Проследим за движением дырок эмиттера в транзисторе. В эмиттере дырки создают ток (рис. 1.30), а в коллекторе они представляют собой дырочную составляющую тока коллектора которая меньше тока на ток, вызванный рекомбинацией дырок в базе и называемый базовым током рекомбинации :

(1.20)

Поскольку назначение транзистора – усиление мощности входного сигнала, ток является нежелательным, вследствие чего его стремятся уменьшать. Достигается это путем уменьшения толщины базы так, чтобы , где – диффузионная длина дырок. Чем меньше толщина базы, тем большее число дырок достигнет коллекторного перехода и тем больше дырочная составляющая тока. Потерю дырочного тока эмиттера на рекомбинацию в базе характеризует коэффициент переноса дырок

, (1.21)

приближенное значение которого определяют из соотношения

.

Рис. 1.30. Токи биполярного транзистора

Для германиевых транзисторов = 0,3 мкм, поэтому обычно < 0,3 мкм. В реальных транзисторах = 0,980–0,995.

Через эмиттер помимо дырочного протекает и электронный ток , обусловленный переходом в область эмиттера электронов базы, а также обратный ток эмиттерного перехода , образованный неосновными носителями областей базы (дырками) и эмиттера (электронами). Этот ток называется термогенерацией. Его значение определяется так же, как и значение обратного тока коллектора . Вследствие того что мал и не влияет на ток коллектора, им можно пренебречь. Таким образом, ток эмиттера

. (1.22)

Составляющая тока эмиттера замыкается в цепи база – эмиттер, не протекает через коллектор и является вредной, вызывая дополнительный нагрев транзистора. Для того чтобы уменьшить ток , базу насыщают примесью во много раз меньше, чем эмиттер (примерно на два порядка).

Долю дырочного тока в эмиттере определяют коэффициентом инжекции

, (1.23)

характеризующим эффективность работы эмиттера. Для уменьшения электронной составляющей эмиттерного тока базу насыщают примесью незначительно. Удается обеспечить = 0,990–0,995. В коллекторе и базе следует также учитывать обратный ток коллекторного перехода , образованный неосновными носителями областей базы и коллектора:

. (1.24)

Поскольку концентрация неосновных носителей значительно больше в базе, чем в коллекторе, обратный ток коллекторного перехода состоит в основном из дырок базы. Величина является параметром транзистора, характеризующим его качество (чем меньше, тем транзистор лучше). Ток определяют при разомкнутой цепи эмиттера и при определенном значении обратного напряжения на коллекторе. Ток вызывается термогенерацией и с повышением температуры растет по экспоненциальному закону. В германиевых транзисторах при повышении температуры на каждые 10° приблизительно удваивается, в кремниевых – увеличивается в 2,5 раза.

Значения при нормальной температуре составляют 0,1–100 мкА, причем у германиевых транзисторов примерно на порядок больше, чем у кремниевых.

В базе протекают ток , образованный электронами, инжектированными в эмиттер, ток рекомбинации и обратный ток коллекторного перехода

. (1.25)

Ток направлен навстречу токам и . Из (1.22) и (1.24) видно:

, (1.26)

что соответствует первому закону Кирхгофа. Поскольку транзистор изготовляют так, чтобы обеспечить возможно меньшее значение тока базы, ток коллектора незначительно отличается от тока эмиттера: .

Как только дырка покинет эмиттер и перейдет в базу, для восстановления равновесия заряда в эмиттере электрон покидает эмиттер. За счет этого в выводе эмиттера проходит электронный ток, а в выводе коллектора – ток электронов источника, компенсирующий увеличение дырок в коллекторе. В выводе базы при этом проходит ток электронов источника, восполняющий убыль электронов вследствие рекомбинации их с дырками эмиттера (см. рис. 1.30). Так как за положительное направление тока принимают направление положительных зарядов, то направление токов, показанное на рисунках стрелками, противоположно направлению движения электронов.

Итак, через транзистор течет сквозной ток от эмиттера через базу к коллектору (его направление отражено в условном обозначении транзистора – стрелка от эмиттера в сторону базы).

Током коллектора можно управлять. Для этого следует изменить напряжение источника питания цепи эмиттера. С увеличением снижается потенциальный барьер эмиттерного перехода и увеличивается ток эмиттера, а следовательно, и ток коллектора (при прочих равных условиях). Таким образом, ток эмиттера является управляющим, а ток коллектора – управляемым. Поэтому транзистор часто называют прибором, управляемым током. Отметим, что изменение обратного напряжения источника питания цепи коллектора практически не вызывает увеличения тока коллектора, так как поле коллекторного перехода является ускоряющим и не может изменять числа дырок, которые пересекают коллекторный переход.

• Назад
• Вперёд