Транзисторы. 
Силовая электроника

Транзистором называют полупроводниковый прибор, содержащий два или более ри-переходов и способный работать как в усилительных, так и в ключевых режимах. В силовых электронных аппаратах транзисторы используются в качестве полностью управляемых ключей. В настоящее время существует несколько различных видов транзисторов.

Биполярные транзисторы.

Биполярные транзисторы (англ. BJT Bipolar Junction Transistor) состоят из трех слоев полупроводниковых материалов с различным типом проводимости. В зависимости от порядка чередования слоев структуры различают транзисторы прпи рпр-типов (рис. 1.5). Среди силовых транзисторов большее распространение получил прп-тип. Средний слой структуры называют базой (В). Внешний слой, инжектирующий (внедряющий) носители, называется эмиттером (?), а собирающий носители — коллектором ©. Каждый из слоев имеет выводы для соединения с внешними источниками напряжения.

Рис. 1.5. Структуры и обозначения биполярных транзисторов:

а — транзистор типа прп; б — транзистор типа рпр

Рассмотрим более подробно процессы, возникающие при подключении источников напряжения к транзистору прп-типа. Подача прямого напряжения на эмиттерный /w-переход (и_ВЕ > 0) и обратного напряжения (и_вс < 0) на коллекторный соответствуют нормальному включению транзистора, которое обычно используется в силовой электронике. Таким образом формируются токи эмиттера i_E и коллектора i_c. Разность этих токов равна току базы i_B:

Из принципа действия биполярных транзисторов следует, что токи эмиттера и коллектора зависят от значения тока базы, который в схемах электронных ключей является током управления. Следовательно, биполярные транзисторы могут рассматриваться как электронные ключи, которые управляются током.

Полевые транзисторы. Среди транзисторов этого типа наибольшее распространение получили приборы, имеющие структуру металл — оксид — полупроводник (МОП, англ. MOSFET — Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Принцип действия МОП-транзисторов основан на изменении электрической проводимости на границе диэлектрика и полупроводника под воздействием электрического поля. Принцип управления МОП-транзистором можно рассмотреть на примере структуры, состоящей из слоев металла, диэлектрика и полупроводника с проводимостью/?-типа (рис. 1.6). Если к этой структуре подключить источник напряжения Е положительным выводом к металлу, то дырки полупроводника будут перемещаться в направлении отрицательного потенциала внешнего источника, обедняя основными носителями слой полупроводника, граничащий с диэлектриком. При изменении полярности напряжения внешнего источника будет происходить процесс обогащения дырками этого поверхностного слоя. Его электрическая проводимость (а следовательно, и сопротивление) зависит от приложенного напряжения внешнего источника. На этом принципе основана работа МОП-транзисторов. Различают два типа МОП-транзисторов: с индуцированным каналом и встроенным каналом. Оба типа имеют следующие выводы: сток (D), исток (5), затвор (G), а также вывод от подложки (Б), соединяемой обычно с истоком. В зависимости от типа электрической проводимости канала различают также транзисторы с п- и /9-типами каналов. На рис. 1.7 изображены структуры и символы МОП-транзисторов с каналами «-типа. Для понижения сопротивления областей, соединенных с выводами транзистора, их выполняют с повышенным содержанием носителей. Такие слои обозначают дополнительным верхним индексом, например и⁺-типа.

Рис. 1.6. Структура полевого транзистора.

Рис. 1.7. Структуры и обозначения полевых транзисторов с проводящим каналом и-типа:

а — с индуцированным каналом; б — со встроенным каналом Характерным для структур МОП-транзисторов является наличие внутреннего диода, встречно подключенного к транзистору, который может проводить обратный ток. В необходимых случаях для усиления эффекта обратной проводимости к транзистору может быть подключен внешний быстродействующий обратный диод.

Принципиальным отличием МОП-транзисторов от биполярных является то, что они управляются напряжением (полем, создаваемым этим напряжением), а не током. Основные процессы в МОП-транзисторах обусловлены одним типом носителей, что повышает их быстродействие. Поэтому МОП-транзисторы называются также униполярными транзисторами.