Физические процессы в биполярном транзисторе

Рассмотренная выше конструкция биполярного транзистора показывает, что его условно можно показать в виде следующей трехслойной структуры:

Для работы биполярного транзистора в усилительном режиме переход база - эмиттер должен быть смещен в прямом направлении, для создания инжекции. Переход база - коллектор должен быть смещен в обратном направлении для того, чтобы усилить явление экстракции носителей заряда из базы в коллектор, таким образом, получается что для работы биполярного транзистора нужны 2 источника питания.

Каждый источник питания имеет 2 вывода, а биполярный транзистор - 3 вывода. В зависимости от того, относительно которого из выводов биполярного транзистора объединены выводы источника питания,различают 3 схемы включения:

· с общей базой (ОБ)

· с общим эмиттером (ОЭ)

· с общим коллекторм (ОК)

Рассмотрение физических процессов в биполярном транзисторе начнем со случая, когда E_Э отключен, ключ S разомкнут, а E_к включен. В этом случе на переход эмиттер - база смещения не подается, и он находится вравновесном состоянии, т.е. ток через переход эмиттер - база равен нулю.

На переход коллектор - база, за счет E_к подается обратное смещение, через этот переход протекает лишь небольшой обратный ток неосновных носителей заряда I_к0. Но хотя и этот ток небольшой, он играет важную роль в работе транзистора, он называется обратный ток коллекторного перехода. Его особенность - сильная зависимость от температуры, например для кремниевых транзисторов величина этого тока увеличивается в два раза при увеличении температуры на каждые 8°С. Учитывая принятое направление тока, получается, что этот обратный ток протекает через переход коллектор - база, замыкается через базовый вывод транзистора, и этот ток в результате является одной из составляющей тока базы.

Включим S, а E_к сделаем равным 0 В. В данной ситуации на переход эмиттер - база подается прямое смещение, поэтому возникает ток эмиттера, который содержит электронную и дырочную составляющую: I_э = I_эp + I_эn

Поток электронов из базы маленький, а поток дырок в базу большой. Хотя электронная составляющая маленькая, но уход электронов из базы в эмиттер придает базовой области некоторый положительный заряд по отношению к базовому выводу. этот положительный заряд компенсируется электронами, поступающими в базу транзистора из отрицательного полюса E_э, в результате получаем. что I_эn (электронная составляющая тока эмиттера) не достигает коллекторного перехода и замыкатеся на базу транзистора, она является бесполезной.

Учитывая принципиальное направление тока, этот ток замыкается на минус E_э, это вторая составляющая тока базы. Эффективность эмиттера по созданию управляющего тока коллектора учитывает коэффициент инжекции носителей заряда из эмиттера в базу:

Попавший в базу основной поток дырок движется в сторону коллекторного перехода, и достигая этого перехода, захватывается его полем и перебрасывается в коллектор (экстракция). В результате образуется управляющий ток коллектора.

Однако несмотря на тонкий слой базы, небольшая часть дырок успевает рекомбинировать с электронами базы, в результате этого база также получает дополнительный положительный заряд, который снова компенсируется электронами, поступающими с отрицательного полюса E_э.

В результате часть I_э, называемая рекомбинационным током базы ответвляется через цепь базы, не достигая коллекторного перехода. Потери части тока за счет рекомбинации в базе учитывают коэффициентом переноса:

- характеризует основные усилительные свойства транзистора и называется коэффициентом передачи тока эмиттера.

Все эти физические процессы учитываются на условном обозначении транзистора: