4.5 Принцип действия транзистора в основном активном режиме

В связи с тем, что в усилителях применяется в основном нормальный активный режим транзистора, рассмотрим его работу в этом режиме более подробно. Для примера возьмем транзистор р-n-р типа. В нормальном активном режиме эмиттерный p-n переход включим в прямом направлении, а коллекторный р-n переход в обратном направлении: Рис.4.7

Рис.4.7

Такая схема называется схемой с общей базой (ОБ). Токопрохождение будем рассматривать в статическом режиме, когда к транзистору подключены лишь источники постоянного напряжения, а источник сигнала и нагрузка отсутствуют.

Как уже отмечалось, в основном активном режиме эмиттерный переход включается в прямом направлении, а коллекторный - в обратном. Под действием прямого напряжения потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается и происходит инжекция дырок из эмиттера в базу, а электронов – из базы в эмиттер, создавая ток эмиттера

,

где - ток создаваемый дырками движущимися из эмиттера в базу:

- ток создаваемый электронами движущимися из базы в эмиттер.

Обращаем внимание на то, что несмотря на то, что дырки и электроны движутся в противоположных направлениях, но положительные направления токов одинаковое, поэтому общий ток равен сумме токов ( ). Транзистор создают так, что электронов в базе гораздо меньше дырок в эммитторе ( ) поэтому можно принять, что .

В результате инжекции, концентрация дырок в базе у границы эмиттерного перехода резко возрастает. В остальной области базы дырок мало. В следствии разности концентрации (градиента концентрации) возникает диффузионное движение дырок по базе от эммитерного к коллекторному переходу. Во время этого движения часть дырок рекомбинирует в базе с электронами, нарушая электронейтральность базы. Для восстановления электрической нейтральности базы (количество электронов в базе все время должно быть неизменным ) в нее из внешней цепи (от источника ) втекает соответствующее количество электронов (вместо рекомбинировавших), что сопровождается возникновением рекомбинационного тока базы . Для уменьшения этого тока ширину (толщину) базы делают значительно меньше диффузионной длины , поэтому подавляющее большинство дырок (около 99 и более) достигает коллекторного перехода не рекомбинируя.

Подойдя к коллекторному переходу, дырки втягиваются его полем в коллектор как неосновные носители для коллектора. В цепи коллектора возникает ток коллектора, пропорциональный току эмиттера, и поэтому называемый управляемым током коллектора

,

где - коэффициент пропорциональности.

Наряду с управляемым током коллектора в цепи коллектора по базе протекает неуправляемый ток коллектора , за счет неосновных носителей, который совпадает по направлению с управляемым током коллектора. Поэтому результирующие токи коллектора и базы будут равны:

(4.1)

(4.2),

так как ток базы рекомбинационный и неуправляемый ток коллектора направлены в базе в разные стороны.

Согласно первому закону Кирхгофа (*).

Прибавив и отняв в правой части равенства (*) ток , получим . (4.3)

Ток базы очень мал, поэтому можно считать, что .

Принцип действия транзистора п-р-п отличается тем, что из эмиттера в базу инжектируются не дырки, а электроны, и, кроме того, полярность включения источников и направления токов меняются на противоположные.