1. Bipolyar transistor haqida tushuncha Bipolyar tranzistorning ulanish sxemasi Bipolyar o'tish transistorlari

aksariyat o'quvchilar tushunishi uchun juda texnik bo'lishi mumkin. Iltimos uni yaxshilashga yordam bering ga buni mutaxassis bo'lmaganlarga tushunarli qilish, texnik ma'lumotlarni olib tashlamasdan. (2012 yil iyul) (Ushbu shablon xabarini qanday va qachon olib tashlashni bilib oling)

BJTlar PNP va NPN turlari sifatida mavjud bo'lib, ular asosida doping uchta asosiy terminal mintaqaning turlari. NPN tranzistor ikkitadan iborat yarimo'tkazgichli birikmalar yupqa p-dopingli mintaqani va PNP tranzistorini, yupqa n-dopingli hududni bo'lishadigan ikkita yarimo'tkazgichli birikmani o'z ichiga oladi. N-tipi deganda, harakatlanuvchi elektronlarni ta'minlovchi aralashmalar bilan aralashtirilgan moddalar, P-tipi esa, elektronlarni osonlikcha qabul qiladigan teshiklarni ta'minlaydigan aralashmalar bilan aralashtirilgan degan ma'noni anglatadi.

Oldinga yo'naltirilgan E-B birikmasi va teskari tomonga yo'naltirilgan B-C birikmasi bo'lgan NPN BJT
BJTdagi zaryad oqimi quyidagicha diffuziya ning zaryad tashuvchilar har xil zaryad tashuvchisi kontsentratsiyasidagi ikki mintaqa o'rtasidagi tutashuv bo'ylab. BJT mintaqalari deyiladi emitent, tayanchva kollektor.^[b] Diskret tranzistor ushbu hududlarga ulanish uchun uchta yo'nalishga ega. Odatda, emitent mintaqasi boshqa ikki qatlam bilan taqqoslaganda juda ko'p miqdorda aralashtiriladi va kollektor bazaga qaraganda engilroq aralashtiriladi (kollektorning dopingi bazaviy dopingga qaraganda odatda o'n baravar engilroq) ^[2]). Dizayn bo'yicha BJT kollektor oqimining katta qismi og'ir dopingli emitentdan ular joylashgan bazaga AOK qilingan zaryad tashuvchilar (elektronlar yoki teshiklar) oqimiga bog'liq. ozchilikni tashuvchilar ular kollektor tomon tarqaladi va shuning uchun BJTlar ozchilikni tashiydigan qurilmalar deb tasniflanadi.
Oddiy ishda, baza-emitent birikma bu oldinga qarabBu degani, birikmaning p-qo'shilgan tomoni n-qo'shilgan tomonga qaraganda ancha ijobiy potentsialga ega va baza-kollektor birikmasi teskari. Baza-emitent birikmasiga oldinga siljish qo'llanilganda, issiqlik hosil bo'ladigan muvozanat tashuvchilar va n-doplangan emitentning qaytaruvchi elektr maydoni tükenme mintaqasi bezovta. Bu issiqlik bilan qo'zg'atilgan elektronlarni (NPNda; PNP teshiklari) emitentdan tayanch mintaqaga quyishiga imkon beradi. Ushbu elektronlar tarqoq emitent yaqinidagi yuqori konsentratsiyali hududdan baza orqali kollektor yaqinidagi past konsentratsiyali hududga qarab. Bazadagi elektronlar deyiladi ozchilikni tashuvchilar chunki tayanch p-tipli doping bilan ajralib turadi teshiklar The ko'pchilik operator bazada. PNP qurilmasida shunga o'xshash xatti-harakatlar sodir bo'ladi, ammo dominant oqim tashuvchilari sifatida teshiklari mavjud.
Tashuvchilarning ulushini minimallashtirish rekombinatsiya kollektor-tayanch birikmasiga etib borishdan oldin tranzistorning tayanch mintaqasi etarlicha ingichka bo'lishi kerak, shuning uchun tashuvchilar yarim o'tkazgichning ozchilik tashuvchisining ishlash muddatidan ancha kam vaqt ichida tarqalishi mumkin. Yengil dopingli bazaga ega bo'lish rekombinatsiya stavkalarining pastligini ta'minlaydi. Xususan, taglikning qalinligi ularnikidan ancha kam bo'lishi kerak diffuziya uzunligi elektronlarning Kollektor-taglik birikmasi teskari tomonga yo'naltirilgan va shuning uchun beparvo elektron in'ektsiyasi kollektordan bazaga to'g'ri keladi, ammo bazaga AOK qilingan va kollektor-bazaning tükenme mintaqasiga etib boradigan tashuvchilar elektr maydon tomonidan kollektorga kirib boradi. tükenme mintaqasida. Ingichka birgalikda Bipolyar tranzistorni ikkitadan ajratib turadigan asosiy va assimetrik kollektor-emitentli doping alohida va ketma-ket ulangan qarama-qarshi tomonli diodlar.
Voltaj, oqim va quvvatni boshqarish
Kollektor-emitent oqimi asosiy emitent oqimi (oqimni boshqarish) yoki baza-emitent kuchlanishi (kuchlanishni boshqarish) tomonidan boshqarilishi mumkin. Ushbu qarashlar odatiy eksponent oqim va kuchlanish egri bo'lgan baza-emitent birikmasining oqim va kuchlanish munosabatlari bilan bog'liq. p – n birikmasi (diyot).^[3]
Kollektor oqimi uchun tushuntirish - bu asosiy mintaqadagi ozchilik tashuvchilarning kontsentratsion gradiyenti.^[3][4][5] Sababli past darajadagi in'ektsiya (unda oddiy ko'pchilik tashuvchilarga qaraganda ortiqcha tashuvchilar juda kam) ambipolyar transport stavkalar (unda haddan tashqari ko'pchilik va ozchilikni tashuvchilar bir xil tezlikda oqadi) amalda ortiqcha ozchilik tashuvchilar tomonidan belgilanadi.
Batafsil tranzistorli modellar kabi tranzistor harakati Gummel – Poon modeli, tranzistor xatti-harakatlarini aniqroq tushuntirish uchun ushbu zaryadning taqsimlanishini aniq hisobga oling.^[6] Zaryadlashni boshqarish ko'rinishi osongina ishlaydi fototransistorlar, bu erda asosiy mintaqadagi ozchilik tashuvchilar singdirilishi natijasida hosil bo'ladi fotonlarva o'chirishning dinamikasini yoki qayta tiklanish vaqtini boshqaradi, bu bazaning rekombinatsiyadagi zaryadiga bog'liq. Biroq, bazaviy zaryad terminallarda ko'rinadigan signal emasligi sababli, oqim va kuchlanishni boshqarish ko'rinishlari odatda elektronlarni loyihalash va tahlil qilishda ishlatiladi.
Yilda analog elektron dizayn, oqim nazorati ko'rinishi ba'zan ishlatiladi, chunki u taxminan chiziqli. Ya'ni, kollektor oqimi taxminan  asosiy oqimdan ikki baravar ko'p. Ba'zi bir asosiy sxemalar bazaviy emitentning voltaji taxminan doimiy va kollektor oqimi tayanch oqimidan β marta ko'p deb taxmin qilish orqali ishlab chiqilishi mumkin. Biroq, BJT zanjirlarini aniq va ishonchli loyihalash uchun voltajni boshqarish (masalan, Ebers – Moll) model talab qilinadi.^[3] Kuchlanishni boshqarish modeli eksponent funktsiyani hisobga olishni talab qiladi, ammo tranzistor transduktans sifatida modellashtirilishi mumkin bo'lgan chiziqli bo'lganda, xuddi Ebers-Moll modeli, differentsial kuchaytirgichlar kabi sxemalar dizayni yana chiziqli muammoga aylanadi, shuning uchun ko'pincha voltajni boshqarish ko'rinishiga ustunlik beriladi. Uchun translinear davrlar, eksponent I-V egri ishlashning kalitidir, tranzistorlar odatda voltaj bilan boshqariladigan oqim manbalari sifatida modellashtirilgan. o'tkazuvchanlik ularning kollektor oqimi bilan mutanosib. Umuman olganda, tranzistor darajasidagi elektron tahlil yordamida amalga oshiriladi ZARIF yoki taqqoslanadigan analog-elektron simulyatori, shuning uchun matematik modelning murakkabligi odatda dizaynerni unchalik tashvishga solmaydi, ammo xarakteristikalarning soddalashtirilgan ko'rinishi mantiqiy jarayondan so'ng dizaynlarni yaratishga imkon beradi.
Yoqish, o'chirish va saqlashni kechiktirish
Asosiy maqola: Beykerning qisqichi
Bipolyar tranzistorlar, xususan quvvatli tranzistorlar, ular to'yinganlikka aylantirilganda uzoq vaqt davomida bazani saqlash vaqtiga ega; bazani saqlash ilovalarni almashtirishda o'chirish vaqtini cheklaydi. A Beykerning qisqichi tranzistorni juda to'yingan bo'lishiga to'sqinlik qilishi mumkin, bu esa bazada saqlanadigan zaryad miqdorini kamaytiradi va shu bilan almashtirish vaqtini yaxshilaydi.
Transistor xususiyatlari: alfa (a) va beta (β)
Bazadan o'tib, kollektorga etib boradigan transport vositalarining ulushi BJT samaradorligining o'lchovidir. Emitent mintaqasining og'ir doping va tayanch mintaqaning engil dopingga uchrashi, emitentdan bazaga emitentga quyiladigan teshiklardan ko'ra ko'proq elektronlar kiritilishiga olib keladi. Yupqa va yengil dopingli tayanch mintaqasi shuni anglatadiki, bazaga AOK qilingan ozchilik tashuvchilarning aksariyati kollektorga tarqaladi va rekombinatsiyalanmaydi.
The umumiy emitent joriy daromad bilan ifodalanadi β_F yoki h-parametr h_FE; bu taxminan doimiy kollektor oqimining to'g'ridan-to'g'ri faol mintaqadagi doimiy oqim bazasiga nisbati. Odatda kichik signalli tranzistorlar uchun 50 dan katta, ammo yuqori quvvatli dasturlarga mo'ljallangan tranzistorlarda kichikroq bo'lishi mumkin. Ikkala qarshi samaradorligi va bazadagi rekombinatsiya BJT daromadini kamaytiradi.
Yana bir foydali xususiyat - bu umumiy asos joriy daromad, a_F. Umumiy tayanch oqim kuchi - bu oldinga yo'naltirilgan mintaqadagi emitentdan kollektorgacha bo'lgan oqimning o'sishi. Ushbu nisbat odatda birlikka yaqin qiymatga ega; 0.980 va 0.998 orasida. Bu tufayli birlikdan kamroq zaryad tashuvchilarning rekombinatsiyasi ular tayanch mintaqasidan o'tayotganda.
Alfa va beta quyidagi identifikatorlar bilan bog'liq:

Beta - bu bipolyar tranzistorning ishlashini tavsiflash uchun qulay bo'lgan ko'rsatkich, ammo bu qurilmaning asosiy jismoniy xususiyati emas. Bipolyar tranzistorlar kuchlanishni boshqaruvchi qurilmalar deb hisoblanishi mumkin (asosan kollektor oqimi baza-emitent kuchlanishi bilan boshqariladi; bazaviy tokni nuqson deb hisoblash mumkin va bazadagi emitent birikmasi va bazadagi rekombinatsiya xususiyatlari bilan boshqariladi). Ko'pgina dizaynlarda beta etarli darajada yuqori deb qabul qilinadi, shuning uchun asosiy oqim zanjirga ahamiyatsiz ta'sir qiladi. Ba'zi bir davrlarda (odatda kommutatsiya zanjirlari) etarli miqdordagi tayanch oqim ta'minlanadi, shunda ham ma'lum bir qurilma bo'lishi mumkin bo'lgan eng past beta qiymati hali ham talab qilinadigan kollektor oqimining oqishini ta'minlaydi.
Tuzilishi

Planarning soddalashtirilgan kesmasi NPN bipolyar o'tish transistorlari
BJT uch xildan iborat doping qilingan yarimo'tkazgichli mintaqalar: emitent mintaqa tayanch mintaqa va kollektor mintaqa. Ushbu mintaqalar, o'z navbatida, p turi, n turi va p PNP tranzistorini kiriting va n turi, p turi va n NPN tranzistorini yozing. Har bir yarimo'tkazgich mintaqasi tegishli yorliq bilan terminalga ulangan: emitent (E), tayanch (B) va kollektor (C).
The tayanch jismonan o'rtasida joylashgan emitent va kollektor va engil aralashtirilgan, yuqori qarshilikka ega materialdan tayyorlanadi. Kollektor emitentlar mintaqasini o'rab oladi va bazaviy mintaqaga quyilgan elektronlarning yig'ilib qolmasdan chiqib ketishini deyarli imkonsiz holga keltiradi, natijada a ning qiymatini birlikka juda yaqin qiladi va shuning uchun tranzistorga katta giving beradi. BJT ning tasavvurlar koeffitsienti shuni ko'rsatadiki, kollektor-baza birikmasi emitent-tayanch birikmasiga qaraganda ancha katta maydonga ega.
Bipolyar birikma tranzistor, boshqa tranzistorlardan farqli o'laroq, odatda nosimmetrik qurilma emas. Bu shuni anglatadiki, kollektor va emitentni almashtirish tranzistorni oldinga yo'naltirilgan faol rejimdan chiqib, teskari rejimda ishlay boshlaydi. Transistorning ichki tuzilishi odatda oldinga yo'naltirilgan rejimda ishlash uchun optimallashtirilganligi sababli, kollektor va emitentning almashinuvi a va b ning teskari ishdagi qiymatlarini oldinga ishlagandan ancha kichik qiladi; ko'pincha teskari rejimning a 0,5 dan past bo'ladi. Simmetriyaning etishmasligi birinchi navbatda emitent va kollektorning doping nisbati bilan bog'liq. Emitent og'ir dopingga ega, kollektor esa engil dopingga ega bo'lib, kollektor-baza birikmasi buzilishidan oldin katta teskari kuchlanish kuchlanishini ta'minlashga imkon beradi. Kollektor-taglik birikmasi normal ishlashda teskari tomonga yo'naltirilgan. Emitentni qattiq dopingga qo'shilishining sababi emitentni quyish samaradorligini oshirishdir: emitent tomonidan quyiladigan tashuvchilarning baza bilan quyiladiganlarga nisbati. Yuqori oqim kuchi uchun emitent-baza birikmasiga AOK qilingan ko'plab tashuvchilar emitentdan kelib chiqishi kerak.

KSY34 yuqori chastotali NPN tranzistorining o'limi. Bond simlari bazaga va emitentga ulanadi
Ba'zan ishlatiladigan past ko'rsatkichli "lateral" bipolyar tranzistorlar CMOS jarayonlar ba'zan nosimmetrik tarzda ishlab chiqiladi, ya'ni oldinga va orqaga ishlash o'rtasida farq bo'lmaydi.
Baza-emitr terminallari bo'ylab qo'llaniladigan voltajning ozgina o'zgarishi, ular orasidagi oqimni keltirib chiqaradi emitent va kollektor sezilarli darajada o'zgartirish. Ushbu effekt kirish voltajini yoki oqimini kuchaytirish uchun ishlatilishi mumkin. BJTlarni kuchlanish bilan boshqariladigan deb hisoblash mumkin joriy manbalar, lekin sodda tarzda tokda boshqariladigan oqim manbalari yoki oqim kuchaytirgichlari sifatida tavsiflanadi, chunki ular bazada kam empedans mavjud.
Dastlabki tranzistorlar ishlab chiqarilgan germaniy ammo aksariyat zamonaviy BJTlar ishlab chiqarilgan kremniy. Hozirda ozchilikni tashkil qiladi galyum arsenidi, ayniqsa juda yuqori tezlikda ishlaydigan dasturlar uchun (quyida HBT-ga qarang).

The heterojunksiyali bipolyar tranzistor (HBT) - bu juda yuqori chastotali signallarni bir necha yuzgacha boshqaradigan BJT ning takomillashtirilishi Gigagertsli. Bu zamonaviy ultrafast davrlarda keng tarqalgan, asosan RF tizimlar.^[7][8]

Oqim yo'nalishi bilan NPN bipolyar tranzistor uchun belgi
Ikkita keng tarqalgan HBT silikon-germaniy va alyuminiy galliy arsenidi, ammo HBT tuzilishi uchun juda ko'p yarimo'tkazgichlardan foydalanish mumkin. HBT tuzilmalari odatda tomonidan etishtiriladi epitaksi kabi texnikalar MOCVD va MBE.