Die Vorrichtung und der Betrieb des Bipolartransistors

Ein Transistor ist eine aktive Halbleitervorrichtung, mit deren Hilfe die Verstärkung, Umwandlung und Erzeugung elektrischer Schwingungen durchgeführt wird. Eine solche Anwendung des Transistors kann in der Analogtechnik beobachtet werden. neben Transistoren Sie werden auch in der digitalen Technologie verwendet, wo sie im Tastenmodus verwendet werden. In digitalen Geräten sind jedoch fast alle Transistoren in integrierten Schaltkreisen und in großen Mengen und in mikroskopischen Abmessungen „versteckt“.

Hier werden wir uns nicht zu sehr mit den Elektronen, Löchern und Atomen befassen, die bereits in den vorherigen Teilen des Artikels beschrieben wurden, aber einige davon müssen, falls erforderlich, noch in Erinnerung bleiben.

Die Halbleiterdiode besteht aus einem pn-Übergang, dessen Eigenschaften beschrieben wurden im vorherigen Teil des Artikels. Wie Sie wissen, besteht der Transistor daher aus zwei Übergängen Halbleiterdiode kann als Vorläufer des Transistors oder seiner Hälfte betrachtet werden.

Wenn der pn-Übergang in Ruhe ist, werden die Löcher und Elektronen verteilt, wie in Abbildung 1 gezeigt, und bilden eine Potentialbarriere. Wir werden versuchen, die in dieser Abbildung gezeigten Konventionen von Elektronen, Löchern und Ionen nicht zu vergessen.

Abbildung 1

Wie ist ein Bipolartransistor

Gerät Bipolartransistor einfach auf den ersten Blick. Dazu reicht es aus, zwei pn-Übergänge auf einer Halbleiterplatte zu erzeugen, die als Basis bezeichnet wird. Einige Methoden zum Erstellen eines pn-Übergangs wurden beschrieben. in früheren Teilen des Artikelsdeshalb werden wir hier nicht wiederholen.

Wenn die Basisleitfähigkeit vom Typ p ist, hat der resultierende Transistor die Struktur n-p-n (ausgesprochen "en-pe-en"). Und wenn eine Platte vom Typ n als Basis verwendet wird, erhalten wir einen Transistor der p-n-p-Struktur (pe-en-pe).

Sobald es um die Basis ging, sollten Sie auf Folgendes achten: Der als Basis verwendete Halbleiterwafer ist sehr dünn, viel dünner als der Emitter und der Kollektor. Diese Aussage sollte beachtet werden, da sie zur Erklärung der Funktionsweise des Transistors benötigt wird.

Um von jeder Region p und n aus eine Verbindung mit der "Außenwelt" herzustellen, erfolgt natürlich eine Drahtausgabe. Jeder von ihnen hat den Namen des Bereichs, mit dem er verbunden ist: Emitter, Basis, Kollektor. Ein solcher Transistor wird als Bipolartransistor bezeichnet, da er zwei Arten von Ladungsträgern verwendet - Löcher und Elektronen. Der schematische Aufbau von Transistoren beider Typen ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2

Derzeit werden Siliziumtransistoren in größerem Umfang verwendet. Germaniumtransistoren sind fast völlig veraltet und werden durch Silizium ersetzt, daher wird die weitere Geschichte über sie handeln, obwohl manchmal Germanium erwähnt wird. Die meisten Siliziumtransistoren haben eine n-p-n-Struktur, da diese Struktur in der Produktion technologisch weiter fortgeschritten ist.

Komplementäre Transistorpaare

Bei Germaniumtransistoren war die p-n-p-Struktur offenbar technologisch weiter fortgeschritten, so dass Germaniumtransistoren zum größten Teil genau genau diese Struktur hatten. Obwohl als Teil komplementärer Paare (Transistoren nahe an Parametern, die sich nur in der Art der Leitfähigkeit unterschieden) auch Germaniumtransistoren unterschiedlicher Leitfähigkeit hergestellt wurden, beispielsweise GT402 (p-n-p) und GT404 (n-p-n).

Ein solches Paar wurde als Ausgangstransistoren in ULF verschiedener Funkgeräte verwendet. Und wenn nicht-moderne Germaniumtransistoren in die Geschichte eingegangen sind, werden immer noch komplementäre Paare von Siliziumtransistoren hergestellt, die von Transistoren in SMD-Gehäusen bis zu leistungsstarken Transistoren für Ausgangsstufen von ULF reichen.

Übrigens wurden Schallverstärker auf Germaniumtransistoren von Musikliebhabern fast wie Röhrenverstärker wahrgenommen. Na ja, vielleicht etwas schlechter, aber viel besser als Siliziumtransistorverstärker. Dies ist nur als Referenz.

Wie funktioniert ein Transistor?

Um zu verstehen, wie der Transistor funktioniert, müssen wir wieder in die Welt der Elektronen, Löcher, Donoren und Akzeptoren zurückkehren. Es ist wahr, jetzt wird es etwas einfacher und noch interessanter als in den vorherigen Teilen des Artikels. Eine solche Bemerkung musste gemacht werden, um den Leser nicht zu erschrecken, um all dies bis zum Ende lesen zu können.

Abbildung 3 oben zeigt die bedingte grafische Bezeichnung von Transistoren in elektrischen Schaltkreisen, und unten sind pn-Übergänge von Transistoren in Form von Halbleiterdioden dargestellt, die ebenfalls in entgegengesetzter Richtung enthalten sind. Diese Darstellung ist sehr praktisch, wenn der Transistor mit einem Multimeter überprüft wird.

Abbildung 3

Und 4 zeigt die interne Struktur des Transistors.

In dieser Abbildung müssen Sie etwas verweilen, um es genauer zu betrachten.

Abbildung 4

Wird der Strom also vergehen oder nicht?

Hier wird gezeigt, wie die Stromquelle mit dem Transistor der n-p-n-Struktur verbunden ist und in einer solchen Polarität, dass sie mit realen Transistoren in realen Vorrichtungen verbunden ist. Bei näherer Betrachtung stellt sich jedoch heraus, dass der Strom nicht durch zwei pn-Übergänge, sondern durch zwei potenzielle Barrieren fließt: Unabhängig davon, wie Sie die Polarität der Spannung ändern, befindet sich einer der Übergänge notwendigerweise in einem verriegelten, nicht leitenden Zustand. Lassen wir also zunächst alles wie in der Abbildung gezeigt und sehen, was dort passiert.

Unkontrollierter Strom

Wenn Sie die Stromquelle einschalten, wie in der Abbildung gezeigt, befindet sich der Emitter-Basis-Übergang (n-p) im offenen Zustand und lässt Elektronen leicht von links nach rechts durch. Danach kollidieren die Elektronen mit einem Emitter mit geschlossener Verbindungsbasis (p-n), der diese Bewegung stoppt. Der Weg für Elektronen wird geschlossen.

Aber wie immer und überall gibt es Ausnahmen von allen Regeln: Einige sehr flinke Elektronen werden diese Barriere unter dem Einfluss der Temperatur überwinden können. Daher wird, obwohl ein unbedeutender Strom mit einer solchen Einbeziehung immer noch sein wird. Dieser Nebenstrom wird als Anfangsstrom oder Sättigungsstrom bezeichnet. Der Nachname beruht auf der Tatsache, dass alle freien Elektronen, die in der Lage sind, die Potentialbarriere bei einer bestimmten Temperatur zu überwinden, an der Bildung dieses Stroms beteiligt sind.

Der Anfangsstrom ist nicht steuerbar, er steht für jeden Transistor zur Verfügung, ist aber gleichzeitig wenig von der externen Spannung abhängig. Wenn die Spannung erheblich erhöht wird (innerhalb des in den Verzeichnissen angegebenen angemessenen Bereichs), ändert sich der Anfangsstrom nicht wesentlich. Der thermische Effekt auf diesen Strom ist jedoch sehr deutlich.

Ein weiterer Temperaturanstieg führt zu einem Anstieg des Anfangsstroms, was wiederum zu einer zusätzlichen Erwärmung des pn-Übergangs führen kann. Eine solche thermische Instabilität kann zu einem thermischen Durchschlag und einer Zerstörung des Transistors führen. Daher sollten Maßnahmen zur Kühlung der Transistoren getroffen werden und bei erhöhten Temperaturen keine extremen Spannungen ausüben.

Erinnere dich jetzt an die Basis

Der oben beschriebene Einschluss eines Transistors mit baumelnder Basis wird in praktischen Schemata nirgendwo angewendet. Daher zeigt 5 den korrekten Einschluss des Transistors. Zu diesem Zweck musste an der Basis relativ zum Emitter und in Vorwärtsrichtung eine kleine Spannung angelegt werden (erinnern Sie sich an die Diode und sehen Sie sich noch einmal Abbildung 3 an).

Abbildung 5

Wenn im Fall der Diode alles klar zu sein scheint, - der Strom geöffnet und durch sie hindurchgegangen ist, dann treten andere Ereignisse im Transistor auf. Unter der Wirkung des Emitterstroms rasen die Elektronen mit der Leitfähigkeit p vom Emitter mit der Leitfähigkeit n zur Basis. In diesem Fall füllt ein Teil der Elektronen Löcher im Basisbereich und ein unbedeutender Strom fließt durch den Basisanschluss - Basisstrom Ib. Hier sollte beachtet werden, dass die Basis dünn ist und nur wenige Löcher enthält.

Die verbleibenden Elektronen, die nicht genügend Löcher in der dünnen Basis hatten, strömen in den Kollektor und werden von dort durch das höhere Potential der Ek-e-Kollektorbatterie extrahiert. Unter diesem Einfluss überwinden die Elektronen die zweite Potentialbarriere und kehren durch die Batterie zum Emitter zurück.

Somit trägt eine kleine Spannung, die an den Basis-Emitter-Übergang angelegt wird, dazu bei, den Basis-Kollektor-Übergang zu öffnen, der in die entgegengesetzte Richtung vorgespannt ist. Eigentlich ist dies der Transistoreffekt.

Es bleibt nur zu überlegen, wie sich diese an die Basis angelegte „kleine Spannung“ auf den Kollektorstrom auswirkt, welche Werte und Verhältnisse sie haben. Aber über diese Geschichte im nächsten Teil des Artikels über Transistoren.

Fortsetzung des Artikels: Eigenschaften von Bipolartransistoren

Boris Aladyshkin