8. Принцип дії бт в активному режимі у схемі зі спільною базою. Коеф.И перенесення, помноження колекторного струму, Статич. Коеф. Передачі струму.

Принцип дії БТ розглянемо на прикладі схеми зі спільною базою (ССБ), яку показано на рис.

Суцільними стрілками тут показано діркові струми, пунктирними стріл­ками – електронні струми в базі.

При полярності напруги U_ЕБ, що показано на рисунку, дірки з емітера інжектують у базу, а електрони – з бази в емітер, оскільки ЕП увімкнено в прямому напрямі. Через ЕП протікають емітерні струми: дірковий I_Еp та електронний I_Еn. Отже, в зовнішньому колі протікає емітерний струм

I_E=I_Еp+ I_Еp~ I_ЕБ-1).

Співвідношення між складовими струму визначається коеф.ом інжекції

 = = =

Внаслідок інжекції концентрація дірок у базі біля ЕП підвищується до величини p_БЕ, яку можна визначити за формулою: р_БЕ ~ р_n, де р_n- концентрація дірок у базі в стані рівноваги.

Розглянемо розподіл концентрації неосновних носіїв (дірок) у базі в цьому режимі. Протяжність бази визначається координатою х, тоді границя ЕП відповідає випадку x=0, а границя КП – x=. При x=0 концентрація дірок визначається за формулою наведеною вище. Концентрацію дірок у базі біля КП (x=) визначають за виразом

р_БК ~ р_n

Розподіл неосновних носіїв у базі транз.а в установленому режимі визначають за допомогою рівняння неперервності:

,

розв’язок якого за граничних умов представлених на попередньому слайді при <<L_p має вигляд

,

З формули випливає, що градієнт концентрації неосновних носіїв у базі є величиною сталою відносно координати х, тобто розподіл концентрації дірок у базі має лінійний характер.

З цього рисунка та формул бачимо, що градієнт концентрації дірок змінюється при зміні напруги U_ЕБ. Під дією цього градієнта дірки дифундують через базу від емітера до колектора. Частина дірок, не досягши КП, рекомбінує в області бази з електронами. На місце електронів, що рекомбінували, від джерела U_ЕБ надходять нові електрони, створюючи рекомбінаційну складову струму бази I_Брек.

Дірки, що досягли КП, створюють колекторний дірковий струм I_Кр, причому внаслідок рекомбінації в базі I_Кр< I_Ер. Процес перенесення неосновних носіїв через базу під дією градієнта концентрації характеризується

коеф.ом перенесення:  =  1 -

який оцінює міру зменшення колекторного діркового струму I_Кр стосовно емітерного струму I_Ер.

Дірки, досягши КП, який увімкнено у зворотному напрямі, потрапляють у його прискорювальне поле і перекидаються (екстрагуються) в p - область колектора. Екстракція дірок може супроводжуватись ударною іонізацією атомів НП і, як наслідок, лавинним множенням носіїв (при великій зворотній напрузі U_КБ). Дірки, що потрапили в колектор внаслідок екстракції (при малих U_КБ) або ударної іонізації, порушують електричну нейтральність р - області, і це викликає приплив електронів від джерела U_КБ, тобто протікання в зовнішньому колі колектора струму I_К. Процес помноження носіїв у КП оцінюється коеф.ом помноження колекторного струму:  = .

Важливо запам’ятати, що за нормальної роботи БТ =1, і струм I_К = I_Кр називається керованим колектором струмом I_Ккер. Ця назва зумовлена тим, що чим більше дірок інжектуються емітером у базу, тим їх більша кількість екстрагує до колектора.

Отже, струм I_ккер = I_К= I_К пропорційний до емітерного струму:

I_Ккер = h_21Б I_E,

де h_21Б - Статич. коеф. передачі струму емітера.

Оскільки I_Ккер= I_К< I_Ер , то h_21Б<1.

У формулі вважається, що I_Е  I_Ер, тому що електронний струм I_еn малий внаслідок слабкої легованості бази.

З формули випливає найважливіша властивість БТ:

керування вихідним струмом можливе при зміні струму вхідного.

При деяких напругах на КП U_КБ U_КБпроб, коли в переході виникає явище пробою, коеф.  зростає (>1) і струм I_К> I_Kр буде некерованим.

Через ввімкнений у зворотному напрямі КП протікає дрейфовий струм неосновних носіїв, який називається зворотним струмом колектора Г_КБ0. Цей струм проходить від “+” джерела U_КБ через базу, КП, колектор до “-” U_КБ. Оскільки напрям цього струму збігається з напрямом керованого колекторного струму I_Ккер, то можна записати для повного колекторного струму БТ у схемі зі спільною базою в активному режимі

I_К= I_Ккер + I_Кнекер= h_21БI_E+ I_КБ0,

де I_Кнекер = I_КБ0 - некерована складова колекторного струму в ССБ.

З рисунка випливає, що загальний струм бази дорівнює

. I_Б = I_Брек + I_En - I_КБ0  I_Брек - I_КБ0.

• Струм емітера для транз.а можна знайти, враховуючи, що він має складові I_eр = h_21БI_E + I_брек та I_En. Додавши і віднявши величину I_КБ0, одержимо

. I_E = h_21БI_E+ I_Брек + I_En + I_КБ0 - I_КБ0.

• Враховуючи формули що наведені вище нарешті одержимо вираз першого закону Кірхгофа для струмів електродів БТ у довільній схемі Ввімкн.:

I_E = I_Б + I_К.

• З рівнянь випливає

I_Б = I_Е - I_К. =(1-h_21Б)I_Е- I_КБ0.

• Порівнюючи формули, можна зробити висновок, що рекомбінаційна складова струму бази

I_Брек= (1-h_21Б)I_Е.

В активному режимі (1-h_21Б)I_Е>I_КБ0 тобто напрям базового струму визначається рекомбінаційною складовою.