1.1.3. Коэффициент передачи тока эмиттера

Изменения коллекторного тока, вызванные изменениями тока эмиттера, обусловлены только дырками (транзистор p-n-p). Общий же ток эмиттера образуется и дырками, и электронами. Транзистор тем лучше передает изменения тока эмиттера в цепь коллектора, чем большее число дырок (по сравнению с числом электронов) переходит через эмиттерный переход и чем меньшее число этих дырок рекомбинирует в базе, не достигнув коллекторного перехода.

Эффективность эмиттера оценивается коэффициентом инжекции Ϫ, который равен отношению дырочной составляющей тока эмиттера Iэр к общему току эмиттера Iэ:

Ϫ=Iэр/Iэ=Iэр/(Iэр+Iэп) (2.3)

Коэффициент инжекции зависит от соотношения удельных сопротивлений эмиттерной и базовой областей (ῥ_э/ ῥ_б ) . В реальных переходах ῥ_э на 2-3 порядка меньше ῥ_б и эффективность эмиттера очень мало отличается от единицы (Ϫ≈0,999). С ростом уровня инжекции эффективность эмиттера падает вследствие ослабления неравенства ῥ_э<<ῥ_б.

Переходя через базу, часть дырок рекомбинирует с электронами как в объеме базы, так и на ее поверхности. Поэтому не все инжектированные эмиттером дырки достигают коллекторного перехода, а приращение тока коллектора ∆Iкр несколько меньше приращения дырочной составляющей тока эмиттера ∆Iэр. Влияние рекомбинациив в базе на ток коллектора учитывают коэффициентом переноса дырок через базу ᴂ:

ᴂ=число дырок, дошедших до коллекторного перехода/число дырок, инжектированных в базу эмиттером

Расчеты показывают, что коэффициент переноса ᴂ примерно равен

ᴂ≈ 1/1+1/2(w/Lрб)²≈1-1/2(w/Lрб)² (2,4)

где w-толщина базы, Lрб- диффузионная длина дырок в базе.

Коэффициент переноса ᴂ тем ближе к единице, чем меньше толщина базы по сравнению с диффузионной длиной дырок в ней. Поэтому толщину базы транзистора делают очень малой. С учетом рекомбинационных процессов на поверхности коэффициент ᴂ получается меньше рассчитанного по ф-ле (2.4).

Коэффициенты инжекции и переноса можно подсчитать, но нельзя измерить. поэтому за параметр транзистора принят коэффициент передачи тока эмиттера, получаемый путем измерения с помощью несложных устройств. Коэффициент передачи тока эмиттера равен отношению приращения тока коллектора к вызвавшему его приращению тока эмиттера при заданном постоянном обратном напряжении на коллекторном переходе:

α=∂Iк/∂Iэ при Uк.п=const. (2.5)

Коэффициент передачи тока эмиттера определяется по формуле

α=Ϫᴂ (2.6)

И коэффициент Ϫ, икоэффициент ᴂ меньше единицы. Поэтому коэффициент передачи тока эмиттера не превышает единицы. У современных транзисторов α≈0,95÷0,99. Обычно у бездрейфовых транзисторов основную роль в определении коэффициента передачи тока эмиттера играет коэффициент переноса ᴂ (большая толщина базы). Тогда коэффициент α рассчитывается по упрощенной формуле

α≈ᴂ≈1-1/2(w/Lрб)^2. (2.7)

У дрейфовых транзисторов толщина базы мала; на коэффициент α большое влияние часто оказывает коэффициент инжекции Ϫ.

Коэффициент α является дифференциальным параметром, так как измеряется в режиме малого сигнала.

Коэффициент передачи тока эмиттера в ф-ле (2.1) связывает результирующие эмиттера при заданном постоянном обратном напряжении на коллекторном переходе. В дальнейшем эту величину будем называть статическим коэффициентом передачи тока эмиттера αст. Коэффициент αст равен

αст=(Iк-Iк.бо)/Iэ (2.8)

Если пренебречь зависимостью αст от тока Iэ, то αст=α. В дальнейшем, за исключением отдельных случаев, статический и дифференциальный коэффициенты передачи тока будем считать одиннаковыми и обозначим через α.

В реальных транзисторах толщина коллекторного перехода имеет конечную, а в ряде случаев довольно ощутимую величину. На коэффициент передачи тока эмиттера оказывают влияние как процессы рекомбинации, так и процессы лавинного размножения носителей заряда в широком коллекторном переходе. Специальные лавинные транзисторы, в которых используется режим лавинного размножения носителей заряда в коллекторном переходе, не получили распространения.