Принцип работы транзистора

Режимы работы транзистора

Назначение областей транзистора

Эмиттер – осуществляет инжекцию ОНЗ в базу.

Инжекция – это введение основных носителей заряда в ту область, где они являются неосновными, при прямом включении перехода. Другими словами, инжекция - это интенсивная диффузия.

База – область, куда инжектируются эмиттером НЗ.

Коллектор – осуществляет экстракцию ННЗ.

Экстракция – это переброс ННЗ через переход ускоряющим полем.

Биполярный транзистор имеет два p-n перехода: эмиттерный переход (ЭП) – переход между эмиттером и базой и коллекторный переход (КП) – переход между базой и коллектором.

В зависимости от того, как смещены эмиттерный и коллекторный переходы (прямо или обратно), различают 4 режима работы биполярного транзистора:

Режим отсечки. К обоим переходам подводится обратное напряжение. В цепи транзистора текут небольшие неуправляемые токи. Транзистор полностью закрыт. Режим нерабочий.

Режим насыщения. Оба перехода находятся под прямым напряжением. Эмиттер и коллектор инжектируют НЗ в базу, поэтому ток базы – максимальный. Транзистор полностью открыт, но при этом неуправляем (выходной ток не регулируется входным током). Режим нерабочий.

Активный (рабочий) режим. ЭП находится под прямым напряжением, а КП – под обратным. Эмиттер инжектирует ОНЗ в базу, где они становятся ННЗ и подвергаются экстракции в коллектор.

Инверсный режим. Транзистор – прибор обратимый. К ЭП подводится обратное напряжение, а к КП – прямое, т.е. эмиттер и коллектор меняются ролями. Режим нерабочий (не соответствует нормальным условиям эксплуатации транзистора, т.к. эмиттер и коллектор имеют разные размеры и обладают разными электрофизическими свойствами).

Режимы отсечки, насыщения и инверсный используется в цифровых схемах, активный режим используется в аналоговых схемах.

p ЭП n КП p

I_ЭР I_КР

ЭК

I_Э I_Эn I_РЕК I_КБО I_К

Е_ВН

I_ЭБ I_К

I_Б Е_ВНЕШН

+ I_Б +

U_ПР U_ОБР

Пусть транзистор находится в активном (рабочем) режиме, т.е. на ЭП подано прямое напряжение, а на КП – обратное.

При этом возникает инжекция дырок из эмиттера в базу, в обратном направлении будет происходить инжекция электронов. Ток, проходящий через ЭП, равен сумме дырочной и электронной составляющих: .

Т.к. концентрация ОНЗ в эмиттере много больше концентрации ОНЗ в базе, то инжекция дырок будет преобладать над инжекцией электронов, т.е. .

Пришедшие в базу дырки начинают рекомбинировать с электронами. Но рекомбинация – процесс не мгновенный. Поэтому бо́льшая часть дырок успевает пройти через тонкий слой базы и достигнуть КП.Суммарное поле КП () является ускоряющим для дырок, поэтому дырки перебрасываются этим полем через КП (происходит экстракция ННЗ) и участвуют в образовании дырочной составляющей коллекторного тока (управляемая часть коллекторного тока). Т.к. КП находится под обратным напряжением, через него протекает еще один ток – неуправляемый тепловой ток коллекторного перехода . Суммарный ток коллектора равен: . Т.к. тепловой ток мал, то .

Те дырки, которые всё же успевают прорекомбинировать с электронами в базе, участвуют в создании тока рекомбинации .

Таким образом, суммарный ток базы равен:

Все составляющие этого тока малы, следовательно, ток базы также мал.

Рекомбинация в базе + инжекция электронов из базы в эмиттер нарушают электрическую нейтральность базы (база приобретает положительный заряд). Для восстановления электрической нейтральности базы от внешнего источника питания () в базу поступают электроны. Т.к. ток всегда направлен в сторону, противоположную движению электронов, токи и имеют направление сверху вниз, следовательно, ток базы имеет такое же направление.

Пришедшие в эмиттер из базы электроны и ушедшие из эмиттера дырки нарушают электрическую нейтральность эмиттера (эмиттер приобретает отрицательный заряд). Для восстановления нейтральности эмиттера избыточные электроны уходят из эмиттера к внешнему источнику питания (), т.е. во внешней эмиттерной цепи протекает ток снизу вверх.

Пришедшие в коллектор дырки нарушают его электрическую нейтральность(коллектор приобретает положительный заряд). Для восстановления электрической нейтральности в коллектор поступают электроны от внешнего источника питания (), т.е. во внешней коллекторной цепи протекает ток сверху вниз.

Дата добавления: 2017-02-01