Принцип работы биполярного транзистора
Схема биполярного транзистора - полупроводникового элемента, имеющего трехслойную структуру, основные принципы его действия. Расчет выходной коллекторной характеристики транзистора. Коэффициент переноса или передачи тока от эмиттера к коллектору.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.06.2016 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки РФ
Казанский национальный исследовательский технический университет
(КНИТУ-КАИ) им.А.Н. Туполева
Кафедра конструирования и производства микроэлектронной аппаратуры
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Принцип работы биполярного транзистора
по дисциплине
"Физические основы микроэлектроники"
Выполнила студентка 2 курса, 5212 группы,
Березина Я.С.
Научный руководитель доцент Якутенков А.А.
г. Казань 2016
Оглавление
- 1. Биполярные транзисторы
- Принцип действия биполярного транзистора
- 2. Расчёт выходной коллекторной характеристики транзистора
- 3. График
- 4. Список литературы
1. Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый элемент, имеющий трехслойную структуру, которая образует два электронно-дырочных перехода. Поэтому транзистор можно представить в виде двух встречно включенных диода. В зависимости от того, что будет являться основными носителями заряда, различают p-n-p и n-p-n транзисторы.
База - слой полупроводника, который является основой конструкции транзистора.
Эмиттером называется слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.
Коллектором называется слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.
Как правило, эмиттер содержит намного большее количество основных зарядов, чем база. Это основное условие работы транзистора, потому что в этом случае, при прямом смещении эмиттерного перехода, ток будет обуславливаться основными носителями эмиттера. Эмиттер сможет осуществлять свою главную функцию - впрыск носителей в слой базы. Обратный ток эмиттера обычно стараются сделать как можно меньше. Увеличение основных носителей эмиттера достигается с помощью высокой концентрации примеси.
Базу делают как можно более тонкой. Это связано с временем жизни зарядов. Носители зарядов должны пересекать базу и как можно меньше рекомбинировать с основными носителями базы, для того чтобы достигнуть коллектора.
Для того чтобы коллектор мог наиболее полнее собирать носители прошедшие через базу его стараются сделать шире.
Принцип действия биполярного транзистора
Рассмотрим на примере p-n-p транзистора.
В отсутствие внешних напряжений, между слоями устанавливается разность потенциалов.
На переходах устанавливаются потенциальные барьеры. Причем, если количество дырок в эмиттере и коллекторе одинаковое, тогда и потенциальные барьеры будут одинаковой ширины.
Для того, чтобы транзистор работал правильно, эмиттерный переход должен быть смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном. Это будет соответствовать активному режиму работы транзистора. Для того чтобы осуществить такое подключение, необходимы два источника. Источник с напряжением Uэ подключается положительным полюсом к эмиттеру, а отрицательным к базе. Источник с напряжением Uк подключается
Под действием напряжения Uэ, эмиттерный переход смещается в прямом направлении. Как известно, при прямом смещении электронно-дырочного перехода, внешнее поле направлено противоположно полю перехода и поэтому уменьшает его. Через переход начинают проходить основные носители, в эмиттере это дырки 1-5, а в базе электроны 7-8. А так как количество дырок в эмиттере больше, чем электронов в базе, то эмиттерный ток обусловлен в основном ими.
Эмиттерный ток представляет собой сумму дырочной составляющей эмиттерного тока и электронной составляющей базы.
Так как полезной является только дырочная составляющая, то электронную стараются сделать как можно меньше. Качественной характеристикой эмиттерного перехода является коэффициент инжекции.
Коэффициент инжекции стараются приблизить к 1.
Дырки 1-5 перешедшие в базу скапливаются на границе эмиттерного перехода. Таким образом, создается высокая концентрация дырок возле эмиттерного и низкая концентрация возле коллекторного перехода, в следствии чего начинается диффузионное движение дырок от эмиттерного к коллекторному переходу. Но вблизи коллекторного перехода концентрация дырок остается равной нулю, потому что как только дырки достигают перехода, они ускоряются его внутренним полем и экстрагируются (втягиваются) в коллектор. Электроны же, отталкиваются этим полем.
Пока дырки пересекают базовый слой они рекомбинируют с электронами находящимися там, например, как дырка 5 и электрон 6. А так как дырки поступают постоянно, они создают избыточный положительный заряд, поэтому, должны поступать и электроны, которые втягиваются через вывод базы и образуют базовый ток Iбр. Это важное условие работы транзистора - концентрация дырок в базе должна быть приблизительно равна концентрации электронов. Другими словами должна обеспечиваться электронейтральность базы.
Количество дырок дошедших до коллектора, меньше количество дырок вышедших из эмиттера на величину рекомбинировавших дырок в базе. То есть, ток коллектора отличается от тока эмиттера на величину тока базы.
Отсюда появляется коэффициент переноса носителей, который также стараются приблизить к 1.
Коллекторный ток транзистора состоит из дырочной составляющей Iкр и обратного тока коллектора.
Обратный ток коллектора возникает в результате обратного смещения коллекторного перехода, поэтому он состоит из неосновных носителей дырки 9 и электрона 10. Именно потому, что обратный ток образован неосновными носителями, он зависит только от процесса термогенерации, то есть от температуры. Поэтому его часто называют тепловым током.
От величины теплового тока зависит качество транзистора, чем он меньше, тем транзистор качественнее.
Коллекторный ток связан с эмиттерным коэффициентом передачи тока.
Токи в транзисторе можно представить следующим образом
Основное соотношение для токов транзистора
Ток коллектора можно выразить как
Из вышесказанного можно сделать вывод, что изменяя ток в цепи база - эмиттер, мы можем управлять выходным током коллектора. Причем незначительное изменение тока базы, вызывает значительное изменение тока коллектора.
2. Расчёт выходной коллекторной характеристики транзистора
ДАНО:
Полупроводник Si. Структура тр-ра n-p-n.
Jэ=2 мА, T=300K, NБ=6.0E+15 см-3, NЭ=8.0E+17 см-3, NК=7.0E+14 см-3, мn=1100 см2/Вс, мp=400см2/Вс, ф=0.2 мкс, wБ=1.0 мкм, Xк =4 мкм, Xэ=3 мкм, S=2.0E-5 см2, Vбк=15.0 В, к=1,38*10-23, q=1,6*10-19, ео =8,85*10-12, ni=1.045*1010см-3, е = 11.9.
РЕШЕНИЕ:
1. Ширина нейтральной области базы (при Vбк =2В)
=0,0258 В
2. Контактная разность потенциалов
Vк=Хт*) = 0,63 B
V = - Vбк; Vбк = 2 В
Общая ширина p-n переходов
= 2,353*10-6м
Ширина p-n перехода в области базы
= 0,246*10-6м
Ширина свободной области базы
= 0,754*10-6м
Скорость диффузии электронов в базе
2,84*10-3
Скорость диффузии дырок в баз
1,032*10-3
Коэффициент переноса или передачи тока от эмиттера к коллектору
0,9995
Коэффициент эмиттерной инжекции
= 0,9993
Коэффициент эмиттерной инжекции при инверсном включении
0,63
Коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общей базой при нормальном включении
0,9988
Коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общей базой при инверсном включении
= 0,6296
Обратный ток БЭ перехода
2,171*10-14
Обратный ток БК перехода
= 3,46*10-14
Тепловой ток БЭ перехода
0,805*10-14
Тепловой ток БК перехода
1,28*10-14
Ток коллектора при=2 В
1,9976*10-3
Напряжение на БЭ переходе
+1+0,6513 В
Напряжение на БК переходе
0,663 В
биполярный транзистор коллектор эмиттер
3. График
График зависимости от для Si n-p-n транзистора в схеме с Общей Базой
4. Список литературы
1. Электротехника и основы электроники / Под ред. О.П. Глудкина. - М.: Высшая школа, 1993.
2. Электротехника и электроника / Под ред.В.Г. Герасимова. - М.: Энергоатомиздат, 1996.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование статических характеристик биполярного транзистора, устройство и принцип действия. Схема включения p-n-p транзистора в схеме для снятия статических характеристик. Основные технические характеристики. Коэффициент обратной передачи напряжения.
лабораторная работа [245,9 K], добавлен 05.05.2014Принцип действия и основные физические процессы в транзисторе. Дифференциальные коэффициенты передачи токов транзистора. Вольт-амперные статические характеристики и параметры. Методика снятия семейства статических характеристики биполярного транзистора.
лабораторная работа [142,9 K], добавлен 08.11.2013Устройство, эквивалентная схема биполярного транзистора. Назначение эмиттера и коллектора. Основные параметры, принцип действия и схемы включения n–p–n транзистора. Режимы его работы в зависимости от напряжения на переходах. Смещение эмиттерного перехода.
реферат [266,3 K], добавлен 18.01.2017Экспериментальное определение характеристики биполярного транзистора в ключевом режиме, являющегося основой импульсных ключей. Измерение коэффициентов коллекторного тока с использованием мультиметра. Вычисление коэффициента насыщения транзистора.
лабораторная работа [33,1 K], добавлен 18.06.2015Выбор транзистора и расчет тока базы и эмиттера в рабочей точке. Эквивалентная схема биполярного транзистора, включенного по схеме общим эмиттером. Вычисление коэффициентов усиления по напряжению, току и мощности; коэффициента полезного действия.
курсовая работа [681,4 K], добавлен 19.09.2012Структура биполярного транзистора, сущность явления инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Распределение примесей в активной области транзистора. Топология биполярного транзистора, входные и выходные характеристики, сопротивление коллектора.
курсовая работа [409,8 K], добавлен 01.05.2014Термоэлектроника как основа работы полупроводниковых приборов. Принцип работы биполярного транзистора: схема с общей базой и общим эмиттером. Способ исследования потока тепла. Опыт с биполярным транзистором, показывающий положительную обратную связь.
контрольная работа [418,7 K], добавлен 10.05.2015Биполярные транзисторы, режимы работы, схемы включения. Инверсный активный режим, режим отсечки. Расчет h-параметров биполярного транзистора. Расчет стоко-затворных характеристик полевого транзистора. Определение параметров электронно-лучевой трубки.
курсовая работа [274,4 K], добавлен 17.03.2015Практические навыки схемного введения биполярного транзистора в заданный режим покоя. Определение основных свойств транзистора в усилительном и ключевых режимах. Овладение методикой работы в учебной лаборатории в программно-аппаратной среде NI ELVIS.
лабораторная работа [1,3 M], добавлен 04.03.2015Модели биполярного транзистора в программе схемотехнического анализа PSpice. Представление уравнений, описывающих статические и электрические характеристики преобразователя. Зависимость параметров полупроводникового прибора от температуры и площади.
курсовая работа [510,2 K], добавлен 01.11.2010Расчет номинальных значений резисторов однокаскадного усилителя. Построение передаточной характеристики схемы на участке база-коллектор биполярного транзистора. Принципиальная электрическая схема усилителя, схема для нахождения потенциалов на эмиттере.
курсовая работа [975,5 K], добавлен 13.01.2014Модель Эберса-Молла и Гуммеля-Пуна, основанные на суперпозиции нормального и инверсного биполярного транзистора и токовых режимов его работы при инжекции из коллектора. Генераторы тока и их неидеальность в зарядовой модели, резисторные конфликты.
реферат [350,7 K], добавлен 13.06.2009Свойства и возможности усилительных каскадов. Схема каскада с использованием биполярного транзистора, расчет параметров. Семейство статических входных и выходных характеристик. Расчет усилительного каскада по постоянному току графоаналитическим методом.
контрольная работа [235,3 K], добавлен 03.02.2012Режим работы биполярного транзистора и основные физические процессы. Устройство и способы включения бипролярного транзистора. Определение напряжения источников питания. Расчёт коллекторной цепи транзисторов оконечного каскада и параметров цепей смещения.
курсовая работа [418,8 K], добавлен 09.08.2010Рассмотрение пакета Electronics Workbench, проведение исследований. Знакомство с наиболее важными параметрами биполярного транзистора "2N3947". Анализ схемы снятия статистических характеристик. Основные способы увеличения напряжения питания на величину.
контрольная работа [146,8 K], добавлен 22.03.2015Исследование статических характеристик биполярного транзистора. Наружная область с наибольшей концентрацией примеси. Схема подключения к источникам питания. Дифференциальное входное сопротивление. Дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер.
лабораторная работа [46,2 K], добавлен 02.08.2009Исследование полупроводниковых диодов. Изучение статических характеристик и параметров биполярного плоскостного транзистора в схеме с общим эмиттером. Принцип действия полевого транзистора. Электронно-лучевая трубка и проверка с ее помощью радиодеталей.
методичка [178,3 K], добавлен 11.12.2012Принципиальная схема предварительного каскада с источником сигнала и последующим каскадом. Выбор типа транзистора, исходя из заданного режима его работы и частоты верхнего среза усилителя. Расчет параметров малосигнальной модели биполярного транзистора.
контрольная работа [208,8 K], добавлен 21.10.2009Отличия энергетических диаграмм проводников, полупроводников и диэлектриков. Принцип работы биполярного транзистора. Фотодиод: принцип работы, параметры и назначение. Определение параметров биполярных транзисторов, включенных но схеме с обидим эмиттером.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 05.07.2014История создания первого транзистора, а также полевого, биполярного и точечного, их принцип действия, схемы изображения и область применения. Возникновение и развитие полупроводниковой промышленности в СССР. "Холодная война" и ее влияние на электронику.
реферат [106,1 K], добавлен 15.11.2009
