bóng bán dẫn lưỡng cực

Thuật ngữ «bóng bán dẫn lưỡng cực» có liên quan đến thực tế là hai loại hạt tải điện được sử dụng trong các bóng bán dẫn này: điện tử và lỗ trống. Để sản xuất bóng bán dẫn, các vật liệu bán dẫn tương tự được sử dụng như cho điốt.

Transistor lưỡng cực sử dụng cấu trúc bán dẫn ba lớp làm bằng chất bán dẫn độ dẫn điện khác nhau hai tiếp giáp p—n được tạo ra với các kiểu dẫn điện xen kẽ nhau (p—n—p hoặc n—p—n).

Các bóng bán dẫn lưỡng cực có thể được tháo rời về mặt cấu trúc (Hình 1, a) (ví dụ, để sử dụng như một phần của mạch tích hợp) và được đóng lại trong trường hợp điển hình (Hình 1, b). Ba chân của một bóng bán dẫn lưỡng cực được gọi là cơ sở, bộ thu và bộ phát.

Cơm. 1. Transistor lưỡng cực: a) cấu trúc p-n-p không có gói, b) cấu trúc n-p-n có gói

Tùy thuộc vào kết luận chung, bạn có thể nhận được ba sơ đồ kết nối cho bóng bán dẫn lưỡng cực: với đế chung (OB), bộ thu chung (OK) và bộ phát chung (OE). Chúng ta hãy xem xét hoạt động của bóng bán dẫn trong mạch cơ sở chung (Hình 2).

Cơm. 2. Sơ đồ tranzito lưỡng cực

Bộ phát đưa (cung cấp) vào đế các hạt mang cơ sở, trong ví dụ về thiết bị bán dẫn loại n của chúng ta, đây sẽ là các electron. Các nguồn được chọn sao cho E2 >> E1. Điện trở Re giới hạn dòng điện của mối nối p - n mở.

Tại E1 = 0, dòng điện qua nút góp nhỏ (do thiểu số hạt tải điện), nó được gọi là dòng điện góp ban đầu Ik0. Nếu E1 > 0, các electron vượt qua tiếp giáp p—n của cực phát (E1 bật theo chiều thuận) và đi vào vùng lõi.

Đế được làm với điện trở cao (nồng độ tạp chất thấp) nên nồng độ lỗ trên đế thấp. Do đó, một vài electron đi vào bazơ kết hợp lại với các lỗ trống của nó, tạo thành dòng bazơ Ib. Đồng thời, một trường mạnh hơn nhiều hoạt động trong tiếp giáp p - n của bộ thu ở phía E2 so với ở tiếp giáp bộ phát, trường này thu hút các electron đến bộ thu. Do đó, hầu hết các điện tử đến được bộ thu.

Dòng bộ phát và bộ thu có liên quan đến hệ số truyền dòng bộ phát

tại Ukb = const.

Luôn luôn là ∆Ik < ∆Ie và a = 0,9 — 0,999 đối với bóng bán dẫn hiện đại.

Trong sơ đồ được xem xét Ik = Ik0 + aIe »Ie. Do đó, mạch bán dẫn lưỡng cực cơ sở chung có tỷ lệ hiện tại thấp. Do đó, nó hiếm khi được sử dụng, chủ yếu trong các thiết bị tần số cao, trong đó xét về mức tăng điện áp, nó được ưu tiên hơn các thiết bị khác.

Mạch chuyển mạch cơ bản của bóng bán dẫn lưỡng cực là mạch phát chung (Hình 3).

Cơm. 3. Bật bóng bán dẫn lưỡng cực theo sơ đồ với bộ phát chung

cho cô ấy trên Luật đầu tiên của Kirchhoff chúng ta có thể viết Ib = Ie — Ik = (1 — a) Ie — Ik0.

Cho rằng 1 — a = 0,001 — 0,1, chúng ta có Ib << Ie » Ik.

Tìm tỷ lệ của dòng thu với dòng cơ sở:

Mối quan hệ này được gọi là hệ số truyền dòng cơ sở... Với a = 0,99, chúng ta nhận được b = 100. Nếu một nguồn tín hiệu được đưa vào mạch cơ sở, thì tín hiệu tương tự, nhưng được dòng điện khuếch đại b lần, sẽ truyền vào mạch thu, tạo thành điện áp trên điện trở Rk lớn hơn nhiều so với điện áp nguồn tín hiệu...

Để đánh giá hoạt động của một bóng bán dẫn lưỡng cực trên một loạt các dòng điện xung và dòng điện một chiều, công suất và điện áp, đồng thời để tính toán mạch phân cực, chế độ ổn định, họ các đặc tính vôn-ampe đầu vào và đầu ra (VAC).

Một họ các đặc tính I — V đầu vào thiết lập sự phụ thuộc của dòng điện đầu vào (cơ sở hoặc bộ phát) vào điện áp đầu vào Ube tại Uk = const, hình. 4, a. Đặc tính I - V đầu vào của bóng bán dẫn tương tự như đặc tính I - V của diode khi kết nối trực tiếp.

Họ các đặc tính đầu ra I - V thiết lập sự phụ thuộc của dòng điện của bộ thu vào điện áp trên nó ở một dòng cơ sở hoặc bộ phát nhất định (tùy thuộc vào mạch có bộ phát chung hoặc cơ sở chung), hình. 4, b.

Cơm. 4. Đặc tính dòng điện-điện áp của bóng bán dẫn lưỡng cực: a — đầu vào, b — đầu ra

Ngoài tiếp giáp n-p điện, tiếp giáp rào cản kim loại-bán dẫn Schottky được sử dụng rộng rãi trong các mạch tốc độ cao. Trong các quá trình chuyển đổi như vậy, không có thời gian được phân bổ cho sự tích lũy và hấp thụ điện tích trong đế và hoạt động của bóng bán dẫn chỉ phụ thuộc vào tốc độ sạc lại của điện dung rào cản.

Cơm. 5. Transistor lưỡng cực

Các thông số của bóng bán dẫn lưỡng cực

Các tham số chính được sử dụng để đánh giá các chế độ hoạt động tối đa cho phép của các bóng bán dẫn:

1) điện áp thu-phát tối đa cho phép (đối với các bóng bán dẫn khác nhau Uke max = 10 — 2000 V),

2) mức tiêu thụ năng lượng tối đa cho phép của bộ thu Pk max — theo ông, các bóng bán dẫn được chia thành công suất thấp (tối đa 0,3 W), công suất trung bình (0,3 — 1,5 W) và công suất cao (hơn 1,5 W), các bóng bán dẫn công suất trung bình và cao thường được trang bị một bộ tản nhiệt đặc biệt - bộ tản nhiệt,

3) dòng điện thu tối đa cho phép Ik max — lên tới 100 A trở lên,

4) giới hạn tần số truyền dòng điện fgr (tần số mà tại đó h21 trở thành đơn vị), các bóng bán dẫn lưỡng cực được chia theo nó:

• cho tần số thấp - lên đến 3 MHz,

• tần số trung bình - từ 3 đến 30 MHz,

• tần số cao — từ 30 đến 300 MHz,

• tần số siêu cao — hơn 300 MHz.

Tiến sĩ khoa học kỹ thuật, giáo sư L.A. Potapov