Биполярные транзисторы
Транзисторы являются управляемыми полупроводниковыми приборами, обеспечивающими усиление сигналов. По принципам действия их делят на управляемые электрическим током (биполярные) и управляемые электрическим полем (полевые).
Рис. 12.13
Биполярный транзистор представляет собой совокупность двух электронно-дырочных
переходов с общей n-областью (или р-областью), взаимодействующих между собой так,
что обратный ток одного из р-n — переходов является функцией прямого тока второго
перехода (рис. 12.13). В основе указанного взаимодействия лежит явление инжекции
– ввода неосновных носителей тока в общую область, например дырок в
р-области
в общую n-область.
Ввод дырок одной из р-областей в общую n-область происходит
в несимметричном p-n — переходе при прохождении через него прямого тока 
. Таким образом, действие биполярного
транзистора основано на процессе управления концентрациями неосновных носителей
тока.
Если, например, к левому р-n — переходу подключить источник напряжения
, то через первый переход пойдет
прямой ток , который в
р-области левого перехода будет практически
дырочным током 
. Поток дырок, создающих , вводится (инжектируется) в n-область.
Часть инжектированных дырок рекомбенирует в n-области с электронами, поступающими
от источника 
Однако, большинство дырок, которые в n-области являются
неосновными носителями, захватывается электрическим полем правого перехода, создавая
ток 
. Поэтому через правый р-n
– переход проходит в обратном направлении ток
,
(12.3)
где 
– ток, обусловленный собственными носителями;
– ток, обусловленный инжектированными носителями.
Таким образом, левый
р-n — переход с прямым током поставляет в
n-область неосновные носители тока
– эмиттирует и поэтому называется эмиттерным. Он является управляющим переходом.
Правый p-n — переход собирает поставленные в n-область неосновные носители тока
и называется коллекторным. Общая n-область называется базой. Отходящие от соответствующих
областей металлические выводы (электроды) называются эмиттером Э, коллектором
К и базой Б биполярного транзистора (рис. 12.14), а токи, проходящие по ним —
токами эмиттера 
, коллектора 
и базы 
. База, как указывалось, может иметь электронную
и дырочную проводимость. Соответственно различаются биполярные транзисторы типа
p-n-p и n-p-n.
Рис. 12.14
Биполярный транзистор выполняется из кристалла германия или кремния, в котором путем вплавления, диффузии (или другим технологическим способом) примесей, например, индия, формируются два электронно-дырочных перехода (рис. 12.14).
Различают
входные и выходные вольт-амперные характеристики биполярного транзистора. Входная,
или базовая, характеристика — это зависимость между током и напряжением на входе
транзистора 
(рис. 12.15 а).
Известны три схемы включения транзисторов:
1) с общей базой (рис. 12.16 а) — используют в устройствах для усиления напряжения и мощности;
2) с общим эмиттером (рис. 12.16 б) – применяют для усиления мощности;
3) с общим коллектором (рис. 12.16 в) – схема обладает большим выходным сопротивлением, и ее используют в так называемых эмиттерных повторителях для повышения входного сопротивления электронного устройства.
а) б)
Рис. 12.15
а) б) в)
Рис.12.16
Биполярные транзисторы
обозначают буквами ГТ (германиевые) и КТ (кремниевые) с цифрами, характеризующими
параметры транзистора. Основные электрические параметры транзистора следующие:
, – ток базы и ток коллектора соответственно, 
– напряжение между базой и эмиттером, 
– напряжение между коллектором и эмиттером. Кроме этих параметров для расчета
и анализа устройств с биполярными транзисторами используются так называемые h-параметры:
– входное сопротивление транзистора,
– коэффициент обратной связи по напряжению, 
– коэффициент передачи по току (характеризует усилительные свойства транзистора),
– характеризует выходную проводимость.
Полевые транзисторы
Полевые транзисторы разделяют на униполярные (с одним p-n - переходом) и полевые с изолированным затвором (без p-n - перехода) или со структурой МДП (металл — диэлектрик — полупроводник). Действие полевых транзисторов основано на процессах управления основными носителями тока электрическим полем, перпендикулярным направлению их движения в полупроводнике. По способам управления указанные разновидности полевых транзисторов существенно различаются.
Униполярный транзистор представляет собой полупроводник с электронно-дырочным переходом, управляемым обратным напряжением. Конструкция и условные обозначения транзистора показаны на рис. 12.17.
а) б) в)
Рис. 12.17
Вывод З базы
(в данном случае р-типа переход) принято называть затвором полевого транзистора.
Вывод И от канала, из которого при электронном канале (n-типа) ток выходит, называется
истоком. Второй вывод С называется стоком. Токи, проходящие по ним, называются
токами истока 
и стока 
.
Униполярный транзистор выполняется из кристалла кремния или германия, например р-типа (подложка), в котором создаются две области n-типа: исток И и сток С — и р-n переход, область n которого является каналом.
Транзистор с изолированным затвором (металл М), (рис. 12.18) представляет
собой полупроводник П с токопроводящим слоем у поверхности соприкосновения с диэлектриком
Д, концентрация носителей тока в котором изменяется в функции напряженности электрического
поля, перпендикулярного направлению тока. Токопроводящий канал формируется (индуцируется)
из неосновных носителей полупроводника, например из электронов n полупроводника
с дырочной р электропроводностью (подложки) и электрическим полем, обусловленным
напряжением 
.
В канале электроны являются основными носителями тока. Токопроводящий канал имеет противоположную подложке электропроводность и называется инверсионным слоем полупроводника. Инверсионный слой образуется у поверхности соприкосновения полупроводника с диэлектриком, поскольку электрическое поле сосредоточено практически только в диэлектрике (непроводящем слое). На границе их раздела происходит разрыв вектора напряженности поля, что в соответствии с электромагнитной теорией означает наличие поверхностного заряда.
Концентрация носителей тока в канале
определяется количеством перемещенных электрическим полем из объема полупроводника
электронов и, следовательно зависит от напряжения 
на затворе. Изменяется, в данном случае увеличивается,
при возрастании напряжения и ток стока Iс, пропорциональный концентрации основных
(для канала) носителей. В рассмотренном МДП-транзисторе с индуцированным каналом
происходит обогащение канала носителями тока при положительном (канал n-типа)
или при отрицательном (р-типа) напряжении . Как и униполярный, МДП-транзистор
с индуцированным каналом может управляться напряжением одного знака. Однако образование
инверсионного слоя возможно и при отсутствии напряжения на затворе. Поэтому существуют
МДП-транзисторы со встроенным каналом. Их особенностью является возможность работы
как с обогащением, так и с объединением канала, то есть возможность управления
напряжением с изменяющейся полярностью. Истоком МДП-транзистора с каналом n-типа
является область полупроводника, подключенная к отрицательному зажиму источника
, а каналом р-типа — к положительному.
Транзистор со структурой МДП выполняется обычно на полупроводниковом кристалле П, кремния с дырочной проводимостью, в котором создают две области n-типа — исток И и сток С (рис. 12.19 а). Поверхность кристалла между истоком и стоком покрывают диэлектриком Д — двуокисью кремния, на котором располагается металлический слой М затвора З. Условные графические обозначения транзисторов с изолированным затвором и каналами n- и p-типов приведены на рис.12.19 б, в.
а) б) в)
Рис.12.19
Полевые транзисторы, особенно с изолированным затвором, имеют очень большое входное сопротивление и практически не требуют мощности для управления ими. Для действия полевых транзисторов используются основные носители заряда полупроводника. Поскольку концентрация неосновных носителей является функцией внутренней энергии твердого тела (тепловой и др. видов), а концентрация основных носителей практически не зависит от нее, то полевые транзисторы менее подвержены воздействию температуры, радиационного излучения и других факторов, изменяющих внутреннюю энергию твердого тела.
Важная особенность полевых транзисторов состоит в возможности их работы при переменном напряжении UСИ, поскольку при симметричной конструкции исток и сток транзистора одинаковы, т. е. их можно использовать в цепях переменного тока как управляемые резисторы.
