7.3. Дрейфовый биполярный транзистор

Увеличению коэффициента усиления способствует также неоднородное легирование базы: примесей вводят больше вблизи ЭП, меньше вблизи КП. В такой базе нескомпенсированных ионов примеси, появляющихся из-за рекомбинации основных и неосновных носителей, больше вблизи ЭП (квадраты рис. 36). В результате, в базе возникает собственное электрическое поле.

Рис. 36

Собственное поле в такой базе – ускоряющее для неосновных носителей и сила Кулона F_K заставляет их дрейфовать к КП. В результате свободные электроны (кружки на рис.36) пересекают базу быстрее (дрейфовый транзистор). Поэтому время пребывания в такой базе, так называемое время пролёта, меньше, вероятность рекомбинации и потери из-за неё меньше, импульсные и частотные свойства лучше. В настоящее время БТ изготавливаются преимущественно в виде дрейфовых транзисторов.

7.3. Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

Если для полевых транзисторов наиболее распространённой является схема с общим истоком, то для БТ – это схема с общим эмиттером, рис. 37.

Рис. 37

При таком включении входным, управляющим током является самый маленький ток БТ – ток базы I_б, составляющий обычно 1…2 % от токов I_э и I_к. Поэтому усиление по току достигает десятков – сотен раз, а усиление по мощности максимально.

Из основных уравнений схемы с общей базой можно получить основные уравнения схемы с общим эмиттером:

I_э = I_к + I_б (43)

(такой же, как и для схемы с общей базой, закон Кирхгофа)

I_к = βI_б + (β + 1)I_кб0 = βI_б + I_кэ0 (44)

Здесь β – коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Согласно (44), обратный ток коллектора в схеме с общим эмиттером I_кэ0 значительно больше, чем I_кб0. Однако в кремниевых БТ и этот ток очень мал. Пренебрегая им, из (44) получим:

β = I_к / I_б (45)

Из основных уравнений данных схем включения следует связь β и α:

β = α / (1 – α) (46)

Если, например, количество экстрагированных из базы носителей составляет 98% от количества инжектированных в неё носителей, то α = 0.98. При этом согласно (46), β ≈ 50. Усиление по току в схеме с общим эмиттером в этом случае примерно в 50 раз больше, чем в схеме с общей базой.

7.4. Статические характеристики биполярного транзистора

Входные характеристики БТ в схеме с общей базой – это зависимости I_э(U_эб) при различных U_кб , т.е. ВАХ эмиттерного перехода, рис. 38а. Эти характеристики

а) б)

Рис. 38

представляют интерес только при прямых входных напряжениях. Они близки к обычной для ВАХ p-n перехода экспоненте.

Положение входной характеристики несколько зависит от выходного напряжения U_кб. При увеличении этого напряжения увеличивается толщина обедненного слоя КП. Следовательно, уменьшается эффективная толщина базы w и возрастает градиент инжектированных в неё свободных электронов dn/dw. Поэтому с ростом U_кб возрастает и диффузионный входной ток (эффект Эрли).

Выходные характеристики БТ в схеме с общей базой – это зависимости I_к(U_кб) при различных токах эмиттера, т.е. ВАХ коллекторного перехода, рис. 38б.

По форме они такие же, как обратная ветвь ВАХ p-n перехода (см. рис. 14,б), но смещены от нуля на значение тока, созданного за счет инжектированных из эмиттера в базу электронов. В отличие от ВАХ p-n перехода, их принято помещать в первом квадранте, т.е. в перевёрнутом виде. Выходные характеристики обычно изображают в виде семейства характеристик. Это позволяет графически отразить не только зависимость I_к(U_кб), но и зависимость I_к(I_э).

По отношению к ВАХ p-n перехода выходные характеристики частично смещены в область прямых напряжений. Следовательно, I_к остаётся большим в отсутствие напряжения на КП и даже при небольших прямых напряжениях. Это объясняется тем, что экстракция неосновных носителей из базы осуществляется собственным полем КП. И только при небольших прямых напряжениях, близких к _к0, ток в нём исчезает из-за встречного диффузионного тока КП.

Входные и выходные характеристики БТ в схеме с общим эмиттером, как и в схеме с общей базой, подобны ВАХ p-n перехода.

Входные характеристики изображены на рис. 39. Входное напряжение в схеме с общим эмиттером U_бЭ – это напряжение на ЭП. Входной ток – это почти неизменная часть тока ЭП: I_б ≈ I_э/β. Поэтому входные характеристики

Рис. 39

в схеме с общим эмиттером отличаются только обратным проявлением эффекта Эрли, т.е. влиянием выходного напряжения U_кэ на входной ток I_б. Когда с ростом U_кэ КП расширяется, а база сужается, I_б уменьшается из-за уменьшения рекомбинации. Входные характеристики смещаются вправо, а не влево, как в схеме с общей базой. Выходные характеристики схемы общим эмиттером изображены на рис. 40. Выходной ток I_к, как и в схеме с общей базой – это ток КП. Выходное напряжение U_кэ - это напряжение на КП плюс напряжение на ЭП: U_кэ = U_кб + U_бэ. Поэтому выходные характеристики на величину U_бэ смещены вправо и целиком находятся в первом квадранте. Из-за того, что выходное напряжение частично приложено и к ЭП, выходные характеристики имеют также более значительный наклон.

Рис. 40