Биполярные транзисторы. 
Электронная техника

Биполярный транзистор, разработанный в 1947 г. коллективом американских физиков И. Шокли, У. Браттейн, Д. Бардин, наиболее распространенный тип усилительного полупроводникового прибора и является универсальным элементом электронной техники.

Классификация

По исходному материалу транзисторы делят на две основные группы: Ge и Si, причем для Ge — рабочий диапазон температур от -60 до +(70—85) °С, а для Si от -50 до +(120—150) °С.

По диапазону рабочих частот транзисторы делят на три группы: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

По мощности различают классы транзисторов:

• — малой мощности (усилительные НЧ и ВЧ; малошумящие усилительные; переключатели насыщенные; переключатели ненасыщенные и низкотоковые прерыватели);
• — средней мощности;
• — большой мощности (усилительные, генераторные, переключательные).

Первая буква Г или цифра 1 в российской системе обозначений представляет германиевый транзистор, если буква К или цифра 2 — то кремниевый транзистор, если буква, А или цифра 3 — то арсенид галлиевый.

Например, ГТ — германиевый биполярный; КТ — кремниевый биполярный; КП — кремниевый полевой.

Далее идет серия 100—199 — маломощный низкочастотный транзистор; 201—299 — маломощный средней частоты; 301—399 — маломощный высокочастотный; 401—499 — средней мощности низкочастотный; 501—599 — средней мощности среднечастотный; 601—699 — средней мощности высокочастотный; 701—799 — большой мощности низкочастотный; 801—899 — большой мощности средней частоты; 901—999 — большой мощности высокочастотный.

Общие сведения

Биполярными транзисторами называют полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими электрическими р-п-переходами, которые способны усиливать сигнал по мощности за счет внешнего источника питания. Простейшим транзистором служит полупроводниковый триод с двумя р-п-переходами. Его структура представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Структура биполярного транзистора п-р-п типа В биполярном транзисторе в переносе тока одновременно принимают участие два типа носителей зарядов — электроны и дырки (отсюда и название — биполярный). Переходы транзистора образованы тремя областями с чередующимися типами проводимости. В зависимости от порядка чередования этих областей различают транзисторы п-р-п и р-п-р типа. Транзисторы п-р-п типа предпочтительнее, так как подвижность электронов в них выше подвижности дырок.

Переход, работающий в прямом направлении, называется эмиттерным, а соответствующий крайний слой — эмиттером. Эмиттер — область с очень высокой концентрацией носителей заряда, в нашем случае — электронов.

Средний слой называется базой. База имеет проводимость противоположного типа и всегда является высокоомной, т. е. концентрация дырок в ней во много раз (несколько порядков) меньше, чем концентрация электронов в эмиттере.

Второй переход, нормально смещенный в обратном направлении, называется коллекторным, а крайний слой — коллектором. Это название отражает функцию собирания инжектированных носителей, прошедших через слой базы. Чтобы это было возможным, база должна иметь достаточно малую толщину w (w — длина свободного пробега электрона), иначе инжектированные носители успеют рекомбинировать в процессе перемещения через базу. Концентрация электронов в коллекторе тоже велика, она лишь незначительно ниже, чем в эмиттере.

Транзистор, вообще говоря, обратимый прибор, т. е. эмиттер и коллектор можно поменять местами, сохранив работоспособность прибора. Однако в связи с несимметричностью реальной структуры, а также различием материалов эмиттера и коллектора нормальное и инверсное включения транзистора неравноценны. В частности площадь коллекторного перехода изготавливают значительно больше, чем эмиттерного.

В зависимости от технологии изготовления транзистора концентрация примесей в базе может быть распределена равномерно или неравномерно. При равномерном распределении внутреннее поле отсутствует и неосновные носители в базе движутся в ней вследствие процесса диффузии. Такие транзисторы называются диффузионными или бездрейфовыми.

При неравномерном распределении концентрации примесей в базе имеется внутреннее электрическое поле, и неосновные носители заряда в ней движутся в результате дрейфа и диффузии, причем дрейф играет доминирующую роль. Такие транзисторы называются дрейфовыми. Далее будем рассматривать бездрейфовые транзисторы.