2.1.3 Принцип работы биполярного транзистора в отсечке
Рассмотрим работу БТ n-p-n типа в схеме ОБ на рис. 2.4.
Под
действием источников
и
эмиттерный и коллекторный переходы БТ
смещены в обратном направлении. Диффузия
основных носителей через переходы
невозможна. Существуют небольшие
обратные токи
и
переходов, обусловленные дрейфом
неосновных носителей – дырок d
из эмиттера и коллектора и электронов
e из базы. Вклад
электронов больше, что обусловлено
несимметричностью переходов. База слабо
легирована примесью по сравнению с
эмиттером и коллектором, поэтому
концентрация основных носителей в ней
меньше, а неосновных больше, чем в других
областях, так как произведение концентраций
основных и неосновных носителей во всех
областях одинаково.
|
Рисунок 2.4 – Схема включения транзистора в режиме отсечки |
Обратные токи эмиттера и коллектора являются параметрами БТ и указываются в справочной литературе.
2.1.4 Принцип работы биполярного транзистора в активном режиме
Изменим в предыдущей схеме полярность включения источника на противоположную. Тогда переход база-эмиттер смещается в прямом направлении и открывается, а переход база-коллектор по-прежнему остается в закрытом состоянии; БТ – в активном режиме (рис. 2.5).
Основные носители – электроны – из эмиттера диффундируют в базу, где небольшая их часть рекомбинирует с дырками. Другая (большая) часть достигает коллектора и полем источника увлекается в коллектор.
Избыток
электронов в коллекторе отводится по
выводу коллектора на
.
При этом создается ток коллектора
|
Рисунок 2.5 – Схема включение транзистора в активном режиме |
Убыль дырок в базе
вследствие рекомбинации восполняется
за счет генерации пар электрон-дырка в
зоне контакта вывода базы с полупроводником.
При этом электроны уходят по выводу
базы на
,
создавая ток базы
.
Убыль электронов в эмиттере восполняется
за счет притока по выводу эмиттера от
,
при этом создается ток эмиттера
.
Поскольку
коллекторный переход остается в закрытом
состоянии, то как в отсечке, также
существует обратный ток
,
обусловленный движением неосновных
носителей – электронов – из базы в
коллектор (пунктирная стрелка). Обычно
этот ток существенно меньше основного
тока
,
создаваемого за счет диффузии электронов
из эмиттера в базу, и не учитывается.
Таким образом, между токами БТ существуют соотношения:
- ток эмиттера равен сумме токов базы
и коллектора. Это означает, что токи
базы и коллектора, втекая в БТ, далее
уходят в эмиттер;
- ток эмиттера больше тока базы и тока
коллектора, взятых в отдельности;
- токи эмиттера и коллектора существенно
превышают ток базы. Это обстоятельство
позволяет в некоторых случаях пренебрегать
током базы и принимать
.
2.1.5 Эффект усиления мощности в активном режиме
Из принципа работы, представленного в предыдущем параграфе, не следует, что БТ является усилительным прибором: ток коллектора – выходной ток – меньше тока эмиттера – входного тока. Однако надо иметь в виду, что ранее, когда мы определяли БТ как усилительный прибор, то говорили об усилении мощности, а не тока.
Рассмотрим
возможность усиления мощности
электрического сигнала в схеме для
активного режима на рис. 2.5. Для этого
мысленно дополним схему нагрузкой –
резистором, включенным в цепь коллектора,
обозначив его как
.
Поскольку нагрузка включается последовательно с закрытым коллекторным переходом, имеющим сопротивление 1…3 МОм, то она может быть достаточно высокоомной (например, десятки кОм) и не влиять при этом на ток коллектора.
При
протекании тока коллектора в нагрузке
выделяется мощность
.
Ток коллектора создается током эмиттера
и примерно равен ему. В свою очередь,
ток эмиттера создается за счет мощности,
отбираемой от источника
,
которую можно считать входной мощностью
БТ и найти в виде
,
где
-
сопротивление открытого эмиттерного
перехода.
Если далее записать выражение для коэффициента усиления мощности – отношения мощности в нагрузке к входной мощности, то можно получить
.
(2.1.1)
Сопротивление
эмиттера
для маломощных БТ составляет единицы-десятки
ом и много меньше сопротивления нагрузки
,
следовательно,
.
Это означает, что БТ усиливает мощность
электрического сигнала.
Из логики рассуждений следует, что при примерном равенстве входного и выходного токов, в конечном итоге, большое выходное и малое входное сопротивления БТ обеспечивают возможность усиления мощности электрического сигнала. Эти свойства БТ следует рассматривать как одни из самых важных в активном режиме. Также необходимо помнить, что мощность в нагрузке – это часть мощности, отбираемой от источника . Этот источник является источником питания коллекторной цепи или просто источником питания БТ.