Транзистор в рабочем режиме

Рассмотрим физические процессы, протекающие в транзисторе на примере транзистора p-n-p – типа, включенного по схеме, представленной на рисунке 75. 4.

Указанный способ включения называется схемой с общим эмиттером (существует еще схемы с общей базой и общим базой и общим коллектором рисунок 75.7, 75.8, 75.9)

Рисунок 75.4

Здесь p-n – переход между эмиттером и базой включен в пропускном направлении, а переход между базой и коллектором – в запорном. При подаче на базу отрицательного напряжения эмиттер переход открывается, и дырки из эмиттера переходят в базу.

(При изготовлении транзисторов типа p-n-p – концентрацию дырок в эмиттере делают на 2-3 порядка выше концентрации электронов в базе. Поэтому встречный поток электронов из базы в эмиттер можно не учитывать). Поскольку коллекторный переход включен в запорном направлении, электрическое поле в базе отсутствует (Е=0). Это приводит к тому, что дырки, вошедшие в базу из эмиттера далее перемещаются, лишь за счет диффузии, распространяясь из области с высокой концентрацией (вблизи эмиттера) в область с низкой концентрацией (к коллектору). Ширина базы в транзисторе p-n-p – типа меньше диффузионной длины дырок. Lp – расстояния, на котором их концентрация уменьшается в е раз; (е – основание натурального логарифма). Поэтому большинство дырок успевает путем диффузии пересечь базу и достигнуть коллекторного перехода.

Появление положительного объемного заряда в электрически нейтральной базе за счет дырок из эмиттера приводит к возникновению электрического поля. Это поле втягивает в область объемного заряда дырок (неосновных носителей в базе)

Такое количество электронов, которое бы полностью скомпенсировали положительный заряд. Электроны входят через базовый ввод практически одновременно с втягиванием дырок (за 10^-10-10^-13секунд).

Диффузия дырок в базе сопровождается соответствующими изменении распределения концентрации электронов, так что любой элемент объема базы остается электрически нейтральным. Дальнейшая «судьба» электронов и дырок, достигших коллекторного перехода, различна.

Все дырки полем коллекторного перехода Е_к втягиваются в коллектор. Электроны же не могут преодолеть этот переход, т. к для них он включен в запорном направлении. При постоянной величине отрицательного напряжения на базе, убыль дырок в базе за счет перехода их в коллектор компенсируется диффузией равного количества дырок, входящих из эмиттера. При этом общее количество дырок в базе остается неизменным и ток через базовой ввод должен отсутствовать.

Однако, т.к. в действительности небольшая доля дырок в базе (1-5%) рекомбинирует с электронами, то на место рекомбенированных дырок в базу входит равное количество дырок из эмиттера, а убыли числа электронов через базовой ввод, что обеспечивает ток базы (I_б) равен сумме токов, протекающих через коллекторный (I_к) и базовой I_р вводы: I_р= I_к+ I_б. Причем соотношение между I_к и I_б определяется условиями диффузии и рекомбинации дырок в базе, которые в свою очередь зависят от типа использованных для изготовления транзистора материалов и конструкции электродов.

Статические характеристики и физические параметры транзистора (по схеме с общим эмиттором)

Характеристиками транзистора называются графически представленные зависимости между токами и напряжениями в его входных и выходных целях.

Семейство статических входных характеристик – это зависимости при U_к-э = const (рисунок 75.5).

I_{б =} f·(U_б-э)

По входной характеристике можно определить величину входного сопротивление транзистора:

(75.1)

Величина R_вх может быть найдена из графика путем проведения касательной к характеристике в т. А с ординатой равной величине входного тока, для которого требуется определить входные сопротивление.

На рисунке 75.5 (75.2),

где ΔI_б - изменение тока базы при соответствующим изменении входного напряжения ΔU_б-э

Семейство статических выходных характеристик – это зависимости:

(75.3)

Рисунок 75.5

Каждая кривая из семейства характеристик состоит из почти вертикального участка возрастания тока при увеличении коллекторного напряжения U_к-э от нуля до нескольких долей вольта и основного участка, представляющего прямую с малым углом наклона к оси напряжений. Небольшая величина угла наклона кривой свидетельствует о слабой зависимости коллекторного тока от величины коллекторного напряжения. По выхадным характеристикам можно определить величину выхадного сопротевления транзистора:

Способ определения показан R_вых на рисунке 75.6 по кривой I. Отношение изменения тока коллектора (ΔI_к) к изменению тока базы (ΔI_б) при U_{к- э} = const называется коэффициентом передачи базового тока β.

(75.4)

Рисунок 75.6

Для т.А (рисунок 75.6) при I_бз и при U_к-э = const например, β может быть определено следующим образом: из т.А проводится перпендикуляр к оси напряжений: из точек пересечения этого перпендикуляра с двумя ближайшими характеристиками над т. А и под ней (В и С) проводят прямые параллельные оси напряжений; отрезок на оси токов между точками В и С определяют как при изменении базового тока на величину ΔI_б= I_б4 -I_б2.