1.7.8. Режимы работы биполярного транзистора

Электронно-дырочные переходы биполярного транзистора могут быть смещены как в прямом, так и в обратном направлении. При этом возможны четыре основные режима работы транзистора:

1. Режим отсечки - оба перехода смещены в обратном направлении и через транзистор проходят малые токи

2. Режим насыщения - оба перехода смещены в прямом направлении. Через транзистор при этом проходят сравнительно большие токи.

3. Активный режим - эмиттерный переход смещен с прямом направлении, коллекторный переход смещен в обратном направлении. В этом режиме наиболее эффективно осуществляется управление током.

4. Инверсный режим - эмиттерный переход смещен в обратном направлении, коллекторный переход смещен в прямом направлении.

1.7.9. Принцип работы биполярного транзистора в активном режиме

Активный режим является основным режимом работы транзистора (см. рис. 1.7.9.1.). В активном режиме на эмиттерном переходе прямое напряжение внешнего источника, то есть сопротивление эмиттерного перехода низкое - несколько Ом. На коллекторном переходе обратное включение внешнего источника - сопротивление коллекторного перехода высоко - несколько мегаом. Благодаря высокому сопротивлению коллекторного перехода в цепь коллектора можно включать нагрузку с большим сопротивлением, а ток коллектора при этом останется практически неизменным, так как он все равно будет определяться очень большой величиной сопротивления обратно смещенного коллекторного перехода.

Рис. 1.7.9.1. Устройство биполярного транзистора в активном режиме

При прямом смещении эмиттерного перехода его потенциальный барьер понижается и через переход течет ток основных носителей заряда -ток эммитера . Инжектированные через эмиттерный переход в базу носители заряда, частично рекомбинируют в базе. Ввиду малой толщины базы основная часть инжектированных носителей заряда диффундирует сквозь базу и (для базы это неосновные носители) достигает коллекторного перехода.

В исходном состоянии коллекторный переход закрыт обратным включением внешнего источника. Поэтому на коллекторном переходе существует потенциальный барьер и соответствующее электрическое поле. Через коллекторный переход могут проходить только неосновные носители. Поэтому инжектированные через эмиттерный переход носители - для коллекторного перехода это неосновные носители - подхватываются полем и проходят через коллекторный переход, создавая коллекторный ток . Следовательно, коллекторный переход осуществляет удаление - экстракцию- неосновных носителей из базовой области.

Те носители, которые не принимают участия в создании коллекторного тока, а рекомбинируют в теле базы, создают тем базовый ток .

Очевидно, что ток коллектора меньше тока эмиттера . Из условия равенства токов в узле (закон Кирхгофа для токов) следует следующее равенство: I_Э=I_К+I_Б.

Необходимо чтобы ток базы был по возможности ниже. Обычно ток базы составляет единицы процентов от величины тока эмиттера. Это достигается при изготовлении транзисторов уменьшением концентрации примесей в базе, уменьшением толщины базы. При выполнении этих условий можно считать, что токи эмиттера и коллектора примерно равны .

Следовательно, ток коллектора может изменяться от очень малой величины (практически от нуля), определяемой обратным током электронно-дырочного перехода, до значения тока эмиттерного перехода.

Если ток коллектора возрастает при неизменном напряжении на коллекторе ( -схема включения с общей базой), то физически это означает, что сопротивление коллекторного перехода снижается до величины того же порядка, что и сопротивление эмиттерного перехода. Следовательно, в результате инжекции носителей из эмиттера происходит преобразование сопротивления коллектора (transfer resistor - отсюда и название транзистор).

Напряжение на эмиттерном переходе значительно меньше чем напряжение на коллекторном переходе ( ). Токи коллектора и эмиттера практически равны. Мощности выделяемые в эмиттерной цепи и коллекторной цепи различны, причем . Следовательно, биполярный транзистор способен усиливать мощность входного сигнала, то есть является усилительным прибором.