Принцип работы транзистора

Рассмотрим физические процессы, которые протекают в транзисторе p-n-p типа, работающем в активном режиме. Когда ключ S, см. рис. 2, разомкнут, ток через переход эмиттер-база отсутствует. Через переход база - коллектор течет небольшой ток коллектора, называемый обратным током коллектора, i_КБО.

Этот ток очень мал, так как при обратном смещении коллекторного перехода потенциальный барьер велик и непреодолим для основных носителей – дырок коллектора и электронов базы. Коллектор легирован примесью значительно сильнее базы, поэтому электронов в нем значительно меньше, чем дырок в базе и обратный ток коллектора создается главным образом дырками, генерируемыми за счет тепловых колебаний решетки в базе и электронами, генерируемыми в коллекторе.

Другой вариант. Обратное смещение на переходе база – коллектор создает на нем очень большое сопротивление току, текущему под влиянием внешнего поля (Е_к) по направлению от базы к коллектору. Поэтому обратный ток коллектора очень мал.

С увеличением Е_к сопротивление также возрастает, вследствие чего I_КБО практически не меняется при увеличении Е_К[1], см. нижнюю кривую на рис. 2. Эта кривая соответствует разомкнутому положению ключа S, и показывает зависимость обратного тока коллектора от напряжения на коллекторном переходе.

Замыкание ключа S на рис. 1 приводит к появлению тока в этой цепи. Так как смещение эмиттерного перехода в прямом направлении понижает потенциальный барьер (сопротивление перехода база – эмиттер оказывается небольшим), начинается диффузия основных носителей заряда через переход. Дырки переходят из эмиттера в базу, а электроны – из базы в эмиттер. Образуется ток эмиттера, i_Э.

В базе обычного транзистора электрическое поле отсутствует. Поэтому дырки, инжектированные из эмиттера в базу, начинают там хаотичное движение. Однако, так как толщина базы транзистора значительно меньше средней длины пробега дырки до рекомбинации, большая часть инжектированных из эмиттера дырок достигает коллекторного перехода. Благодаря этому коллекторный ток возрастает.

Семейство выходных характеристик транзистора показано на рис. 2 при некоторых постоянных значениях эмиттерного тока (1, 2, 3 и 4 миллиампера). Выходные характеристики, соответствующие отрицательным значениям напряжения коллектор – база, в правом верхнем квадранте идут с небольшим подъемом.

Подъем объясняется следующими причинами. Из ранее пройденного известно, что объемные заряды справа и слева от каждого перехода равны между собой, но имеют противоположные знаки. Известно также, что эмиттер и коллектор легированы примесями гораздо сильнее, чем база. При неодинаковой концентрации объемные заряды слева и справа от перехода одинаковы только при разных объемах, занятых обедненными слоями по разные стороны перехода. Чем меньше концентрация, тем больше объем. Следовательно, обедненные слои транзистора сосредоточены главным образом в базе. Увеличение отрицательного напряжения на коллекторе расширяет обедненный слой коллекторного перехода и, следовательно, уменьшает эффективную толщину базы. Коллекторный ток при этом увеличивается, так как меньшая часть дырок теряется в базе на пути к коллекторному переходу. Это явление называется модуляцией толщины базы (эффект Эрли).

В транзисторах n-p-n типа протекают аналогичные физические процессы. Отличие заключается в том, что электроны, дырки и знаки питающих напряжений в них меняются местами.

Дата добавления: 2014-01-15