Принцип работы транзистора

Когда ключ разомкнут, ток в цепи эмиттера отсутствует. При этом в цепи коллектора имеется небольшой ток, называемый обратным током коллектора и обозначаемый I_к. Этот ток очень мал, так как при обратном смещении коллекторного перехода потенциальный барьер велик и непреодолим для основных носителей - дырок коллектора и свободных электронов базы. Коллектор легирован примесью значительно сильнее, чем база. Вследствие этого неосновных носителей в коллекторе значительно меньше, чем в базе, и обратный ток коллектора создаётся главным образом неосновными носителями: дырками, генерируемыми в базе в результате тепловых колебаний, и электронами, генерируемыми в коллекторе.

Замыкание ключа в цепи эмиттера приводит к появлению тока в этой цепи, так как смещение эмиттерного p–n–перехода в прямом направлении понижает потенциальный барьер для дырок, переходящих из эмиттера в базу, и для электронов переходящих из базы в эмиттер. Мы рассматриваем только дырки, так как только они создают приращение коллекторного тока. Говорят, что дырки инжектируются в базу.

В базе обыкновенного транзистора электрическое поле отсутствует, поэтому дальнейшее движение инжектированных дырок определяется процессом диффузии. Так как толщина базы транзистора много меньше длины свободного пробега дырки до рекомбинации, то большая часть инжектированных дырок достигает коллекторного перехода, благодаря чему коллекторный ток усиливается. Лишь очень небольшая часть дырок рекомбинирует с электронами базы. Таким образом величина тока через правый р-n-переход практически полностью определяется величиной тока через левый переход.

Характерной особенностью рассматриваемых транзисторов является существование двух типов носителей заряда (электронов и дырок), участвующих в работе прибора. В связи с этим полупроводниковые приборы этого получили название биполярных транзисторов.

Семейство выходных характеристик транзистора показано на рисунке 1.3 при некоторых постоянных значениях эмиттера тока. Для рассматриваемого p–n–p транзистора принято отрицательное напряжение коллектор – база откладывать вправо по оси абсцисс. Выходные характеристики, соответствующие отрицательным значениям напряжения коллектор – база, в правом верхнем квадранте идут почти горизонтально, но с небольшим подъёмом. Чтобы объяснить это рассмотрим потенциальную диаграмму транзистора (цветом выделены обеднённые слои) на рисунке 1.4.

Так как эмиттер и коллектор сильнее легированы примесью, чем база то обеднённые слои сосредоточены в основном в базе. Эффективная толщина базы W_эф, т.е расстояние между границами обеднённых слоёв, меньше толщины базы W. Увеличение отрицательного напряжения на коллекторе расширяет обеднённый слой коллекторного перехода и, следовательно, вызывает уменьшение эффективной толщины базы. Это явление носит название эффекта Эрли. Модуляция толщины базы объясняет некоторый подъём выходных характеристик при увеличении отрицательного напряжения коллектор – база. Коллекторный ток при этом увеличивается, так как меньшая часть дырок теряется в базе вследствие рекомбинации с электронами.