5.2. Основные соотношения для токов. Коэффициент передачи тока

Из рассмотрения принципа действия транзистора следует, что ток коллектора составляет лишь часть тока эмиттера (i_Э развет­вляется на два тока: I_K и I_Б):

(5.1)

Отношение тока коллектора к току эмиттера:

(5.2)

называют коэффициентом передачи тока. Коэффициент  отражает эффективность взаимодействия р-п переходов в транзисторе и ко­личественно равен доле инжектированных эмиттером дырок, достиг­ших коллекторного перехода. Равенства (5.1 и 5.2) являются ос­новными для транзистора и выполняются при любых режимах тран­зистора, т.к. они отражают основные процессы в транзисторе. Из этих равенств вытекает и условие для тока базы:

(5.3)

Качество транзистора тем лучше, чем меньше дырок рекомбинирует в базе и чем больше их достигает коллектора, т.е. чем ближе к единице коэффициент . Для уменьшения интенсивности рекомбина­ции базу делают, по возможности, очень тонкой, чтобы толщина ба­зы W была много меньше средней длины диффузии неосновных носи­телей в базе:

(5.4)

Теория транзистора устанавливает непосредственно связь ве­личины  с величинами L и W /2/:

Это выражение при выполнении (5.4) может быть упрощено (разложе­нием в ряд) и представлено в более удобном для практического ис­пользования виде:

(5.5)

Коэффициент , называемый коэффициентом инжекции, представля­ет отношение дырочной составляющей тока эмиттера к полному то­ку эмиттера:

Как правило, он близок к единице. В дальнейшем он всегда прини­мается равным единице.

Современная технология позволяет изготовлять транзисторы с шириной базы в единицы (и доли) микрометра и с коэффициентом , равным 0,95 - 0,99. Ток базы (т.е. ток рекомбинации) при этом составляет (0,05‑0,001) I_Э.

5.2.1. Возможность усиления тока транзистором

Хотя ток коллектора меньше тока эмиттера ( < 1), но имен­но этот процесс управления током коллектора при помощи тока эмит­тера лежит в основе усиления. На возможность усиления указывает уже то обстоятельство, что в цепи эмиттера ток протекает при очень малом напряжении (десятые доли вольта), а в коллекторной цепи напряжение на порядок больше и мощность в коллекторной цепи может значительно превышать мощность в эмиттерной цепи. Реальные усилительные схемы, кроме транзисторов, содержат ряд других элементов (резисторов, конденсаторов и др.) и являются более сложными устройствами.

Они будут подробно рассмотрены далее.

Неучтенные потоки носителей. Кроме рассмотренных основных потоков носителей имеют место потоки носителей, не влияющие на величину тока коллектора, т.е. не участвующие во взаимодействии:

1. Ток инжекции из базы в эмиттер. При прямом смещении эмиттерного перехода происходит также инжекция электронов из базовой области в эмиттерную. В эмиттерной области эти электроны рекомбинируют с дырками. Уход электронов из базы восполняется через базовый вывод, т.е. инжекция электронов в эмиттер увели­чивает ток базы. Инжекция электронов учитывается коэффициентом инжекции  в (5.5). Чтобы  был близок к единице, эмиттерный переход выполняют односторонним: концентрация дырок в эмитте­ре намного превышает концентрацию электронов в базе (р_p»n_n).

2. Токи поверхностной рекомбинации. Процессы рекомбинации на поверхности могут приводить к появлению эмиттерных токов поверхностной рекомбинации. Для уменьшения этого тока, а также тока утечки поверхность полупроводников тщательно обрабатыва­ют (полируют, травят и т.д.), а площадь коллектора делают значительно больше эмиттера, чтобы коллектор перехватывал весь поток дырок.

3. Ток рекомбинации дырок у базового вывода. Инжектирован­ные дырки, оказавшиеся в результате у базового вывода, рекомбинируют с электронами, увеличивая ток базы. Чтобы уменьшить или да­же исключить этот ток, базовый вывод располагают настолько дале­ко от эмиттера, что до него дырки практически не доходят.

4. Обратный ток коллекторного перехода I_К0. Этот ток увеличивает коллекторный ток. Однако он мал и очень мало изменяется.