Потужний біполярний транзистор є приладом з вертикальною структурою: з колектором на підкладці і висновками бази і емітера зверху (рис. 2.7) [15].

Колектор транзистора має дві області: слаболегірованних rr-область і сильнолегованих підкладку (рис. 2.1а). rr-область колектора легується слабкіше, ніж область бази, для того щоб змусити ОПЗ колекторного переходу розширюватися головним чином в колектор, а не в базу.

Коли транзистор включений (насичений), вся rr-область знаходиться в стані високої інжекції, і струм в ній проходить завдяки механізму дрейфу. З цієї причини rr-область називають дрейфовой областю. Цій області в звичайному (малопотужному) транзисторі немає. При насиченні транзистора провідність рр-області частково змінюється. Відбувається інверсія провідності. Отже, у потужного біполярного транзистора можна спостерігати чотири режими роботи: насичення, квазінасищенія, активний і відсічення (рис. 2.16). Струм бази потужного транзистора повинен бути достатньо великим для прискорення процесів перемикання.

Рис. 2.7. Ескіз структури (а) і вихідна вольт-амперна характеристика (б) потужного п-р-п-транзистора

При виключенні транзистора необхідно значний час для усунення надлишкових зарядів неосновних носіїв спочатку з колектора, а потім з області бази.

Для прискорення процесу вимикання біполярного транзистора часто подають імпульс негативної напруги на базу. Для прискорення процесу вимикання в процесі виготовлення кристала базу легируют дуже сильно на шкоду коефіцієнту підсилення β.

Зазвичай коефіцієнт посилення потужного біполярного транзистора β (або / *21е) Становить – від 5 до 20. Це пов’язано з тим, що концентрація домішки в базі потужного біполярного транзистора робиться дуже високою для зниження величини омічного опору бази. Низьке базове опір, отримане через високої концентрації домішки, істотно прискорює процеси перемикання, але сильно знижує величину β. Для збільшення β використовують включення біполярних транзисторів за схемою Дарлінгтона (Складений транзистор) [16].

Рис. 2.8. Електрична схема каскаду Дарлінгтона

Оскільки струм емітера транзистора Т1 (рис. 2.8) фактично є струмом бази транзистора Т2, то сумарний коефіцієнт посилення такої структури визначається виразом: причому:

якщо βτι = βΎ2 = 5, то β = (5 + 1) 5 = 30; якщо βτι = βΎ2 = 20, то βΣ = (20 + 1) 20 = 420.

Рис. 2.9. Структура каскаду Дарлінгтона

На рис. 2.9 представлений ескіз напівпровідникової структури каскаду Дарлінгтона.

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.