11. Токораспределение в биполярном транзисторе

При прямом сме­ще­нии эмиттерного пе­ре­ходаp-n-pтран­зис­то­ра в эмиттерно-базовой цепи протекает значи­тель­ный ток, обуслов­лен­ный переходом элек­тро­нов из базы в эмит­тер и дырок из эмиттера в базу.

Если геометри­чес­кая ширина базы боль­ше диффузионной дли­ны электрона (L_Д— расстояние свободного пробега электрона до рекомбинации), то в цепи коллектора ток протекать не будет. Изготовление базы с толщиной, сравнимой с диффузионной длиной электрона, приводит к тому, что на характер движения электрона в области базы начинает оказывать воздействие электрическое поле коллекторного перехода. Электроны в базе являются неосновными носителями, поэтому положительный потенциал коллектора способствует их притягиванию к коллекторному переходу и беспрепятственному переносу через область базы в область коллектора.

Ток через эмиттерный переход создает электронную и дырочную составляющие. Дырочная составляющая замыкается по цепи базы и не участвует в управлении током коллектора.

I_Э=I_Эn+I_Эp

Одним из важнейших показателей эмиттерного перехода является коэффициент инжекции, показывающий, какую часть от полного эмиттерного тока составляет его дырочная составляющая:

=.

Для определения части дырок, прошедшей из эмиттера в коллектор, вводят коэффициент переносадырок в базе, который равен отношению дырочной составляющей коллекторного дока к дырочной составляющей эмиттерного тока:

=.

Управляемые свойства транзистора характеризуются коэффициентом передачи эмиттерного тока:

= =.

Ток коллектора состоит из дырочной составляющей I_Кpи теплового токаI_К0(I_К=I_Кp+I_К0). Ток базы равен алгебраической сумме электронной составляющей тока эмиттераI_Эn, рекомбинационной дырочной составляющейI_Бpи теплового токаI_К0(I_Б=I_Эn+I_Бp–I_К0).

12. Схемы включения и характеристики биполярного транзистора

Существует три способа включения биполярного транзистора:

Так как биполярный транзистор по принципу действия является токораспредели­тель­ным прибором, для него в качестве независимых переменных имеет смысл выбирать входной ток и выходное напряжение, а в качестве зависимых — выходной ток и входное напряжение. Таким образом, в схеме с общей базой семейства характеристик будут представлены функциональными зависимостями:

1. Выходные характеристики: I_К=(U_КБ) приI_Э =const.

2. Входные характеристики: U_ЭБ=(I_Э) приU_КБ =const.

3. Переходные характеристики: I_К=(I_Э) приU_КБ =const.

4. Характеристики обратной связи: U_ЭБ=(U_КБ­) приI_Э =const.

Последнее семейство характеристик имеет слабую информативность и, соответственно, ограниченное использование.

Выходные харак­те­ри­стики в схеме с об­щей базой имеют три характерные области:

I— сильная зави­си­мостьI_КотU_КБ. Эта область расположена ле­вее оси ординат, что обусловлено тем, что напряжение на кол­лек­тор­ном переходе тран­зис­тора определяется сум­мой внутренней раз­ности потенциалов₀и внешнего напряженияU_КБ. ПриU_КБ=0 и за­дан­ном токе эмиттера дыр­ки перебрасываются в кол­лектор из базы под действием внутренней разности потенциалов. ПриU_КБ=0 токI_К0.

II— слабая зави­си­мостьI_КотU_КБ. Некоторое увеличение токаI_Кобусловливается увеличением коэффициента передачи токатранзистора вследствие возникающего эффекта модуляции толщины базового слоя, а также роста токаI_К0=(U_КБ).

III — пробой коллекторного перехода.

Входные характеристики транзистора в схеме с общей базой по виду близки к прямой ветви вольтамперной характеристики диода.

В схеме с общим эмиттером три основных семейства характеристик будут пред­став­лять собой зависимости:

1. Выходные характеристики: I_К=(U_КЭ) приI_Б =const.

2. Входные характеристики: U_БЭ=(I_Б) приU_КЭ =const.

3. 

   Переходные характеристики:I_К=(I_Б) приU_КЭ =const.

Коллекторные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером отличаются от соответствующих характеристик в схеме с общей базой тем, что они начинаются из начала координат, и участок Iрасполагается в первом квадранте. ПриU_КЭ=0 напряжение на коллекторном переходе равноU_БЭ, коллекторный переход открыт и инжектирует дырки в базу. При этомI_К0. По мере повышения напряженияU_КЭв областиIпрямое напряжение на коллекторном переходе снижается, его инжекция уменьшается, и токI_Квозрастает. В областиIIна переходе действует обратное напряжениеU_КЭ.

Коллекторные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером можно выразить аналитически:

I_К=I_Э+I_К0=I_К+I_Б+I_К0, откуда

I_К=,

где =— коэффициент передачи входного тока в схеме с общим эмиттером;

.

В токе I_Бприсутствует составляющая –I_К0, поэтому приU_КЭ<0 входные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером исходят из точки с отрицательным значением тока базы, равнымI_К0.

Статические характеристики в схемах включения с общим эмиттером и общим коллектором примерно одинаковы.