Режимы работы биполярных транзисторов

Различают три основных режима работы биполярного транзистора: активный, отсечки и насыщения. Принцип ра­боты транзисторов р-п-р- и п-р-п-типов одинаков, поэтому в дальнейшем будем рассматривать лишь работу транзисто­ров со структурой р-п-р.

При работе транзистора в активном режиме его эмитгер-ный переход смещается в прямом, а коллекторный — в обратном направлении (рис. 33). Под действием прямого напряжения U _ЭБпроисходит инжекция дырок из р -эмиттера в n -базу. Попав в базу, дырки становятся в ней неосновны­ми носителями заряда и под действием сил диффузии дви­жутся к коллекторному ЭДП, образуя дырочную составля­ющую эмиттерного тока I _Эр. Обычно концентрация акцеп­торных примесей в эмиттере N _аЭ коллекторе N _аКво много раз превышает концентрацию донорных примесей в базе N _дБ, поэтому инжекцией электронов из базы в эмиттер мож­но пренебречь и считать, что I _Э = I _Эр

Часть инжектированных в базу дырок рекомбинирует с имеющимися в ней свободными электронами, но ввиду ма­лой ширины базы основная часть дырок достигает коллекторного ЭДП и его электрическим полем перебрасывается в коллектор, образуя составляющую коллекторного тока I _Кр.Очевидно, что из-за рекомбинации части инжектирован­ных дырок в базе I _Кр < I _э, т. е. I _Кр = h_21Б I _Э.

Рис. 33. Включение транзистора в активном режиме работы по схеме с общей базой

Коэффициент пропорциональности h _21Б называется ста­тическим коэффициентом передачи тока эмиттера. Для со­временных транзисторов h _21Б =0,9 - 0,998.

Так как коллекторный переход смещен в обратном на­правлении, то через него протекает ток I _КБ0, образованный неосновными носителями базы (дырками) и коллектора (электронами). Направление этого тока совпадает с направ­лением I _Кр, поэтому полный ток коллектора равен:

Дырки, инжектированные в базу из эмиттера и прорекомбинировавшие в ней, сообщают базе положительный заряд. Для восстановления электрической нейтральности базы в нее из внешней цепи поступает такое же количество элек­тронов, образующих рекомбинационный ток базы I _Брек. По­мимо рекомбинационного тока через базу протекает и об­ратный ток коллектора в противоположном направлении, поэтому полный ток базы равен

В активном режиме работы транзистора ток базы в десят­ки и сотни раз меньше токов коллектора и эмиттера.

Рассмотренный активный режим работы транзистора на­зывается нормальным. Если прямое смещение подать на кол­лекторный переход, а обратное — на эмиттерный, то будет иметь место активный инверсный режим. Поскольку кон­центрация примесей в коллекторе делается меньше, чем в эмиттере, статический коэффициент передачи тока h _21Б в инверсном активном режиме меньше, чем в активном нор­мальном режиме.

Режим отсечки транзистора получается в том случае, если под действием внешних напряжений эмиттерный и коллек­торный ЭДП смещены в обратном направлении (34, а). В этом случае через оба ЭДП протекают незначительные об­ратные токи эмиттера I _ЭБ0и коллектора I _КБ0. Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора на­ходится в пределах от единиц мкА (для кремниевых БТ) до единиц мА (для германиевых БТ).

В режиме насыщения оба ЭДП — эмиттерный и коллекторный - смещены в прямом направлении

Рис. 34. Токопрохождение в транзисторах в режимах отсеч­ки (а) и насыщения (б)

(рис. 34, б), и инжекция дырок в базу осуществляется, как из эмиттера, так и из коллектора. Поскольку в базе эти потоки неоснов­ных носителей направлены навстречу друг другу, то сум­марный ток в цепи коллектор—эмиттер определяется разно­стью этих токов. Из-за уменьшения напряженности элект­рического поля прямосмещенного коллекторного ЭДП умень­шается экстракция дырок из базы в коллектор, что приво­дит к накоплению в базе неосновных носителей заряда (ды­рок). Для восстановления электрической нейтральности базы в нее из внешней цепи поступают электроны, создавая ток базы, значительно превышающий его значение в активном режиме.

В режимах отсечки и насыщения управление токами тран­зистора почти отсутствует. Эти режимы используются при работе транзисторов в импульсных и ключевых устройствах. Для усиления сигналов применяется активный режим рабо­ты транзистора.