STRUCTURA Sl PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE ALE TRANZISTOARELOR CU JONCTIUNI

STRUCTURA Sl PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE ALE     TRANZISTOARELOR CU JONCTIUNI

Un tranzistor cu jonctiuni este un dispozitiv semiconductor format dintr-un monocristal de Ge sau Si in care se creeaza prin impurificare trei regiuni, alter­nativ dopate, despartite prin doua suprafete de separatie. Regiunile de la extre­mitati au acelasi tip de conductibilitate (ambele p sau ambele n), si se numesc emitor, respectiv colector. Regiunea centrala are o conductibilitate opusa fata de extremitati si poarta numele de baza. Pe suprafata fiecareia din cele trei regiuni se depune cate un strat metalic de contact pe care se 'sudeaza firele de cone­xiune.

In functie de doparea regiunilor ce alcatuiesc tranzistorul exista doua tipuri de tranzistoare:

tranzistoare pnp (emitorul si colectorul de tip p, baza de tip n)

tranzistoare npn (emitorul si colectorul de tip n si baza de tip p).

Sensul sagetii ce prezinta curentul de emitor indica si tipul tranzistorului (fig.4.1).

Ambele tipuri de tranzistoare, pnp si npn se pot realiza atat din germaniu, cat si din siliciu. Din motive tehnologice, de obicei din germaniu, se confec­tioneaza tranzistoare pnp, iar din siliciu mai ales tranzistoare npn.

Doua tranzistoare cu caracte­ristici similare, dar de tipuri dife­rite (unul pnp, altul npn). se nu­mesc tranzistoare complementare, a caror utilizare va fi studiata mai tarziu.

La un tranzistor cu jonctiuni, jonctiunea emitor-baza se numeste jonctiunea emitorului, iar joncti­unea colector - baza se numeste jonctiunea colectorului

In mod normal jonctiunea emitorului este polarizata direct, .cu o tensiune de ordinul zecimilor de volt, iar jonc­tiunea colectorului este polarizata invers, cu o tensiune de ordinul voltilor sau a zecilor de volti. Acest regim de lucru reprezinta re­gimul activ normal (fig. 4.2).

Deoarece in montajul prezentat conexiunea bazei este comuna celor doua circuite, montajul se nu­meste "cu baza comuna'. Alte ti­puri de montaje ale tranzistoarelor se vor examina ulterior.

Se observa ca ansamblul for­mat din cele trei regiuni reprezinta in esenta doua diode semiconduc­toare, avand o regiune comuna si fiind conectate in opozitie. Pentru ca un tranzistor sa nu se manifeste ca doua diode conectate in opozitie trebuie ca intre ele sa se realizeze un cuplaj. Efectul cuplajului consta in transferarea purtatorilor de sarcina de la o jonctiune la alta. El se realizeaza numai daca baza (regiunea comuna) este suficient de subtire si se numeste efect de tranzistor.

In figura 4.2 sunt aratate conditiile de polarizare atat pentru tranzistorul pnp, cat si pentru npn. Fenomenele fizice sunt similare in ambele tipuri de tranzis-toare, dar trebuie tinut seama de faptul ca tipul purtatorilor este schimbat, rolu­rile golurilor si ale electronilor fiind inversate. Explicatiile ce urmeaza se vor referi la un tranzistor pnp (fig. 4.2, a).

Jonctiunea emitor-baza fiind polarizata direct, curentul care circula prin jonctiune este determinat de purtatori majoritari de sarcina, deci de goluri. Apare un curent important de difuzie a golurilor din emitor in baza (I_pe). Aceste goluri devin in regiunea bazei (de tip n) purtatori minoritari in exces, cu o con­centratie mult mai mare decat cea corespunzatoare temperaturii ambiante. Deoarece baza este foarte subtire, numai un mic numar de goluri injectate de emitor se va recombina cu electronii majoritari din baza. inlocuirea electronilor disparuti prin recombinare se face printr-un transport de electroni de la sursa de polarizare, prin firul de conexiune al bazei. Acest transport de electroni for­meaza curentul de recombinare I_r . Golurile provenite din emitor. ramase nere­combinate, difuzeaza pana in apropierea jonctiunii colectorului, care este po­larizata invers. Campul astfel creat favorizeaza trecerea purtatorilor minoritari. Golurile din baza, care sunt pentru aceasta purtatori minoritari, strabat joncti­unea colectorului sub forma unui curent de camp I_pc, ajungand in colector (de tip p) unde sunt considerate din nou purtatori majoritari.

Se observa deci ca, in functionarea tranzistorului, emitorul "genereaza' ("emite') goluri, pe care colectorul le strange ("colecteaza'), ceea ce justifica denumirile celor doua regiuni.

Cat despre baza, asa cum se va vedea mai departe, ea are rolul de ,,control'' asupia curentului de colector. Daca ea ar fi foarte groasa, toate golurile pip-venite din emitor s-ar recombina inainte de a ajunge la jonctiunea colectorului si cele doua jonctiui i ar functiona in mod independent.

Pentru a reduce pierderea d goluri in baza datorata recom binarilor, pe langa o ingustare i. latimii sale, baza se dopeaza si ci un numar mai mic de impuritati decat emitorul si colectorul, deter­minand astfel un numar mai mic de electroni in ea. Din aceasta tima cauza mai rezulta si o alta consecinta: curentul de electroni majoritari baza emitor (I_nb), care circula numai prin jonctiunea emitorului, are o valoare mult mai mica decat curentul de emitor (I_pe).

Jonctiunea colectorului, polarizata invers, este strabatuta atat de golurile provenite din emitor si ramase nerecombinate in baza (I_pc), cat si de curentii de camp dati de purtatorii minoritari generati pe cale termica. Acest curent se no­teaza I_CBo si este format din golurile minoritare (proprii bazei) ce trec in colec­tor si din electronii minoritari ai colectorului ce trec in baza (fig. 4.3). Trebuie remarcat ca golurile minoritare proprii bazei ce trec in colector, ce fac parte din curentul rezidual I_CBo, sunt diferite de golurile provenite din curentul de emitor ce trec din baza spre colector. Notatia I_CBo , inseamna, de altfel, curent colector-baza cand emitorul este in gol, adica atunci cand el nu injecteaza purtatori in baza.