4.2. Схемы включения биполярного транзистора и режимы его работы

При включении транзистора в схему один из его выводов делают общим для входной и выходной цепей, поэтому схемы включения бывают: с общей базой (ОБ) (рис. 4.3,а); с общим эмиттером (ОЭ) (рис.4.3,б); с общим коллектором (ОК) (рис. 4.3,в). Относительно общего вывода измеряют напряжения входной и выходной цепей транзистора. Наибольшее применение имеет схема включения с ОЭ. Физические процессы в транзисторе удобнее рассматривать на примере схемы с ОБ.

Рис. 4.3. Схемы включения транзисторов:

а - схема с общей базой, б - схема с общим эмиттером,

в - схема с общим коллектором

В зависимости от смещения, созданного на эмиттерном и коллекторном

р-n переходах, транзистор может работать в трех режимах. Если один переход смещен в прямом направлении, а другой - в обратном, режим называют активным . Если в прямом направлении включен эмиттерный переход, а коллекторный - в обратном, такое включение называют нормальным (рис.4.4,а). Если смещение на р-n переходах противоположное, включение называют инверсным В последнем случае коллектор выполняет роль эмиттера, а эмиттер - роль коллектора. Активный режим используется в усилительных схемах, в схемах генерирования, где транзистор выполняет функции активного элемента схемы. Если оба р-n перехода смещены в обратном н

Рис. 4.4. Режимы работы транзистора: а – нормальный, активный режим, б – режим отсечки,

в – режим насыщения

аправлении, транзистор работает в режиме отсечки (рис. 4.4,б). Если оба р-n перехода смещены в прямом направлении,

транзистор работает в режиме насыщения ( рис. 4.4,в). Режимы отсечки и насыщения используют в ключевых режимах работы транзистора: режим отсечки соответствует состоянию «отключено», режим насыщения - «включено». На рис. 4.4 показаны знаки потенциалов выводов для этих режимов .

4.3. Работа биполярного транзистора в активном режиме

Рассмотрим работу на постоянном токе биполярного диффузионного сплавного транзистора со структурой p-n-р, включенного по схеме с ОБ в активном режиме .

В активном режиме прямое смещение эмиттерного перехода создается за счет включения постоянного источника питания U_ЭБ, а обратное смещение коллекторного перехода - за счет включения источника U_КБ. Величина U_ЭБ имеет небольшое значение, близкое к высоте потенциального барьера, и составляет доли вольт. Величина U_КБ на порядок больше U_ЭБ и ограничивается напряжением пробоя коллекторного перехода. При включении источников питания U_ЭБ и U_КБ потенциальный барьер эмиттерного перехода снижается за счет U_ЭБ, а потенциальный барьер коллекторного перехода повышается за счет U_КБ. Дырки эмиттера легко преодолевают понизившийся потенциальный барьер и за счет диффузии инжектируются в базу, а электроны базы - в эмиттер. Дырки эмиттера диффундируют в базе в направлении к коллекторному переходу за счет перепада плотности дырок по длине базы, большинство из них доходит до коллекторного перехода, а незначительная часть рекомбинирует с электронами базы. Для уменьшения потерь дырок на рекомбинацию базу делают тонкой. Поскольку поле коллекторного перехода для дырок является ускоряющим, они втягиваются через коллекторный переход в коллектор, т. е. происходит экстракция дырок в коллектор. Распространяясь вдоль коллектора за счет перепада плотности вдоль коллектора, дырки достигают контакта коллектора и рекомбинируют с электронами, подходящими к выводу от источника.

Наряду с основными носителями заряда через эмиттерный и коллекторный переходы движутся и неосновные для каждой из областей транзистора носители. На работу транзистора существенно влияет движение неосновных носителей через коллекторный переход: дырок базы — в коллектор и электронов коллектора — в базу. Их количество растет с повышением температуры (тепловая генерация). Оно зависит также от материала полупроводника.