4.1.2. Принцип действия транзистора

Принцип действия транзистора будет рассматриваться на примере транзистораp-n-p-типа (рис. 4.2). Если эмиттерный переход (ЭП) сместить в прямом направлении, а коллектор в обратном, то потенциальный барьер ЭП снизится и станет равнымU_оэ–U_э, а потенциальный барьер коллекторного перехода (КП) повысится и станет равнымU_ок+U_к. Одновременно уменьшится толщина ЭП, и увеличится толщина КП, причем увеличение толщины запирающего слоя произойдёт в основном в сторону базы, так как проводимость ее много меньше, чем проводимость коллектора.

Снижение потенциального барьера на ЭП вызовет инжекцию дырок из эмиттера в базу и электронов из базы в эмиттер, появляется эмиттерный ток (I_э), который состоит из двух составляющих:

I_эр +I_эn.

Так как р_э >>n_б, то дырочная составляющая тока эмиттера оказывается много больше электронной составляющейI_эр >>I_эn, которая замыкается через цепь базы и не участвует в создании коллекторного тока. Поэтому её и стремятся сделать по возможности малой. Для цепи базы она является одной из составляющих тока базы.

В результате инжекции дырок из эмиттера концентрация их в базе у границы ЭП увеличивается и может значительно превышать равновесную, в то время как концентрация дырок у КП вследствие их экстракции практически равна нулю. Таким образом, распределение концентрации неосновных неравновесных дырок в базе имеет вид (рис. 4.2, а), т.е. возникает градиент концентрации дырок.Градиент концентрации вызывает диффузионное движение инжектированных дырок через базу от эмиттера к коллектору.

В процессе диффузии дырок к КП часть их рекомбинирует с электронами базовой области. Для сохранения нейтральности базы в неё входят электроны из внешней цепи, образуя рекомбинационный ток базы (I_б.рек)_.. Поскольку концентрация электронов в базе незначительна, по сравнению с концентрацией инжектированных из эмиттера дырок, и диффузионная длина дырок значительно больше толщины базы, вероятность рекомбинации мала и основная часть дырок достигает КП. Дырки, достигшие КП, попадают в его ускоряющее поле и перебрасываются в коллекторную область, создавая ток коллектора.

Чем больше дырок инжектируется эмиттером, тем больше градиент концентрации дырок в базе, тем большее их количество достигает коллектора, увеличивая его ток. Следовательно, ток коллектора пропорционален току эмиттера:

I_кр = αI_э.

Он называется управляемым током коллектора. Возможность управлять выходным током транзистора при изменении входного тока – важное свойство биполярного транзистора. Оно позволяет использовать его в качестве активного элемента различных схем. Коэффициент пропорциональности (α) называется коэффициентом передачи тока эмиттера и составляет 0.95...0.99.

Кроме I_крв цепи коллектора протекает небольшой собственный обратный ток КП, не зависящий от тока эмиттера. Его обозначаютI_кбо.

Таким образом, полный ток коллектора равен:

I_r= αI_э+I_кбо.

Между токами трех электродов транзистора существует зависимость, описываемая соотношением:

I_э=I_к+I_б.

Из этих соотношений следует, что ток базы связан с током эмиттера следующим образом:

I_б= (1 – α)I_э–I_кбо.