Транзистор в рабочем режиме

Рассмотрим физические процессы, протекающие в транзисторе на примере транзистора p-n-p – типа, включенного по схеме, представленной на рисунке 75. 4.

Указанный способ включения называется схемой с общим эмиттером (существует еще схемы с общей базой и общим базой и общим коллектором рисунок 75.7, 75.8, 75.9)

Рисунок 75.4

Здесь p-n – переход между эмиттером и базой включен в пропускном направлении, а переход между базой и коллектором – в запорном. При подаче на базу отрицательного напряжения эмиттер переход открывается, и дырки из эмиттера переходят в базу.

(При изготовлении транзисторов типа p-n-p – концентрацию дырок в эмиттере делают на 2-3 порядка выше концентрации электронов в базе. Поэтому встречный поток электронов из базы в эмиттер можно не учитывать). Поскольку коллекторный переход включен в запорном направлении, электрическое поле в базе отсутствует (Е=0). Это приводит к тому, что дырки, вошедшие в базу из эмиттера далее перемещаются, лишь за счет диффузии, распространяясь из области с высокой концентрацией (вблизи эмиттера) в область с низкой концентрацией (к коллектору). Ширина базы в транзисторе p-n-p – типа меньше диффузионной длины дырок. Lp – расстояния, на котором их концентрация уменьшается в е раз; (е – основание натурального логарифма). Поэтому большинство дырок успевает путем диффузии пересечь базу и достигнуть коллекторного перехода.

Появление положительного объемного заряда в электрически нейтральной базе за счет дырок из эмиттера приводит к возникновению электрического поля. Это поле втягивает в область объемного заряда дырок (неосновных носителей в базе)

Такое количество электронов, которое бы полностью скомпенсировали положительный заряд. Электроны входят через базовый ввод практически одновременно с втягиванием дырок (за 10^-10-10^-13секунд).

Диффузия дырок в базе сопровождается соответствующими изменении распределения концентрации электронов, так что любой элемент объема базы остается электрически нейтральным. Дальнейшая «судьба» электронов и дырок, достигших коллекторного перехода, различна.

Все дырки полем коллекторного перехода Е_к втягиваются в коллектор. Электроны же не могут преодолеть этот переход, т. к для них он включен в запорном направлении. При постоянной величине отрицательного напряжения на базе, убыль дырок в базе за счет перехода их в коллектор компенсируется диффузией равного количества дырок, входящих из эмиттера. При этом общее количество дырок в базе остается неизменным и ток через базовой ввод должен отсутствовать.

Однако, т.к. в действительности небольшая доля дырок в базе (1-5%) рекомбинирует с электронами, то на место рекомбенированных дырок в базу входит равное количество дырок из эмиттера, а убыли числа электронов через базовой ввод, что обеспечивает ток базы (I_б) равен сумме токов, протекающих через коллекторный (I_к) и базовой I_р вводы: I_р= I_к+ I_б. Причем соотношение между I_к и I_б определяется условиями диффузии и рекомбинации дырок в базе, которые в свою очередь зависят от типа использованных для изготовления транзистора материалов и конструкции электродов.