Принцип действия транзистора в активном режимеФизические процессы в транзисторной структуре определяются состоянием эмиттерного и коллекторного переходов. При этом все положения, рассмотренные для единичного p-n -перехода, справедливы для каждого из p-n переходов транзистора. В равновесном состоянии наблюдается динамическое равновесие между потоками дырок и электронов, протекающими через каждый p-n переход, и результирующие токи равны нулю. В активном нормальном режиме при подключении к электродам транзистора напряжений Е ЭБ иЕКБ, как показано на рисунке 5.3, эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. В результате снижения потенциального барьера электроны из области эмиттера диффундируют через эмиттерный переход в область базы (инжекция электронов), а дырки – из базы в область эмиттера. Однако, поскольку удельное сопротивление базы высокое, электронный поток носителей заряда преобладает над дырочным, то есть в базе повышается концентрация электронов. Для количественной оценки составляющих полного тока ЭП используется коэффициент инжекции или эффективность эмиттера где Iэр и Iэn – дырочная и электронная составляющие тока эмиттерного перехода; Iэ – полный ток перехода. Значение лежит в пределах . Коллекторный переход смещен в обратном направлении, за счет этого усиливается экстракция электронов из базы в коллектор, то есть в базе на границе с коллектором уменьшается концентрация электронов. В базе создается градиент концентраций электронов, поэтому электроны диффундируют от ЭП к КП. Так как ширина базы во много раз меньше диффузионной длины, то большинство электронов, инжектированных в базу, не успевают рекомбинировать в ней с дырками. Рекомбинирует только небольшая часть электронов (примерно 1%). Остальные 99% электронов идут к коллектору, попадают в ускоренное поле коллекторного перехода и втягиваются в коллектор (экстракция электронов). Для нейтральности базы из нее во внешнюю цепь по выводу уходит часть электронов, равная рекомбинировавшей, которая и создает ток базы. Таким образом, ток эмиттерного перехода несколько больше тока коллекторного перехода. Относительное число неосновных носителей заряда, достигших коллекторного перехода транзистора и образующих ток коллектора , характеризуется коэффициентом переноса . Для увеличения тока коллектора необходимо, чтобы время жизни электронов было намного больше времени переноса в базе. Для этого нужно: – уменьшить концентрацию примесей в базе, тогда уменьшится рекомбинационная составляющая тока эмиттера ; – уменьшить толщину базы w; – площадь коллекторного перехода должна быть намного больше площади эмиттерного перехода Sкп >> Sэп. В коллекторном переходе может возникнуть размножение носителей заряда из-за ударной ионизации, которое характеризуется коэффициентом размножения , где в зависимости от материала транзистора. Общий коэффициент передачи тока эмиттера в цепь коллектора . Для реальных структур .
Сопротивление эмиттерного перехода мало (сотни омов), а сопротивление коллекторного перехода составляет сотни килоом. Допустим, в коллекторную цепь последовательно включено сопротивление нагрузки , оно не повлияет на режим работы транзистора, но на сопротивлении можно снять большое напряжение. Включение в цепь эмиттера источника переменного сигнала Ес вызывает изменение числа инжектируемых в базу неосновных носителей заряда и соответствующее изменение тока эмиттера и коллектора в такт с Ес. На нагрузке будет выделяться усиленное напряжение с частотой, равной частоте входного сигнала, но при этом напряжение выходного сигнала намного больше входного сигнала Ес. Таким вот образом происходит усиление сигнала.
|