1.2.2. Биполярные транзисторы.

a) Транзистор p-n-p

b) Транзистор n-p-n

Рис. 1.12. Биполярный транзистор.

Биполярный транзистор – это трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя p–n переходами, обладающими управляющими свойствами (рис.1.12).

Рис.1.13. Схема включения n-p-n траранзистора.

Рассмотрим схему на основе биполярного транзистора n-p-n типа (рис. 1.13). На левом p-n переходе между крайней левой областью (эммитер) и средней областью (база) создается прямое смещение, на правом p-n переходе между базой и крайней правой областью (коллектор) – обратное. Левый эмиттерный переход имеет малый потенциальный барьер для электронов как основных носителей эмиттера, что дает им возможность проникнуть беспрепятственно в базу. В свою очередь электроны в базе могут либо рекомбинировать с дырками, что создаст определенный базовый ток i_Б, либо диффузионно (поле в базе практически равно нулю) пройти правый коллекторный переход, который для них также будет незапирающим, и захватиться полем коллектора. Второй электронный процесс сформирует коллекторный ток i_К, который будет во много раз больше базового, так как благодаря малости размеров и степени легирования базы большая часть электронов пройдет именно в коллектор. Рассматривая область базы как узел для эмиттерного, базового и коллекторного электродов, на основании второго закона Кирхгофа можно записать:

i_Э = i_К + i_Б (1.7).

Рис.1.14 ВАХ биполярного транзистора. Выходная характеристика.

Все вышесказанное поясняет ВАХ биполярного транзистора (рис. 1.14 и 1.15). С ростом тока базы увеличивается коллекторный ток практически линейно (рис.1.14): i_К = i_Б, и слабо зависит от напряжения коллектор-эмиттер u_кэ.  - коэффициент передачи тока базы, может достигать значений  10³-10⁴ для реальных транзисторов. Это так называемый режим усиления транзистора (участок II ВАХ, рис.1.14). Когда напряжение u_кэ мало (начальный участок I ВАХ, рис.1.14), наблюдается резкое падение коллекторного тока с уменьшением u_кэ и он слабо зависит от тока базы. Говорят, что транзистор при этом находится в режиме насыщения, который характеризуется тем, что оба перехода, как эмиттерный, так и коллекторный смещены в прямом направлении, и для электронов прошедших в базу из эмиттера коллекторный переход является в этом случае уже запирающим. В связи с этим в базе происходит накопление носителей и их интенсивная рекомбинация, и ток базы может оказаться сравнимым с током эмиттера.

ВАХ транзистора (рис.1.15) определяющая зависимость тока коллектора от напряжения база-эмиттер, как правило, имеет крутой подъем коллекторного тока, начиная с определенного напряжения U_БЭпор, называемого пороговым. Для подобного вида нелинейной ВАХ хорошо подходит кусочно-линейная аппроксимация с U_H = U_{БЭ пор} .

Рис.1.15 ВАХ биполярного транзистора. Проходная характеристика.

Отметим, что при анализе транзистора в мы не учитывали еще обратные токи переходов (обратные токи коллектора и эмиттера), обусловленные токами неосновных носителей, связанными с процессами тепловой генерации, а также токами утечки по поверхности полупроводника. В некоторых случаях они могут существенно влиять на работу транзистора, например, при стабилизации работы усилителя (см. 5.3.2). В этом плане особенно важен обратный ток коллектора i_KБО, который в схеме (рис. 1.13) определяется как ток коллектора при токе эмиттера равной нулю, т.е. когда цепь эмиттер-база разомкнута. Он представляет собой суммарную не управляемую со стороны эмиттера составляющую тока коллектора. Таким образом, общий ток коллектора равен сумме двух составляющих:

(1.8),

где  =/(1+) - коэффициент передачи тока эмиттера, как правило, лишь немного меньше единицы.