична. Площадь коллекторного перехода значительно больше, чем эмиттерного.