45. Зависимость коэффициента передачи тока транзистора от тока или

Так как внутренние процессы в транзисторе не зависят от схемы его включения, то зависимости и качественно одинаковы. Следует лишь учитывать, что слабые изменения сопровождаются сильными изменениями .

В области малых токов (мкА или мА в зависимости от площади эмиттера) основное влияние на величину (и ) оказывает рекомбинация носителей в области объёмного заряда эмиттерного перехода. При малых значениях тока через эту область проходит малое количество носителей и большинство центров рекомбинации, то есть ловушек в этой области оказывается свободными. Поэтому вероятность попадания носителей тока в ловушку с рекомбинацией велика (см. отличие реальной ВАХ p-n перехода от идеальной).

Рис.12.6 Механизм уменьшения β в области малых токов

Очевидно, что такая рекомбинация уменьшает инжекцию электронов из эмиттера в базу. В этом случае коэффициент инжекции . В области малых токов , а может быть близок к нулю, что определяет малую величину . Этот эффект заметен для Si транзисторов, у которых вследствие малости концентрации свободных носителей большинство уровней рекомбинации при малых токах свободно ( по сравнению с Ge).

С ростом уровни рекомбинации в области объемного заряда заполняются носителями, составляет всё меньшую часть прямого тока ,

и - возрастают.

С ростом тока включается ещё один механизм роста . Связано это с тем, что инжекция электронов в базу всегда сопровождается подходом такого же количества дырок из базового контакта. При этом для сохранения электрической нейтральности в любой точке, распределение дырок стремиться повторить распределение электронов, то есть в базе имеется как градиент неравновесных электронов, так и неравновесных дырок. Под действием градиента электроны диффундируют от эмиттера в базу и в коллектор, но уход их компенсируется инжекцией из эмиттера, то есть распределение электронов динамическое и достаточно жестко задано. В тоже время распределение неравновесных дырок, хотя и стремиться повторить распределение неравновесных электронов, точно повторить это распределение не может.

При точном повторении этих концентраций ничто не препятствует диффузии дырок от эмиттера к коллектору под действием их градиента. Но уход их от эмиттерного перехода ничем не компенсируется, так как база обеспечивает лишь общую компенсацию зарядов дырок и электронов. Поэтому распределение неравновесных электронов и дырок оказывается неодинаковым. Неравновесных дырок около коллекторного перехода оказывается больше, чем электронов, а около эмиттера – меньше. В результате в базе появляется внутреннее электрическое поле E такой величины, при которой компенсируется диффузионное движение дырок. Очевидно, чем больше ток , тем больше E.

Рис.12.7 Появление в базе внутреннего электрического поля E при протекании тока

Это поле ускоряет движение электронов от эмиттера к коллектору, что уменьшает их рекомбинацию в базе, что увеличивает коэффициент переноса . В формуле для это учитывается так:

.

Ускорение электронов в базе учитывается дополнительным эквивалентным коэффициентом диффузии:

То есть в предельном случае, при высоком уровне инжекции . Таким образом, с ростом возрастает. Однако при повышении в базе возрастает концентрация неравновесных дырок, что увеличивает их полную концентрацию в базе. А это в свою очередь увеличивает инжекцию дырок из базы в эмиттер, что снижает эффективность эмиттера:

.

С ростом тока проводимость - увеличивается что уменьшает .

Рис.12.8 Зависимость коэффициентов α и β от тока

Расположение максимума зависит от типа транзистора. У маломощных – микроамперы, для мощных – десятки и сотни миллиампер.

Отсюда следует, что биполярные транзисторы плохо работают в области микротоков. Рабочую точку транзистора стараются выбирать в области максимума .

Рис.12.9 Реальные статические ВАХ в схеме с ОЭ

На этом графике видна причина нелинейных искажений при больших диапазонах изменения .Уменьшение и в области повышенных токов усиливает так называемый эффект оттеснения тока эмиттера к краю эмиттера. Вызывается он падением напряжения на объемном сопротивлении базы, которое создаётся базовым током. Для определенности рассматриваем планарный транзистор – 99% всех транзисторов планарные.

В структуре любого транзистора протекает параллельно эмиттерному переходу. При этом он создаёт на распределенном сопротивлении базовой области падение напряжения. Это падение напряжения уменьшает разность потенциалов эмиттера и базы. Напряжение - равно внешнему лишь на краю эмиттера около базового контакта, а затем уменьшается с удалением от края эмиттера. А так как ток любого прямосмещённого p-n перехода зависит от напряжения экспоненциально, то есть сильно, то основная доля тока эмиттера будет инжектироваться краем эмиттера. Чем больше то есть и тем больше ток оттесняется к краю эмиттера. При повышенных токах у эмиттера вообще работает только узкая полоска около базового контакта, при этом почти весь ток будет инжектироваться при повышенной плотности тока, что уменьшает и .

Рис.12.10 Эффект оттеснения тока к краю эмиттера

Для ослабления этого эффекта необходимо уменьшать длину пути тока базы, то есть снижать плотность эмиттерного тока при повышенных токах транзистора. Для этого конструкцию транзистора выбирают таким образом, чтобы базовый контакт окружал эмиттер, а в сильноточных транзисторах применяют гребенчатую структуру эмиттера и базы.

Рис.12.11 Гребенчатые структуры эмиттера и базы в мощных транизсторах