Транзисторы представляют собой электропреобразовательные полупроводниковые приборы с одним или несколькими электрическими переходами, для усиления мощности сигнала и имеющие три (или более) внешних вывода. Наиболее распространенные транзисторы имеют два электронно-дырочных перехода. В двухпереходных транзисторах используют два различных типа носителей заряда (электроны и дырки), поэтому их называют биполярными. Основным элементом биполярного транзистора является кристалл полупроводника, в котором с помощью примесей созданы три области с различной проводимостью. Если средняя область имеет электронную проводимость типа n, а две крайние – дырочную проводимость типа p, то структура такого транзистора обозначается p-n-p в отличии от структуры n-p-n, при которой транзистор имеет среднюю дырочную, а крайние области – с электронной проводимостями.
Средняя область кристалла полупроводника, служащая основой для образования электронно-дырочных переходов, называется базой, крайняя область, инжектирующая (эмиттирующая) носители заряда, - эмиттером, а область, собирающая инжектированные носители заряда, - коллектором. К каждой из двух областей припаяны соответственно эмиттерный Э, базовый Б и коллекторный К токоотводы, которыми транзистор включается в схему. Кристалл укрепляют на специальном кристаллодержателе и помещают в герметизированный металлический, пластмассовый или стеклянный корпус. Внешние токоотводы электродов проходят через изоляторы в дне корпуса.
Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называется эмиттерным, а между базой и коллектором – коллекторным. Базовая область транзистора выполняется очень малой толщиной (от 1 до 10-20 мкм). Различная степень легирования областей. Обычно концентрация примесей в эмиттере на 2-3 порядка выше, чем в базе. Степень легирования базы и коллектора зависит от тира прибора.
Для работы транзисторов к их электродам к их электродам подключают постоянные напряжения внешних источников энергии. Помимо постоянных напряжений к электродам подводят сигналы, подлежащие преобразованию. В связи с этим различают входную цепь, к которой подводят сигнал, и выходную, куда включают нагрузку, с которой снимают сигнал. В зависимости от того, какой из электродов при включении транзистора является общим для входной и выходной цепей, различают схемы с общей базой ОБ, общим эмиттером ОЭ и общим коллектором ОК.
В схеме с ОБ входной цепью является цепь эмиттера, а выходной – цепь коллектора, в схеме с ОЭ входной – цепь базы, а выходной цепь коллектора, в схеме с ОК входной – цепь базы, а выходной- цепь эмиттера.
В зависимости от полярности напряжений внешних источников, подключенных к эмиттерному и коллекторному переходам, различают активный, отсечки, насыщения и инверсный режимы работы транзистора
Активный режим используется при усилении слабых сигналов. В этом режиме напряжение внешнего источника к эмиттерному переходу включается в прямом, а к коллекторному – в обратном направлении. Эмиттер инжектирует в область базы неосновные для неё носители заряда, а коллектор производит их экстракцию (выведение) из базовой области.
В режиме отсечки к обоим переходам подводят обратные напряжения, при которых ток, проходящий через транзисторы, ничтожно мал.
В режиме насыщения оба перехода транзистора находятся под прямым напряжением; в них происходит инжекция носителей, транзистор превращается в двойной диод, ток в выходной цепи максимален при выбранном значении нагрузки и не управляется током входной цепи; транзистор полностью открыт. В режимах отсечки и насыщения транзисторы обычно транзисторы обычно используются в схемах электронных переключателей.
В инверсном режиме меняются функции эмиттера и коллектора: к коллекторному переходу подключается прямое, а к эмиттерному – обратное напряжение. Однако такое включение транзистора неравноценно из-за несимметрии структуры и различия концентрации носителей в его области
Транзисторы всех мощностей (низкой, средней и высокой соответственно) делятся на низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные.
Транзисторы малой мощности
Низкочастотные. Германиевые сплавные транзисторы p-n-p применяются для работы в схемах усиления низких частот и выпускаются в металлическом корпусе со стеклянными изоляторами и гибкими выводами, массой 2,5 г, с диапазоном рабочих температур от 60 до +70 °C.
Кремниевые транзисторы p-n-p выпускаются в металлическом корпусе со стеклянными изоляторами и гибкими выводами, массой 1,7 г, с диапазоном рабочих температур от 55 до +100 °C.
Среднечастотные. Транзисторы p-n-p применяются для усиления и генерирования колебаний в диапазоне до 5 МГц, для работы в схемах переключения и стабилизации и выпускаются в металлическом корпусе с гибкими выводами, массой 0,5 г, с диапазоном рабочих температур 60 до +125 °C.
Высокочастотные. Конверсионные транзисторы p-n-p выпускаются в металлическом корпусе с гибкими выводами, массой 2 г, с диапазоном рабочих температур от 55 до +60 °C.
Применяются для работы в УВЧ радиовещательных приемников.
Планарные транзисторы n-p-n выпускаются в металлическом корпусе с гибкими выводами, массой 1 г, с диапазоном рабочих температур от 40 до +85 °C.
Сверхвысокочастотные. Транзисторы p-n-p применяются для работы в каскадах АРУ радиоприемных и телевизионных устройств метрового диапазона воли и выпускаются в металлическом корпусе с гибкими выводам, массой 2 г, с диапазоном рабочих температур от 40 до +55 °C.
Транзисторы средней мощности.
Низко- и высокочастотные. Транзисторы p-n-p выпускаются в металлическом корпусе с гибкими выводами, массой 4 г, с диапазоном рабочих температур от 55 до +70 °C.
Транзисторы n-p-n применяются для работы в выходные каскадах усилителей звуковых частот и выпускаются в металлические корпусе с гибкими выводами двух вариантов, рассчитанных на предельную мощность 300 и 600 Вт, с массой соответственно 2 и 5 г, с диапазоном рабочих температур от 40 до +55 °C.
Высоко- и сверхвысокочастотными. Транзисторы n-p-n выпускаются в металлическом корпусе с гибкими выводами, массой 3 г, с диапазоном рабочих температур от ?40 до +85 °C.
Транзисторы n-p-n выпускаются в металлическом корпусе с гибкими выводами, массой 4,5 г, с диапазоном рабочих температур от 40 до +85 °C.
Транзисторы большой мощности
Низкочастотные. Транзисторы p-n-p применяют для работы в выходных каскадах УНЧ и выпускаются в металлическом герметичном корпусе массой 15 г, с диапазоном рабочих температур от 40 до +55 °C.
Транзисторы n-p-n применяют для работы в схемах строчных разверстки цветных телевизоров и выпускают в металлическом корпусе с монтажным винтом и жесткими выводами, массой 15,5 г.
Среднечастотными. Транзисторы n-p-n применяют для работы в выходных каскадах строчной развертки телевизоров, схемах зажигания автотракторных двигателей и выпускаются в металлическом корпусе с жесткими выводами, массой 25 г (без накидного фланца) и 10 г, с диапазоном рабочих температур от 55 до +100 °C.
Транзисторы p-n-p выпускаются в металлическом корпусе с жесткими выводами, массой 28г, с диапазоном рабочих температур от 55 до +55 °C.
Высоко- и сверхвысокочастотные. Транзисторы p-n-p выпускают в металлопластмассовом или металлостеклянном корпусе, массой соответственно 7 и 4,5 г (с крепежным фланцем 6 г), с диапазоном рабочих температур от 55 до +60 °C.
Транзисторы n-p-n выпускают в металлокерамическом корпусе с винтом и жесткими выводами, массой 5,3 г, с диапазоном рабочих температур от 4 до +85°C.
Полевые транзисторы
В полевых или униполярных транзисторах ток переносится носителями лишь одного знака – электронами или дырками – основными для данного полупроводника. Различают полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом и транзисторы с изолированным затвором с встроенным или индуцированным каналом. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом представляет собой кристалл полупроводника ПК электронной проводимости (n-типа) с двумя внешними токоотводами – истоком И и стоком С, через которые проходит ток создаваемый основными носителями заряда. Между внешними токоотводами подключены нагрузка RН и источник постоянного напряжения Еc. Токоотвод И, через который в кристалл входят основные носители заряда, называют истоком, а токоотвод С, через который заряды выходят во внешнюю цепь, - стоком. В основном кристалле полупроводника создана область противоположного типа проводимости – дырочной (p-типа), которая выполняет функции управляющего электрода и называется затвором З. Между затвором и основным кристаллом возникает р-п-переход, а в самом кристалле создаётся узкий канал К ( п- типа) для движения основных носителей заряда –электронов. Сечение канала зависит от напряжения на затворе. Обычно к затвору подводится постоянное обратное напряжение смещения Ез (минус подключен к р-, а плюс- к п-области ). Между затвором и истоком подключают источник переменного напряжения сигнала Uсmsin wt , которое требуется усилить. При отсутствии сигнала на входе основные носители заряда – электроны под действием ускоряющего поля дрейфуют в канале от истока к стоку, создавая ток в кристалле. Этот ток определяется напряжением стока и сопротивлением канала, зависящим от его сечения. Если одновременно с напряжением смещения Ез в цепь затвора подаётся переменное напряжение сигнала, результирующий потенциал на р-п-переходе изменяется Uз=-Ез +Ucmsinwt . При этом будет изменяться ширина р-п-перехода ,что вызовет изменение сечения канала, а следовательно, и его проводимости. В результате напряжение сигнала модулирует сечение канала, управляя током в канале и нагрузке. Таким образом, в полевых транзисторах с управляющим р-п-переходом под действием поля внешнего источника изменяется сечение токопроводящего канала. Транзисторы МДП с изолированным затвором (со структурой металл-диэлектрик-полупроводник) и МОП (cо структурой металл-оксид-полупроводник) имеют один или несколько затворов, электрически изолированных от токопроводящего канала, который может быть встроенным или индуцированным. В приборах со встроенным каналом К основой служит пластинка слаболегированного кремния р-типа проводимости. Области стока С и истока И, обладающие проводимостью п+-типа ,соеденины встроенным каналом –узкой слаболегированной областью кремния проводимостью п-типа. Затвор З представляет собой металлический слой, изолированный от канала тонким диэлектриком. При подаче на затвор переменного напряжения сигнала происходит изменение проводимости канала и проходящего через него тока. Так, при отрицательном напряжении на затворе электроны вытесняются из области канала в объем полупроводника р-типа . Канал обедняется носителями заряда и его проводимость уменьшается. При подаче на затвор положительного напряжения происходит обогащение канала электронами и его проводимость возрастает. Полевой транзистор с изолированным затвором в отличие от полевого транзистора с управляющим р-п-переходом может работать с нулевым, отрицательным или положительным смещением .Другим важным преимуществом полевых транзисторов с изолированным затвором является большое (до 100 ГОм ) входное сопротивление, которое определяется изолирующей прослойкой между затвором и истоком.
Новые технологии на страже водосбережения
» » »
|
