1. Активный режим. В этом режиме эмиттерный переход смещен в прямом направле­нии, коллекторный - в обратном.

Концентрация дырок у эмиттерного перехода, как и в диоде, определяется выражением

,

у коллекторного перехода выражением

.

Распределение концентрации носителей в активной части базы приведено на рис… Если напряжение на коллекторном пере­ходе равно нулю, а эмиттерный переход смещён в прямом направлении, то оно такое же как в диоде с тонкой базой (рис**, прямая**). Для дырок поле ОПЗ коллекторного перехода является ускоряющим, поэтому они захватываются полем ОПЗ и уводятся из базы. При обратном смещении коллекторного перехода концентрация дырок у коллекторного конца базы становится меньше p_n0 (рис**, прямая**). Кроме этого за счёт расширения коллекторной ОПЗ уменьшается ширина электронейтральной части базы (рис..). Изменение размера электронейтральной части базы за счёт изменения ширины коллекторной ОПЗ под действием коллекторного напряжения называют эффектом Эрли. Уменьшение концентрации и размера базы приводит к увеличению градиента концентрации дырок в базе. Токи коллектора и эмиттера пропорциональны градиентам концентрации дырок у коллекторного и эмиттерного концов базы соответственно. Поэтому приложение обратного напряжения вызовет некоторый рост токов эмиттера и коллектора (рис…). Если прямое напряжение на эмиттерном переходе увеличить, то произойдёт увеличение концентрации дырок у эмиттерного конца базы (рис..). Это повысит градиент концентрации дырок в базе, как у эмиттерного так и у коллекторного концов базы. Поэтому увеличится ток эмиттера и коллектора. Активный режим является основным при усилении электрических сигналов.

2. Режим насыщения. В этом режиме оба перехода смещены в прямом направлении. Распределение концентрации в активной части базы изображено на рис… При прямом смещении коллекторного перехода концентрация дырок у коллекторного конца базы увеличивается за счёт инжекции дырок из коллектора в базу. За счёт уменьшения коллекторной ОПЗ увеличивается размер электронейтральной части базы. При одинаковом напряжении эмиттер-база смещение коллекторного перехода в прямом направлении приводит к уменьшению градиента концентрации дырок. Поэтому токи эмиттера и коллектора, которые пропорциональны градиентам концентрации в точках 0 и W_б соответственно, уменьшаются.

Для режима насыщения характерно заметно меньшее падение напряжения между коллектором и эмиттером в открытом состоянии, чем в активном режиме. Это обусловлено тем, что в режиме насыщения напряжения на перех оде база эмиттер и база коллектор противоположно направлены, а суммарное напряжение коллектор-эмиттер равно их разности. Когда транзистор работает как ключ важно, чтобы падение напряжения в открытом состоянии между коллектором и эмиттером было как можно меньшим (в идеале равным нулю). Поэтому режим насыщения часто используют при работе биполярного транзистора в ключевом режиме.

3 . Режим отсечки. В этом режиме на оба перехода подаётся обратное напряжение. Распределение концентрации носителей приведено на рис… Режим возникает при работе транзистора в схеме генератора переменного напряжения.

4 . Инверсный режим. В этом режиме эмиттерный переход смещён в обратном направлении, а коллекторный - в прямом. При этом усилительные свойства транзистора резко снижаются. Это обусловлено тем, что, во-первых, площадь коллектора в 1,5 – 3 раза меньше площади эмиттера и инжекция дырок из коллектора происходит как в активную часть базы, так и в пассивную. Кроме этого происходит инжекция электронов из базы в коллектор. Инжектированные в пассивную часть базы дырки не попадут в эмиттерный переход, а рекомбинируют в пассивной базе, поскольку её ширина больше диффузионной длины. Во-вторых, концентрация примеси в коллекторе обычно меньше, чем в базе. Поэтому ток, обусловленный инжекцией электронов из базы в коллектор, будет больше тока, обусловленного инжекцией дырок из коллектора. Как указывалось раньше, током обратно смещённого перехода в p-n-p транзисторе управляет дырочная компонента тока прямо смещённого перехода. Поэтому мощность, затрачиваемая для инжекции электронов, бесполезна для управления. Следовательно, управление в режиме насыщения менее эффективно. В дрейфовых транзисторах в активной части базы существует тормозящее поле для дырок, инжектированных в базу из коллектора, что замедляет перенос носителей в эмиттер, увеличивая вероятность рекомбинации в базе.

Инверсный режим применяется для получения малого падения напряжения между эмиттером и коллектором в открытом транзисторе. ?????

Уравнение тока коллектора для активного режима

Будем полагать, что I_рек и I_kб малы. Определим I_k как диффузионный ток дырок, инжектированных в базу и дошедших до коллекторного перехода

I_k  I_кр = - eD_pS dp_n/dx

при x = W_b.

Е сли рекомбинации нет, то распределение в базе будет линейным (рис….). Можем записать:

;

Учтём, что

тогда

I_кр = I_эр в данном случае без учёта I_рек.

Отсюда следует, что ток коллектора зависит от напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах. Влияние коллекторного перехода связано с уменьшением концентрации у коллекторного перехода и уменьшением электронейтральной части базы W_b за счёт эффекта Эрли.

Управление транзистором с помощью тока эмиттера. Статический

коэффициент передачи тока эмиттера

Поскольку ширина базы намного меньше диффузионной длины, инжектируемые в активном режиме носители практически не рекомбинируют в ней в процессе диффузии к коллекторному переходу. Поэтому ток коллектора практически равен току эмиттера. Изменяя ток эмиттера, мы изменяем I_к и таким образом управляем сопротивлением коллекторного перехода. Электронная компонента I_эn не участвует в управлении, и её делают, как можно меньшей.

Рассмотрим роль электронов в процессе управления. Введение в базу дырки из эмиттера нарушает её электронейтральность. Из вывода базы под действием возникшего электрического поля вводится дополнительный электрон. Электроны, вводимые в базу, компенсируют заряд дырок.

Электроны в базе находятся в потенциальной яме, а дырки на потенциальном холме. Когда дырка подходит к коллекторному переходу и увлекается его полем, то компенсирующий её заряд электрон остается в базе. Для электронов в коллекторном переходе имеется высокий потенциальный барьер. Поскольку в цепи эмиттера задаётся ток, то вместо ушедших в коллектор дырок из эмиттера входит такое же количество дырок и электронейтральность базы не нарушается. Количество электронов и дырок в базе остаётся постоянным. Роль электронов сводится к компенсации заряда инжектированных в базу дырок. Базовый ток протекает для компенсации убыли заряда электронов, вследствие рекомбинации и инжекции их в эмиттер.

Интегральный (статический) коэффициент передачи  служит количественной мерой качества управления транзистором с помощью тока эмиттера.

,

где  - коэффициент переноса, равный доле дырок, дошедших от эмиттера до коллектора. M - коэффициент размножения дырок в коллекторе ОПЗ. Как правило, транзистор используют в режимах, когда размножения носителей в коллекторном переходе нет, и М = 1. В свою очередь дырочная компонента тока эмиттера равна

,

где  - коэффициент инжекции, равный доле дырочной компоненты в токе эмиттера. Тогда  равен

Определим, от каких параметров конструкции транзистора зависит . Представим выражение для коэффициента инжекции в виде

,

где I_n – электронная компонента тока эмиттера. Её можно выразить как электронную компоненту тока диода с толстой базой, поскольку ширина области эмиттера (глубина залегания эмиттерного перехода), как правило, больше диффузионной длины электронов в эмиттере L_э,

,

где D_n – коэффициент диффузии электронов в эмиттере, n_p0 – равновес­ная концентрация электронов в эмиттере. При U_эб > 3кT/e (3kT/e = 0,078 В) единицей можно пренебречь, тогда

.

Дырочную компоненту тока эмиттера найдём из уравнения тока коллектора

.

В активном режиме коллекторный переход смещён в обратном направлении и |U_кб| > 3kT/e. Поэтому вторым слагаемым в скобках можно пренебречь. Выражение для дырочной компоненты тока эмиттера будет иметь вид

.

Заменим в выражениях для компонент тока эмиттера p_n0 и n_p0 на и , где N_э - концентрация примесей в эмиттере, а N_б – концентрация примеси в базе. Тогда выражение для коэффициента инжекции будет выглядеть следующим образом

.

Для того, чтобы эффективность управления током коллектора была как можно более высокой необходимо приближать  к единице. Как видно из полученного соотношения, для этого следует обеспечить N_б << N_э и W_б << L_э. Более сильное легирование эмиттера по сравнению с базой обеспечивает преимущественную инжекцию дырок в базу по сравнению с инжекцией электронов в эмиттер. Второе неравенство обеспечивает больший градиент концентрации инжектированных дырок в базе по сравнению с градиентом концентрации электронов у границы ОПЗ в эмиттере.

Выражение для коэффициента переноса можно представить в виде

 = I_кp/I_эp = (I_эp – I_рек) /I_эp.

Дырочную компоненту тока эмиттера можно определить как

I_эр = Q_инж/_пр.

Физически это означает, что через время _пр инжектированный заряд будет обновляться. Ток рекомбинации можно определить следующим образом

I_рек = Q_инж/_p.

Это следует из того, что время жизни электронов в базе конечно и в среднем через время _р они рекомбинируют с дырками. Тогда коэффициент переноса будет равен

.

Выразим время пролёта базы и время жизни дырок через параметры транзисторной структуры

_np = W_б²/2D_p и _p = L_p²/D_p.

Тогда выражение для коэффициента переноса будет выглядеть таким образом

.

Из него следует, что ширина базы должна быть намного меньше диффузионной длины. Физически это означает требование свести к минимуму рекомбинацию дырок в базе. Теперь выражение для коэффициента передачи будет выглядеть так

.

Полученное выражение для коэффициента передачи тока эмиттера справедливо для низкого уровня инжекции, когда инжекционная составляющая тока эмиттера намного больше тока рекомбинации в ОПЗ эмиттерного перехода. В зависимости от конструкции транзистора  имеет значение от 0,9 до 0,99 [Тугов с. 121].

1.С  Т   _p  L_n       

К оэффициент передачи зависит от тока эмиттера и температуры. С ростом тепературы увеличиваются коэффициент инжекции и коэффициент переноса. Коэффициент инжекции увеличивается за счёт того, что с ростом температуры увеличивается диффузионная длина электронов в эмиттере L_э. А ширина электронейтральной базы W_б с ростом температуры практически не меняется. Поэтому с ростом температуры отношение дырочной компоненты к электронной увеличивается. Это приводит к росту коэффициента инжекции. Увеличение коэффициента переноса связано с ростом времени жизни дырок в базе при увеличении температуры. В современных транзисторах, где W_б << L_p, температурная зависимость определяется коэффициентом инжекции.

Зависимость коэффициента передачи тока эмиттера от тока эмиттера имеет максимум (рис…). Рост коэффициента передачи связан, во-первых, с уменьшением рекомбинации в ОПЗ эмиттерного перехода при увеличении тока эмиттера. При рекомбинации часть дырок создаёт ток эмиттера, но не проходит базу. Во-вторых, рост обусловлен появлением электрического поля в базе с увеличением уровня инжекции, которое ускоряет дырки к коллектору. Поэтому дырки находятся в базе меньшее время, следовательно, в меньшем количестве рекомбинируют при диффузии к коллектору.

Спад объясняется тем, что с увеличением уровня инжекции возрастает концентрация электронов у эмиттерного конца базы (рис..). Поэтому увеличивается инжекция электронов из базы в эмиттер, что уменьшает коэффициент инжекции.

Е щё одной причиной снижения коэффициента передачи является вытеснение тока к краю эмиттера. Эффект можно объяснить на основе двумерной модели структуры биполярного транзистора (рис…)

О бласть базы, лежащая под плоской частью эмиттера, называется активной базой (на рис…ограничена пунктиром). По обеим сторонам от активной базы расположена пассивная база. Ширина базы в современных транзисторах составляет 0,05 мкм – 20 мкм. Поэтому её сопротивление для тока базы может достигать величин от единиц до сотен Ом. Ток базы создаёт падение напряжения на слое активной базы. Поэтому потенциал в активной базе падает от центра к краю. Это означает, что центральная часть эмиттерного перехода смещается в прямом направлении меньше, чем периферийная. Ток эмиттера экспоненциально увеличивается с ростом прямого смещения. Плотность тока эмиттера увеличивается от центра эмиттера к периферии. Поэтому в центре эмиттера ток эмиттера меньше, чем на краю эмиттера. Вытеснение тока к краю эмиттера повышает концентрацию электронов у эмиттерного конца базы, что уменьшает . Оно приводит к увеличению доли дырок, которые инжектируются в пассивную базу, где вероятность их рекомбинации выше, поскольку они проходят больший путь до экстракции в коллекторный переход. Это снижает коэффициент переноса.

К онструктивно вытеснение тока к краю эмиттера снижают путём увеличения периметра эмиттера и базы, выполняя их в виде встречных штырей (гребенчатая структура) (рис….), либо в виде набора ячеек. Считают [Тугов, с. 174], что эмиттер инжектирует равномерно, если падение напряжения на активной базе менее 0,3kT/e. При этом плотность тока на краю эмиттера всего на 35 % больше, чем в центре. Также существует экспериментально определённый критерий малости эффекта оттеснения тока эмиттера к краю. Отношение максимального тока коллектора к периметру эмиттера должно превышать величину 0,16 мкА/мкм.

Ещё одной причиной снижения коэффициента передачи с ростом тока эмиттера является эффект Кирка. Его сущность заключается в расширении электронейтральной части базы за счёт компенсации заряда ионов в коллекторной ОПЗ экстрагированными из базы носителями. Этот эффект наблюдается при высоком уровне инжекции, когда концентрация инжектированных в базу носителей превышает концентрацию легирующих примесей. Расширение базы приводит к уменьшению коэффициента переноса, что и снижает коэффициент передачи тока эмиттера.

С большой точностью можно считать, что в активном режиме   I_k/I_э поскольку обратный ток коллекторного перехода на несколько порядков меньше дырочной компоненты тока коллектора.

Для режима малого сигнала используется дифференциальный (динамический, малосигнальный) коэффициент передачи тока эмиттера

_м = dI_k/dI_э.

На частотах, при которых отсутствует заметный сдвиг фазы между коллекторным и эмиттерным током, малосигнальный коэффициент _m = . Выразим _m через . Для этого продифференциируем ток коллектора по току эмиттера

В справочниках по транзисторам в качестве малосигнального коэффициента передачи тока эмиттера используется h-параметр h_21э. Он получается при представлении транзистора четырёхполюсником и синусоидальной форме тока эмиттера.

Управление транзистором с помощью тока базы. Статический

коэффициент передачи тока базы.

В активном режиме током коллектора можно управлять с помощью тока базы. В цепи базы включается управляющий источник тока, с помощью которого через вывод в базу вводятся электроны. Покажем, что при изменении тока базы будет изменяться ток коллектора (фактически сопротивление коллекторного перехода).

Q_э = I_б *t; С  t  Q_n = Q_p  I_эр,I_кр;

При введении в базу электронов в ней появляется электрическое поле, которое понижает оба потенциальных барьера. В активном режиме понижение высоты коллекторного барьера не приводит к заметным изменениям его высоты, так как коллекторное напряжение весьма велико по сравнению с этим изменением. Понижение эмиттерного барьера вызывает инжекцию дырок из эмиттерного перехода в количестве равном числу введённых в базу электронов. В результате база остаётся электрически нейтральной. Введенные электроны, находясь в потенциальной яме, поддерживают инжекцию дырок из эмиттера при непрерывном уходе дырок в коллекторный переход. Один электрон обеспечивает прохождение из эмиттера в коллектор одной дырки.

Ток базы обеспечивает поступление электронов в базу, но одновременно действуют механизмы их ухода из базы. Это инжекция электронов в эмиттер, так как эмиттерный переход смещён в прямом направлении, и рекомбинация в базе. Для простоты объяснения не будем учитывать инжекцию электронов из базы в эмиттер. Тогда основным механизмом ухода электронов из базы будет рекомбинация в базе.

Рассмотрим реакцию токов эмиттера и коллектора на ступеньку тока базы (рис…). Ток эмиттера, а, следовательно, и ток коллектора пропорционален заряду электронов в базе. Каждый неравновесный электрон, введённый в базу, за время жизни обеспечивает проход определённого количества дырок. Чем больше заряд введённых в базу электронов Q_e, тем больше ток эмиттера. Если бы рекомбинации не было бы, то при постоянном токе базы с течением времени заряд электронов в базе рос бы бесконечно. Одновременно также рос бы и равный ему заряд инжектированных дырок Q_p. Токи эмиттера и коллектора стремились бы к бесконечности (пунктир на графике). Однако возрастающая с ростом заряда электронов и дырок скорость рекомбинации (она пропорциональна произведению концентрации электронов и дырок) ограничивает рост заряда электронов и дырок в базе. Если сразу после скачка ток электронов базы шёл на накопление заряда, то по мере увеличения заряда всё большая часть его идёт на восполнение возрастающих по мере роста заряда потерь от рекомбинации. Рост заряда прекращается, когда ток рекомбинации становится равным току базы. Время, за которое установится стационарное значение заряда в базе, а, следовательно, и ток коллектора, определяется процессом рекомбинации. Поэтому время, за которое ток коллектора вырастает до величины 0,63 своего стационарного значения после скачка тока базы, равно времени жизни электронов.

Изменение тока базы приводит к изменению заряда электронов в базе и, следовательно, к изменению тока коллектора и эмиттера. Следовательно транзистор управляется током базы.

Отметим, что поскольку в базе транзистора _p намного больше _пр, то управление транзистором с помощью тока базы более инерционно по сравнению с управлением с помощью тока эмиттера. Однако мощность затрачиваемая на управление существенно меньше, чем при управлении транзистором с помощью тока эмиттера. Время жизни электронов в базе _n равно времени жизни дырок _p [Тугов, с. 121]. За время жизни электрона в базе _p через базу пройдет _p/_пр дырок. Значит примерно (не учитывается инжекция электронов в эмиттер) во столько же раз ток базы меньше тока эмиттера, а, следовательно, меньше и мощность управления.

Качество управления транзистором с помощью тока базы характеризуется интегральным (статическим) коэффициентом передачи тока базы . Коэффициент передачи тока базы определяется следующим соотношением

= I_кp /I_б.

Поскольку в активном режиме I_кб намного меньше других компонент базового тока, а также I_кp, то

= I_к /I_б,

и

I_б = I_рек + I_эn.

Тогда статический коэффициент передачи тока базы (ещё говорят коэффициент передачи по постоянному току или интегральный коэффициент передачи тока базы) равен

.

Разделим числитель и знаменатель на I_э и получим соотношение, связывающее коэффициент передачи тока базы с коэффициентом передачи тока эмиттера

.

С татический коэффициент передачи тока базы для транзисторов малой мощности (меньше 0,3 Вт) находится в диапазоне 50  100. В специальных микромощных транзисторах, называемых "супербета" он доходит до нескольких тысяч [Тугов, с. 121] .Для транзисторов большой мощности (больше 1,5 Вт) – в диапазоне 5  20. Коэффициент передачи тока базы зависит от температуры и тока коллектора по тем же причинам, что и коэффициент передачи тока эмиттера. На рис.. приведена зависимость коэффициента передачи тока базы от тока эмиттера. С ростом температуры на один градус  увеличивается примерно на 1 % .

Помимо статического для малосигнальных применений используется дифференциальный коэффициент передачи тока базы

_м = dI_к /dI_б.

На низких частотах, когда отсутствует фазовый сдвиг между током базы и током коллектора, связь между статическим и дифференциальным коэффициентами передачи устанавливается следующим соотношением

.

В справочниках по транзисторам в качестве малосигнального коэффициента передачи тока базы используется h-параметр h_21э. Он получается при представлении транзистора четырёхполюсником и синусоидальной форме тока базы.

Схемы включения транзистора

Используется три способа включения транзистора в электронную схему: по схеме с общей базой, по схеме с общим эмиттером и по схеме с общим коллектором. Общим называется электрод, относительно которого измеряется переменное входное и выходное напряжение.

Схема с общей базой изображена на рис… В этой схеме управляющим сигналом является переменный ток эмиттера. Данная схема включения транзистора обеспечивает усиление входного сигнала по напряжению и мощности. Обычно такая схема используется на высоких и сверхвысоких частотах.

Схема с общим эмиттером представлена на рис... Здесь управляющим является ток базы. Усиление входного сигнала происходит, как по току, так и по напряжению. В обоих случаях усиливается мощность входного сигнала. Схема является основной на низких и средних частотах.

Схему с общим коллектором (рис….) чаще называют эмиттерным повторителем, поскольку в ней коэффициент усиления по напряжению малого сигнала близок к единице, но меньше единицы. В схеме нет усиления входного сигнала по напряжению, но обеспечивается усиление по току. Схема используется на низких и средних частотах. Коллектор в этой схеме является общим по следующей причине. Источник постоянного коллекторного напряжения всегда обладает большой ёмкостью, то есть малым сопротивлением по переменному току. Поэтому переменные потенциалы на его полюсах можно считать одинаковыми.

Схема с общей базой

Для анализа работы транзистора в схеме с общей базой (рис…) применяют входные, выходные и передаточные характеристики.

В ходная характеристика – это зависимость тока эмиттера от напряжения эмиттер-база U_эб при постоянном напряжении на переходе коллектор-база U_кб.

На рис… приведены входные характеристики при U_кб = 0 и U_кб < 0. Характеристика при U_кб < 0 идёт выше. На рис.. приведено распределение концентрации инжектированных дырок в базе при напряжениях на коллекторном переходе равном нулю и меньшем нуля. При подаче обратного смещения за счёт расширения ОПЗ коллекторного перехода электронейтральная часть базы уменьшается (эффект Эрли). В соответствии с условиями Шокли также уменьшается концентрация дырок у коллекторного конца базы. При неизменном напряжении на эмиттерном переходе это увеличивает градиент концентрации в базе, что вызывает увеличение дырочной компоненты эмиттерного тока в соотвествии с формулой

I_эp = -eD_pS_e(dp_n/dx),

где производная от концентрации по координате берётся при x=0. Электронная компонента тока эмиттера при этом не изменяется.

При прямом смещении за счёт сужения ОПЗ коллекторного перехода электронейтральная часть базы увеличивается. В соответствии с условиями Шокли также увеличивается концентрация дырок у коллекторного конца базы. При неизменном напряжении на эмиттерном переходе это уменьшает градиент концентрации в базе. Поэтому ток эмиттера уменьшается даже в приближении одномерной модели структуры транзистора.

Входная характеристика зависит от температуры по той же причине, что и вольт-амперная характеристика диода Уменьшение с ростом температуры контактной разности потенциалов эмиттерного перехода вызывает увеличение инжекции основных носителей через переход.

Выходная характеристика транзистора в схеме с общей базой это зависимость I_к от U_кб при постоянном токе эмиттера.

При токе эмиттера равном нулю (цепь эмиттера разомкнута) характеристика представляет собой вольт-амперную характеристику перехода коллектор-база (рис…). Рассмотрим выходную характеристику при токе эмиттера большем нуля. На рис… представлено распределение концентрации дырок в базе при U_кб = 0 и U_эб > 0. При подаче обратного напряжения на коллекторный переход транзистор переходит в активный режим. При этом расширяется коллекторный переход, что приводит к уменьшению электронейтральной части базы (эффект Эрли) и уменьшается концентрация дырок у коллекторного конца базы. Это приводит к изменению распределения концентрации дырок. Новое распределение имеет больший градиент концентрации (рис. прямая..). Это приводит к увеличению дырочных компонент токов эмиттера и коллектора. Но характеристика снимается при постоянном токе эмиттера. Для восстановления прежнего значения тока эмиттера необходимо уменьшить U_эб. При этом восстанавливается градиент концентрации дырок в базе (рис. прямая..). Это приводит к почти полному восстановлению прежнего значения тока коллектора. Незначительное возрастание тока коллектора связано с уменьшением инжектированного заряда в базе, который пропорционален площади треугольника ограниченной линиями распределения концентрации инжектированных дырок и концентрации равновесных дырок в базе. Уменьшение инжектированного заряда снижает ток рекомбинации в базе. За счёт этого возрастает ток коллектора.

С увеличением температуры вольт-амперная характеристика незначительно поднимается. Незначительное увеличение тока коллектора обусловлено тем, что поддерживается постоянным ток эмиттера. Оно обусловлено несколькими причинами. Во-первых, с ростом температуры увеличивается диффузионная длина электронов в эмиттере при неизменном размере базы. Это приводит к уменьшению электронной компоненты в токе эмиттера и увеличению дырочной. То есть при том же токе эмиттера в базу будет инжектировано больше дырок, что приведёт к росту тока коллектора. Во-вторых, с ростом температуры увеличивается время жизни дырок в базе, что приводит к росту тока коллектора при увеличении температуры (больше инжектированных в базу дырок доходит до коллектора). В третьих, с ростом температуры увеличивается ток коллекторного перехода. Все эти причины слабо увеличивают ток коллектора, поскольку коэффициент передачи тока эмиттера близок к единице.

П ри прямом смещении коллекторного перехода (переход в режим насыщения) происходит резкий спад тока коллектора. Этот спад невозможно объяснить с помощью одномерной модели структуры транзистора. При прямом смещении коллекторного перехода увеличивается концентрация дырок у коллекторного конца базы (рис…). Это приводит к уменьшению коллекторного тока, но одновременно уменьшается ток эмиттера. Но ток эмиттера необходимо поддерживать неизменным. Для восстановления прежнего тока эмиттера необходимо увеличить напряжение на эмиттерном переходе. Это восстановит градиент концентрации дырок в базе и, следовательно, ток коллектора. (Вообще-то ток коллектора несколько уменьшится за счёт увеличения инжектированного заряда, что увеличит ток рекомбинации, но незначительно). Исходя из одномерной модели, не удаётся объяснить резкое уменьшение тока коллектора, наблюдаемое экспериментально.

Ход характеристики в режиме насыщения можно объяснить, используя двумерную модель структуры транзистора (рис…). Одномерная модель структуры транзистора рассматривает только составляющую тока коллектора, обусловленную экстракцией дырок из активной базы в коллектор. Инжекция дырок из коллектора в пассивную базу и электронов из пассивной базы в коллектор приводит к появлению в цепи коллектора составляющей тока коллектора, которая замыкается через контакт базы. Составляющие тока коллектора из активной и пассивной баз направлены навстречу. Составляющая тока из активной базы поддерживается постоянной, так как характеристика снимается при постоянном токе эмиттера. А составляющая тока в пассивную базу увеличивается с ростом прямого смещения коллекторного перехода. Поэтому ток коллектора уменьшается с ростом прямого напряжения на коллекторном переходе.

Для анализа работы транзистора используется семейство выходных характеристик с разными токами эмиттера. Если ток эмиттера изменяется с постоянным шагом, то выходные характеристики в области активного режима располагаются практически эквидистантно. Это объясняется тем, что статический коэффициент передачи тока эмиттера, хотя и изменяется с током эмиттера, но остаётся близким к единице.