Принцип действия транзистора в активном усилительном режиме

В активном нормальном режиме, как показано на рисунке 2.3, ЭП смещается в прямом направлении, а КП – в обратном. В результате снижения потенциального барьера электроны из эмиттера диффундируют через ЭП в базу (инжекция электронов), а дырки – из базы в эмиттер. В базе повышается концентрация электронов.

КП 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.

Примерно 1% инжектированных в базу электронов рекомбинирует с дырками. Остальные 99% идут к коллектору, попадают в ускоренное поле КП, 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. Коэффициент передачи тока эмиттера в цепь коллектора , где - электронная составляющая коллекторного тока, -ток эмиттера. Для реальных структур .

Сопротивление ЭП мало (сотни омов), а сопротивление КП составляет сотни килоом. Если в коллекторную цепь последовательно включить сопротивление нагрузки , оно не повлияет на режим работы транзистора, но на сопротивлении можно снять большое напряжение.

Включение в цепь эмиттера источника переменного сигнала Е_с вызывает изменение числа инжектируемых в базу неосновных носителей заряда и соответствующее изменение тока эмиттера и коллектора в такт с Е_с. На нагрузке будет выделяться усиленное напряжение с частотой, равной частоте входного сигнала, но при этом напряжение выходного сигнала намного больше входного сигнала Е_с. Таким вот образом происходит усиление сигнала.

Ток коллектора , где – тепловой ток коллекторного перехода.

КП из-за обратного смещения большой и сосредоточен в базе. При изменении - коллекторного напряжения изменяется ширина КП и, следовательно, толщина базы w тоже. Модуляция толщины базы w представляет собой зависимость толщины базы w от напряжения на коллекторе . Это приводит к зависимости коэффициента передачи тока от коллекторного напряжения ; к барьерной емкости КП добавляется диффузионная емкость, так как происходит изменение заряда вблизи перехода; к изменению частотных свойств транзистора: если увеличивается , уменьшается толщина базы w, уменьшается время пролета электронов в базе и увеличивается граничная частота транзистора.